小数N分频锁相环应用优缺点分析

　　小数N分频PLL从上世纪七十年代开始就已投入使用。小数N分频使PLL输出的分辨率可以降至PFD频率的一小部分(如图所示)，其中PFD输入频率为1 MHz。可以产生分辨率为数百Hz的输出频率，同时维持较高的PFD频率。因此，小数N分频的N值显著小于整数N分频的N值。

　　Integer-N Compared to Fractional-N Synthesizer

　　由于电荷泵处的噪声以20 logN的比率累加到输出上，因此相位噪声可以得到显著改善。对于GSM900系统，小数N分频ADF4252的相位噪声性能为–103 dBc/Hz;相比之下，整数

　　N分频PLL ADF4106的相位噪声性能为–93 dBc/Hz。小数N分频的另一个显著优势是可以改善锁定时间。当PFD频率设置为20 MHz、环路带宽为150 kHz时，频率合成器可以在不到30 s内跳跃30 MHz。目前的基站要求使用两个PLL模块，确保LO能满足传输的时序要求。利用小数-N分频的超快锁定时间，将来频率合成器的锁定时间特性将允许用一个小数-N分频PLL模块代替现行的两个“乒乓”式PLL。

　　小数N分频PLL的缺点是杂散水平较高。小数N分频900.2(见图7B)的组成是N分频器花80%的时间除以900，花20%的时间除以901。平均分频是正确的，但瞬时分频是错误的。因此，PFD和电荷泵会不断地试图校正瞬时相位误差。提供求平均值功能的-调制器会承受繁重的数字运算活动，从而在输出处产生杂散成分。数字噪声加上电荷泵的匹配不精确性，导致杂散水平高于大多数通信标准的容许水平。小数N分频器件只是在最近才对杂散性能进行了必要的改进，例如ADF4252，使设计人员得以考虑将其用于传统的整数-N分频市场。

　　使用ADIsimPLL™简化PLL设计

　　ADIsimPLL™软件是一个完整的PLL设计包，可从ADI公司网站下载。该软件具有用户友好的图形界面，并提供了完整而全面的指南供新手用户参考。

　　传统上，PLL频率合成器设计依靠发布的应用笔记来辅助设计PLL环路滤波器。因此，需要建立原型电路来确定锁定时间、相位噪声和基准杂散电平等重要性能参数。然后，在实验室内“调整”元件值并反复进行冗长测量来实现优化。

　　ADIsimPLL可以简化并改进传统的设计流程。设计人员首先从“全新PLL向导”开始构建PLL，方法是指定PLL的频率要求，选择整数N分频或小数N分频方案，然后从PLL芯片库(模型库或定制VCO)中选择并从多种拓扑结构选择环路滤波器。该程序可以设计环路滤波器并显示相位噪声、基准杂散、锁定时间以及锁定检测性能等关键参数。

　　ADIsimPLL其简单性和互动性如同使用电子表格。用户可以修改环路带宽、相位裕量、VCO灵敏度和元件值等全部设计参数，且仿真结果会实时更新。这使得用户可以轻松针对特定要求来优化设计。例如，通过改变带宽，用户可以实时观察权衡锁定时间和相位噪声，并具有基准测量精度。

　　ADIsimPLL包括精确的相位噪声模型，从而能可靠地预测频率合成器闭环相位噪声。用户报告仿真和测量之间具有出色的相关性。如果需要，设计人员可以直接在元件级别操作并观察改变个别元件值所产生的影响。

　　使用ADIsimPLL的基本设计流程归纳如下：

　　1. 选择基准频率、输出频率范围和通道间隔

　　2. 从列表中选择PLL芯片

　　3. 选择VCO

　　4. 选择环路滤波器配置

　　5. 选择环路滤波器带宽和相位裕量

　　6. 运行仿真

　　7. 评估时间和频域结果

　　8. 优化

　　ADIsimPLL适用于整数N分频或小数N分频PLL，但无法模拟小数N分频杂散。小数N分频器件的相位噪声预测假设器件在“最低相位噪声”模式下工作。