基于電荷泵鎖相環(huán)的有源環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
相位裕度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)，一般選擇在40°～55°之間。理論上相位裕度為48°的時(shí)候有最小的鎖定時(shí)間，50°的相位裕度有最小的RMS相位誤差。更大的相位裕度能夠減小環(huán)路濾波器的峰值響應(yīng)，但是增加了鎖定時(shí)間。
環(huán)路帶寬是環(huán)路濾波器最重要的參數(shù)，如果選擇的環(huán)路帶寬太小會(huì)改善參考雜散和RMS相位誤差，但是卻增加鎖定時(shí)間；選擇的環(huán)路帶寬太大將會(huì)改善鎖定時(shí)間，但會(huì)增加參考雜散和RMS相位誤差，因此選擇的環(huán)路帶寬既要滿(mǎn)足鎖定時(shí)間的要求，又要選擇一個(gè)頻率使PLL噪聲等于VCO噪聲，從而使RMS相位誤差設(shè)計(jì)最佳。考慮設(shè)計(jì)使參考雜最小，環(huán)路帶寬越小，雜散越低。
3 Chirp超寬帶信號(hào)源的有源環(huán)路濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
本設(shè)計(jì)目標(biāo)是產(chǎn)生中心頻率是640 MHz，帶寬是160 MHz，即560 MHz～720 MHz的Chirp超寬帶信號(hào)，分?jǐn)?shù)比為25％，T為1μs。采用結(jié)合DDS和PLL技術(shù)來(lái)構(gòu)建Chirp超寬帶源，首先通過(guò)外部控制DDS產(chǎn)生70 MHz～90 MHz的線性調(diào)頻信號(hào)，然后通過(guò)鎖相環(huán)進(jìn)行8倍頻得到Chirp超寬帶信號(hào)。VCO選用的是V637ME02-LF，它的調(diào)控電壓范圍是0．5 V～10 V，相應(yīng)的560 MHz～720 MHz的Chirp超寬帶信號(hào)調(diào)控電壓范圍是3 V～6．5 V。由于VCO的控制電壓較高，設(shè)計(jì)時(shí)采用有源環(huán)路濾波器。
本設(shè)計(jì)的鎖相環(huán)為寬帶跟蹤環(huán)，指標(biāo)是環(huán)路帶寬2 MHz，相位裕度48°，分頻比為8，電荷泵電流4 mA，A=4。利用上述方法設(shè)計(jì)的三階有源濾波器用于該鎖相環(huán)，元件參數(shù)值如表1所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/176735.htm
用Agilent公司的ADS軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真，如圖5和圖6所示，該電荷泵鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬為1．995 MHz，相位裕度47．965°?？梢?jiàn)仿真結(jié)果與設(shè)計(jì)指標(biāo)比較接近，證明這個(gè)3階有源環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)方法是可行的。
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，在安捷倫頻譜儀E4440A中測(cè)得DDS輸出信號(hào)頻譜和Chirp超寬帶信號(hào)頻譜。DDS輸出信號(hào)的頻譜范圍為70 MHz～90 MHz，掃頻帶寬為20 MHz。Chirp超寬帶信號(hào)頻譜范圍為560 MHz～720 MHz，掃頻帶寬為160 MHz。信號(hào)源的輸出信號(hào)頻譜質(zhì)量好，頻帶內(nèi)譜線比較平坦，波動(dòng)范圍小，這得益于鎖相環(huán)工作良好，因此設(shè)計(jì)的3階有源環(huán)路濾波器是符合要求的。
4 結(jié)束語(yǔ)
電荷泵鎖相環(huán)以其優(yōu)越的性能被廣泛地研究與應(yīng)用，本文在分析電荷泵鎖相環(huán)基本原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)環(huán)路帶寬和相位裕度等指標(biāo)的要求，論述了二階有源環(huán)路濾波器的基本設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)一步討論了三階有源環(huán)路濾波器的設(shè)計(jì)方法，以具體實(shí)例分析計(jì)算出三階有源低通濾波器環(huán)路參數(shù)。最后，并且利用Agilent公司的ADS軟件進(jìn)行了由此組成的電荷泵鎖相環(huán)的性能仿真，給出了鎖相環(huán)的頻率響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鎖相環(huán)工作良好，所設(shè)計(jì)的3階有源環(huán)路濾波器達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。
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評(píng)論