雙相位鎖定回路助力數(shù)位中頻系統(tǒng)擺脫時(shí)鐘抖動(dòng)

相位雜訊產(chǎn)生原因分析

根據(jù)上述分析，時(shí)鐘抖動(dòng)對(duì)于系統(tǒng)中的ADC和相位鎖定回路都有非常明顯的影響，那么如何才能在數(shù)位中頻系統(tǒng)中獲取更好的時(shí)鐘相位雜訊呢？首先，要理解在數(shù)位中頻系統(tǒng)中核心元件，例如相位鎖定迴路的基本工作原理。相位鎖定回路其實(shí)是一個(gè)數(shù)位類(lèi)比混合元件，包括數(shù)位的相位偵測(cè)器和分頻器以及類(lèi)比的電流泵、低通濾波器和壓控振蕩器（VCO）。相位鎖定回路是一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)，它通過(guò)頻率訊號(hào)的負(fù)反饋和相位偵測(cè)比較，使得VCO在穩(wěn)定的控制電壓下工作，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出頻率的作用。

圖4是頻譜儀觀測(cè)結(jié)果，a線為相位鎖定回路輸出的相位雜訊相對(duì)頻率水準(zhǔn)、b線為VCO的相位雜訊水準(zhǔn)被相位鎖定回路的高通濾波回應(yīng)抑制低頻部分；c線則是外部參考輸入相位雜訊的倍頻增益產(chǎn)物，它的高頻雜訊被相位鎖定回路的低通回應(yīng)所抑制，但是低頻（也稱(chēng)之近端）相位雜訊被保留。恰恰是這個(gè)特性導(dǎo)致若相位鎖定迴路的輸入?yún)⒖嫉南辔浑s訊不好或者低通濾波器的截止頻率不夠低，就會(huì)讓參考時(shí)鐘相位雜訊被搬移到相位鎖定回路的輸出端。

圖4 Inter-N形式PLL合成器相位雜訊（a線表示PLL輸出的相位雜訊相對(duì)頻率水準(zhǔn)，b線表示VCO相位雜訊水準(zhǔn)，c線是外部參考輸入相位雜訊的倍頻增益產(chǎn)物）

使用低環(huán)路濾波器去抖動(dòng)

根據(jù)上述分析，系統(tǒng)為提高時(shí)鐘近端相位雜訊水準(zhǔn)，就須要提高參考時(shí)鐘的相位雜訊水準(zhǔn)或者降低相位鎖定迴路低通濾波器的頻率。而在光纖接入數(shù)位中頻系統(tǒng)中，參考時(shí)鐘是從光口恢復(fù)的，它本身就存在近端相位雜訊（抖動(dòng)）惡化的問(wèn)題。如何解決這個(gè)矛盾呢？只能從降低低通濾波器頻率下手。如圖5所示，AD9523在設(shè)計(jì)中使用了兩個(gè)相位鎖定回路，第一個(gè)相位鎖定回路接外部的參考時(shí)鐘（光口恢復(fù)的），采取非常低的低通濾波器設(shè)置（10Hz~100Hz）。它可以將參考時(shí)鐘近端相位雜訊良好濾除，而相位鎖定回路外接的壓控晶體振蕩器（VCXO）可以提供很好的近端相位雜訊，這樣保證不會(huì)因?yàn)榈屯V波器頻率低而將VXCO的近端雜訊抬高（註：這裡對(duì)于VXCO來(lái)說(shuō)低通濾波器變?yōu)楦咄V波回應(yīng)）。這樣第一個(gè)相位鎖定回路就可以將參考時(shí)鐘近端相位雜訊很好的抑制。而第二個(gè)相位鎖定回路采用高頻率VCO（3，600MHz？4，000MHz）和70MHz的相位偵測(cè)頻率。這樣可以降低雜訊頻率增益的同時(shí)，獲取更多的頻率組合（系統(tǒng)中有時(shí)需要不同頻率的工作時(shí)鐘，VCO須要工作在它們的最小公倍數(shù)的整數(shù)倍）。

圖5 雙相位鎖定回路可濾除相位雜訊并獲得良好頻率組合。