選擇你的PLL鎖定時間測量

時鐘速度的提高和更嚴(yán)格的信號時序增加了對精準(zhǔn)的高頻模塊的需求。PLL(鎖相環(huán))基于輸入信號生成高頻輸出信號，是一種備受歡迎的用于產(chǎn)生高頻信號的電路。當(dāng)PLL參考時鐘和PLL反饋時鐘的頻率和相位相匹配時，PLL則被稱為是鎖定狀態(tài)。達到鎖定狀態(tài)所需的時間稱為鎖定時間，這是PLL設(shè)計最關(guān)鍵的參數(shù)之一。因此，需要非常精確地加以測量。

圖1顯示了PLL及其組件的簡化框圖。

圖1在鎖相環(huán)中，VCO信號被劃分并發(fā)回與參考信號進行比較。

PLL鎖定時間是通電后，PLL需要與相匹配(PLL參考時鐘和PLL反饋時鐘之間)產(chǎn)生目標(biāo)頻率的時間。圖2顯示在反饋時鐘和參考時鐘的頻率相同時，鎖定信號為高。

圖2反饋時鐘和參考時鐘的頻率相同時，PLL鎖定信號為高

PLL的設(shè)計通常采用一種方式，讓鎖定時間盡可能短，同時仍然提供盡可能高的穩(wěn)定性。取決于參考頻率的范圍，實現(xiàn)鎖定狀態(tài)所花費的時間有所不同，如圖3.

圖3鎖定時間行為與參考頻率關(guān)系是線性正比的。

你可以根據(jù)可用資源使用以下任何方法。

方法1：PLL電源開啟，鎖定位斷言/去斷言

PLL電源開啟時，GPIO(通用輸入輸出)引腳翻轉(zhuǎn)。然后，鎖定位輪詢檢查鎖定狀態(tài)是否已經(jīng)實現(xiàn)。當(dāng)鎖定位被斷言/去斷言時，相同的GPIO引腳再次觸發(fā)，如圖4.該GPIO的脈沖寬度就是PLL鎖定時間。如果無法訪問PLL時鐘輸出，可以使用這一方法。

圖4 PLL電源開啟到鎖定位斷言/去斷言

不幸的是，這種方法不是很精確，因為在鎖位設(shè)置后，有一定鎖定時間的設(shè)計裕量。

方法2：PLL電源開啟到預(yù)期VCO時鐘輸出

如果PLL VCO(壓控振蕩器)的時鐘輸出墊沒有鎖位門控(不論PLL鎖定位處于何種狀態(tài)，時鐘輸出墊都驅(qū)動VCO時鐘)，則此方法會奏效。由于VCO時鐘輸出墊沒有鎖位門控，我們可以直接觀察VCO輸出。在此方法中，我們測量PLL電源開啟時間到獲得所需VCO輸出頻率的時間之間的時間間隔，如圖5.這個時間就是鎖定時間。

可以通過手動放置每個循環(huán)的光標(biāo)，直到觀察到恒定頻率，從而測量示波器所需的PLL頻率輸出。

圖5在這個應(yīng)用中，鎖定時間是PLL電源開啟到預(yù)期VCO時鐘輸出時間。

方法3：PLL電源開啟到預(yù)期PLL反饋時鐘輸出

如果PLL VCO(壓控振蕩器)時鐘輸出墊有鎖位門控(時鐘輸出墊只有在獲得PLL鎖定時方驅(qū)動VCO時鐘)，并且不論PLL鎖定位狀態(tài)如何，時鐘輸出墊都有反饋時鐘信號，則可使用這一方法。在這個方法中，測量的是PLL電源開啟到其所需的反饋頻率(同基準(zhǔn)頻率)時間之間所花的時間，如圖6.這個時間就是鎖定時間。

圖6 PLL鎖定時間為PLL電源開啟到預(yù)期PLL反饋時鐘輸出的時間。

方法4：PLL電源開啟到鎖定墊斷言/去斷言

如果PLL VCO時鐘輸出墊有鎖位門控，就無法選擇讓PLL反饋時鐘信號到墊上，但鎖定墊可以用硅，就可以使用這個方法。在這里，測量的是PLL電源開啟的時間，和鎖定墊被斷言/解除斷言的時間，如圖7(在此，板上的可用鎖定墊受到監(jiān)控，鎖定位不用GPIO輪詢)。這個時間是鎖定時間。這種方法是精準(zhǔn)的，因為鎖定信號直接來自PFD，因此沒有附加的延遲。

圖7.PLL鎖定時間是PLL上電鎖定墊斷言/去斷言的函數(shù)。在這種情況下，你只需要在示波器上觀察PLL斷電信號和PLL鎖定信號。這里顯示的時鐘僅供參考。)

我們已經(jīng)討論了取決于設(shè)計局限性的測量PLL鎖定時間的不同方法。方法4到方法3到方法2到方法1對PLL鎖定時間測量的精度是遞降的。因此，如果所有的資源都可用，我們推薦采用方法4進行PLL鎖定時間的測量。