EDA宽带小步进频率综合器设计(3)
1.3 论文要求
本次课题要求使用锁相环技术设计一个300MHz到3GHz的宽带细步进低杂散信号源，步进为1MHz，相位噪声好于-75dBc@1kHz，杂散指标低于-55dBc，输出功率高于15dBm。
2 锁相环概述
2.1 锁相环工作原理
锁相环让我们的一部分世界变得有序化。如果我们打开电视，锁相环会保证图像的头在上，脚在下面。彩色电视机中其他锁相环可以保证绿色是绿色，红色是红色(即使政治家主张颠倒才是真理)。
锁相环电路就是让一个特殊系统跟踪另外一个系统[9]。更确切地讲，锁相环是一个使输出信号(由振荡器产生的)与参考信号或者输人信号在频率和相位上同步的电路[10]。在锁定(有的称为同步)状态，振荡器的输出信号和参考信号之间的相位差为零，或者保持常数。
如果出现相位误差，一种控制机理作用到振荡器上，使得相位误差再次减小到最小。在这样的控制系统中，实际输出信号的相位锁定到参考信号的相位。因而我们称之为锁相环。
锁可以通过下面我们用一个线性锁相环例子来对相环的工作原理进行简单的解释。如图2.1.1(a)所示，锁相环的模块组合图包含三个功能模块:
(1)压控振荡器(VCO)
(2)鉴相器(PD)
(3)环路滤波器(LF)
在这个简单的例子中，在VCO输出[u2(t)]和较低的鉴相器输人[ω2」之间，没有向下分频处理。
在有些锁相环电路中，用电流控制的振荡器(CCO)代替压控振荡器。这种情况下，鉴相器的输出信号是受控电流源，而不是电压源。但是，工作原理保持不变。在该锁相环电路中，主要有如下的重要信号参数:
.参考(或输入)信号u1(t)
.参考信号的角频率ω1
.VCO的输出信号u2(t)
.输出信号的角频率ω2
.鉴相器的输出信号ud(t)
.环路滤波器的输出信号uf(t)
.相位误差θe是信号u1(t)和信号uf(t)之间的相位差
2.1.1 (a)PLL的模块图
(b) VCO的传输函数。(uf=控制电压；ω2=输出信号的角频率。)
(c)PD的传输函数（ =鉴相器输出信号的平均值；θe=相位误差。)
现在我们开始对图2.1.1(a)中三个功能模块的工作原理进行分析。在角频率ω2处VCO振荡，该频率由环路滤波器输出信号uf所决定。角频率ω2由下式给出:
ω2(t)=ω0+K0uf(t) (2.1)
其中ω0为VCO的中心(角)频率K0为VCO的增益，单位rad . s-1 .V-1。
图2.1.1(b)中画出了公式(2.1)关系所在。在本书中，因为rad(弧度)是一个无量纲的数，大多数情况下我们不再讨论它。(因而，应该注意任何相位变量必将用弧度表示，而不是度。)因此，在方程式中，180°的相移总是必须表示为π。
鉴相器（PD），又称为相位比较器，是用来比较输出信号和参考信号之间的相位，获得的输出信号ud(t)与相位误差θe近似成正比关系，至少当θe处于一定范围内时如此[11]:
ud(t)=Kdθe (2.2)
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