一種新穎的內(nèi)外頻標(biāo)自適應(yīng)式時鐘源的設(shè)計
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環(huán)路濾波器的設(shè)計在整個時鐘源中很關(guān)鍵，既要兼顧5 MHz，10 MHz外頻標(biāo)，又要兼顧20 MHz內(nèi)頻標(biāo)。因此，環(huán)路的設(shè)計必須同時考慮到各個頻標(biāo)的因素。鑒于這種情況，設(shè)計環(huán)路時，對參考頻率分別進(jìn)行1，2，4分頻，使得環(huán)路在多個頻標(biāo)下，均以5 MHz鑒相頻率，相同的N分頻次數(shù)，滿足鎖相環(huán)的要求。所以，對環(huán)路帶寬必須合理選擇。一般情況下，選擇在參考源噪聲源和VCO噪聲源譜密度線的交叉點。
在設(shè)計中采用無源三階濾波器，環(huán)路帶寬大致設(shè)為45 kHz，相位裕量為65°。環(huán)路帶內(nèi)的相位噪聲取決于晶振相位噪聲，環(huán)路帶外的噪聲取決于壓控振蕩器的相位噪聲。時鐘源輸出信號的相位噪聲是所有噪聲同時作用的結(jié)果。圖4為鎖相環(huán)附加噪聲源的系統(tǒng)框圖。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/188867.htm
數(shù)字鎖相環(huán)在鎖定狀態(tài)下可以認(rèn)為是線性系統(tǒng)，應(yīng)用線性疊加原理，將各噪聲源反映到時鐘源輸出端的相位噪聲功率譜密度相加，則可得到總的相位噪聲功率譜密度(單位：dBc／Hz)：
其中：Sr(f)，SPD(f)，SLP(f)，SVCO(f)，So。(f)分別為參考頻標(biāo)、鑒相器、環(huán)路濾波器、VCO、時鐘源輸出的相位噪聲，單位均為dBc／Hz，H(j2πF)為環(huán)路的有效傳輸函數(shù)。上式右邊第一項為環(huán)路的低通輸出相位噪聲譜，第二項為環(huán)路的高通輸出相位噪聲譜。
參考信號的相位噪聲對輸出信號相噪的貢獻(xiàn)L1(f)(單位：dBc／Hz)，可用式(1)計算：
式中：Lr(f)為晶振的相位噪聲(單位：dBc／Hz)；鑒相器的基底相噪對輸出信號相噪的貢獻(xiàn)L2(f)(單位：dBc／Hz)，可用式(2)來計算：
式中：LpD(f)為鑒相器的基底相噪(單位：dBc／Hz)；Fc為鑒相頻率(單位：Hz)。
由式(1)和式(2)得，在環(huán)路帶內(nèi)輸出信號的相位噪聲L(f)(單位：dBc／Hz)，可由式(3)得到：
利用式(3)可估算出輸出信號的相位噪聲為-120 dBc／Hz@1 kHz。
由于參考頻率的不同，R分頻的次數(shù)不同，相位噪聲改善的不同，加之N倍頻相位噪聲惡化的差異性，最終環(huán)路在各頻標(biāo)作用下，表現(xiàn)出來的相位噪聲也各有差異，不盡相同。
3 實驗結(jié)果及其分析
實驗結(jié)果證明，三種參考頻率在相同的相位噪聲基準(zhǔn)下，20 MHz頻標(biāo)倍頻次數(shù)最少，相位噪聲曲線最好；5 MHz頻標(biāo)倍頻次數(shù)最多，相位噪聲也能滿足要求。圖5給出了E4440A測試的時鐘源輸出相位噪聲曲線(其橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示相位噪聲)。
從圖5可以看出，時鐘源實際輸出相位噪聲與根據(jù)上述公式估算的結(jié)果比較接近，滿足系統(tǒng)對時鐘源相位噪聲的要求，這說明本文提出的內(nèi)外頻標(biāo)自適應(yīng)式時鐘源的環(huán)路帶寬設(shè)計合理，電路布局優(yōu)化，設(shè)計方法是完全可行的。
4 結(jié) 語
新設(shè)計的內(nèi)外頻標(biāo)自適應(yīng)式時鐘源具有電路硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低，相位噪聲低，雜散小的特點。內(nèi)外頻標(biāo)的切換不用外部控制，完全自適應(yīng)多個不同頻率的內(nèi)外頻標(biāo)，而且產(chǎn)品的適應(yīng)性和使用的方便性都大大增強(qiáng)。目前該時鐘源已在數(shù)字基帶系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
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