| 鎖相環集成電路的種類 | 小數分頻集成鎖相環路 | 整數分頻集成鎖相環路 | 雙鎖相環路集成電路 |
| 相噪特性 | 分頻比N可以比較大,從而適當地減小噪聲,但受到晶振、合理分頻比和小數分頻器補償電路噪聲限制。 | IC噪聲可以做的較低,不存在小數分頻產生的噪聲。1Hz歸一化噪聲好于小數分頻器。 | 鎖相環之間容易產生噪聲干擾,而本設計采用直接上變頻,不需要中頻鎖相。 |
由表1可以看出,單鎖相環整數分頻器應為首選。
為達到相噪最小化的目的,在選用鎖相環IC時,筆者著重考察了1Hz歸一化鑒相器噪聲的指標。理論上,該參數是在鑒相頻率為1Hz時的鑒相器引起的相位噪聲。它是基于參考頻率源、分頻器和VCO對于帶內噪聲的貢獻一般遠小于鑒相器噪聲的實際情況而設定的一個技術指標。
相位噪聲=(1Hz歸一化鑒相器噪聲)+10·log（比較頻率）+20·log（反饋支路分頻比N）
在National Semiconductor所有的單環數分頻的鎖相環芯片中,LMX2347的1Hz歸一化鑒相器噪聲值最低,為-220dBc/Hz,而其他芯片一般在-210dBc以上。計算機仿真結果表明,當1Hz一化鑒相器噪聲的值為-210dBc時,其相應EVM值為2.9%,而在-220dBc時為1.06%（比較頻為2.5MHz時）。因此,選擇LMX2347成為必然。
b.分頻比的確定
由于本項目的信道寬度為2.5MHz,因此理想的比較頻率應為2.5MHz。此時,分頻比N為1470/2.5=588,但LMX2347僅能產生992到32767范圍內的連續分頻比,因此,決定選擇比較頻率為1.25MHz。做出該選擇副作用是由于N值的增加,整體相噪會增加3dB。即使LMX2347的相噪特性下降3dB,其整體特性仍至少優于其他芯片-210-（-220）-3dB=7dB。而且實際仿真表明,當比較頻率為1.25MHz時,EVM為1.66%,仍舊滿足設計要求。
3.3 VCO的選取與指標設定
相位噪聲是VCO設計的關鍵指標。由公式（5）求得合理的VCO在10kHz上的相噪為-95dBc/Hz。
其中,k為相位噪聲譜中帶內最低相噪密度,單位是dBc/Hz,p是帶內峰值相噪。
為減小VCO輸入電容對環路濾波器的影響,規定其輸入電容應小于10pF。
圖3 PLL仿真結果
4 電路設計與仿真
為了方便電路的設計與調試,筆者編寫了一套ADSPLL仿真程序。該程序可以靈活地選擇濾波器階數,并可在每次參數變化后一性給出與該次變化相對應的相噪、雜散、相位余量等參數,使設計者在器件值變化后可了解PLL的整體特性。
仿真軟件以環路濾波器Z參數中的Z21代表環路增益,從而使得環路濾波器拓撲結構可以隨便調整。另外,由于ADS軟件自身的優點,該仿真軟件可以對任何指標進行參數優化,從而得出最優的電路參量。在相位噪聲方面,該仿真程序考慮了1Hz鑒相器相噪、VCO相噪以及環路濾波器各電阻所引入的噪聲。總噪聲為各部分噪聲在PLL輸出端的疊加,如（6）式。
TotalNoise(f)=10log(10PLLNoise(f)/10+10CCONoise(f)/10+10R2-Nsise(f)/10+10R3_Noise(f)/10+10R4_Noise(f)/10+10TotolSpur(f)/10) (6)
該程序給出了PLL電路的開環增益及相位變化。相位余量對應于增益為0dB時的相位變化。考慮到本振源對ACPR參數的影響,在該仿真程序中加入比較頻率上的雜散噪聲。
PLL IC的雜散噪聲由漏電雜散噪聲（Leakage Spur）和脈沖雜散噪聲（Pulse Spur）構成,其計算公式分別為：
LeakageSpur=BaseLeakageSpur+20log(LeakageCurrent/kφ)+SpurGain （7）
PulseSpur=BasePulseSpur+SpurGain+40log(Fcomp/1·Hz) （8）
其中,BaskLeakageSpur為常量16dBc,LMX2347的BasePulseSpur為-322dBc,SpurGain為雜散頻點上的環路增益,Leakage為電荷泵在三態高阻上的漏電流,Kφ為鑒相增益,Fspur為雜散頻點的頻率。
為增強對雜散噪聲抑制以提高鄰道抑制（ACPR）性能,并考慮到1.25MHz的比較頻率,本設計采用4階環路濾波器,在仿真過程中主要以雜散噪聲抑制為優化目標,優化仿真結果如圖3,其中標“□”的線為閉環增益與相位響應,標“×”的線為開環響應。“○”線為總相位噪聲。
（1）相位噪聲參數：根據仿真生的相噪密度,求得PLL電路產生的RMS Phase error=0.95°,EVM為1.66%<2%,滿足指標要求;
（2）定時間：664.5μs;
（3）穩定性：相位余量32°;
（4）2.5MHz上相噪與雜散之和為-157.4,可見該本振源的雜散噪聲對2.5MHz上的ACPR影響極小。
以上方法可以廣泛應用于各種寬帶CDMA（如WCDMA、CDMA2000等）通信電路的設計。
