锁相环的设计和验证使用数据表规格

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这个例子展示了如何使用混合信号Blockset™模型商业现成的整数n锁相环(PLL)与双模量预定标器操作4 GHz左右。您可以验证锁相环的性能,包括相位噪声。

您可以使用锁相环模型探索和设计不同的循环过滤,模拟不同的操作频率,确定不同的分配比率,或评估频率合成器性能一旦嵌入在一个更大的系统。例如,混合信号Blockset锁相环模型可以帮助如果你需要一个锁相环集成到一个系统芯片或系统。

对于这个示例,使用的数据表Skyworks SKY73134-11。这是一个宽带锁相环频率合成器350兆赫和6.2 GHz之间的操作。

构建VCO模型

打开模型VCO_modelVCO和VCO Testbench块从混合信号Blockset连接在一起。

模型=“VCO_model”;open_system(模型);

检查数据表来确定压控振荡器(VCO)的特点。VCO是主要的组件对锁相环的相位噪声。表6的数据表列出了典型的VCO敏感性(Kvco)20 MHz / V。设置电压灵敏度VCO的块20 e6赫兹/ V。数据表不提供免费的运行频率(佛VCO的),所以你可以将它设置为任意值接近operting频率。在这种情况下,集免费的运行频率来3.9 e9赫兹。

对于这个示例,模拟锁相环的行为时,锁相环锁4 GHz左右。数据表的表7列出了VCO相位噪声概要:4 GHz左右,

−105 dBc /赫兹在100千赫
−131 dBc / Hz 1 MHz
−142 dBc / Hz 3兆赫
−152 dBc / Hz 10 MHz

使用相位噪声概要添加VCO相位噪声损伤。加速模拟,忽略了相位噪声较低的频率偏移量数据点。模拟需要更长的时间来捕获载波相位噪声剖面近。

测量VCO相位噪声

testbench提供控制电压(Vctrl)刺激VCO VCO相位噪声的措施。输出频率(FVCO的):

$ $ F = Kvco * Vctrl + $ $

替换的值输出频率,自由运行频率和电压灵敏度方程给出了一个控制电压5 V。

点击自动填充设置参数和自动填充目标指标按钮来自动填充的测量参数设置和目标指标。目标指标提供了预期的相位噪声剖面与仿真结果进行比较。testbench设置属性定义测量分辨率的信号采样频率和带宽。

加快仿真时间,减少不。谱平均来4。

运行仿真。验证该VCO模型再现了相位噪声指标配置文件中指定的目标。

您现在可以进行完整的锁相环系统的建模和验证其相位噪声性能。

构建锁相环模型

从特性部分数据表,看到这锁相环的类型是整数n,它使用一个双模量预定标器。数据表也提供预定标器的设置。因此,使用整数n与双模量预定标器锁相环从混合信号Blockset。

bdclose(模型);模型=“PLL_model”;open_system(模型);

开放的锁相环块的面具和提供的规格为每个子系统:

相位频率检测器——相位频率检测器(PFD),数据表没有提供任何细节。离开了死区补偿其默认值。

电荷泵——电荷泵的数据表提供的典型值为当前2.7 mA(数据表、表5)。在锁相环模型指定相同的值。

VCO——VCO,使用相同的规范使用构建VCO模型部分。敏感性=20.MHz / V。指定一个自由运转频率接近最终锁定频率,例如4.18GHz。包括相位噪声噪声相同的配置文件,你只是模拟。

分频器——锁相环锁定在4.2 GHz当使用参考振荡器操作在1.6 MHz(数据表,图17),分配器比率等于:

$$ \压裂{4 \ ldotp 2 \ textrm {e9}} {1 \ ldotp 6 \ textrm {e6}} = 2625 $$

实现有效的除法器比2625年设置预定标器分频器的价值来16,燕子计数器值来17,程序计数器的值来163年。

循环过滤——数据表提供了推荐回路滤波器组件值如图22所示。手动输入这些值来实现滤波器。回路滤波器类型设置为三阶被动。还设置回路滤波器组件值:

C1 =100年e-12F

C2 =2.2 e-9F

C3 =100年e-12F

R2 =10 e3 $$ \ω$$

R3 =2.2 e3 $$ \ω$$

验证关闭和锁相环的开环性能的这个实现循环过滤。由此产生的阶段保证金是55度。相位幅度随极零位置确认锁相环的稳定性。

使用这个设置来设计不同的循环过滤和验证你的设计。例如,使用该锁相环在不同的操作频率。

最后,验证锁相环锁定行为在时域,探针和环路滤波器的输出信号。

测量锁相环的性能

锁相环连接到一个混合信号集成锁相环Testbench Blockset来验证其性能。testbench定义了用于测试锁相环的刺激。在这种情况下,使用一个正方形波形频率为1.6 MHz。

设置testbench测量工作频率,锁定时间和相位噪声。数据表指定一个锁定时间与女士1 ppm频率误差,也就是说4.2千赫(表5)。提供同样的错误宽容。对于测量相位噪声,使用一个配置类似于一个用于VCO,但降低分辨率带宽更高的准确性。

目标指标,指的是数据表的锁定时间(表5)和闭环相位噪声测量在评估板上执行(图17)。4.2 GHz的相位噪声剖面测量是:

−98 dBc /赫兹在100千赫
−129 dBc / Hz 1 MHz
−150 dBc / Hz 10 MHz

使用此设置,运行锁相环仿真和验证性能。

在这种情况下,模拟需要几分钟时间。加快仿真时间,你可以放松的设置测量相位噪声。例如,使用一个更大的分辨率带宽或减少光谱平均值。

仿真结果在良好的协议与相位噪声测量报告的数据表。

参考

Skyworks SKY73134-11

另请参阅

VCO|VCO Testbench|整数N与双模量预定标器锁相环|锁相环Testbench