Giorgia祖凯利,MathWorks
使用混合信号块集™对商用现货的整数- n锁相环(PLL)进行建模,双模预压器工作在4GHz左右。验证此锁相环频率合成器的性能,包括相位噪声、锁相时间和工作频率。
首先利用频域测量的相位噪声轮廓对VCO进行建模。提供电荷泵可编程电流、三阶循环滤波器的规格、双模可编程预压器的参数。在进行时域仿真之前,验证锁相环的闭环和开环性能。
这个例子展示了如何使用混合信号块集来模拟一个商用的现成的整数- n锁相环,双模分频器在4GHz左右工作。这个演示的目的是验证锁相环的性能,包括相位噪声。
为了方便起见,你开始与商业设备的数据表。在这个例子中,你使用了Skyworks SKY73134-11的数据表。这是350MHz的和6.2GHz之间的宽带锁相环频率合成工作。
首先,检查数据表,以确定VCO的特性。这是有助于PLL的相位噪声的主要成分。该VCO的灵敏度KVCO是在典型的情况下为20MHz / V。
在这个例子中,你4GHz的锁定周围时模拟PLL行为。周围的4GHz的VCO相位噪声特性是:
@100kHz -105 dbc / Hz
@ 1MHz的-131
@ 3MHz的-142
@10MHz -152
为了加快仿真,在较低的频率偏移忽略的相位噪声的数据点。模拟将需要更长的时间来捕捉相位噪声特性接近载体。
首先使用混合信号块集中的VCO模型。使用数据表提供的相同值指定VCO敏感性。由于没有提供自由运行频率,您可以将其设置为足够接近工作频率的任意值。在本例中,您将其设置为4.2GHz。
也指定了相同的相位噪声特性如由数据表提供的一个。
您的VCO模型连接到VCO测试平台也从混合信号模块组。您可以自动填充的测量参数的设置和目标度量两者。目标度量提供了预期的相位噪声特性,用于与仿真结果的比较。测试台设置属性定义了信号的采样频率和测量分辨率带宽。
为了加快仿真时间,可以将采样频率降低到锁定频率的4倍,即4*4GHz,并将频谱平均值减少到4。
运行模拟,你可以验证VCO模型再现了目标度量指定的相位噪声特性。
您可以模拟完整的PLL系统进行并验证其相位噪声性能。从数据表,可以看到这是PLL的类型整数N和它采用了双数预分频器。数据表还提供了用于预分频器设置。因此,可以使用一种基于架构模型整数N PLL从混合信号模块库双模预分频器。
您打开PLL模块的面具,每个子系统提供的规格。对于PFD,数据表并没有提供任何细节,因此我们离开死区补偿其默认值。
用于电荷泵,该数据手册提供2.7毫安的当前典型值。您可以指定在PLL模式相同的值。
对于VCO,您使用上一步验证的规范。灵敏度为20MHz/V。您可以指定一个自由运行频率,该频率接近最终锁定频率,并且等于(例如)4.18GHz。您还包括相位噪声与刚才模拟的相同轮廓。
当使用工作在1.6兆赫兹的任意参考振荡器时,要使PLL锁定在4.2GHz,你需要一个分频比等于:
4.2 e9/1.6e6 = 2625。
对于预分频器,使用16/17设置。为了实现所需的比率,则需要使用一个可编程计数器等于163:
163 * 16 + 17 = 2625
混合信号块集锁相环模型提供了从期望环路带宽、相位裕度和给定滤波器结构出发设计环路滤波器的可能性。
在这种情况下,您可以手动提供过滤器实现的值。可以使用在数据表中建议的评估板示意图所提供的过滤器组件值,并且电阻器和电容器的网络手动指定相同的值。这些值被用来计算环路滤波器传递函数。
你这个实现环路滤波器的验证PLL的闭环和开环的性能。将得到的相位裕度是55度。您可以使用此设置来设计不同的环路滤波器和验证设计;例如,以使用该PLL在不同的工作频率。
最后,为了验证锁相环在时域中的锁相行为,对环路滤波器的输出信号进行了探测和绘制。
您现在的PLL连接到混合信号模块库PLL测试平台验证其性能。
测试台定义了用于测试PLL的刺激。在这种情况下,我们使用频率为1.6MHz的方波。
您设置了测试台来测量操作频率、锁定时间和相位噪声。
该数据表指定了1ms锁定时间和1ppm频率错误;也就是说,4.2kHz。您提供了相同的容错能力。
为了测量的相位噪声,我们使用同样的结构用于VCO的一个,但我们降低分辨率带宽更高的精度。
对于目标指标,您是指两者的锁定时间的数据表和闭环相位噪声测量评估板上执行。在达到4.2GHz测量的相位噪声分布是:
@ 100kHz的-98dBc / Hz的
@ 1MHz的-129
@10MHz -150
有了这个设置可以运行PLL仿真和验证的性能。
在这种情况下,模拟花费几分钟的时间。我们快进到仿真此演示的利益的最后一道工序。
为了加快模拟时间,您可以放松设置,以测量相位噪声;例如,使用更大的分辨率带宽或减少谱平均数。
你已经使用混合信号块集模型PLL基于它的数据表规格。例如,你可以使用这样的模型来探索和设计不同的环路滤波器,在不同的工作频率上使用锁相环,决定不同的分频比,或者评估一旦嵌入到一个更大的系统中的频率合成器的性能。例如,如果需要将锁相环集成到芯片上的系统或车载系统中,混合信号块集锁相环模型就很有用。
欲了解更多信息,请访问mathworks.com混合信号模块库产品页面。
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