一種新穎的內外頻標自適應式時(shí)鐘源的設計
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環(huán)路濾波器的設計在整個(gè)時(shí)鐘源中很關(guān)鍵，既要兼顧5 MHz，10 MHz外頻標，又要兼顧20 MHz內頻標。因此，環(huán)路的設計必須同時(shí)考慮到各個(gè)頻標的因素。鑒于這種情況，設計環(huán)路時(shí)，對參考頻率分別進(jìn)行1，2，4分頻，使得環(huán)路在多個(gè)頻標下，均以5 MHz鑒相頻率，相同的N分頻次數，滿(mǎn)足鎖相環(huán)的要求。所以，對環(huán)路帶寬必須合理選擇。一般情況下，選擇在參考源噪聲源和VCO噪聲源譜密度線(xiàn)的交叉點(diǎn)。
在設計中采用無(wú)源三階濾波器，環(huán)路帶寬大致設為45 kHz，相位裕量為65°。環(huán)路帶內的相位噪聲取決于晶振相位噪聲，環(huán)路帶外的噪聲取決于壓控振蕩器的相位噪聲。時(shí)鐘源輸出信號的相位噪聲是所有噪聲同時(shí)作用的結果。圖4為鎖相環(huán)附加噪聲源的系統框圖。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/188867.htm
數字鎖相環(huán)在鎖定狀態(tài)下可以認為是線(xiàn)性系統，應用線(xiàn)性疊加原理，將各噪聲源反映到時(shí)鐘源輸出端的相位噪聲功率譜密度相加，則可得到總的相位噪聲功率譜密度(單位：dBc／Hz)：
其中：Sr(f)，SPD(f)，SLP(f)，SVCO(f)，So。(f)分別為參考頻標、鑒相器、環(huán)路濾波器、VCO、時(shí)鐘源輸出的相位噪聲，單位均為dBc／Hz，H(j2πF)為環(huán)路的有效傳輸函數。上式右邊第一項為環(huán)路的低通輸出相位噪聲譜，第二項為環(huán)路的高通輸出相位噪聲譜。
參考信號的相位噪聲對輸出信號相噪的貢獻L1(f)(單位：dBc／Hz)，可用式(1)計算：
式中：Lr(f)為晶振的相位噪聲(單位：dBc／Hz)；鑒相器的基底相噪對輸出信號相噪的貢獻L2(f)(單位：dBc／Hz)，可用式(2)來(lái)計算：
式中：LpD(f)為鑒相器的基底相噪(單位：dBc／Hz)；Fc為鑒相頻率(單位：Hz)。
由式(1)和式(2)得，在環(huán)路帶內輸出信號的相位噪聲L(f)(單位：dBc／Hz)，可由式(3)得到：
利用式(3)可估算出輸出信號的相位噪聲為-120 dBc／Hz@1 kHz。
由于參考頻率的不同，R分頻的次數不同，相位噪聲改善的不同，加之N倍頻相位噪聲惡化的差異性，最終環(huán)路在各頻標作用下，表現出來(lái)的相位噪聲也各有差異，不盡相同。
3 實(shí)驗結果及其分析
實(shí)驗結果證明，三種參考頻率在相同的相位噪聲基準下，20 MHz頻標倍頻次數最少，相位噪聲曲線(xiàn)最好；5 MHz頻標倍頻次數最多，相位噪聲也能滿(mǎn)足要求。圖5給出了E4440A測試的時(shí)鐘源輸出相位噪聲曲線(xiàn)(其橫坐標表示頻率，縱坐標表示相位噪聲)。
從圖5可以看出，時(shí)鐘源實(shí)際輸出相位噪聲與根據上述公式估算的結果比較接近，滿(mǎn)足系統對時(shí)鐘源相位噪聲的要求，這說(shuō)明本文提出的內外頻標自適應式時(shí)鐘源的環(huán)路帶寬設計合理，電路布局優(yōu)化，設計方法是完全可行的。
4 結 語(yǔ)
新設計的內外頻標自適應式時(shí)鐘源具有電路硬件結構簡(jiǎn)單，成本低，相位噪聲低，雜散小的特點(diǎn)。內外頻標的切換不用外部控制，完全自適應多個(gè)不同頻率的內外頻標，而且產(chǎn)品的適應性和使用的方便性都大大增強。目前該時(shí)鐘源已在數字基帶系統中得到廣泛應用。
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