基于電荷泵鎖相環的有源環路濾波器的設計
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相位裕度和系統的穩定性密切相關，一般選擇在40°～55°之間。理論上相位裕度為48°的時候有最小的鎖定時間，50°的相位裕度有最小的RMS相位誤差。更大的相位裕度能夠減小環路濾波器的峰值響應，但是增加了鎖定時間。
環路帶寬是環路濾波器最重要的參數，如果選擇的環路帶寬太小會改善參考雜散和RMS相位誤差，但是卻增加鎖定時間；選擇的環路帶寬太大將會改善鎖定時間，但會增加參考雜散和RMS相位誤差，因此選擇的環路帶寬既要滿足鎖定時間的要求，又要選擇一個頻率使PLL噪聲等于VCO噪聲，從而使RMS相位誤差設計最佳。考慮設計使參考雜最小，環路帶寬越小，雜散越低。
3 Chirp超寬帶信號源的有源環路濾波器設計與實現
本設計目標是產生中心頻率是640 MHz，帶寬是160 MHz，即560 MHz～720 MHz的Chirp超寬帶信號，分數比為25％，T為1μs。采用結合DDS和PLL技術來構建Chirp超寬帶源，首先通過外部控制DDS產生70 MHz～90 MHz的線性調頻信號，然后通過鎖相環進行8倍頻得到Chirp超寬帶信號。VCO選用的是V637ME02-LF，它的調控電壓范圍是0．5 V～10 V，相應的560 MHz～720 MHz的Chirp超寬帶信號調控電壓范圍是3 V～6．5 V。由于VCO的控制電壓較高，設計時采用有源環路濾波器。
本設計的鎖相環為寬帶跟蹤環，指標是環路帶寬2 MHz，相位裕度48°，分頻比為8，電荷泵電流4 mA，A=4。利用上述方法設計的三階有源濾波器用于該鎖相環，元件參數值如表1所示。本文引用地址：http://www.104case.com/article/176735.htm
用Agilent公司的ADS軟件進行系統仿真，如圖5和圖6所示，該電荷泵鎖相環的環路帶寬為1．995 MHz，相位裕度47．965°。可見仿真結果與設計指標比較接近，證明這個3階有源環路濾波器的設計方法是可行的。
經過實驗，在安捷倫頻譜儀E4440A中測得DDS輸出信號頻譜和Chirp超寬帶信號頻譜。DDS輸出信號的頻譜范圍為70 MHz～90 MHz，掃頻帶寬為20 MHz。Chirp超寬帶信號頻譜范圍為560 MHz～720 MHz，掃頻帶寬為160 MHz。信號源的輸出信號頻譜質量好，頻帶內譜線比較平坦，波動范圍小，這得益于鎖相環工作良好，因此設計的3階有源環路濾波器是符合要求的。
4 結束語
電荷泵鎖相環以其優越的性能被廣泛地研究與應用，本文在分析電荷泵鎖相環基本原理的基礎上，根據系統對環路帶寬和相位裕度等指標的要求，論述了二階有源環路濾波器的基本設計方法，并進一步討論了三階有源環路濾波器的設計方法，以具體實例分析計算出三階有源低通濾波器環路參數。最后，并且利用Agilent公司的ADS軟件進行了由此組成的電荷泵鎖相環的性能仿真，給出了鎖相環的頻率響應曲線。實驗結果表明，鎖相環工作良好，所設計的3階有源環路濾波器達到了預期的結果。
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