常用的數(shù)模混合PLL的兩種經(jīng)典結(jié)構(gòu)

經(jīng)典鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)小結(jié)

頻率合成器一般分為直接合成模擬式頻率合成器、鎖相環(huán)頻率合成器、直接數(shù)字頻率合成器(DDS)。其中鎖相環(huán)頻率合成器按照實(shí)現(xiàn)技術(shù)分為模擬PLL、數(shù)字PLL(ADPLL)、數(shù)?；旌螾LL。

這篇文章中主要講的就是比較常用的數(shù)?；旌螾LL(以下簡稱PLL)的兩種經(jīng)典結(jié)構(gòu)。

主要構(gòu)成

PLL一般由PD（PFD）、LPF、VCO、分頻器等組成。

核心器件之鑒相器

模擬鑒相器就是一個(gè)乘法器，通常由Gilbert乘法器單元構(gòu)成，由于當(dāng)兩信號(hào)相位差為時(shí)，鑒相器的增益最大，又稱為正交型鑒頻器，同時(shí)環(huán)路的相位誤差等于兩信號(hào)的相位差減去。當(dāng)某一個(gè)輸出信號(hào)為方波或者由于輸入信號(hào)幅度很大類似方波時(shí)，需要對(duì)VCO的頻率范圍進(jìn)行限制，防止環(huán)路鎖定到高階諧波頻率上，鑒相范圍為。

數(shù)字鑒相器主要為異或型鑒相器、時(shí)序型鑒相器、以及可鑒頻又可鑒相的鑒頻鑒相器PFD。

1. 異或型鑒相器由數(shù)字異或門構(gòu)成，穩(wěn)定狀態(tài)類似模擬鑒相器，相位差為時(shí)，鑒相器經(jīng)過低通濾波器的輸出為0，環(huán)路相位誤差為0。也要注意鎖定到高階諧波頻率上，鑒相范圍為。
2. 時(shí)序型鑒相器可由JK觸發(fā)器構(gòu)成，一般鑒相范圍為2,環(huán)路鎖定時(shí)兩信號(hào)的相位差為0，穩(wěn)定平衡點(diǎn)和不穩(wěn)定平衡點(diǎn)的鑒相器增益差距較大，與異或型鑒相器相比，鎖定時(shí)間減小，但因?yàn)槭沁呇赜|發(fā)，需要保證J、K兩端的邊沿響應(yīng)速度相同。
3. 鑒頻鑒相器可以理解為在鑒相器的基礎(chǔ)上加一個(gè)鑒頻器，目的是在兩信號(hào)頻率差較大時(shí)，能夠鎖定，且減小鎖定時(shí)間，同時(shí)由于有鑒頻器的反饋?zhàn)饔?，?duì)于鑒頻鑒相器來說沒有捕獲范圍的限制，鑒相范圍為4。

經(jīng)典結(jié)構(gòu)之I型鎖相環(huán)

下圖所示的PLL是一個(gè)二階I型鎖相環(huán)。“二階”是因?yàn)榈屯?a href="http://ttokpm.com/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器為一階，Ⅰ型是因?yàn)榄h(huán)路增益在原點(diǎn)處有一個(gè)極點(diǎn)。

鎖定過程

兩輸入之間相位不同時(shí)，鑒頻器會(huì)輸出與相位差正比的寬脈沖，經(jīng)過低通濾波器后，變?yōu)榭刂芕CO振蕩頻率的控制信號(hào)，改變振蕩器的頻率，再反饋與鑒相器，在各個(gè)參數(shù)合適的情況下，最終使得輸出相位差減小為一穩(wěn)態(tài)值，兩輸入信號(hào)的頻率相等。

主要問題

I型鎖相環(huán)需要在阻尼系數(shù)，低通濾波器帶寬與相位誤差之間進(jìn)行折衷，或者說系統(tǒng)鎖定時(shí)間、系統(tǒng)穩(wěn)定度、相位誤差、控制電壓的紋波之間需要折衷，而且這種類型的鎖相環(huán)只有和的差值比略小時(shí)才能鎖定。

經(jīng)典結(jié)構(gòu)之II型鎖相環(huán)

上圖所示為三階II型鎖相環(huán)，由于鑒相器改為鑒頻鑒相器，又可稱為電荷泵鎖相環(huán)（CPPLL）。同理，“三階”是因?yàn)榈屯V波器為二階，II型是因?yàn)榄h(huán)路增益在原點(diǎn)處有兩個(gè)極點(diǎn)。

鎖定過程

兩輸入之間相位不同時(shí)，鑒頻鑒相器、電荷泵和低通濾波器會(huì)產(chǎn)生和相位差、頻率差，正比的控制信號(hào)，改變VCO振蕩頻率，再反饋回去，在各個(gè)參數(shù)合適的情況下，由于鑒頻鑒相器中鑒頻作用，使得鎖定時(shí)間減小且捕獲范圍增大，同時(shí)又因?yàn)殡姾杀弥绷髟鲆孑^大，使得鎖定時(shí)，相位差趨于0，兩輸入頻率也相等。

與I型鎖相環(huán)的差異點(diǎn)

1. 環(huán)路增益在原點(diǎn)處有兩極點(diǎn)，容易導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，低通濾波器設(shè)計(jì)需要更加注意
2. 環(huán)路的直流增益較大，相位差趨于0,且相位和頻率不會(huì)有太大的漂移；
3. PFD/CP/LPF在原點(diǎn)有一極點(diǎn)，而I型鎖相環(huán)的PD/LPF沒有。

主要問題

1. 鑒頻鑒相器有死區(qū)，需要額外電路的設(shè)計(jì)處理；
2. 電荷泵不夠理想,帶來雜散；比如電荷泵的上脈沖和下脈沖延遲時(shí)間不一樣、電流源和電流沉不一樣，開關(guān)管的時(shí)間饋通和電荷注入不匹配等。