整數(shù)N和小數(shù)N分頻PLL合成器的相位噪聲

在產(chǎn)生高頻，高線(xiàn)性度信號(hào)源時(shí)，低相位噪聲至關(guān)重要。相位噪聲是信號(hào)的不期望的變化或相位變化的量度。它在頻域中測(cè)量并且等于時(shí)域中的抖動(dòng)。使用PLL合成器時(shí)，總相位噪聲由各種電路模塊和元件的匯編組成，每個(gè)電路模塊和元件都有助于最終值。各種貢獻(xiàn)元件/電路包括壓控振蕩器（VCO），參考時(shí)鐘和相關(guān)電路，相位頻率檢測(cè)器和各種內(nèi)部緩沖器。

相位噪聲可以分成每個(gè)元件/電路的貢獻(xiàn)部分，包括參考噪聲，相位頻率檢測(cè)器噪聲，VCO噪聲和寬帶噪聲（由于放大器/緩沖器和其他內(nèi)部電路），它們建立了輸出帶隙相位噪聲基底。

在決定整數(shù)N與小數(shù)N分頻PLL合成器之間時(shí)，必須考慮整個(gè)相位的重要性噪聲，成本，步長(zhǎng)，PLL設(shè)計(jì)復(fù)雜度，寄生噪聲（由分?jǐn)?shù)N中的累加器或Δ西格瑪引起的分?jǐn)?shù)雜散），整數(shù)邊界雜散（也是分?jǐn)?shù)N效應(yīng)）和參考雜散）以及環(huán)路鎖定時(shí)間

小數(shù)N分頻PLL的優(yōu)點(diǎn)

分?jǐn)?shù)N（frac-N）PLL合成器與整數(shù)N分頻PLL相比具有幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，但在某些情況下，這些優(yōu)勢(shì)可能并不重要客戶(hù)取決于應(yīng)用程序。它允許更大的參考頻率值，從而產(chǎn)生更小的乘數(shù)項(xiàng)N.由于PLL的相位噪聲乘以所選的N值（f OUT = f REF * N）和frac-N PLL需要較小的N值，由于將參考頻率乘以N而引起的相位噪聲增加將減少20log（N）dB，但這部分地被相位頻率檢測(cè)器噪聲的增加所抵消 - 10log （f PFD ）dB（為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們假設(shè)參考分頻器值R為1，因此f REF = f PFD ;較大的整數(shù)值導(dǎo)致更多的噪音）。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是較小的步長(zhǎng)或較高的分辨率。 frac-N允許步長(zhǎng)為數(shù)十赫茲，而整數(shù)N可能產(chǎn)生數(shù)十千赫茲。與類(lèi)似的整數(shù)N解相比，frac-N也會(huì)更快鎖定。這是因?yàn)镹的較低值允許更寬的環(huán)路濾波器帶寬，這反過(guò)來(lái)允許更快的鎖定時(shí)間。

Frac-N PLL的缺點(diǎn)

a的最大缺點(diǎn)frac-N PLL是它產(chǎn)生的分?jǐn)?shù)和整數(shù)邊界雜散，從使用角度來(lái)看它的復(fù)雜性增加（必須設(shè)計(jì)環(huán)路濾波器），并且在某些情況下成本更高。這些是客戶(hù)可能選擇整數(shù)N PLL的原因。 LTC的新型frac-N PLL器件減輕了這些缺點(diǎn)。它們被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生非常低的整數(shù)邊界雜散，并且它們的分?jǐn)?shù)分頻器使用先進(jìn)的4階ΔΣ調(diào)制器，其不產(chǎn)生分?jǐn)?shù)雜散。關(guān)于復(fù)雜性，我們的FracNWizard軟件具有先進(jìn)的PLL設(shè)計(jì)和仿真功能，可簡(jiǎn)化回路設(shè)計(jì)工作。

檢查數(shù)據(jù)表中的差異

在檢查整數(shù)N和壓縮時(shí)N個(gè)數(shù)據(jù)表，可能會(huì)被一些相位噪聲規(guī)范看起來(lái)相似的事實(shí)所困惑，即使frac-N據(jù)稱(chēng)具有較低的相位噪聲。例如，查看LTC6947數(shù)據(jù)手冊(cè)的首頁(yè)，“特性”部分給出了三相噪聲規(guī)范：歸一化帶內(nèi)相位本底噪聲，歸一化1 / f噪聲和寬帶帶外相位噪聲基底。每個(gè)的值為-226dBc / Hz，-274dBc / Hz和-157dBc / Hz。對(duì)于LTC6945，數(shù)字為-226dBc / Hz，-274dBc / Hz和-157dBc / Hz。

關(guān)鍵是前兩個(gè)規(guī)范是規(guī)范化的。這意味著它們的計(jì)算不需要考慮完成設(shè)計(jì)所需的其他電路元件，這使得工程師可以進(jìn)行并排比較。但是，這并沒(méi)有給出用戶(hù)將獲得的真實(shí)價(jià)值;相反，它是一個(gè)“品質(zhì)因數(shù)”。當(dāng)我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中“非標(biāo)準(zhǔn)化”值時(shí)，PLL N分頻器值和參考時(shí)鐘頻率是最終值中的因子。

歸一化是Frac-N和整數(shù)N的原因可以有類(lèi)似的價(jià)值觀。當(dāng)在典型應(yīng)用中使用時(shí)，F(xiàn)rac-N通常會(huì)導(dǎo)致低得多的帶內(nèi)相位噪聲，因?yàn)樗ǔＴ试S更高的參考頻率（或PFD頻率），并且如前所述，這會(huì)產(chǎn)生較小的值。 N分頻器（N），可降低整體相位噪聲。

例如，對(duì)于具有100kHz頻率步長(zhǎng)和3GHz輸出的LTC6945整數(shù)N分頻PLL合成器解決方案，PFD設(shè)置為100kHz 。在使用LTF6947 frac-N PLL的相同示例中，PFD可以設(shè)置在更高的頻率。我們選擇50MHz。這導(dǎo)致最大頻率誤差為~100Hz（50MHz / 2 ^ 18）/ 2 - 除以2 ^ 18是因?yàn)長(zhǎng)TC6947使用的18位Δ-Σ調(diào)制器，或者步長(zhǎng)小1000倍。

繼續(xù)這個(gè)例子，假設(shè)類(lèi)似的歸一化帶內(nèi)相位噪聲值，frac-N 3GHz輸出的帶內(nèi)相位噪聲將比整數(shù)N低約27dB（見(jiàn)第21頁(yè)） LTC6947數(shù)據(jù)手冊(cè)圖11為完整公式）。雖然LTC6947 frac-N PLL在frac-N模式下具有1dB更差的歸一化帶內(nèi)相位噪聲，但它提供比LTC6945整數(shù)N低26dB的帶內(nèi)相位本底噪聲。

最后一點(diǎn)是因?yàn)橄辔槐镜自肼暡灰蕾?lài)于雜散成分，所以frac-N和整數(shù)N-PLL都具有相似的值。

凌力爾特提供整數(shù)N（LTC6945 / LTC6946）和Frac-N（LTC6947 / LTC6948）PLL合成器。兩種類(lèi)型都具有出色的相位噪聲性能如果需要較小的頻率步長(zhǎng)和最低的相位噪聲，則Frac-N是最佳的。如果需要更低的成本和更低的復(fù)雜性，請(qǐng)選擇整數(shù)N PLL。