低功耗低噪声宽带锁相环频率综合器设计分析

张毅　郗茜

摘要：在我国科学技术升级以及社会经济的高速发展的过程中，也为我国的电子设备带去了全新的发展机遇与挑战。对于现代化的电子系统而言，频率综合器使其系统的重要组成，其无论是在确保电子设备性能方面，还是RFID信号的收发领域都起到尤为重要的作用。

关键词：低功耗 低噪声宽带 锁相环频率综合器

引言

怎样进一步缩减频率综合器的使用规模，减少频率综合器的使用能耗与产生的噪音，是现当下锁相环频率综合器的重点研究课题与方向。现阶段，以锁相环技术为支撑的频率综合器，可以高效切换频率以及进行频率的合成。其一方面提高了启动无线通信系统的速度，另一方面也提高了数据信息的传输速度。

一、简析锁相环的锁定过程

由于锁相环的锁定过程相对复杂，所以文章将会对其简要概述。首先我们要明确几个概念Fin其代表的是输入参考信号，這个信号由具有高度稳定性、超低噪声特征的晶体震荡源发出的;Upd代表的是鉴相器在对比Fin和Fout这两个相位差值所发出的输出信号，也就是Fin与Fout相位差值形成的函数;Ulpf则是低通滤波器对于Upd滤波处理之后发出的信号，其主要目的是去掉Upd中频率相对较高的分量和噪言，这样可以提高输出信号的质量;其中的Ulpf则是压控振荡设备发出的控制信号，主要用来掌控其振荡频率。

要是Fin超过Fout的相位的情况，那么Ulpf就会增加压控振荡器的振荡频率;要是Fin落后于Fout的相位，那么Ulpf就会减少压控振荡器的振荡频率。绝大多数情况下，Ulpf不会单独提高或降低至目标电压的界限。例如当Fin相位超过Fout时，Fout会经历有小于、大于以及等于Fin的过程，假设处在TO这个时间点，Fin出现一次频率阶跃，那么控制电压Ulpf就会体验由升高到平稳这一过程，换言之，就是高于目标电压再逐渐稳定到目标电压。对于锁相环的锁定过程而言，其实就是持续性调整频率，从而调节相位超前或是相位滞后，无限缩减、不断逼近的过程。

此外，在划定锁相环的锁定概念是需要注意其中一点，因为锁相环中PD与低通滤波器存在差异性，所以锁相环在进行锁定时的静态相位差值有可能不为零。部分锁相环的锁定可以维持较为稳定的相位差;而部分锁相环可以让静态相位差值是零。针对纯模拟的锁相环而言，其PD是模拟乘法器，一定要拥有一个相位差才能发挥控制电压的信号;而要是电荷泵锁相环，因为其使用的是鉴相鉴频器，而且电荷泵需要持续性的充电，也就等同于一个增益没有峰值的放大器，能够使得静态相位差值是零。

二、低功耗低噪声宽带锁相环频率综合器设计研究

要想有效的降低带锁相环频率综合器的使用功耗与噪声，第一步应深入研究与分析宽带锁相环频率综合器的工作线路问题，应精准找出宽带锁相环频率综合器的实际工作线路以及电荷泵发生漏电的部位。有关工作人员做好辅助电路的补充设置工作，从而让该辅助反馈电路可以对工作环路漏出的电量进行补偿，从而解决因为在电路静

态模式漏电而发出的噪音问题。当下，降低因为电流失配问题而产生的静态误差，应该采取以下几点：

第一，相关研究人员，通常情况下会采取互补金属氧化物半导体工艺，确定频率综合器的锁定时间，与此同时使用互补金属氧化物半导体，可以让频率综合器的锁定时间保持在一个稳定状态，从而能够让频率综合器的锁定时间可以在一定范围内的温度变化与工作误差中，不会产生强烈的波动现象。

第二，补偿电流脉冲的宽度应为压控振荡器输出频率周期的指定整数倍。而该种补偿方式的主要特点为，进行补偿的电流脉冲自身流量大小的改变，能够自行伴随着压控振荡器其振荡周期的变化而变化。要是环路输出频率发生变化的情况下，那么对于环路的相位而言，其补偿增益能够维持原来的状态。使用该种补偿方式可以大幅度降低在采样时刻受到的限制，要是补偿电流的电流脉冲宽度远远低于压控振荡器的振荡周期，在这种情况下相关研究人员可以在参考时钟的下降位置进行采样。

第三，可以对环路滤波器在零点和极点二者的时间常数进行调整，通过这一方法可是实现宽带锁相环频率综合器施工功耗与噪声的降低。可是环路滤波器其实就是一个积分器，应该选择相对较宽的补偿电流脉冲去去除因电流失配引而造成起的相位噪音，如果鉴相器工作处在脉冲采样的状态下，使用该种补偿方式是无法有效降低，相对较窄的电荷泵中电流脉冲相位产生的噪声。

三、结束语

总的来讲，目前控制宽带锁相环频率综合器的使用功耗与产生的噪声，主要是借助其系统内部的鉴相器、电荷泵等相关设备辅佐电路补充和使用互补金属半导体技术而完成的。上述措施的合理应用可以进一步改善频率综合器中的噪声问题，从而提高宽带锁相环频率综合器的实际工作效率，更好的服务于我国当下电子系统的持续性发展。

参考文献

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