本文討論圖1所示的基本PLL方案,并考察每個構建模塊的電源管理要求。
圖1.顯示各種電源管理要求的基本鎖相環
PLL中,反饋控制環路驅動電壓控制振蕩器(VCO),使振蕩器頻率(或相位)精確跟蹤所施加基準頻率的倍數。許多優秀的參考文獻 (例如Best的鎖相環1),解釋了PLL的數學分析;ADI的ADIsimPLL?等仿真工具則對了解環路傳遞函數和計算很有幫助。下面讓我們依次考察一下PLL構建模塊。
VCO和VCO推壓
電壓控制振蕩器將來自鑒相器的誤差電壓轉換成輸出頻率。器件“增益”定義為KVCO,通常以MHz/V表示。電壓控制可變電容電感二極管(變容二極管模壓電感器制造商)模壓電感器制造商 常用于調節VCO內的頻率。VCO的增益通常足以提供充分的頻率覆蓋范圍,但仍不足以降低相位噪聲,因為任何變容二極管噪聲都會被放大KVCO倍,進而增加輸出相位噪聲。
多頻段集成VCO的出現,例如用于頻率合成器ADF4350的集成VCO,可避免在KVCO與頻率覆蓋范圍間進行取舍,使PLL設計人員可以使用包含數個中等增益VCO的I電感器打樣C以及智能頻段切換程序,根據已編程的輸出頻率選擇適當的頻段。這種頻段分割提供了寬廣的總體范圍和較低噪聲。
除了需要從輸入電壓變化轉換至輸出頻率變化(KVCO)外,電源波動也會給輸出頻率變化帶來干擾成分。VCO對電源波動的靈敏度定義為VCO 推壓(Kpushing),通常是所需KVCO.的一小部分。例如,Kpushing通常是KVCO的5%至20%.因此,對于高增益VCO,推壓效應增大,VCO電源的噪聲貢獻就更加舉足輕重。
VCO推壓的測量方法如下:向VTUNE引腳施加直流調諧電壓,改變電源電壓并測量頻率變化。推壓系數是頻率變化與電壓變化之比,如表1所示,使用的是ADF4350 PLL.
表1. ADF4350 VCO推壓測
參考文獻2中提到了另一種方法:將低頻方波直流耦合至電源內,同時觀察VCO頻譜任一側上的頻移鍵控 (FSK)調制峰值(圖2)。峰值間頻率偏差除以方波幅度,便得出VCO推壓系數。該測量方法比靜態直流測試更精確,因為消除了與直流輸入電壓變化相關的任何熱效應。圖2顯示ADF4350 VCO輸出在3.3 GHz、對標稱3.3 V電源施加10 kHz、0.6 V p-p方波時的頻譜分析儀曲線圖。對于1.62 MHz/0.6 V或2.7 MHz/V的推壓系數,最終偏差為3326.51 MHz – 3324.89 MHz = 1.62 MHz.該結果可與表1中的靜態測量 2.3 MHz/V比較。