锁相环环路滤波器的模拟设计

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锁相环环路滤波器的模拟设计

摘　要: 介绍了AD I SimPLL V er2 模拟软件的性能及特点, 并阐明了利用该软件设计不同频率下环路滤波器(低通滤波器) 的方法, 环路滤波
器是频率合成器的关键部分, 直接影响无线通讯的载波质量、接收性能、发射和接收信噪比、接收灵敏度、通讯距离等, 严重的会影响到频率的
合成, 导致系统瘫痪。该模拟软件具有功能强大、快捷、方便的特点, 能对不同的频率进行准确、可靠的模拟, 设计出合理、稳定的环路滤波电路,
保证整个系统的需要, 可广泛地应用于GSM、CDMA、WLAN、对讲机等移动通信领域。

　　　　　　　Simula t ion Des ign of LPF in PLL
CHANG Qing
(M echanics and E lectricity D ep artm ent, J iaoz uo U niversity , J iaoz uo 454003, Ch ina)
Abstract: Th is art icle in t roduces featu res and characterst ics of the sim u lat ion sof tw are, AD I Sim PLL V er
2, and illum inate the m ethod to design the loop f ilter ( low 2pass f ilter) in PLL under differen t f requencies
by the u se of th is sof tw are. A s a key part of f requency syn thesizer, loop f ilter w ill inf luence the quality of
carrier, the receiving perfo rm ance, the t ran sm it ingöreceiving SöN , receiving sen sit ivity and the comm un i2
cat ion range, even the syn thesizat ion of f requency and resu lt in the system m alfunct ion. Th is sim u lat ion
sof tw are, w h ich is p rovided w ith st rong and conven ience perfo rm ance, can carry ou t co rrect and reliab le
sim u lat ion on differen t f requency and help the designer to design reasonab le and steady loop f ilter circu it to
m eet the system requ irem en t. It can be u sed in the mob ile comm un icat ion f ield such as GSM , CDMA ,
WLAN and two2w ay radio.
Keywords:L PF; f requency syn thesizer;VCO; phase no ise
　　频率合成技术是现代通信的重要组成部分, 它
是将一个高稳定度和高准确度的基准频率经过四则
运算, 产生同样稳定度和准确度的目标频率。作为频
率合成技术的重要组成部分——环路滤波器的设计
也越来越重要。但是, 由于环路滤波器受影响因素
多、需满足的参数指标高, 所以, 其设计难度较大。
AD I Sim PLL V er2 模拟软件的推出, 有效地解决了
环路滤波器的设计问题。因而在频率合成技术领域
得到广泛的应用。
1　AD I SimPLL Ver2 的功能和特点
AD I Sim PLL V er2 是一款性能优良的模拟设
计软件, 其设计环境是基于AD I 系列PLL IC 而设
计的, 因此, 对AD I 的PLL IC 而言, 可以充分利用
软件的强大功能, 将环路滤波器设计得尽可能完美;
而对其他公司的PLL IC 来讲, 对模拟结果做必要
的修正, 也可设计出性能良好的环路滤波器。总之,
AD I Sim PLL V er2 软件的应用领域十分广泛。
第26 卷　第5 期
2004 年10 月
电气电子教学学报
JOU RNAL O F EEE
Vo l. 26　No. 5
Oct. 2004
收稿日期: 2004- 05- 15; 修回日期: 2004- 06- 30
作者简介: 常　青(1965- ) , 女, 河南省焦作人, 讲师, 主要从事“电路基础”、“信号与系统”等课程的教学与研究。
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
AD I Sim PLL V er2 软件的特点主要有: (1) 适
用频率范围宽: 3G 以下; (2) 分频方式可选: 整数分
频或分数分频; (3) 可选的环路滤波器电路形式: 3
种有源滤波器和6 种无源滤波器; (4) 参考振荡器频
率可自定; (5) PLL IC 可选; (6) 模拟分析出所需的
电路和元器件参数。
2　400- 440M Hz (UHF 频段) 频率合
成器中环路滤波器的设计
211　环路滤波器
频率合成器由最基本的锁相环(PLL ) 组成,
PLL 由如图1 所示的鉴相器(PD )、环路滤波器
(L PF) 和压控振荡器三个部分组成。
图1　频率合成器的组成
环路滤波器是一种低通滤波器, 是由电阻、电容
可能还有放大器组成的线性电路。它的输入信号是
来自鉴相器的输出电压vd ( t) , 它在滤去v d ( t) 中的
高频成分和噪声后, 取出平均分量vc ( t) 去控制压控
振荡器的频率。所以环路滤波器可以改善控制电压
的频谱纯度, 提高系统的稳定性。
环路滤波器的主要指标有: 环路带宽、阻尼系数
N、锁定时间、直流增益和高频增益。本设计选用的环
路滤波器为无源滤波器, 电路形式为CPP 　3C
(Charge Pump Passive, 3 Capacito r) , 如图2 所示。
图2　无源环路滤波器
212　AD I SimPLL 的模拟设计
在运行AD I Sim PLL V er 2 之后, 新建一个设
计界面, 并按提示顺序, 输入相应的参数:
( 1) 频率合成器的工作频率范围: 最低频率
400MHz, 最高频率440MHz;
(2) 鉴相器鉴相频率: 6125kHz;
(3) 选择PLL IC:ADF4111;
(4) 压控灵敏度K v: 15MHzöV ;
(5) 参考振荡器频率: 1218MHz;
(6) 环路滤波器电路选型: CPP 　3C。
然后进行模拟计算。　　
213　环路滤波器的模拟结果
模拟所用的电路图如图3 所示。
图3　模拟设计用电路图
　10　8　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　电气电子教学学报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　26 卷
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　　图中电容器C1 将来自电荷泵(PLL IC 的CP
脚) 的脉冲转化为直流电压, 但是根据对开环传递函
数分析, 它存在一个二阶极点, 会引起环路的不稳
定, 所以, 引入了R 1 和C2 稳定环路, 它给直流控制
电压带来的纹波干扰, 可由C3 滤除。
模拟出的PLL 的相位噪声结果, 如图4 所示。
图4　相位噪声的模拟结果
3　测试结果
按模拟出来的参数制作成电路板之后, 通
过调试, 电路工作正常, 指标符合设计要求。经测试
(测试频率为420MHz) , 在偏离载频100Hz、1kHz、
10kHz 时, 相位噪声分别为- 60dBC、- 70dBC、-
90dBC, 增益为715dBm; 锁定时间为718m s ($f =
1MHz) ; 频率稳定度很高, 在- 20℃～ + 55℃范围
内可以稳定在215ppm 以内。
4　结束语
本文介绍了AD I Sim PLL V er2 用于400～
440MHz 频率合成器中环路滤波器的模拟设计, 结
果较好。提高了设计效率, 降低了设计成本; 该软件
在移动通信等领域将有着广泛的应用。

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<P>上传的不全啊！</P>