【導(dǎo)讀】Phasedetector,Low-passfilter,digitalphase-lockedloop(DPLL),alldigitalphase-lockedloop(ADPLL),and. softwarephase-lockedloop(SPLL).oscillator(NCO).Typeandorder. 50ppm).voltageripple.amplitude,etc.

　　

【正文】 個數(shù)據(jù)觸發(fā)器的時鐘相匹配接收到的時鐘。在這種類型的應(yīng)用程序，一個 鎖相環(huán) 的特殊形式，稱為延遲鎖相環(huán)（ DLL）是常用的。 鐘生成 許多電子系統(tǒng)，包括在數(shù)百兆赫運(yùn)作的各種處理器。通常情況下，時鐘提供給這些來自鎖相環(huán)時鐘發(fā)生 器 ，它乘以一個低頻率的參考時鐘（通常是 50或 100 MHz ）處理器的工作頻率。 在 工作頻率是多個千兆赫和參考晶體僅僅是幾十或幾百兆赫 時， 乘法因子可以是相當(dāng)大的 。 擴(kuò)頻 所有的電子系統(tǒng)產(chǎn)生一些不必要的無線電頻率能量。各監(jiān)管機(jī)構(gòu)（如美國 FCC ）提出限制排放的能源和由它造成的任何干擾。發(fā)出的噪音一般出現(xiàn)在尖銳的譜峰（通常是在該設(shè)備的工作頻率和幾個諧波） 。系統(tǒng)設(shè)計師可以使用擴(kuò)頻 鎖相環(huán) 遍布較大部分的頻譜能量的干擾，以減少與高 Q 值 接收機(jī)。例如，在數(shù)百兆赫運(yùn)行的設(shè)備可以通過改變運(yùn)行頻率 上下少量（約 1％ ） ，設(shè)備運(yùn)行在數(shù)百赫茲 可以把它 均勻地分布在數(shù)兆赫的頻譜，從而這大大減少了出現(xiàn)在 調(diào)頻廣播頻道 的 噪音，其中有幾十千赫的帶寬。 通常情況下，參考時鐘輸入芯片 并且 驅(qū)動一個鎖相環(huán)（ PLL），然后驅(qū)動系統(tǒng)的時鐘分布。 時鐘分布通常是平衡的 ,所以時鐘到達(dá)每個端點(diǎn) 是 同時進(jìn)行 的。 這些端點(diǎn)之一是 鎖相環(huán)的反饋輸入。 鎖相環(huán) 的功能 就 是 把進(jìn)來的基準(zhǔn) 時鐘 與 分布式時鐘 相 比較， 和不同 的相位和頻率的輸出 比較， 直到基準(zhǔn)和反饋時鐘的相位和頻率匹配。 鎖相環(huán)是無處不在，他們調(diào)整系統(tǒng)中的時鐘，跨越幾英尺，以及在單個芯片的一小部分的時鐘。有時參考時鐘可能不實際上是一個純粹的時鐘，而是具有足夠的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)流， 鎖相環(huán) 能夠恢復(fù)定期從該流的時鐘。有時參考時鐘是通過時鐘分配驅(qū)動時鐘的頻率相同，其他時間的分布式時鐘，可能會有一些合理的參考多個。 抖動和噪音減少 所有的 鎖相 一個 理想性能是 參考和反饋時鐘邊沿被帶進(jìn)非常接近對齊 。當(dāng) 鎖相環(huán) 取得了鎖 相， 兩個信號階段之間的平均時間差被稱為靜態(tài)相位偏移（也稱為 穩(wěn)態(tài)相位誤差） 。這些階段之間的差額被稱為跟蹤抖動。理想的情況下，靜態(tài)相位偏移應(yīng)該是零，跟蹤抖動應(yīng)盡可能低。 在鎖相環(huán)中 相位噪聲是另一種抖動觀察， 該振蕩器本身和 元素用于振蕩器的頻率控制電路 造成的 。有些技術(shù) 所 執(zhí)行 的能力 在這方面比別人更好。最好的數(shù)字 鎖相環(huán)是采用 射極耦合邏輯（ ECL ） 原理 ， 以 高功耗為代價。 在鎖相環(huán)電路中 保持低相位噪聲，最好是避免飽和，如晶體管 晶體管邏輯（ TTL）或 CMOS邏輯系列。 另一種 理想的性能就是 是所有的 鎖相環(huán) 產(chǎn)生的時鐘的相位和頻率 不受電壓的變化接地線的影響 ，以及制作上的 鎖相環(huán) 電路基板的電壓的電壓快速變化的影響。這就是所謂的基板和電源噪聲抑制 。噪聲抑制能力越高 ,就越好。 