基于PLL技術的電源管理設計

摘要

　　鎖相環（PLL）是現代通信系統的基本構建模塊PLLs通常用在無線電接收機或發射機中，主要提供本振（LO）功能；也可用于時鐘信號分配和降噪，而且越來越多地用作高采樣速率模數或數模轉換的時鐘源。由于每一代PLL的噪聲性能都在改善，因此電源噪聲的影響變得越來越明顯，某些情況下甚至可限制噪聲性能。

　　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。電壓控制可變電容二極管（變容二極管） 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IC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。

圖2.ADF4350 VCO通過10kHz、0.6v p-p方波響應