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有关分频相环噪音的分散消除技术

锁相电路主要是应用在MEMS数字陀螺系统中的闭环驱动电路,其应用频率比较低,要求功耗小,噪声低,且锁定时间快,并且考虑到实验室具体设计工艺的情况,设计面积要尽可能小,因而ca88手机版厂设计的锁相电路主要采用的是Sigma-Delta小数型锁相环,其中调制器用数字电路来设计实现,故而这是一个数模混合系统。该电荷泵锁相环的参考时钟信号由数字陀螺驱动电路自激振荡产生。锁定后系统参考信号与反馈信号的频率与相位分别是相等的,系统最终产生的信号的频率是参考信号频率的N.f倍,其中小数分频比由分频器和AE调制器共同来产生。

图1:小数型电荷泵锁相环

 小数型电荷泵锁相环

要想要更好的设计锁相环系统,必须定量的分析它的特性,也就是必须研宄它的数学模型。本质上讲,ca88手机版锁相环系统是非线性非连续时间的,即便如此在一定的条件之下,我们仍可将它线性化,进而进行数学分析。我们假定锁相环已经锁定并且将长时间保持锁定状态,则在振荡器输出信号频率变化较小且环路带宽不高于参考信号频率的1/10时,整个系统就可以看做是一个线性系统来理解分析。下面分别先就每个模块介绍其原理并进行分析。

PFD用来鉴别信号之间的频率差别和相位差别。通常而言,PFD的两输入为两时钟信号,而PFD的输出信号即是与两时钟的上升沿之差成正比的相位差信号。

最简单的鉴相器是由异或逻辑门构成的,但是它只适合用于两输入信号频率相差不大且都是占空比50%的信号的情况下。还有传统使用的模拟鉴频鉴相器,它主要由模拟乘法器和LPF两个模块组成,但是其结构较为复杂,模拟乘法器设计不够简洁,且它的鉴相范围较小。

图2:鉴频鉴相器工作原理

 鉴频鉴相器工作原理

ca88手机版是用来把PFD的输出相差信号转化电荷的电路,并且将这些电荷传送到环路滤波器后对其充放电,以此改变滤波器的输出电位,也就是改变VCO控制电压的电位高低,进而改变振荡器振荡频率。电荷泵是整个锁相环系统类似于人体心脏一般存在的核心模块,它的性能对系统整体的性能有较大影响。电荷泵的简化理想结构如图3所示。

图3:理想电荷泵示意图

 理想电荷泵示意图

从图上可以看出,ca88会员登录本质上是由两个由脉冲信号控制的开关和两个电流大小相等的电流源组成的。若我们把电荷泵等效的平均输出电流看做电荷泵的输出信号,且电荷泵中使用的电流源的电流为一个恒定值电荷泵中主要存在以下几个非理想因素。首先是在实际实现中两个电流源的电流不可能大小完全相同,必定会存在一定程度上的误差,造成这一结果的原因既有加工实现时的匹配误差,也有由于电荷泵实际工作时其输出节点的电压不是一个恒定值,而是在一定范围内变化,而电流源输出阻抗又是一个有限值,从而两电流源电流也会随着输出节点电压的变化而变化,从而造成其增益的非线性,当然通过合理的结构选择和对电路的合理优化,在常用的工艺条件和合理的版图设计下,可以做到上下两个电流源电流的匹配误差在±1°%之内。另一个造成非理性效应的因素是实际中我们用MOS管做开关时寄生电容的存在,对于MOS管开关,当其栅极上的控制信号发生变化时,那么会有额外的电荷通过栅漏电容等MOS管寄生电容流向电荷泵输出端,这会导致输出的电荷数量存在误差。而且在开关都闭合时,也会由于源漏到衬底的电容的存在而造成电荷之间的共享,造成输出节点电压的波动,还有因为MOS开关上因为时钟馈通效应和电荷分流效应的存在而造成的误差。另外,实际上,MOS开关不可能完全关闭,即使其处于关闭状态时也会存在泄漏电流,造成输出到环路滤波器上的电荷存在误差。


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点击次数:  更新时间:2018-01-18 09:07:43  【打印此页】  【关闭