從概念到關(guān)鍵指標(biāo)，一文弄清PLL頻率合成器那些事

因鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對(duì)輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過(guò)程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱(chēng)的由來(lái)。

因鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻率對(duì)輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤，所以鎖相環(huán)通常用于閉環(huán)跟蹤電路。鎖相環(huán)在工作的過(guò)程中，當(dāng)輸出信號(hào)的頻率與輸入信號(hào)的頻率相等時(shí)，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，即輸出電壓與輸入電壓的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱(chēng)的由來(lái)。 

什么是PLL頻率合成器？

利用頻率合成器，設(shè)計(jì)人員可以產(chǎn)生單一參考頻率的各種不同倍數(shù)的輸出頻率。其主要應(yīng)用是為RF信號(hào)的上變頻和下變頻產(chǎn)生本振（LO）信號(hào)。

頻率合成器在鎖相環(huán)（PLL）中工作，其中鑒頻鑒相器（PFD）將反饋頻率與基準(zhǔn)頻率的某一分頻形式相比較（圖1）。PFD的輸出電流脈沖經(jīng)過(guò)濾波和積分，產(chǎn)生一個(gè)電壓。此電壓驅(qū)動(dòng)一個(gè)外部電壓控制振蕩器（VCO）提高或降低輸出頻率，從而驅(qū)動(dòng)PFD的平均輸出接近零。

圖1 鎖相環(huán)(PLL)框圖

頻率經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器縮放。示例中使用了一個(gè)ADF4xxx頻率合成器以及一個(gè)外部濾波器和VCO。輸入基準(zhǔn)（R）計(jì)數(shù)器將基準(zhǔn)輸入頻率（本例中為13MHz）降至PFD頻率（FPFD=FREF/R），反饋（N）計(jì)數(shù)器降低輸出頻率，在PFD處與經(jīng)過(guò)縮放的基準(zhǔn)頻率相比較。達(dá)到均衡時(shí)，這兩個(gè)頻率相等，輸出頻率N×FPFD。反饋計(jì)數(shù)器為雙模預(yù)分頻器類(lèi)型,具有A計(jì)數(shù)器和B計(jì)數(shù)器(N=BP+A,其中P為預(yù)分頻值)。

圖2顯示了頻率合成器在超外差式接收機(jī)中的典型應(yīng)用。基站和手機(jī)LO是最常見(jiàn)的應(yīng)用,此外在低頻時(shí)鐘發(fā)生器(ADF4001)、無(wú)線(xiàn)LAN(5.8GHz)、雷達(dá)系統(tǒng)和防撞系統(tǒng)(ADF4106)中,頻率合成器也有用武之地。

圖2 用來(lái)將GSM RF混頻降至基帶的雙路PLL

選擇PLL頻率合成器時(shí)有哪些關(guān)鍵性能參數(shù)需要考慮?

相位噪聲

對(duì)于給定功率水平的載波頻率,頻率合成器的相位噪聲為載波功率與規(guī)定頻率偏移(對(duì)于頻率合成器通常為1KHz)處1-Hz帶寬上的功率之比。帶內(nèi)(或近載波)相位噪聲主要取決于頻率合成器,單位為dBc/Hz;VCO噪聲貢獻(xiàn)在閉環(huán)中被高通濾波濾除。

參考雜散

是內(nèi)部計(jì)數(shù)器和以PFD頻率工作的電荷泵所產(chǎn)生的在離散偏移頻率上出現(xiàn)的頻率成為。電荷泵產(chǎn)生的不匹配高低電流、電荷泵泄露以及電源去耦不充分均會(huì)增加這種雜散。雜散音會(huì)混合在所需信號(hào)之上,降低接收機(jī)的靈敏度。

鎖定時(shí)間

PLL的鎖定時(shí)間是指它從一個(gè)指定頻率跳躍到給定頻率公差內(nèi)的另一個(gè)指定頻率所需的時(shí)間。跳躍大小一般由PLL在所分配的頻帶內(nèi)工作時(shí)必須完成的最大跳躍決定。GSM-900的步進(jìn)大小為45MHz,GSM-1800的步進(jìn)大小為95MHz。要求的頻率公差分別為90Hz和180Hz。PLL必須在不到1.5個(gè)時(shí)隙內(nèi)完成所需的頻率步進(jìn),每個(gè)時(shí)隙為577μs。