相位噪聲就是信號在相位上的噪聲。準(zhǔn)確的講是指時(shí)鐘信號相對于其載波頻率的頻率成分的變化量，它是關(guān)于載波頻率偏移量的函數(shù)。相位噪聲是時(shí)鐘抖動(dòng)的頻域表示，圖下圖所示為相位噪聲示意圖。

時(shí)鐘抖動(dòng)

時(shí)鐘抖動(dòng)是指實(shí)際輸出時(shí)鐘信號相對于理想信號任何相應(yīng)邊沿偏移的時(shí)間長度。而實(shí)際的跳變沿可以超前或者滯后其理想位置．一般可以用時(shí)間的絕對值或者頻率的百分比作為抖動(dòng)的衡量單位。下圖所示為時(shí)鐘抖動(dòng)示意圖。

導(dǎo)致抖動(dòng)的原因有電源噪聲，晶體管的熱噪聲和閃爍噪聲，村底噪聲以及輸入時(shí)鐘信號的反射和EMI等。時(shí)鐘抖動(dòng)時(shí)相位噪聲的時(shí)域表示。

抖動(dòng)一般分為三類：相位抖動(dòng)，周期抖動(dòng)和周期．周期抖動(dòng)，且不同類型抖動(dòng)的特性和測量方法均不同。

相位抖動(dòng)

相位抖動(dòng)是指實(shí)際輸出時(shí)鐘信號的跳變沿偏離其理想位置的時(shí)間長度，它可以用頻譜分析儀來測量。下圖所示為相位抖動(dòng)定義的示意圖。

這種抖動(dòng)很重要，在基于微處理器的系統(tǒng)中，處理囂需要2ns的數(shù)據(jù)建立時(shí)間，如果驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘的相位抖動(dòng)最大值是2 5ns時(shí)，時(shí)鐘的上升沿有可能在數(shù)據(jù)有效前進(jìn)行采樣，那么就采樣到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，如下圖所示。

周期抖動(dòng)

周期抖動(dòng)是指實(shí)際時(shí)鐘信號的周期同理想時(shí)鐘周期的差值。它可以被任何示波器測量到。這種抖動(dòng)是很重要，因?yàn)樗x了輸出時(shí)鐘頻率的最大和最小值，即時(shí)鐘周期的最大和最小值。下圖所示為周期抖動(dòng)定義的示意圖。

周期-周期抖動(dòng)

周期-周期抖動(dòng)是指輸出時(shí)鐘信號當(dāng)前周期同前一個(gè)周期大小的差值，這種抖動(dòng)很難測量，需要時(shí)序間隔分析器(Timing Interval Analyzer)測量。下圖為周期-周期抖動(dòng)定義的示意圖，Jl和J2是測量的抖動(dòng)值。

PLL工作狀態(tài)

鎖相環(huán)有四種工作狀態(tài)，即鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)、捕獲過程和跟蹤過程。

(1)鎖定狀態(tài)：整個(gè)環(huán)路已經(jīng)達(dá)到輸入信號相位的穩(wěn)定狀態(tài)。它指輸出信號相位等于輸入信號相位或者是兩者存在一個(gè)固定的相位差，但頻率相等。在鎖定狀態(tài)時(shí)，壓控振蕩器的電壓控制信號接近平緩。

(2)失鎖狀態(tài)：環(huán)路的反饋信號與鎖相環(huán)輸入信號的頻率之差不能為零的穩(wěn)定狀態(tài)，或是在無限時(shí)間范圍內(nèi)不停振蕩無法達(dá)到鎖定的狀態(tài)，它們都稱為失鎖狀態(tài)。當(dāng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有問題，或者是輸入信號超出了鎖相環(huán)的應(yīng)用范圍的時(shí)候都會(huì)進(jìn)入失鎖狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)意味著環(huán)路沒有正常工作。

(3)捕獲過程：指環(huán)路由失鎖狀態(tài)進(jìn)入鎖定狀態(tài)的過程。這個(gè)狀態(tài)表明環(huán)路已經(jīng)開始進(jìn)入正常工作，但是還沒有達(dá)到鎖定的穩(wěn)態(tài)。此過程應(yīng)該是一個(gè)頻率和相位誤差不斷減小的過程。

(4)跟蹤過程：是指在PLL環(huán)路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，若此時(shí)輸入信號頻率或相位因其它原因發(fā)生變化，環(huán)路能通過自動(dòng)調(diào)節(jié)，來維持鎖定狀態(tài)的過程。由于輸入信號頻率或者相位的變化引起的相位誤差一般都不大，環(huán)路可視作線性系統(tǒng)。

一般用四個(gè)參數(shù)指標(biāo)來描述PLL的系統(tǒng)頻帶性能：

(1)同步帶：它指的是環(huán)路能保持靜態(tài)鎖定狀態(tài)的頻率范圍。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，逐步增大輸入頻率，環(huán)路最終都能保持鎖定的最大輸入固有頻差。

(2)失鎖帶：鎖相環(huán)路穩(wěn)定工作時(shí)的動(dòng)態(tài)極限。也就是說PLL在穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，輸入信號的跳變要小于這個(gè)參數(shù)，PLL才能快速鎖定。若輸入信號的跳變大于該參數(shù)而小于捕捉帶，則環(huán)路還是能鎖定，但是需要較長的時(shí)間。

(3)捕獲帶：只要反饋信號和輸入信號的頻差在這一范圍內(nèi)，環(huán)路總會(huì)通過捕獲而再次鎖定，隨著捕獲過程的進(jìn)行，反饋信號的頻率向著輸入信號頻率方向靠近，經(jīng)過一段時(shí)間后，環(huán)路進(jìn)入快捕帶過程，最終達(dá)到鎖定。

(4)快捕帶：在此頻差范圍內(nèi)，環(huán)路不需要經(jīng)歷周期跳躍就可達(dá)到鎖定，實(shí)現(xiàn)捕獲過程。

對于簡單的PLL來說，上面的四個(gè)參數(shù)的量化關(guān)如下圖所示。

由上圖可見，同步帶比其它三個(gè)頻帶要寬的多，而捕獲帶則要大于快捕帶，并且大多數(shù)情況下捕獲帶也比失鎖帶。

PLL捕獲過程簡單總結(jié)：

捕獲帶是PLL總會(huì)變?yōu)殒i定的范圍，但這個(gè)過程有時(shí)相當(dāng)慢。

快鎖帶是PLL在參考頻率與輸出頻率之間的一個(gè)差拍內(nèi)鎖定的頻率范圍，通常PLL的工作頻率范圍限制在快捕帶內(nèi)。

同步帶是PLL能夠在靜態(tài)保持相位跟蹤的頻率范圍。

失鎖帶是PLL穩(wěn)定工作的動(dòng)態(tài)范圍，如果在這個(gè)范圍內(nèi)失去跟蹤，通常PLL會(huì)再次鎖定，但如果是捕捉過程，則這個(gè)過程是緩慢的。