選擇和表征鎖相環(huán)在定時和相位控制中的應(yīng)用

鎖相環(huán)(PLL)廣泛應(yīng)用于無線通信，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鐘信號的定時，而且在某些應(yīng)用中，如果使用得當(dāng)可以代替價格較貴的定時芯片。

大多數(shù)高速數(shù)字電路的設(shè)計工程師會在注重相位的應(yīng)用中選擇很貴的定時芯片，因為通常都是對限定頻率范圍(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應(yīng)用方面通常沒有具體的規(guī)定。部分原因是由于采用無限多的輸入和輸出頻率，而且對它們進行多種可能的倍頻和分頻比的組合。因此其相位延時特性很少有人研究，而且在PLL技術(shù)資料上幾乎從來沒有發(fā)表過。下面推薦了適合各種特定應(yīng)用的PLL器件的特性，因為不同的應(yīng)用需要不同的配置和需求，這可能會提供不同的結(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驗的方法和結(jié)果。

兩個不同器件之間的相時延

PLL的初始特性包括用相同參考時鐘驅(qū)動的兩個PLL器件的兩個壓控振蕩器(VCO)輸出信號之間的相位滯后的分析。這樣做是因為如果不同器件的Ref到RF的傳播延時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器件實際上是受限制的。最簡單的配置就是采用PLL和外置的VCXO。低頻的PLL可以采用ADI的ADF4001，對于ADF4001，參考(R)和反饋(N)分頻系數(shù)都設(shè)為1。這樣實際上就意味著PLL可以用作時鐘清除電路，這時PLL器件的一種常見應(yīng)用，電路連接如圖1所示。

圖1 相時延電路設(shè)置

為了確保兩個器件的參考計數(shù)器在盡可能多地相同時間里進行時鐘控制，需要采用一種低噪聲、短上升時間的方波。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16分頻，輸出一個61.44 MHz的高轉(zhuǎn)換速率的方波。特別重要的一點是保證通過每個PLL的信號從分路器到各器件Refin引腳的傳輸距離應(yīng)該完全相同。這樣才能保證時鐘脈沖以完全相同的時序?qū)蓚€器件嚴(yán)格定時。更進一步的考慮就是確保兩個PLL器件的計數(shù)器都在同一時刻復(fù)位?？梢韵葘㈩A(yù)設(shè)的內(nèi)容寫入PLL寄存器，然后同時將兩器件的片選(CE)置成高電平以啟動兩顆芯片完成同時復(fù)位。這項功能也可以采用軟件的計數(shù)器復(fù)位功能來實現(xiàn)。

為了保證測量的精度，采用了有源的示波器探頭(P6243)和一個高頻數(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波形之間的比較。在示波器上顯示的波形示出了兩個幾乎完全相同的輸出信號之間有60 ps的偏差。

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