用于大多數(shù)電子應(yīng)用的主時(shí)序控制電路是精密信號(hào)源.對于數(shù)字應(yīng)用,它是一個(gè)精確的時(shí)鐘晶體振蕩器.在RF應(yīng)用中,它是發(fā)送器的載波源或接收器的本地振蕩器(LO).如果涉及頻率調(diào)制(FM),則需要調(diào)制器和解調(diào)器以及載波源.
在所有這些情況下,鎖相環(huán)(PLL)頻率合成器是一個(gè)很好的選擇.它不僅提供了所需的精度和準(zhǔn)確度,還提供了一種靈活的頻率變化方式.
PLL101
就像回顧一樣,PLL合成器是一個(gè)帶反饋的閉環(huán)控制器(圖1).壓控晶體振蕩器(VCO)產(chǎn)生輸出信號(hào).頻率由LC諧振網(wǎng)絡(luò)決定,但由來自相位檢測器和低通環(huán)路濾波器的直流輸入電壓控制.
1.PLL的基本配置具有VCO輸出,控制相位檢測器和反饋分頻器等電路.
相位檢測器的輸入通常是來自晶體振蕩器的穩(wěn)定參考信號(hào).相位檢測器的第二個(gè)輸入是從VCO輸出得到的信號(hào),該信號(hào)通常由可變分頻器分頻.相位檢測器的兩個(gè)輸入必須是相同的頻率.
相位檢測器將穩(wěn)定參考輸入與分頻VCO輸出進(jìn)行比較.如果輸出頻率發(fā)生變化,相位檢測器會(huì)識(shí)別變化并產(chǎn)生直流電壓變化,以調(diào)節(jié)VCO以保持恒定的輸出頻率.盡管存在任何變化,但這種閉環(huán)操作可使輸出頻率保持穩(wěn)定.輸出基本上具有輸入?yún)⒖嫉木群头€(wěn)定性.
要更改頻率,請調(diào)整分頻比N.例如,如果VCO輸出為480MHz并且您使用的是1MHz輸入晶振參考,則需要一個(gè)除以480的分頻器.分頻器是可變的.將分頻因子更改為481將產(chǎn)生由相位檢測器識(shí)別的頻率和相位變化.因此,VCO輸出將更改為481MHz.
請注意,輸出頻率的增量變化等于輸入?yún)⒖碱l率.可以通過在參考振蕩器和相位檢測器之間插入分頻器(和/或乘法器)來改變該參考頻率.
調(diào)頻調(diào)制方法
由于發(fā)明家和EEEdwinArmstrong,頻率調(diào)制已經(jīng)存在了80多年.FM是一種流行的調(diào)制方案,用于通過改變載波頻率在高頻無線電載波上傳輸信息.它現(xiàn)在仍然廣泛用于模擬和數(shù)字格式.您可以看到FM廣播無線電或雙向移動(dòng)無線電形式的模擬版本.您可以將數(shù)字形式視為頻移鍵控(FSK),就像藍(lán)牙和某些ISM頻段無線電一樣.在這兩種情況下,您都會(huì)找到涉及的PLL.
有幾種FM實(shí)現(xiàn)技術(shù),每種技術(shù)都有不同的特性.通常,您可以以模擬或數(shù)字方式生成FM.無論采用何種技術(shù),您都需要一個(gè)頻率合成器來生成高頻無線電載波.
一種模擬技術(shù)是直接調(diào)制VCO.常見的安排是使用變?nèi)荻O管(電壓可變電容器)來改變VCOLC調(diào)諧電路中的電容值.另一種方法使用調(diào)制信號(hào)來調(diào)制參考石英晶體振蕩器.在這種情況下,參考不是精密固定頻率晶體振蕩器.它將是一個(gè)LC振蕩器,其頻率由一個(gè)或多個(gè)變?nèi)荻O管的可變電容改變.
