锁相环的相位噪声.doc

锁相环倍频器的一个最主要的难点就是降低相位噪声。 早射干扰具有随机性，具体分析计算极其困难。虽然我们可借助像AGINENT的ADS等仿真软件和MATHCAD等大型计算软件进行分析，但我们必须借助PLL的线性相位模型开始研究（图2）其中为环路滤波器的传递函数；和分别为鉴相器的鉴相灵敏度和压控振荡器的压控灵敏度 上图的PLL的相位噪声模型可得其前向增益和反向增益分别为(3-1)(3-2) 其中R为分频器分频比。为环路滤波器传递函数。利用现代控制理论，可得出锁相环环路各部件的噪声源对环路噪声的贡献的传递函数。表图为各类噪声源及其对应的传递函数噪声部件传递函数晶体振荡器R分频器N分频器鉴相器VCO从上表我们可以看出，鉴相器、N分频器、R分频器和参考晶体的噪声传递函数都有一个共同的因子。以上的噪声源统称为带内噪声。 晶体振荡器的相位噪声晶体振荡器的相位噪声 对输出相位噪声 的影响为(4) 由式( 4 ) 中可以看出，晶振中心频率的相位噪声全部由环路输出，大于环路谐振频率的相位噪声将被衰减。由于分频次数N与倍频次数M受输出频率和跳频点数限制，故主要考虑 。 晶体振荡器等效电路中的放大器固有噪声功率FKTB经放大器后通过带宽为的晶体滤波器与信号功率一起加到输入端，形成相位噪声，为放大器输出端的基底噪声，可写成（5） 压控振荡器( VCO) 的相位噪声 压控振荡器VCO) 的相位噪声对 的影响为（6） 对的影响具有高通特性，低于的分量环路有很强的抑制作用，高于的相位噪声分量将全部输出。因此频率合成器远端的相位 噪声主要决定 , 降低是降低频率合成器远端相位噪声的主要方法。环路滤波器的相位噪声 影响相位噪声的另一个重要因素是环路滤波器。环路滤波器对最终性能有很大影响，这是因为它决定拐点频率( 在拐点频率处来自电路不同部分的噪声开始影响输出，如图所示)。在环路带宽内，鉴相器强迫VCO跟踪参考频率，将参考频率源的相位噪声带到VCO上。由于鉴相器噪声基底通常比参考频率源的相位噪声高,因此这一过程受到鉴相器噪声基底的支配。由于补偿频率高于环路带宽，环路就不能很好的跟踪参考频率，总的相位噪声等于 V C O的相位噪声,因此要将环路带宽设置在鉴相器噪声基底与VCO自由振荡时相位噪声的交叉点上。过宽和过窄的环路带宽虽然对VCO的相位噪声有一定的改善，但不能很好地提高PLL的相位噪声性能。图2 典型单环路合成器的噪声曲线 鉴相器的相位噪声 鉴相器的相位噪声对的影响为( 7 ) 由式( 7 ) 可以看出，对 也呈低通特性，对影响将很小。另外，还可看出，应尽量提高鉴相灵敏度，使环路抑制能力增强，还应注意鉴相器输入电压也应足够大，使鉴相器二极管能工作在理想区域，以降低鉴相器的附加相噪。电源引起的相位噪声 电源引起的相位噪声主要来源于电源变压器及整流后的纹波电压，它们都通过某种方式对基准信号进行调制，尤其对晶振的调制，而形成相位噪声，这种噪声都属于近端干扰噪声，将由环路全部转移到输出端输出。 分析 环路对带内噪声源呈低通过滤，故希望将环路带宽越低越好；但环路对VCO呈高通过滤，又希望环路带宽越宽越好。为了兼顾这一对矛盾，能够将两种噪声都得到合理的抑制，可以选择环路带宽在两噪声源谱密度线的交叉点附近总是比较接近于最佳状态的。但考虑晶振噪声要恶化，所以实际带宽要略小一些。又前面方程可知，在环路带宽内VCO的噪声贡献很小，而带内噪声源电压电源应乘以N，那么噪声功率应于成正比，因此通常会错误的认为相位噪声随变化。这个理论本身没有错但是它忽略了鉴相器噪声的影响。鉴相器也是PLL的一个重要的噪声源。以一个数字三态鉴频鉴相器为例，在比较频率较高时输出的相位噪声就更大。由此可以看出鉴相器的相位噪声影响与比较频率有关，且按变化。