為了進(jìn)一步提高注入鎖定振蕩器的輸出相位噪聲，可以采用在 鎖相環(huán)后接個 的 壓控振蕩器 。 頻率合成 在數(shù)字無線通信系統(tǒng)（ GSM， CDMA 等） ，鎖相環(huán)用于 提供本地振蕩器 在傳輸 過程中上變頻 和接收過程中 下變頻 。在大多數(shù)蜂窩手機(jī)，此功能已在很大程度上被集成到一個單一的集成電路，以降低 手機(jī)的 成本和 尺寸 。然而，由于基站終端的高性能 要求 ， 為 達(dá)到業(yè)績水平的要求 傳輸和接收電路 都采用了分立元件組成 。 GSM 本地振蕩器模塊通常 采用 頻率合成器集成電路和 離散諧振器 壓控振蕩器 。 頻率合成器制造商包括 Analog Devices， 美國 國家半導(dǎo)體和德州儀器。 壓控振蕩器 的制造商包括 Sirenza的 Z Communications公司 。 鎖相環(huán)框圖 數(shù) 碼鎖相環(huán)框圖 相位檢測器的兩個輸入信號進(jìn)行比較，并產(chǎn)生一個錯誤的信號，這是成正比的相位差。誤差 信號然后 經(jīng)過 低通濾波 器 和 用于驅(qū)動一個壓控振蕩器產(chǎn)生一個輸出階段 。 一個輸出信號通過可選分頻器回 路回到輸入 系統(tǒng)，產(chǎn)生一個負(fù)反饋回路。如果輸出相位漂移，誤差信號就會增加， 壓控振蕩器 相位 向 相反的方向行駛，以減少錯誤。因此，輸出相位被鎖定在 另一個 輸入階段。這被稱為輸入?yún)⒖肌? 模擬鎖相環(huán) 通常采用模擬 相位偵測器 ，低通濾波器和 壓控振蕩器 放置在一個負(fù)面的反饋配置 。數(shù)字鎖相環(huán)采用了數(shù)字鑒相器，它也可能有一個分頻器在反 饋路徑或參考路徑，或 都有。 為了使 鎖相環(huán) 的輸出信號的頻率 滿足一個合理的多種 參考頻率。創(chuàng)建一個非整數(shù)倍 的 參考頻率，也可以由 一個可編程的吞咽計數(shù)器脈沖 的反饋路徑取代簡單的除以 N 計數(shù)器。這種技術(shù)通常被稱為作為 分?jǐn)?shù) n型合成器 或分?jǐn)?shù) N型鎖相環(huán) 。 振蕩器產(chǎn)生一個周期的輸出信號。假設(shè)最初的振蕩器是 和參考信號 幾乎相同的頻率。 如果振蕩器相位滯后于參考 相位 ， 鑒相器 改變 振蕩器的控制電壓為了 加快振 子 。同樣，如果 在參考 相位之前 ，鑒相器改變控制電壓 為了 放慢振 子 。由于最初的振蕩器可能 遠(yuǎn)離 參考頻率，實用階段探測器 也可能 響應(yīng)頻率的差異 ，從而增加允許的輸入范圍鎖定。 根據(jù)不同的應(yīng)用， 要么 控振蕩器的輸 出 ， 要么 控制信號到振子 ，提供有用的 鎖相環(huán) 系統(tǒng)的輸出。 相位檢測器 這兩個輸入相位探測器的參考輸入 和 壓控振蕩器的反饋。 相位差 控制壓控振蕩器輸出 ，因此， 這樣之間相位差的兩個輸入保持相對不變 ，使它成為一個負(fù)反饋系統(tǒng)。 有幾種類型的鑒相器兩個 主要類別 分別是 模擬和數(shù)字。 不同類型的鑒相器有不同的性能特點(diǎn)。 例如，混頻器產(chǎn)生的諧波， 壓控振蕩器 的 信號頻譜純度重要的是增加了應(yīng)用的復(fù)雜性。造成不必要的邊帶，也被稱為 “參考 脈沖 ”可以 支配 濾波器的要求，并減少捕捉范圍和遠(yuǎn)低于要求 的 鎖定時間。在這些應(yīng)用中， 在 它們的輸出使用更復(fù)雜的 鑒相器 沒有嚴(yán)重的參考 脈沖 成分。此外，當(dāng)處于鎖定狀態(tài)， 在穩(wěn)態(tài)相位差投入使用這種類型的相位檢測器接近 90 度。 實際的差別是由直流環(huán)路增益 引起的 。 一個 繼電器式控制充電泵 必須始終有一個 不工作區(qū) ，在輸入相位足夠接近也就是 檢測器檢測無相位誤差 。出于這個原因， 繼電器式控制鑒相器 與重要的最低 峰對峰抖動有關(guān)聯(lián) ，因為漂移 在 不工作區(qū) ，然而這些類型， 由 非常狹窄的脈沖輸出組成的 ， 對 應(yīng)用需要很低的壓控振蕩器是很有用的 。