调试锁相环频率合成器PLL概述

PLL调谐锁相环频率合成器概述

一个简单的PLL由一个频率基准，一个鉴相器，一个电荷泵，一个环路滤波器和一个压控振荡器（VCO）组成。基于PLL技术的频率合成器将添加两个分频器：一个用于降低参考频率，另一个用于对VCO进行分频。此外，很容易将相位检测器和电荷泵组合在一个功能块中进行分析（参见图1）。这些添加到简单PLL的数字分频器电路可轻松调整工作频率。处理器将简单地将新的分频值“写入”到位于PLL中的寄存器中，更新VCO的工作频率，从而更改无线设备的工作信道。

PLL工作原理

PLL-作为闭环控制系统，用于比较参考信号和VCO的相位。带有附加参考和反馈分频器的频率合成器负责比较分频器的两个设定值以调整相位。相位比较是在相位检测器中完成的，该相位检测器在大多数系统中都是相位和频率检测器。相频检测器产生一个误差电压，该误差电压在±2π的相位误差范围内近似线性，并在误差大于±2π时保持恒定。相频比较器采用的双模式操作可以为较大的频率误差（例如，在上电期间启动PLL时）产生更快的PLL锁定时间，并避免被谐波锁定。

--- VCO使用调谐电压来产生频率。 VCO可以是模块，IC，也可以由分立组件制成。图2显示了一个VCO，该VCO由MAX2361发送器IC内部的有源元件组成。谐振回路和变容二极管是外部的，允许设计工程师WY地指定IF（中频）LO（本地振荡器），以便为特定的射频方案提供支持。

---环路滤波器对由相频检测器的电荷泵产生的电流脉冲进行积分，以产生施加到VCO的调谐电压。传统方法是增加来自环路滤波器的调谐电压（至更大的正值），以使VCO引线相位并增加VCO的频率。环路滤波器可以用无源元件（例如电阻器和电容器）实现，也可以使用运算放大器。环路滤波器的时间常数以及VCO，鉴相器和分频器的增益将设置PLL带宽。 PLL带宽决定了瞬态响应，参考杂散电平和噪声滤波特性。在PLL带宽内，频率合成器输出上的相位噪声主要是鉴相器的相位噪声。在PLL带宽之外，输出相位噪声主要来自VCO相位噪声。

---频率合成器PLL参考输入是稳定的，无干扰的恒定频率信号。大多数无线电设备都使用某种形式的晶体振荡器，因为其相位噪声非常低，并且频率稳定且可以精确调节。 PLL将对参考频率进行分频，以为相频检测器提供较低的频率。这个较低的频率将设置检测器的比较速率，并通过将反馈分频器设置值增加“ 1”来设置最小可能的频率步长。这成为合成器的频率分辨率（即频率步长），该分辨率应等于或小于设计中的无线电系统的信道间隔。使用由反馈分压器按比例缩小的VCO输出，鉴相器和环路滤波器产生调谐电压。根据以上描述，VCO的工作频率为：

----例如，如果参考频率为20MHz，参考分频器值为2000，则反馈分频器设置值为88103将产生以下VCO频率：

---（20MHz / 2000）×88103 = 881.03 MHz

由于比较频率为10kHz，因此将反馈分频器设置值增加1（即变为88104）将产生881.04MHz的VCO频率。

---此频率合成器将参考频率乘以UHF频段。采用这种PLL倍频有一个严重的后果，即环路带宽中的相位噪声会增加。在环路带宽内，PLL本底噪声的增加为20log（N）。在上述情况下，相位噪声将增加20log（88103）= 98.89dB！这就是为什么参考振荡器必须非常干净的原因。环路的作用将使本底噪声增加约100dB。因此，如果要获得足够的输出质量以满足当今无线电通信的需求，则必须使用高Q晶体振荡器。