基于PLL技術的電源管理設計

　　在PLL系統中，較高的VCO推壓意味著VCO電源噪聲的增加倍數更大。為盡可能降低對VCO相位噪聲的影響，需要低噪聲電源。

　　參考文獻3和參考文獻4提供了不同低壓差調節器（LDO）如何影響PLL相位噪聲的示例。例如，文獻中對ADP3334和ADP150 LDO為ADF4350供電時的性能進行了比較。ADP3334調節器的集成均方根噪聲為27 μV（40多年來，從10 Hz至100 kHz）。該結果可與ADF4350評估板上使用的LDO ADP150的9 μV比較。圖3中可以看出已測量PLL相位噪聲頻譜密度的差異。測量使用4.4 GHz VCO頻率進行，其中VCO推壓為最大值（表1），因此屬于最差情況結果。ADP150調節器噪聲足夠低，因此對 VCO噪聲的貢獻可以忽略不計，使用兩節（假定無噪聲）AA電池重復測量可確認這一點。

圖3.使用ADP3334和ADP150LDO對（AA電池）供電時ADF4350在4.4GHz下的相位噪聲比較

　　圖3強調了低噪聲電源對于ADF4350的重要性，但對電源或 LDO的噪聲該如何要求呢？

　　與VCO噪聲類似，LDO的相位噪聲貢獻可以看成加性成分LDO（t）， 如圖4所示。再次使用VCO超額相位表達式得到：

　　或者在頻域中為：

　　其中vLDO（f）是LDO的電壓噪聲頻譜密度。

　　1 Hz帶寬內的單邊帶電源頻譜密度SΦ（f）由下式得出：

　　以dB表示時，用于計算電源噪聲引起的相位噪聲貢獻的公式如下：

　（1）

　　其中 L（LDO）是失調為f時，調節器對VCO相位噪聲（以dBc/Hz表示）的噪聲貢獻； f; Kpushing是VCO推壓系數，以Hz/V表示；vLDO（f）是給定頻率偏移下的噪聲頻譜密度，以V/√Hz表示。

圖4.小信號加性vco電源噪聲模型

　　在自由模式VCO中，總噪聲為 LLDO值加VCO噪聲。以dB表示則為：

　　例如，試考慮推壓系數為10 MHz/V、在100 kHz偏移下測得相位噪聲為–116 dBc/Hz的VCO:要在100 kHz下不降低VCO噪聲性能，所需的電源噪聲頻譜密度是多少？電源噪聲和VCO噪聲作為方和根添加，因此電源噪聲應比VCO噪聲至少低6 dB,以便將噪聲貢獻降至最低。所以LLDO應小于–122 dBc/Hz.使用公式1,

　　求解vLDO（f），

　　在100 kHz偏移下，vLDO（f） = 11.2 nV/√

　　給定偏移下的LDO噪聲頻譜密度通常可通過LDO數據手冊的典型性能曲線讀取。

　　當VCO連接在負反饋PLL內時，LDO噪聲以類似于VCO噪聲的方式通過PLL環路濾波器進行高通濾波。因此，上述公式僅適用于大于PLL環路帶寬的頻率偏移。在PLL環路帶寬內，PLL可成功跟蹤并濾 LDO噪聲，從而降低其噪聲貢獻。

　　LDO濾波

　　要改善LDO噪聲，通常有兩種選擇：使用具有更少噪聲的LDO,或者對LDO輸出進行后置濾波。當無濾波器的噪聲要求超過經濟型LDO的能力時，濾波選項可能是不錯的選擇。簡單的LC π 濾波器通常足以將帶外LDO噪聲降低20 dB（圖5）。

圖5.用于衰減LDO噪聲的LCπ濾波器

　　選擇器件時需要非常小心。典型電感為微亨利范圍內（使用鐵氧體磁芯），因此需要考慮電感數據手冊中指定的飽和電流（ISAT）， 作為電感下降10%時的直流電平。VCO消耗的電流應小于ISAT. 有效串聯電阻（ESR） 也是一個問題，因為它會造成濾波器兩端的IR壓降。對于消耗300 mA直流電流的微波VCO,需要ESR小于0.33 ?的電感，以產生小于100 mV的IR壓降。較低的非零ESR還可抑制濾波器響應并改善LDO穩定性。為此，選擇具有極低寄生ESR的電容并添加專用串聯電阻可能較為實際。上述方案可使用可下載的器件評估器如NI Multisim?在SPICE 中輕松實現仿真。 .