Cardinal壓控振蕩器的鎖相環(huán)基礎(chǔ)知識白皮書
　　Cardinal Components公司生產(chǎn)的VCXO振蕩器,在市場上長期被大量應(yīng)用到高端產(chǎn)品身上,而且其性能和品質(zhì)是受到行業(yè)的認可,Cardinal晶振公司擁有幾十年來的制造歷史,早已經(jīng)創(chuàng)下良好的口碑.主要是開發(fā)和生產(chǎn)各種晶體振蕩器,以及提供相關(guān)的知識供廣大群眾參考,鎖相環(huán)是振蕩器技術(shù)里,比較基礎(chǔ)的知識點,接下來金洛鑫電子帶大家了解一下.
　　鎖相環(huán)(PLL)電路用于頻率控制.它們可以配置為倍頻器,解調(diào)器,跟蹤發(fā)生器或時鐘恢復(fù)電路.這些應(yīng)用中的每一個都需要不同的特性,但是它們都使用相同的基本電路概念.

圖1-PLL倍頻器的框圖

　　圖1包含一個基本PLL倍頻器的框圖.該電路的操作是所有鎖相環(huán)的典型操作.它基本上是一種控制電壓控制振蕩器(VCO)相位的反饋控制系統(tǒng).該輸入信號被施加到相位檢測器的一個輸入.另一個輸入連接到Ncounter除法的輸出.通常,兩個信號的頻率幾乎相同.鑒相器的輸出是與兩個輸入之間的相位差成比例的電壓.該信號被施加到環(huán)路濾波器.環(huán)路濾波器決定了PLL的動態(tài)特性.濾波后的信號控制VCO.請注意,VCXO晶振的輸出頻率是提供給頻率參考輸入的輸入的N倍.

圖2.PLL對階躍低頻輸入的響應(yīng)

　　該輸出信號通過N分頻計數(shù)器發(fā)送回鑒相器.通常,環(huán)路濾波器的設(shè)計旨在匹配PLL應(yīng)用所需的特性.如果PLL要獲取和跟蹤信號,則環(huán)路濾波器的帶寬將大于預(yù)期固定輸入頻率的帶寬.PLL將接受并鎖定的頻率范圍稱為捕獲范圍.PLL鎖定并跟蹤信號后,PLL將遵循的頻率范圍稱為跟蹤范圍.通常,跟蹤范圍大于捕獲范圍.環(huán)路濾波器還確定信號頻率可以改變的速度,并且仍然保持鎖定.這是最大回轉(zhuǎn)速率.環(huán)路濾波器帶寬越窄,可實現(xiàn)的有源晶振相位誤差就越小.這是以較慢的響應(yīng)和減小的捕獲范圍為代價的.
　　PLL動態(tài)響應(yīng)的典型測量示例如圖2所示.該PLL用于頻率合成器,并顯示了10MHz參考輸入中對80kHz階躍的響應(yīng).該電路的捕獲范圍約為中心頻率的+/-5％.

圖3.在100MHz時鐘中找到最大的周期

　　請注意,PLL的頻率(垂直軸)顯示出50％的過沖.這種稍微欠阻尼的響應(yīng)是一種折衷,可以實現(xiàn)更快的壓擺率容限和適中的捕獲范圍.LeCroy示波器可以通過多種方式用于PLL測量.現(xiàn)代的高性能微處理器通常使用內(nèi)部PLL來倍增系統(tǒng)時鐘頻率.制造商指定系統(tǒng)時鐘允許的最大周期到周期的變化.典型的規(guī)格是最大抖動峰峰值小于250ps.由于無法訪問PLL的輸出,因此重要的是系統(tǒng)時鐘輸入必須滿足此規(guī)范.
　　工程師可以使用Jitter Track逐周期測量系統(tǒng)時鐘來驗證系統(tǒng)時鐘是否符合此規(guī)格.如圖3所示.在100us記錄中,最大周期與周期周期之差為70ps.可直接從Jitter Track周期讀取該值,以在軌跡C中循環(huán)波形.垂直參數(shù)光標之間的區(qū)域標記為最大值.跡線A是所采集數(shù)據(jù)的縮放擴展,顯示了兩個具有最大差異的相鄰周期.跡線B是Jitter Track周期,它讀取時鐘波形每個周期的絕對周期.
　　如果可訪問PLL,則LeCroy示波器可用于通過繪制平均輸出電平與輸入相位差的趨勢圖來驗證鑒相器的線性度.LeCroy示波器提供了多種用于表征鎖相環(huán)的測量工具.抖動和時序分析是評估這些精密時基電路的主要工具.
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