作者：Kevin Scott and Michel Azarian

在產(chǎn)生高頻、高線性度信號源時，低相位噪聲至關(guān)重要。相位噪聲是信號相位不希望的變化或變化的量度。它是在頻域中測量的，相當(dāng)于時域中的抖動。使用PLL頻率合成器時，總相位噪聲由各種電路模塊和組件的匯編組成，每個模塊和組件都對最終值有貢獻(xiàn)。各種貢獻(xiàn)元件/電路包括壓控振蕩器（VCO）、參考時鐘和相關(guān)電路、鑒頻檢波器和各種內(nèi)部緩沖器。

相位噪聲可以分為每個元件/電路的貢獻(xiàn)部分，包括基準(zhǔn)噪聲、鑒頻鑒相器噪聲、VCO噪聲和寬帶噪聲（由于放大器/緩沖器和其他內(nèi)部電路），這些噪聲是建立帶外相位本底噪聲的。

在決定整數(shù)N分頻與小數(shù)N分頻PLL頻率合成器時，必須考慮總相位噪聲、成本、步長、PLL設(shè)計復(fù)雜性、雜散噪聲（小數(shù)N分頻中累加器或三角積分引起的小數(shù)雜散）、整數(shù)邊界雜散（也是小數(shù)N分頻效應(yīng)）和參考雜散）和環(huán)路鎖定時間的重要性。

小數(shù)N分頻PLL的優(yōu)勢

與整數(shù)N分頻PLL相比，小數(shù)N分頻（壓裂N）PLL頻率合成器具有幾個關(guān)鍵優(yōu)勢，但在某些情況下，這些優(yōu)勢對客戶來說可能并不重要，具體取決于應(yīng)用。它允許較大的參考頻率值，從而產(chǎn)生較小的乘法器項N。由于PLL的相位噪聲乘以所選的N值（f外= f裁判* N） 和 frac-N PLL 需要較小的 N 值，由于參考頻率乘以 N 而導(dǎo)致的相位噪聲增加將降低 20log（N） dB，但這被相位頻率檢測器噪聲的增加部分抵消 - 10log（f聚苯乙烯） dB（為簡單起見，我們假設(shè)參考分頻器值 R 為 1，因此 f裁判= f聚苯乙烯;較大的整數(shù)值會導(dǎo)致更多的噪聲）。另一個優(yōu)點(diǎn)是步長更小或分辨率更高。壓裂 N 允許步長為數(shù)十赫茲，而整數(shù) N 可能導(dǎo)致數(shù)十千赫茲。與類似的整數(shù) N 解相比，壓裂 N 也會鎖定得更快。這是因?yàn)檩^低的N值允許更寬的環(huán)路濾波器帶寬，這反過來又允許更快的鎖定時間。

壓裂 N 型鎖相環(huán)的缺點(diǎn)

壓裂N型PLL的最大缺點(diǎn)是它產(chǎn)生的分?jǐn)?shù)和整數(shù)邊界雜散，從使用的角度來看，它增加了復(fù)雜性（必須設(shè)計環(huán)路濾波器），并且在某些情況下成本更高。這些是客戶可能選擇整數(shù)N分頻PLL的原因。LTC的新型壓裂N型PLL器件減輕了這些缺點(diǎn)。它們設(shè)計用于產(chǎn)生非常低的整數(shù)邊界雜散，其小數(shù)分頻器使用先進(jìn)的四階 ΔΣ 調(diào)制器，該調(diào)制器不會產(chǎn)生分餾化雜散。在復(fù)雜性方面，我們的FracNWizard軟件具有先進(jìn)的PLL設(shè)計和仿真功能，可簡化環(huán)路設(shè)計工作。

檢查數(shù)據(jù)表的差異

在查看整數(shù)N和壓裂N數(shù)據(jù)手冊時，人們可能會對某些相位噪聲規(guī)格看起來相似這一事實(shí)感到困惑，即使壓裂N應(yīng)該具有較低的相位噪聲。例如，查看LTC6947數(shù)據(jù)手冊的首頁，“特性”部分給出了三相噪聲規(guī)格：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本底噪聲。每個值分別為 -226dBc/Hz、-274dBc/Hz 和 -157dBc/Hz。對于 LTC6945，這些數(shù)字為 -226dBc/Hz、-274dBc/Hz 和 -157dBc/Hz。

關(guān)鍵是前兩個規(guī)范已規(guī)范化。這意味著它們的計算不考慮完成設(shè)計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，這不會給出用戶將獲得的真實(shí)價值;相反，它是一個“品質(zhì)因數(shù)”。當(dāng)我們在實(shí)際應(yīng)用中“非歸一化”該值時，PLL N分頻器值和參考時鐘頻率是最終值的因素。

規(guī)范化是 Frac-N 和整數(shù) N 可以具有相似值的原因。在典型應(yīng)用中使用時，F(xiàn)rac-N通常會產(chǎn)生低得多的帶內(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，這會產(chǎn)生較小的N分壓器（N）值，從而降低整體相位噪聲。

例如，對于具有 100kHz 頻率步長和 3GHz 輸出的 LTC6945 整數(shù) N 分頻 PLL 頻率合成器解決方案，PFD 設(shè)置為 100kHz。在使用 LTC6947 frac-N PLL 的同一示例中，可將 PFD 設(shè)置為更高的頻率。讓我們選擇50MHz。這導(dǎo)致最大頻率誤差為 ~100Hz （50MHz/2^18）/2 – 除以 2^18 是因?yàn)?LTC6947 使用的 18 位三角積分調(diào)制器），或小 1000 倍的步進(jìn)。

繼續(xù)本示例，假設(shè)帶內(nèi)歸一化相位噪聲值相似，frac-N 3GHz 輸出的帶內(nèi)相位噪聲將比整數(shù) N 輸出的帶內(nèi)相位噪聲低約 27dB（有關(guān)完整公式，請參見 LTC6947 數(shù)據(jù)手冊圖 11 的第 21 頁）。雖然 LTC6947 壓裂 N PLL 在壓裂 N 模式下的歸一化帶內(nèi)相位噪聲差 1dB，但它提供的帶內(nèi)相位本底噪聲比 LTC6945 整數(shù) N 低 26dB。

最后需要注意的是，由于相位本底噪聲不依賴于雜散分量，因此壓裂N和整數(shù)N分相環(huán)具有相似的值。

凌力爾特提供整數(shù) N （LTC6945 / LTC6946） 和 Frac-N （LTC6947 / LTC6948） PLL 頻率合成器。兩種類型均具有出色的相位噪聲性能。如果需要更小的頻率步長和最低的相位噪聲，最好使用Frac-N。如果需要更低的成本和復(fù)雜性，請選擇整數(shù) N 分頻 PLL。

審核編輯：郭婷