選擇和表征鎖相環(huán)在定時(shí)和相位控制中的應(yīng)用

鎖相環(huán)(PLL)廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信，在基站中的主要用途是為發(fā)射器和接收器中的上變頻和下變頻電路提供一個(gè)穩(wěn)定的、低噪聲的射頻(RF)本地振蕩器(LO)。鑒于PLL本身的性能，它還可以用于控制其他許多電路中時(shí)鐘信號(hào)的定時(shí)，而且在某些應(yīng)用中，如果使用得當(dāng)可以代替價(jià)格較貴的定時(shí)芯片。

大多數(shù)高速數(shù)字電路的設(shè)計(jì)工程師會(huì)在注重相位的應(yīng)用中選擇很貴的定時(shí)芯片，因?yàn)橥ǔ６际菍?duì)限定頻率范圍(通常是適合SONET/SDH頻率的線路速率)粗略地表征定時(shí)指標(biāo)。相比之下，PLL器件通常覆蓋了很寬的頻率范圍，而且在相位控制或定時(shí)應(yīng)用方面通常沒(méi)有具體的規(guī)定。部分原因是由于采用無(wú)限多的輸入和輸出頻率，而且對(duì)它們進(jìn)行多種可能的倍頻和分頻比的組合。因此其相位延時(shí)特性很少有人研究，而且在PLL技術(shù)資料上幾乎從來(lái)沒(méi)有發(fā)表過(guò)。下面推薦了適合各種特定應(yīng)用的PLL器件的特性，因?yàn)椴煌膽?yīng)用需要不同的配置和需求，這可能會(huì)提供不同的結(jié)果。為此，本文將介紹在特別注重相位控制的應(yīng)用中為表征PLL器件性能所采用的大量研究和實(shí)驗(yàn)的方法和結(jié)果。

兩個(gè)不同器件之間的相時(shí)延

PLL的初始特性包括用相同參考時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)PLL器件的兩個(gè)壓控振蕩器(VCO)輸出信號(hào)之間的相位滯后的分析。這樣做是因?yàn)槿绻煌骷腞ef到RF的傳播延時(shí)偏差很大而且不可預(yù)知的話，由此得出結(jié)論在相位控制應(yīng)用中采用PLL器件實(shí)際上是受限制的。最簡(jiǎn)單的配置就是采用PLL和外置的VCXO。低頻的PLL可以采用ADI的ADF4001，對(duì)于ADF4001，參考(R)和反饋(N)分頻系數(shù)都設(shè)為1。這樣實(shí)際上就意味著PLL可以用作時(shí)鐘清除電路，這時(shí)PLL器件的一種常見(jiàn)應(yīng)用，電路連接如圖1所示。

圖1 相時(shí)延電路設(shè)置

為了確保兩個(gè)器件的參考計(jì)數(shù)器在盡可能多地相同時(shí)間里進(jìn)行時(shí)鐘控制，需要采用一種低噪聲、短上升時(shí)間的方波。為了獲得這樣的方波，采用一種高頻的分頻器將984.04 MHz的正弦波經(jīng)過(guò)16分頻，輸出一個(gè)61.44 MHz的高轉(zhuǎn)換速率的方波。特別重要的一點(diǎn)是保證通過(guò)每個(gè)PLL的信號(hào)從分路器到各器件Refin引腳的傳輸距離應(yīng)該完全相同。這樣才能保證時(shí)鐘脈沖以完全相同的時(shí)序?qū)蓚€(gè)器件嚴(yán)格定時(shí)。更進(jìn)一步的考慮就是確保兩個(gè)PLL器件的計(jì)數(shù)器都在同一時(shí)刻復(fù)位?？梢韵葘㈩A(yù)設(shè)的內(nèi)容寫入PLL寄存器，然后同時(shí)將兩器件的片選(CE)置成高電平以啟動(dòng)兩顆芯片完成同時(shí)復(fù)位。這項(xiàng)功能也可以采用軟件的計(jì)數(shù)器復(fù)位功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。

為了保證測(cè)量的精度，采用了有源的示波器探頭(P6243)和一個(gè)高頻數(shù)字示波器(TDS3054)。這樣，在很大程度上保持了方波的形狀而且有助于兩個(gè)波形之間的比較。在示波器上顯示的波形示出了兩個(gè)幾乎完全相同的輸出信號(hào)之間有60 ps的偏差。

完成這種測(cè)量的另一種方法就是采用增益和相位檢測(cè)器來(lái)測(cè)量兩個(gè)不同信號(hào)之間的增益和相位差。在本實(shí)驗(yàn)中，兩個(gè)PLL的VCXO輸出都送至增益和相位檢測(cè)器的輸入。同樣還要注意保證用于傳送兩個(gè)RF信號(hào)到增益和相位檢測(cè)器輸入端的電纜長(zhǎng)度應(yīng)該完全相同。結(jié)果相位輸出端的信號(hào)輸出是1.85 V，它超過(guò)了產(chǎn)品技術(shù)資料中提供的相當(dāng)于0