基于壓控振蕩器（VCO）的高性能鎖相環(huán)（PLL）設(shè)
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例如，頗受歡迎的OP27采用±15 V電源時(shí)，IVR為±12.3 V。這意味著，輸入電壓至少需要與正負(fù)供電軌相差±2.7 V。對于單電源供電、寬輸入擺幅應(yīng)用，范圍低端的這種限制將使該放大器缺乏吸引力。如果使用雙電源設(shè)計(jì)方案，則運(yùn)算放大器的選擇范圍廣得多（而且可輕松解決輸入偏置問題）。如果必須采用單電源設(shè)計(jì)，請使用具有軌到軌輸入擺幅的運(yùn)算放大器（但其中許多放大器可能具有較高的噪聲電壓特性）。因此，為獲得最佳效果，運(yùn)算放大器需要具有低噪聲電壓密度、低輸入偏置電流和軌到軌輸入，以便實(shí)現(xiàn)低相位噪聲、低雜散和單電源供電。表1列出了ADI公司的一些運(yùn)算放大器及其上述設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)特性。
表1. 建議在PLL有源環(huán)路濾波器中使用的運(yùn)算放大器
| 運(yùn)算放大器 | 電壓噪聲, f = 1 kHz (nV/√Hz) | 電流噪聲, f = 1 kHz (pA/√Hz) | 輸入偏置電流（典型值） | 輸入電壓范圍，與低供電軌的間隙(V) | VSUPPLY 最大電源電壓，單電源(V) |
| AD820 | 16 | 0.8 | 2 pA | –0.2 | 36 |
| OP184 | 3.9 | 0.4 | 60 nA | 0 | 36 |
| AD8661 | 12 | 0.1 | 0.3 pA | –0.1 | 16 |
| OP27 | 3 | 0.4 | 10 nA | +2.7 | 36 |
| AD8099 | 2 | 8 | 100 nA | +1.3 | 12 |
運(yùn)算放大器的選擇取決于應(yīng)用。如果PFD雜散遠(yuǎn)離環(huán)路帶寬（例如在小數(shù)N分頻頻率合成器中），則可以選用雙極性結(jié)型晶體管輸入(BJT)運(yùn)算放大器，如OP184或OP27等。環(huán)路濾波器將會(huì)很好地衰減BJT的高輸入偏置電流所引起的PFD雜散，而且PLL可以充分利用BJT運(yùn)算放大器的低噪聲電壓密度特性。
如果應(yīng)用要求較小的PFD與環(huán)路帶寬比（例如在整數(shù)N分頻頻率合成器中），則應(yīng)折衷考慮噪聲與雜散水平；AD820和AD8661可能是較佳選擇。
值得注意的是，雖然有源濾波器往往會(huì)增加PLL的噪聲，但它能夠充當(dāng)緩沖器，在一些特定應(yīng)用中具有無源濾波器所不及的性能優(yōu)勢。例如，如果VCO調(diào)諧端口的泄漏電流較高，導(dǎo)致PFD雜散較高，則可以使用運(yùn)算放大器來降低雜散水平。運(yùn)算放大器的低阻抗輸出可輕松彌補(bǔ)調(diào)諧端口泄漏電流。
設(shè)計(jì)示例
考慮這樣一個(gè)例子，其中LO的規(guī)格要求如下：
- 倍頻程調(diào)諧范圍：1000 MHz至2000 MHz
- 相位噪聲要求：–142 dBc/Hz（1 MHz偏移）
- 雜散：小于–70 dBc
- 通道間隔：250 kHz
- 鎖定時(shí)間：小于2 ms
- 單電源：15 V或30 V
為在1-GHz頻帶上工作，同時(shí)滿足相位噪聲要求，有必要使用高壓VCO和有源環(huán)路濾波器。相位噪聲和雜散特性以及單電源限制，將決定運(yùn)算放大器的選擇。為了達(dá)到雜散要求，運(yùn)算放大器必須具有低輸入偏置電流，而為了實(shí)現(xiàn)最佳相位噪聲性能，運(yùn)算放大器必須具有低電壓噪聲。選擇JFET輸入運(yùn)算放大器可以兼顧以上兩個(gè)要求，例如AD8661，其輸入偏置電流為0.3 pA，電壓噪聲為12 nV/√Hz。該器件還能處理單電源要求。選擇RFMD UMS-2000-A16 VCO來滿足倍頻程范圍要求。
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