什么是鎖相環(huán) 鎖相環(huán)的組成 鎖相環(huán)選型原則有哪些呢？

大家都知道鎖相環(huán)很重要，它是基石，鎖相環(huán)決定了收發(fā)系統(tǒng)的基礎(chǔ)指標(biāo)，那么如此重要的鎖相環(huán)選型原則有哪些呢？

鎖相環(huán)原理

鎖相環(huán)一般由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器（LPF）、電壓控制振蕩器（VCO）組成。其功能如下：

鑒相器：又稱為相位比較器，其主要功能是檢測輸入信號和輸出信號的相位差，并將檢測的相位差轉(zhuǎn)換為電壓信號。

環(huán)路濾波器：主要功能是濾除鑒相器輸出的高頻分量。

電壓控制振蕩器：根據(jù)鑒相器產(chǎn)生的信號，對輸出信號的頻率和相位進(jìn)行調(diào)整。

基本原理大家都知道

相位噪聲

相位噪聲是第一設(shè)計(jì)原則

相位噪聲的計(jì)算公式

F=FOM + 10logfpfd+ 20log N

FOM是歸一化相位噪聲。

從上述公式可以看出，除了FOM，相位FPD和N有關(guān)，輸出頻率定下來之后我們可以發(fā)現(xiàn)，相位噪聲與FPD關(guān)系最大。

因此在不考慮基帶采樣率因素的情況下，F(xiàn)PD越大越好。

上圖是閉環(huán)相位噪聲

注意此公式用來計(jì)算帶內(nèi)相位噪聲，帶外與VCO的相噪有關(guān)。在設(shè)計(jì)與鄰道相關(guān)的指標(biāo)時考慮的就是帶外相位噪聲，說白了就是VCO的相位噪聲。一般器件的手冊會給一個典型頻點(diǎn)的相噪，可以根據(jù)手冊的指標(biāo)按照20lg（f/f2）估算所需頻段的相位噪聲。

例如下圖，3.3G在200k位置是-120dBm/Hz,那么1G在200k的位置就是-129dBm/Hz左右。

所以選型第一原則就是在可選范圍內(nèi)，選擇PD的頻率越高越好。

鎖定時間

鎖定時間老生常談，注意一下，鎖定時間除了物理換頻時間還要加上程序加載時間。

雜散的規(guī)避方法

散是鎖相環(huán)避不開的問題。雜散分為小數(shù)雜散和整數(shù)雜散，雜散存在不可怕，只要有應(yīng)對的辦法就好。

小數(shù)雜散

小數(shù)鎖相環(huán)是目前鎖相環(huán)的主流應(yīng)用，小數(shù)雜散的來源主要有以下幾種

鑒相雜散

泵電流雜散

小數(shù)雜散的降低主要從以下入手：1.改變小數(shù)分頻比2.改變鑒相頻率

總的原則就是改變小數(shù)雜散的相對位置，然后通過低通濾波器壓制。

注意：小數(shù)雜散出現(xiàn)頻率很高，需要大量的測試驗(yàn)證通過去規(guī)避。

整數(shù)雜散

當(dāng)設(shè)計(jì)寬頻方案時，整數(shù)雜散不得不考慮，因?yàn)檎麛?shù)雜散無法消除，一定會存在。

整數(shù)邊界雜散發(fā)生在PFD頻率的整數(shù)倍處，并且在接近載波頻率時最強(qiáng)。

此時環(huán)路濾波器無法將其濾除。

例如，參考輸入為 20 MHz，假設(shè)輸出頻率為1000.1MHz，那么就會產(chǎn)生1000MHz的整數(shù)雜散，也可以看到，整數(shù)雜散間隔20MHz就會出現(xiàn)。

整數(shù)雜散很規(guī)律，非常容易發(fā)現(xiàn)。

解決的辦法有兩種

增加環(huán)路濾波器階數(shù)

但是效果一般，環(huán)路濾波器帶外抑制效果一般，增加階數(shù)可能會帶來環(huán)路不穩(wěn)定的因素。

改變鑒相頻率

以上文為例，鑒相頻率為20MHz，在輸出1000.1MHz時會出現(xiàn)整數(shù)雜散，那么改變鑒相頻率為30MHz，1001.1MHz就不會出現(xiàn)。

所以需要選擇鑒相頻率可奇偶數(shù)可除的鎖相環(huán)。

設(shè)計(jì)寬頻方案時，此點(diǎn)非常重要，并不是所有鎖相環(huán)都可鑒相奇偶數(shù)可除。

總結(jié)

當(dāng)下的鎖相環(huán)無需復(fù)雜的設(shè)計(jì)，十年前還需要設(shè)計(jì)外置VCO，現(xiàn)在頻率源很多都不單獨(dú)設(shè)置專門的崗位。僅需要做好選型工作就好，在此情況下我們不能再退。

審核編輯：劉清