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，高線性度信號源時，低相位噪聲至關(guān)重要。相位噪聲是信號的不期望的變化或相位變化的量度。它在頻域中測量并且等于時域中的抖動。使用PLL合成器時，總相位噪聲由各種電路模塊和元件的匯編組成，每個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），參考時鐘和相關(guān)電路，相位頻率檢測器和各種內(nèi)部緩沖器。

相位噪聲可以分成每個元件/電路的貢獻(xiàn)部分，包括參考噪聲，相位頻率檢測器噪聲，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，必須考慮整個相位的重要性噪聲，成本，步長，PLL設(shè)計復(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)路鎖定時間

小數(shù)N分頻PLL的優(yōu)點

分?jǐn)?shù)N（frac-N）PLL合成器與整數(shù)N分頻PLL相比具有幾個關(guān)鍵優(yōu)勢，但在某些情況下，這些優(yōu)勢可能并不重要客戶取決于應(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器噪聲的增加所抵消 - 10log （f PFD ）dB（為簡單起見，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）。另一個優(yōu)點是較小的步長或較高的分辨率。 frac-N允許步長為數(shù)十赫茲，而整數(shù)N可能產(chǎn)生數(shù)十千赫茲。與類似的整數(shù)N解相比，frac-N也會更快鎖定。這是因為N的較低值允許更寬的環(huán)路濾波器帶寬，這反過來允許更快的鎖定時間。

Frac-N PLL的缺點

a的最大缺點frac-N PLL是它產(chǎn)生的分?jǐn)?shù)和整數(shù)邊界雜散，從使用角度來看它的復(fù)雜性增加（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 PLL的原因。 LTC的新型frac-N PLL器件減輕了這些缺點。它們被設(shè)計為產(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)計和仿真功能，可簡化回路設(shè)計工作。

檢查數(shù)據(jù)表中的差異

在檢查整數(shù)N和壓縮時N個數(shù)據(jù)表，可能會被一些相位噪聲規(guī)范看起來相似的事實所困惑，即使frac-N據(jù)稱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)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。每個的值為-226dBc / Hz，-274dBc / Hz和-157dBc / Hz。對于LTC6945，數(shù)字為-226dBc / Hz，-274dBc / Hz和-157dBc / Hz。

關(guān)鍵是前兩個規(guī)范是規(guī)范化的。這意味著它們的計算不需要考慮完成設(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，這并沒有給出用戶將獲得的真實價值;相反，它是一個“品質(zhì)因數(shù)”。當(dāng)我們在實際應(yīng)用中“非標(biāo)準(zhǔn)化”值時，PLL N分頻器值和參考時鐘頻率是最終值中的因子。

歸一化是Frac-N和整數(shù)N的原因可以有類似的價值觀。當(dāng)在典型應(yīng)用中使用時，F(xiàn)rac-N通常會導(dǎo)致低得多的帶內(nèi)相位噪聲，因為它通常允許更高的參考頻率（或PFD頻率），并且如前所述，這會產(chǎn)生較小的值。 N分頻器（N），可降低整體相位噪聲。

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是因為LTC6947使用的18位Δ-Σ調(diào)制器，或者步長小1000倍。

繼續(xù)這個例子，假設(shè)類似的歸一化帶內(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（見第21頁） LTC6947數(shù)據(jù)手冊圖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。

最后一點是因為相位本底噪聲不依賴于雜散成分，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。兩種類型都具有出色的相位噪聲性能如果需要較小的頻率步長和最低的相位噪聲，則Frac-N是最佳的。如果需要更低的成本和更低的復(fù)雜性，請選擇整數(shù)N PLL。