基于PLL的频率合成器的设计

基于PLL 的频率合成器的设计

一、设计指标：

1. 工作频率o f =850~950MHz

2. 输出频率间隔200kHz f =∆

3. 转换时间c t <1ms 二、方案选择：

1．选择鉴相器输入标准频率r f

r f =200kHz f =∆

2．决定程序分频器的分频比 max N =4750/f omax =r f

min N =4250/f omin =r f

3．因频率间隔不是太小，分频比最大为4750，不是太大，所以直接采用整数分频频率合成器。

三、环路参数的选择： 1．分频比已由上面得出 max N =4750/f omax =r f

min N =4250/f omin =r f

2．压控振荡器调谐范围

根据压控振荡器调谐电压为 1.67V c =∆V ，求得压控振荡器的灵敏度为

V MHz K /6067.1/10*8509506o =-=）（

选取60MHz/V 是方便在仿真时选择VCO 芯片。

3．选择阻尼系数ζ

这里选取最佳起始点0.707min =ζ。

4．选择环路带宽为20kHz ，为了优化转换速度，相位余量设为︒45。

5．选择鉴相器与环路滤波器

在仿真器ADIsimPLL 中，选择的芯片ADF4212中采用的是电流型鉴频鉴相器，而环路滤波器选择带有前置滤波的理想二阶环，电路图如图（一）所示：

图（一）带有前置滤波的理想二阶环

下面分析由鉴相器和图（一）所示电路所组成的电路的传递函数：

鉴相器的传递函数为：

)(2)(0p I p I e cp Θ=

π

理想二阶环正极所接电压V V r 0=

)(11

)(11)(01

101

111p I C pR p I pC R pC p I R ∙+=∙+

=

又

2

211)

()(pC R p V p I c R +

-

= 由上面三个式子可得出

τ

ττπp p p R I p p V cp e c +∙

+∙=Θ11

12)()(121 其中

11222211,,C R C R C R ===τττ

可以看出

121ττp p +为理想积分滤波器的传递函数；τ

p +11为RC 积分滤波器的传递函数。所以环路相当于是RC 积分滤波器和理想积分滤波器的串联，对电路中的纹波和

噪声能进一步滤除，提高了环路的性能。

6．环路等效噪声带宽

由以上电路模型可求出电路的环路等效噪声带宽L B ： 首次写出环路开环传递函数：

I cp

Vc

I R1

)1(2)1()(12

21ττπτp p p R I K p G cp o ++=

故得环路闭环传递函数：

)

1()1(2)

1()(2112

21τττπτp R I K p p p R I K p H cp o cp o ++++=

因L B 的通用计算公式为：

⎰

⎰∞

------∞

⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅++==0

2

01

1022112

)()()()()(df d j d j d c j c j c df j H B n n n n

n n n n L ωωωωω 对于三阶环：

)

(4)2(3021303

22

03020211022d d d d d d d d c d d c c c d d c B L -+-+=

用)(ωj H 代替)(p H ，对照一下得：

o

cp o cp o

cp o cp K R I d K R I d d d K R I c K R I c c 102111213102112,,2,2,,0=======τπττπττ

将这些值带入上式得：

)

(42/112222C R C R C C K I B o cp L -+=

π

由此等式可看出，要使L B 尽量小，则应适当减小cp I 和o K 。

四、电路仿真：

按以上所选的参数及鉴频鉴相器对环路进行设定后进行仿真。 仿真电路图如图（二）所示：

NotesADF4210-3_RF:

1. This is a dual chip, pins for IF part only shown

2. Vdd1 is Vdd for RF part of chip

3. Vp1 Charge Pump power supply

4. Vp1 >= Vdd1

5. FLo, MUXOUT and Rset shared with IF section

6. Consult manufacturer's data sheet for full details

图（二）仿真电路图

1． 参考晶振地频率为10MHz ，而r f =200kHz f =∆，故参考分频器R=50。

2． 芯片ADF4212为双模高频PLL 频率合成器，电路仿真时输出频率为899MHz ，分频比

N=B*P+A=4493，其中P=16，B=280，A=13。 3． 选定了阻尼系数ζ和环路带宽，鉴相器的Icp=2.5mA ，根据所选的环路滤波器，自动算

出了nF C k R R nF C 2.10,88.1,100,0.332211=Ω=Ω==。 于是可计算出Hz C R C R C C K I B o cp L 1711222210316.2)

(42/⨯=-+=

π

可看出等效噪声带宽远比环路带宽大得多，这减弱了其滤除噪声的能力。 4． 输出频率为899MHz 时的相噪如图（三）所示：