窄脈沖包含很少的 能量，容易篩選出 壓控振蕩器 的控制電壓。這樣的結(jié)果 低的壓 控制 振蕩器 控制線路波紋 ，因此在 壓控振蕩器 上 低調(diào)頻邊帶 。 在鎖相環(huán)應(yīng)用 中 經(jīng)常需要知道什么時候環(huán)路是出鎖 的 。更復(fù)雜的數(shù)字相頻檢測器通常有一個輸出，允許 出 鎖狀態(tài)可靠的指標(biāo)。 建模 時域模型 鎖相環(huán)的方程的一種模擬乘數(shù)和相位檢測器和線性濾波可以得到如下 。 讓輸入到鑒相器是 xr(θr(t)) 和 壓控振蕩器 的輸出是 xc(θc(t)),相位是 θr(t) 和 θc(t). 。 函數(shù) xc(θ) 和 xr(θ) 描述的信號波形。然后輸出相位檢測器 xm(t)。 xm(t) = xr(θr(t))xc(θc(t)) 壓控振蕩器 的頻率通常被視為 壓控振蕩器 輸入 G（ T ）的函數(shù) gv是 壓控振蕩器 的靈敏度，并 且 表示單位為 Hz / V 。 ωc表示 為自由運(yùn)行頻率的振蕩器。 環(huán)路濾波器可以線性微分方程描述系統(tǒng) XM （ t）是一個過濾器的輸入， XF （ t）是一個過濾器的輸出，一個是 N n 矩陣， 。代表一個過濾 器的初始狀態(tài)。星符號是 一個共軛調(diào)換。 因此，下面的系統(tǒng)描述鎖相環(huán) 其中 φ0是初始階段的轉(zhuǎn)變。 相域模型 考慮 鎖相環(huán) XR （比 θr （ T） ）和 壓控振蕩器 輸出 XC （ θC （ T） ）輸入高頻信號。 2π周期的任何分段微職能 XR （ θ）和 XC （ θ ）然后有一個函數(shù) φ （ θ），這樣的濾波器輸出 G（ T ） 在第一階段的域名 是漸 漸近 平等的 （ G（ T ）的區(qū)別 XF （ t）是頻率?。┹敵鰹V波器的時域模型中。這里函數(shù) φ（ θ ）是一個相位檢測器的特點(diǎn)。 記 θe(t) 的相位差 θe = θr(t) ? θc(t). 然后以下的動力系統(tǒng)介紹了 PLL的行為 這里頻率 ωe = ωR ωC ωR是一個參考振蕩器的頻率（我們假設(shè) ωR是不變的） 。 范例 考慮正弦信號 簡單的一極的 RC電路作為一個過濾器。時域模型采用的形式 這個信號的 PD的特點(diǎn)是平等 [14] 因此，相域模型采用的形式 這相當(dāng)于數(shù)學(xué)擺方程方程系統(tǒng) 線性相位域模型 鎖相環(huán)也可作為控制系統(tǒng)的分析，應(yīng)用拉普拉斯變換。環(huán)路響應(yīng)可以寫成： θo是在弧度的輸出相位 θi是弧度的輸入階段 KP是伏每弧度的相位檢測器增益 KV是在每伏秒弧度的 壓控振蕩器 增益 F（ S）是環(huán)路濾波器的傳遞函數(shù) 可以通過插入不同類型的環(huán)路濾波器控制回路特性。最簡單的過濾器是一個單極 RC 電路。在這種情況下的閉環(huán)傳遞函數(shù)是： 環(huán)路響應(yīng)變?yōu)椋? 這是一個經(jīng)典諧振子的形式。分母可以與一個二階系統(tǒng)： ζ是阻尼因子 ωn為環(huán)路的自然頻率 對于一個單極 RC濾波器， 循環(huán)的自然頻率是衡量一個循環(huán)的響應(yīng)時間，和阻尼系數(shù)是一個過沖和振鈴的措施。理想的情況下，應(yīng)該是自然頻率高的阻尼因素應(yīng)該是 （臨界阻尼）附 近。與一個單極濾波器，它是不可能獨(dú)立控制環(huán)路的頻率和阻尼因子。對于臨界阻尼情況下， 一個稍微更有效的過濾器，滯后鉛的過濾器包括一個極點(diǎn)和一個零點(diǎn)。這可以實現(xiàn)兩個電阻和一個電容。該濾波器的傳遞函數(shù)是 此過濾器有兩個時間常數(shù) τ1 = （ R1 + R2） τ2 =枚 CR2 代以上產(chǎn)生以下的固有頻率和阻尼系數(shù) 環(huán)路濾波器元件可以獨(dú)立計算，對于一個給定的自然頻率和阻尼因子 現(xiàn)實世界中環(huán)路濾波器的設(shè)計可以更復(fù)雜，例如利用更高階的濾波器，以減少各類或相位噪聲源。