锁相技术作者张涛第5章电荷泵锁相环课件.pptVIP

根据测量方式的不同，主要有两类定量表征抖动的方式：周期-周期抖动（cycle-to-cycle jitter）周期抖动（period jitter）。 周期-周期抖动（cycle-to-cycle jitter）是指任意取两个相邻的周期，这两个周期之间的差，称为周期-周期抖动。 * 周期抖动（period jitter）是指将理想输出信号的波形与实际输出波形相比较。以n个周期为参考点（开始点），第N个周期后，理想输出信号的波形的上升沿与实际输出波形上升沿的差别。显然，周期抖动（period jitter）比周期-周期抖动更有意义。 * 周期抖动（period jitter） 周期抖动（period jitter） 周期抖动（period jitter）一般有两种表示值： Peak-to-Peak值（峰-峰值）：在第N个周期的上升沿可能出现的最大偏移值。 RMS值（均方根值）：指第N个周期上升沿相位变化的标准方差。 * 在周期抖动（period jitter）的测量中： 如果N10，那么周期抖动（period jitter）称为短期周期抖动（short-term period jitter）； 如果N1000，那么周期抖动（period jitter）称为长期周期抖动（long-term period jitter）。 在以上讨论的抖动定义中，Peak-to-Peak值最大，RMS值次之，周期-周期抖动（cycle-to-cycle jitter）的值最小。 * 周期抖动（period jitter） 相位噪声 信号时域中的抖动在频域的表现为相位噪声。 信号的功率谱密度的基频两旁存在一个能量裙或边带（sideband），这个能量裙称为相位噪声。相位噪声和抖动所描述的是不同域中的同一现象。 * 在工程设计中，相位噪声通常定义为：在某一给定偏移频率处，单边带功率与载波信号功率之比： * 相位噪声 [dBc/Hz] 为频率在 处1Hz带宽范围内信号的单边带功率。 由于噪声是随机函数，根据窄带随机信号分析理论，推得相位噪声的功率谱 和 的关系： 锁相环的噪声来源 输入噪声（等效为白高斯噪声） PFD、CP非线性引起的噪声 环路滤波器的噪声，又称控制电压的噪声 VCO的噪声 * PLL环路中主要有五个噪声源： 多个噪声源的环路线性相位模型 锁相环的噪声来源 输入信号的噪声包括：器件的热噪声、闪烁噪声、信号传输过程中的串扰等。 相位检测噪声是由于PFD和CP的非线性特性导致的噪声，如鉴频鉴相器的鉴相死区、电荷泵输出电流的不匹配、电荷泵开关的非理想特性等。 控制电压噪声主要来源：环路滤波器无源元件的热噪声和电源噪声。它的存在直接使VCO输出的振荡波形产生噪声。 VCO产生的噪声主要有：低频的1/f噪声、热噪声、电源噪声和衬底噪声。 * 以上分析可知：相位检测噪声，控制电压噪声，压控振荡器噪声属于PLL的内部噪声，是由PLL的内部模块产生的。在这五个噪声源中，输入噪声 和压控振荡器的噪声 是主要的噪声来源。 电荷泵锁相环各噪声的频率响应 * 环路滤波器为： 设只有输入噪声 显然，输入噪声的频率响应呈现低通滤波器特性，这说明环路带宽越小，对输入噪声的抑制能力越强。由于环路带宽与环路自然谐振频率，由式（5-38）可知，加大环路滤波器电容C或减小鉴相器增益和压控振荡器增益,可减小环路带宽。又由于电荷泵锁相环 ，所以，减小电荷泵电流可减小环路带宽，从而达到减小输入噪声的目的。 同理，PFD和CP非线性引起的噪声的频率响应为： * 显然，PFD和CP非线性引起的噪声 的频率响应呈现低通滤波器特性，这说明环路带宽越小，对输入噪声的抑制能力越强。 控制电压的噪声的频率响应为： 显然，控制电压的噪声的频率响应呈现低通滤波器特性，这说明环路带宽越小，对输入噪声的抑制能力越强。 * 压控振荡器噪声的频率响应为： 显然，对于VCO噪声，环路呈现高通滤波器的特性，这说明环路带宽越大，对VCO的噪声抑制能力越强，即需要加大鉴相器增益和压控振荡器增益，减小环路滤波器电容C，这与抑制输入噪声是相互矛盾的。 * 综上所述，由于VCO噪声和环路其它噪声对环路带宽的矛盾要求，环路带宽的选取要进行折衷与优化。在PLL的设计中，环路带宽的选择还将影响环路的捕获时间。表5.1总结了减少噪声和缩短捕获时间的前提下，环路带宽的选择。 设计问题 环路带宽的选择 抑制输入信号的噪声 减小 抑制PFD和CP非线性引起的噪声 减小 抑制控制电压的噪声 减小 抑制VCO的噪声 增大 减小捕获时间 增大 环路带宽对各种噪声源和捕获时间的影响 EE141 * EE141 锁相技术 第五章