基于电荷泵锁相环的有源环路滤波器的设计

作者：时间：2012-07-16来源：网络收藏

相位裕度和系统的稳定性密切相关，一般选择在40°～55°之间。理论上相位裕度为48°的时候有最小的锁定时间，50°的相位裕度有最小的RMS相位误差。更大的相位裕度能够减小环路 滤波器的峰值响应，但是增加了锁定时间。
环路带宽是环路 滤波器最重要的参数，如果选择的环路带宽太小会改善参考杂散和RMS相位误差，但是却增加锁定时间；选择的环路带宽太大将会改善锁定时间，但会增加参考杂散和RMS相位误差，因此选择的环路带宽既要满足锁定时间的要求，又要选择一个频率使PLL噪声等于VCO噪声，从而使RMS相位误差设计最佳。考虑设计使参考杂最小，环路带宽越小，杂散越低。

3 Chirp超宽带信号源的有源环路滤波器设计与实现
本设计目标是产生中心频率是640 MHz，带宽是160 MHz，即560 MHz～720 MHz的Chirp超宽带信号，分数比为25％，T为1μs。采用结合DDS和PLL技术来构建Chirp超宽带源，首先通过外部控制DDS产生70 MHz～90 MHz的线性调频信号，然后通过锁相环进行8倍频得到Chirp超宽带信号。VCO选用的是V637ME02-LF，它的调控电压范围是0．5 V～10 V，相应的560 MHz～720 MHz的Chirp超宽带信号调控电压范围是3 V～6．5 V。由于VCO的控制电压较高，设计时采用有源环路滤波器。
本设计的锁相环为宽带跟踪环，指标是环路带宽2 MHz，相位裕度48°，分频比为8，电荷泵电流4 mA，A=4。利用上述方法设计的三阶有源滤波器用于该锁相环，元件参数值如表1所示。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/176735.htm

用Agilent公司的ADS软件进行系统仿真，如图5和图6所示，该电荷泵锁相环的环路带宽为1．995 MHz，相位裕度47．965°。可见仿真结果与设计指标比较接近，证明这个3阶有源环路滤波器的设计方法是可行的。

经过实验，在安捷伦频谱仪E4440A中测得DDS输出信号频谱和Chirp超宽带信号频谱。DDS输出信号的频谱范围为70 MHz～90 MHz，扫频带宽为20 MHz。Chirp超宽带信号频谱范围为560 MHz～720 MHz，扫频带宽为160 MHz。信号源的输出信号频谱质量好，频带内谱线比较平坦，波动范围小，这得益于锁相环工作良好，因此设计的3阶有源环路滤波器是符合要求的。

4 结束语
电荷泵锁相环以其优越的性能被广泛地研究与应用，本文在分析电荷泵锁相环基本原理的基础上，根据系统对环路带宽和相位裕度等指标的要求，论述了二阶有源环路滤波器的基本设计方法，并进一步讨论了三阶有源环路滤波器的设计方法，以具体实例分析计算出三阶有源低通滤波器环路参数。最后，并且利用Agilent公司的ADS软件进行了由此组成的电荷泵锁相环的性能仿真，给出了锁相环的频率响应曲线。实验结果表明，锁相环工作良好，所设计的3阶有源环路滤波器达到了预期的结果。