数码狂人:时钟输入的抖动问题如何解决?( 二 )


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表 2 ADIsimCLK 产生的 PLL1 环路滤波器元件值

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图 5 展示的是通过 ADIsimCLK 生成的 PLL1 在 122.88 MHz 条 件下的仿真输出(实线) , 以及高噪声 122.88 MHz 参考频率 的原始相位噪声曲线(虚线) 。 请注意 , PLL1 的输出相位噪 声远远低于原始参考输入相位噪声 。 PLL1 的环路带宽会显著 衰减参考频率的相位噪声 , 使 VCXO 的低相位噪声曲线可以 在 30 Hz 环路滤波器截止频率之后占据主导地位 。 如果参考相 位噪声在全部偏移频率上都在增加 , 则输出相位噪声将只会随 PLL1 环路带宽而增加 。

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图 5 采用高抖动参考频率的 PLL1 输出相位噪声
图 6 和图 7 展示的是 AD9523-1 PLL1 输出 , 其相位噪声比 图 2 中的高噪声参考频率分别高出 6 dB 和 12 dB 。在频偏约 20 kHz 以外 , PLL1 的输出相位噪声由其环路设置和 VCXO 的性能所主导 。 因此 , 由于积分范围始于 20 kHz 失调 , 抖 动性能只会略微变化 , 尽管参考输入相位噪声会增加 12 dB 。这是在设计时使 PLL1 具备低环路带宽并使用低相位噪声 VCXO 带来的直接结果 。 必须使用具有低 KVCO 的低频、高 性能 VCXO 来形成足够低的 PLL1 环路带宽 , 以便实现抖动 的清除 。

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图 6 采用各种参考频率的 PLL1 输出相位噪声

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图 7 采用各种参考频率的 PLL1 输出相位噪声
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PLL1 的低相位噪声输出充当 PLL2 的参考频率 , 以形成相位 对齐、频率更高的输出 。
PLL2 含有一个内部 VCO (其中心频率为 3 GHz) ,最高支持 1 GHz 的输出频率 。 为了比较高噪声输入参考频率和 AD9523 系列器件 的整体相位噪声 , 需要在 122.88 MHz 下考察所得到的相位噪声 (FVCO 除以 24) 。 注意 , PLL2 的输出一般用于频率转换或高频 输出 。 表 3 所示为输入 ADIsimCLK 的 PLL2 配置参数 。 表 4 所 示为 ADIsimCLK 在这些设置下生成的 PLL2 环路滤波器值 。
表 3 PLL2 配置参数

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表 4 来自 ADIsimCLK 的 PLL2 环路滤波器元件值

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图 8 和图 9 对各参考输入相位噪声与通过 ADIsimCLK 仿真得 到的 AD9523-1 输出相位噪声结果进行了比较 。 请注意 10 kHz 和 1 MHz 之间增加的相位噪声基底 。 这是因为 PLL2 的内部 VCO 相位噪声的关系 。

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图 8 采用各种参考频率的 PLL2 输出相位噪声

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图 9 采用各种参考频率的 PLL2 输出相位噪声(放大图)
PLL2 中的内部 VCO 相位噪声在大约频偏为 5 kHz 之后足够 高 , 会开始主导器件的总输出相位噪声 。 在频偏 5 kHz 区域之 后 , 增加的参考相位噪声对输出相位噪声的影响很小 。
结论
PLL1 的抖动清除功能可以防止多数参考输入相位噪声到达 PLL2 。 高噪声参考输入确实会影响近载波相位噪声(频偏 10kHz 以下) , 但器件的总输出抖动是由器件的性能而非参考频率的性能所主导的 。 对于积分抖动计算值处于 12 kHz 至 20 MHz 之间的情况 , 输出抖动很可能相同 , 不受输入抖动的影响 。 真正的性能指标不是声称双环路模拟 PLL 可以衰减多少抖动 , 而是它会产生多少抖动 。


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