用于大多數電子應用的主時序控制電路是精密信號源.對于數字應用,它是一個精確的時鐘晶體振蕩器.在RF應用中,它是發送器的載波源或接收器的本地振蕩器(LO).如果涉及頻率調制(FM),則需要調制器和解調器以及載波源.
在所有這些情況下,鎖相環(PLL)頻率合成器是一個很好的選擇.它不僅提供了所需的精度和準確度,還提供了一種靈活的頻率變化方式.
PLL101
就像回顧一樣,PLL合成器是一個帶反饋的閉環控制器(圖1).壓控晶體振蕩器(VCO)產生輸出信號.頻率由LC諧振網絡決定,但由來自相位檢測器和低通環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定參考信號.相位檢測器的第二個輸入是從VCO輸出得到的信號,該信號通常由可變分頻器分頻.相位檢測器的兩個輸入必須是相同的頻率.
相位檢測器將穩定參考輸入與分頻VCO輸出進行比較.如果輸出頻率發生變化,相位檢測器會識別變化并產生直流電壓變化,以調節VCO以保持恒定的輸出頻率.盡管存在任何變化,但這種閉環操作可使輸出頻率保持穩定.輸出基本上具有輸入參考的精度和穩定性.
要更改頻率,請調整分頻比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將產生由相位檢測器識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參考頻率.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.
調頻調制方法
由于發明家和EEEdwinArmstrong,頻率調制已經存在了80多年.FM是一種流行的調制方案,用于通過改變載波頻率在高頻無線電載波上傳輸信息.它現在仍然廣泛用于模擬和數字格式.您可以看到FM廣播無線電或雙向移動無線電形式的模擬版本.您可以將數字形式視為頻移鍵控(FSK),就像藍牙和某些ISM頻段無線電一樣.在這兩種情況下,您都會找到涉及的PLL.
有幾種FM實現技術,每種技術都有不同的特性.通常,您可以以模擬或數字方式生成FM.無論采用何種技術,您都需要一個頻率合成器來生成高頻無線電載波.
一種模擬技術是直接調制VCO.常見的安排是使用變容二極管(電壓可變電容器)來改變VCOLC調諧電路中的電容值.另一種方法使用調制信號來調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LC振蕩器,其頻率由一個或多個變容二極管的可變電容改變.
調制PLL的數字方法是快速改變分頻器值.在兩個分頻器值之間切換會生成標準FSK.這種方法可用于生成4FSK或8FSK,通過創建四個或八個“符號”來提高比特率;每個符號頻率代表多個位.使用4FSK,每個代表兩位的四個頻率,實現了數據速率的加倍.對于八個頻率,每個符號表示三個比特.
使用FSK的關鍵因素是通過整形調制信號來降低發送信號的帶寬.這通常通過對二進制信號進行濾波并使其邊緣變圓來完成,這具有減少信號中的諧波數量的效果.這反過來減少了FM信號產生的邊帶數量.
2.解調FM時,您只需要一個沒有反饋分頻器的PLL.
要解調FM,您只需要一個沒有反饋分頻器的PLL(圖2).VCO設置為載波頻率,FM信號應用于參考輸入.當VCO跟蹤輸入頻率變化時,環路濾波器輸出是原始調制信號.有關FM的更多信息,請訪問此處
PLL規格
選擇PLL集成電路時,需要考慮以下關鍵規范:
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: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,帶整數或小數N格式或兩者.
頻率調制能力:FM,FSK,斜坡/啁啾.
同步功能可以對齊多個PLL的輸出相位.
可調節的延遲能力.
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和合成器的完整產品組合,適用于工業,通信和汽車系統.
現代RF合成器
常見的PLLIC的一個例子是TILMX2594.它可在10MHz貼片晶振至15GHz范圍內的任何地方運行.圖3顯示了主系統塊的簡化圖.參考輸入是差分輸入,驅動分頻器/乘法器鏈,可靈活設置頻率步進變化增量.它還允許調整系統以最小化馬刺的發生.VCO輸出由差分放大器緩沖.此外,環路濾波器在外部使用分立電阻器和電容器實現.
3.圖中顯示了TILMX2594PLL的簡化圖.(德州儀器公司提供)
一些可能的應用包括5G和毫米波無線基礎設施,測試和測量設備,雷達,MIMO,相控陣和波束成形,以及支持JESD204B的數據轉換器時鐘.
該IC具有先進的相位同步功能,可實現多個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的步驟調整相位或者將VCO周期除以分數分母.它是構建具有雷達,MIMO,相控陣天線和波束成形系統的基本功能.
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