PLL(Phase Locked Loop): 为锁相回路或锁相环,用来统一整合时脉讯号,使内存能正确的存取资料。PLL用于振荡器中的反馈技术。锁相环通常由鉴相器(PD)、环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)三部分组成锁相环是一种反馈电路,其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。PLL通过比较外部信号的相位和由压控晶振(VCXO)的相位来实现同步的,在比较的过程中,锁相环电路会不断根据外部信号的相位来调整本地晶振的时钟相位,直到两个信号的相位同步。
PLL 主要应用在雷达通信、通信基站以及其他行业领域中。因此锁相环的信号质量尤为关键。这里也要说下PLL 的优缺点,PLL 的主要优点是信号噪声低,由于鉴相频率低,锁定频率变化小,因此具有良好的窄带跟踪滤波特性和抑制干扰能力,大量节省了滤波器。PLL 缺点主要为由于鉴相频率低,要扩大输出频率范围就必须增大鉴相频率和N值,这样频率间隔就增大,即频率步进大,分辨率低。因此要设计出一款高性能,低噪声的PLL,主要有几个关键因素决定:PLL 供电,VCO的精度还有参考时钟,这几个关键点。
这里我们主要谈的是PLL 的电源设计。在电源设计中,由于PLL和VCO 的功耗比较高,典型的ADI 的ADF4350,其电流约为500mA,因此如何选好电源芯片是关键.面对以上问题有2种解决办法,首先PLL 供电一般都是5V,VCO 的供电是不固定的,有的是12V有的是8V 有的是5V,因此这个我们在做电源设计的时候也需要做好滤波处理。
假设我们选择的电源是高电压,例如15V,那么我们首先要进行DCDC转换到5V,在这里选择DCDC 的时候要注意,选择开关频率要高,因为开关频率高了,在电源滤波过程中才好处理,在DCDC输出后一般都是进行π型滤波器进行电源滤波,这里关键的点要注意的就是。
假设PLL 是5V,那么我们DCDC输出的电压就必须要高于5V一点,一般在6-7V为宜,为什么呢?因为我们还要进行LDO 稳压,这里大家可能不明白为什么这样做,这样做的好处就是更好的隔离DCDC的噪声,当然没我们选择DCDC 和LDO 的时候,就需要选择低噪声的芯片,当我们得到5V电压后,我们可以用示波器测试其电源纹波,一般要在2-3mV,因为示波器的精度是在5mv以下都不够准确了,因为内部噪声就很严重。
即使我们的电源做到了5mv以下的纹波,也不会说我们的PLL 就没事了,因为频谱仪可以看到非常低的噪声,我用过的R&S-FSU最低是可以看到-130dbc的相位噪声,因此我们不能说从示波器上面看到电源很赶紧,就认为已经很不错了,就像比如0dBm不是没有功率一样。因此电源滤波一定要处理好。
电源处理好了,就没事了吗??错,还有一个是空间辐射,因为DCDC的频率可能经过空间辐射出来已经干扰到了PLL,你可以在频谱上看到这样的现象:
在频谱的两边有堆成的小包,而且一般都在近端,当然这个小包不一定是在DCDC 造成的,可能是鉴相泄漏,也可能是其他原因,我们怎么去判断呢?这个时候你可以用吸收材料改在电源上,或许就会改善,那么就说明你的信号已经被DCDC 污染了,这里就需要我们进行隔离,最好的隔离是腔体,腔体和电源之间进行穿心电容连接,这样对信号质量改善很有帮助。
对PLL电源处理好了,就没事了吗?也不是的,还有CPU, PLL信号质量在设计上不光与电源有关,还与我们的软件设计有关系,如果我们的软件一直在送数据,那么你就会发现频谱的低噪出现很多杂散,还有寄存器配置等等,这里我们不主要研究。在CPU 控制PLL 的时候,虽然我们PLL 电源很赶紧,但是CPU 电源噪声很大,控制线有没有做EMI 处理,那么噪声就跟着控制信号线,进入了PLL,造成了干扰,因此我们对CPU 也要做良好的电源处理,同时,在CPU于PLL之间,添加EMI滤波器,隔离数字带来的干扰。
综上,PLL的设计不仅仅是一个电路的设计,而是一个从器件选型,到结构设计,到电源设计,再到软件设计的一个综合的过程。这里面任何一个环节都可能导致PLL信号质量。 后续陆续总结PLL 设计之软件设计,和腔体设计。