調(diào)制PLL的數(shù)字方法是快速改變分頻器值.在兩個(gè)分頻器值之間切換會(huì)生成標(biāo)準(zhǔn)FSK.這種方法可用于生成4FSK或8FSK,通過創(chuàng)建四個(gè)或八個(gè)“符號(hào)”來提高比特率;每個(gè)符號(hào)頻率代表多個(gè)位.使用4FSK,每個(gè)代表兩位的四個(gè)頻率,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)速率的加倍.對于八個(gè)頻率,每個(gè)符號(hào)表示三個(gè)比特.
使用FSK的關(guān)鍵因素是通過整形調(diào)制信號(hào)來降低發(fā)送信號(hào)的帶寬.這通常通過對二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行濾波并使其邊緣變圓來完成,這具有減少信號(hào)中的諧波數(shù)量的效果.這反過來減少了FM信號(hào)產(chǎn)生的邊帶數(shù)量.
2.解調(diào)FM時(shí),您只需要一個(gè)沒有反饋分頻器的PLL.
要解調(diào)FM,您只需要一個(gè)沒有反饋分頻器的PLL(圖2).VCO設(shè)置為載波頻率,FM信號(hào)應(yīng)用于參考輸入.當(dāng)VCO跟蹤輸入頻率變化時(shí),環(huán)路濾波器輸出是原始調(diào)制信號(hào).有關(guān)FM的更多信息,請?jiān)L問此處
PLL規(guī)格
選擇PLL集成電路時(shí),需要考慮以下關(guān)鍵規(guī)范:
頻率范圍:ICPLL的頻率范圍為10MHz至20GHz.
相位噪聲:典型值取決于載波的指定偏移,范圍為10kHz至1MHz.額定值以dBc/Hz為單位.例如,在100kHz偏移處為-110dBc/Hz.
抖動(dòng):以飛秒(fs)為單位測量.在某些頻率下以均方根指定.
分頻器分辨率:通常為32位,帶整數(shù)或小數(shù)N格式或兩者.
頻率調(diào)制能力:FM,FSK,斜坡/啁啾.
同步功能可以對齊多個(gè)PLL的輸出相位.
可調(diào)節(jié)的延遲能力.
低噪聲和本底噪聲:以dBc/Hz為單位測量.
如果您正在尋找PLL,請考慮德州儀器的微波PLL和合成器手冊(PDF).它是RFPLL和合成器的完整產(chǎn)品組合,適用于工業(yè),通信和汽車系統(tǒng).
現(xiàn)代RF合成器
常見的PLLIC的一個(gè)例子是TILMX2594.它可在10MHz貼片晶振至15GHz范圍內(nèi)的任何地方運(yùn)行.圖3顯示了主系統(tǒng)塊的簡化圖.參考輸入是差分輸入,驅(qū)動(dòng)分頻器/乘法器鏈,可靈活設(shè)置頻率步進(jìn)變化增量.它還允許調(diào)整系統(tǒng)以最小化馬刺的發(fā)生.VCO輸出由差分放大器緩沖.此外,環(huán)路濾波器在外部使用分立電阻器和電容器實(shí)現(xiàn).
3.圖中顯示了TILMX2594PLL的簡化圖.(德州儀器公司提供)
一些可能的應(yīng)用包括5G和毫米波無線基礎(chǔ)設(shè)施,測試和測量設(shè)備,雷達(dá),MIMO,相控陣和波束成形,以及支持JESD204B的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘.
該IC具有先進(jìn)的相位同步功能,可實(shí)現(xiàn)多個(gè)RFPLL的相位對齊.通過使用SYNC引腳,參考輸入(OSCin)可以確定性地與RFout引腳對齊.這使得可以以非常精細(xì)的步驟調(diào)整相位或者將VCO周期除以分?jǐn)?shù)分母.它是構(gòu)建具有雷達(dá),MIMO,相控陣天線和波束成形系統(tǒng)的基本功能.
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