低功耗低噪聲寬帶鎖相環頻率綜合器設計分析

張毅　郗茜

摘要：在我國科學技術升級以及社會經濟的高速發展的過程中，也為我國的電子設備帶去了全新的發展機遇與挑戰。對于現代化的電子系統而言，頻率綜合器使其系統的重要組成，其無論是在確保電子設備性能方面，還是RFID信號的收發領域都起到尤為重要的作用。

關鍵詞：低功耗 低噪聲寬帶 鎖相環頻率綜合器

引言

怎樣進一步縮減頻率綜合器的使用規模，減少頻率綜合器的使用能耗與產生的噪音，是現當下鎖相環頻率綜合器的重點研究課題與方向。現階段，以鎖相環技術為支撐的頻率綜合器，可以高效切換頻率以及進行頻率的合成。其一方面提高了啟動無線通信系統的速度，另一方面也提高了數據信息的傳輸速度。

一、簡析鎖相環的鎖定過程

由于鎖相環的鎖定過程相對復雜，所以文章將會對其簡要概述。首先我們要明確幾個概念Fin其代表的是輸入參考信號，這個信號由具有高度穩定性、超低噪聲特征的晶體震蕩源發出的;Upd代表的是鑒相器在對比Fin和Fout這兩個相位差值所發出的輸出信號，也就是Fin與Fout相位差值形成的函數;Ulpf則是低通濾波器對于Upd濾波處理之后發出的信號，其主要目的是去掉Upd中頻率相對較高的分量和噪言，這樣可以提高輸出信號的質量;其中的Ulpf則是壓控振蕩設備發出的控制信號，主要用來掌控其振蕩頻率。

要是Fin超過Fout的相位的情況，那么Ulpf就會增加壓控振蕩器的振蕩頻率;要是Fin落后于Fout的相位，那么Ulpf就會減少壓控振蕩器的振蕩頻率。絕大多數情況下，Ulpf不會單獨提高或降低至目標電壓的界限。例如當Fin相位超過Fout時，Fout會經歷有小于、大于以及等于Fin的過程，假設處在TO這個時間點，Fin出現一次頻率階躍，那么控制電壓Ulpf就會體驗由升高到平穩這一過程，換言之，就是高于目標電壓再逐漸穩定到目標電壓。對于鎖相環的鎖定過程而言，其實就是持續性調整頻率，從而調節相位超前或是相位滯后，無限縮減、不斷逼近的過程。

此外，在劃定鎖相環的鎖定概念是需要注意其中一點，因為鎖相環中PD與低通濾波器存在差異性，所以鎖相環在進行鎖定時的靜態相位差值有可能不為零。部分鎖相環的鎖定可以維持較為穩定的相位差;而部分鎖相環可以讓靜態相位差值是零。針對純模擬的鎖相環而言，其PD是模擬乘法器，一定要擁有一個相位差才能發揮控制電壓的信號;而要是電荷泵鎖相環，因為其使用的是鑒相鑒頻器，而且電荷泵需要持續性的充電，也就等同于一個增益沒有峰值的放大器，能夠使得靜態相位差值是零。

二、低功耗低噪聲寬帶鎖相環頻率綜合器設計研究

要想有效的降低帶鎖相環頻率綜合器的使用功耗與噪聲，第一步應深入研究與分析寬帶鎖相環頻率綜合器的工作線路問題，應精準找出寬帶鎖相環頻率綜合器的實際工作線路以及電荷泵發生漏電的部位。有關工作人員做好輔助電路的補充設置工作，從而讓該輔助反饋電路可以對工作環路漏出的電量進行補償，從而解決因為在電路靜

態模式漏電而發出的噪音問題。當下，降低因為電流失配問題而產生的靜態誤差，應該采取以下幾點：

第一，相關研究人員，通常情況下會采取互補金屬氧化物半導體工藝，確定頻率綜合器的鎖定時間，與此同時使用互補金屬氧化物半導體，可以讓頻率綜合器的鎖定時間保持在一個穩定狀態，從而能夠讓頻率綜合器的鎖定時間可以在一定范圍內的溫度變化與工作誤差中，不會產生強烈的波動現象。

第二，補償電流脈沖的寬度應為壓控振蕩器輸出頻率周期的指定整數倍。而該種補償方式的主要特點為，進行補償的電流脈沖自身流量大小的改變，能夠自行伴隨著壓控振蕩器其振蕩周期的變化而變化。要是環路輸出頻率發生變化的情況下，那么對于環路的相位而言，其補償增益能夠維持原來的狀態。使用該種補償方式可以大幅度降低在采樣時刻受到的限制，要是補償電流的電流脈沖寬度遠遠低于壓控振蕩器的振蕩周期，在這種情況下相關研究人員可以在參考時鐘的下降位置進行采樣。

第三，可以對環路濾波器在零點和極點二者的時間常數進行調整，通過這一方法可是實現寬帶鎖相環頻率綜合器施工功耗與噪聲的降低。可是環路濾波器其實就是一個積分器，應該選擇相對較寬的補償電流脈沖去去除因電流失配引而造成起的相位噪音，如果鑒相器工作處在脈沖采樣的狀態下，使用該種補償方式是無法有效降低，相對較窄的電荷泵中電流脈沖相位產生的噪聲。

三、結束語

總的來講，目前控制寬帶鎖相環頻率綜合器的使用功耗與產生的噪聲，主要是借助其系統內部的鑒相器、電荷泵等相關設備輔佐電路補充和使用互補金屬半導體技術而完成的。上述措施的合理應用可以進一步改善頻率綜合器中的噪聲問題，從而提高寬帶鎖相環頻率綜合器的實際工作效率，更好的服務于我國當下電子系統的持續性發展。

參考文獻

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