【重要】锁相环的相位噪声分析

和响应速度之间折衷考虑，相位裕度越大，系统越稳定，但是响应速度变慢。

这里取相位裕度为６０度。

同样的，这两个环路参数是估计出来的，在实际电路中仍然需要多次考虑。

最后根据上面的两个环路参数，利用第二章第六节的公式２－２２到２－２４可以计算出低通滤波器的电阻和电容的值大约为：Ｒ２＝１２Ｋ，Ｃ２＝１３８ＰＦ，ＣＩ＝１ＩＰＦ。

根据以上估算的参数可以将锁相环系统的幅频和相频特性曲线画出，如图４．２所示。

图４－２ＰＬＬ的幅频与相频特性曲线４．３锁相环系统级模型４．３．１Ｍａｔｌａｂ构造数学模型Ｍａｕａｂ是ＭａｔｈＷｏｒｋｓ公司开发的具有强大科学运算功能的数学工具，其中的软件包－－Ｓｉｍｕｌｉｎｋ是专门用于数学建模的工具。

通过建立锁相环系统的线性模型，如图４—３所示，分别建立环路中每个模块的传输函数，然后设置输入输出点。

该线性模型不仅可以分析系统的冲击响应和阶跃响应，还可以分析零极点与波特图。

冲击响应和阶越响应的模拟结果如图４－４所示，此模型可以很方便的修改参数，仿真速度非常快，模拟结果也非常直观，对于理解二阶系统的特性非常有帮助。

ｔ№啦＊血瞻呻目删ｅ，ｒａ口ａａｐ蝌ｍ鼬ｒｔｒａｒｔｉｍ＇哥缸眦ｈ恤啪蚓ｏｆ恤ＶＣＯ图４－３Ｍａｔｌａｂ建立ＰＬＬ的线性模型图４—４ＰＬＬ的阶跃响应与冲击响应４．３．２ＶｅｒｉｌｏｇＡ构造行为级模型ＶｅｒｉｌｏｇＡ语言是Ｖｅｒｉｌｏｇ硬件描述语言的扩展，主要用来描述模拟系统的结构和行为，包括电子，机械，流体力学和热力学系统等㈣。

下面给出ＶｅｒｉｌｏｇＡ描述锁相环的行为级模型，并应用Ｍｉｃａ进行仿真。

首先，以电阻的行为级模型为例，简单的说明一下ＶｅｒｉｌｏｇＡ语言的特点和应用。

、ｉｎｃｌｕｄｅ“ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅｓ．”’’ｉｎｃｌｕｄｅ“ｃｏｎｓｔａｎｔｓ．ｈ，’ｍｏｄｕｌｅｒｅｓ（ａ，ｂ）；ｉｎｏｕｔａ，ｂ；ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａ，ｂ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｒｅａｌＲ２１．Ｏ：ａｎａｌｏｇｂｅｇｉｎＩ（ａ，ｂ）＜＋Ｖ（ａ，ｂ）／Ｒ；／／Ａｌｔｅｍａｔｉｖｅ：Ｖ（ａ，ｂ）＜＋Ｉ（ａ，ｂ）４Ｒ；第五章锁相环电路设计及模拟第五章锁相环电路设计及模拟５．１整体设计本章主要是关于锁相环的晶体管级电路的设计，不但详细的分析了电路的结构，而且给出了模拟结构及相关的解释。

锁相频率源混频信号的相位噪声分析为了研究锁相频率源的混频信号的相位噪声问题，本文将锁相源的相位噪声构成作为基础，构建起两路相关锁相源混频相位噪声近似数学模型，并开展了相关实验。

实验数据表明，模型仿真能够得到与实验一致的结果，可以在很大程度上降低相位噪声估值偏差。

标签：锁相频率源;混频信号;相位噪声1 相位噪声概述通常来讲，信号频率或者相位本身的短期性、随机性起伏是引发相位噪声的主要原因，理想的频率源信号得到的频谱近似直线，数学上一般用带有幅度的Delta函数表示。

而从实际测量的角度，频谱信号两侧可以看到宽度较大的连续分布谱，其形成的原因是热能与其他噪声源随机起伏对于频率信号的调整，这里的连续分布谱实际上就是相位噪声。

假定θ（t）表示噪声形成的调制信号，考虑到相位噪声同样属于较小的信号调制，满足θ（t）《1，可以将频率源信号表示为：（1）公式中，fc表示载波信号，对于公式进行相应的Fourier变换，可以得到（2）这里的S（f）表示S（t）的Fourier頻率谱，Sθ=F（θ（t）），表示相位与频率抖动的功率谱密度。

结合上述公式，参考相位噪声的内涵，可以通过分贝值的形式来对频率源相位噪声进行表示，有（3）公式中，=f-fc，该公式实际上是偏离载波位置1Hz带宽的相位噪声。

调制信号本身属于非平稳性的随机过程，而结合相应的文献研究以及工程实践，可以将其近似看做是平稳的高斯过程，能够得到近乎实际工程值的结果。

设相应的高斯过程θ（t）为N（0，），均值E=0，相位与频率会于载波信号附近抖动。

方差表示为相位噪声的功率，依照上述公式，可以得到相应的公式（4）2 锁相频率源相位噪声结构就目前而言，比较常见的锁相源一般都是有压控振荡器、鉴相器、环路滤波器以及分频器等构成，所有元器件的噪声都会影响最终输出频率的相位噪声，而其中最为关键，最不可避免的，是鉴相器鉴相基底倍频以及参考信号锁相倍频的恶化。

参考公式（4），可以将锁相源相位噪声表示为（5）在公式中，表示锁相源最终输出的相位噪声功率，和分别表示晶振锁相倍频恶化以及鉴相基底倍频恶化后的相位噪声功率，结合上述分析，参照公式（4）和公式（5），可以将相位噪声改写成分贝值的形式，得到锁相源相位噪声计算公式：（6）3 加入混频器后的相位噪声分析理想状态下，混频器的输出包含了两个输入信号的和频与差频，而实际上，混频器具备多个交调分量，不过和频与差频是主要分量。

相位噪声对一个给定载波功率的输出频率来说，相位噪声是载波功率相对于给定的频率偏移处（频率合成器通常定义1kHz频率偏移）1-Hz的带宽上的功率，单位为dBc/Hz@offset frequency。

锁相环频率合成器的带内相位噪声主要取决于频率合成器，VCO的贡献很小。

相位噪声的测量需要频谱分析仪。

注意一点，普通频谱分析仪读出的数据需要考虑分辨带宽的影响。

即，频谱分析仪的读数减掉10log（RBW）才是正确的相位噪声数值。

高端的频谱分析仪往往可以直接给出单边带相位噪声。

相位噪声是信号在频域的度量。

在时域，与之对应的是时钟抖动（jitter），它是相位噪声在时间域里的反映，大的时钟抖动在高速ADC应用中会严重恶化采样数据的信噪比，尤其是当ADC模拟前端信号的频率较高时，更是要求低抖动的时钟。

图1形象地描述了时钟抖动。

图表 1 相位噪声和时钟抖动时钟抖动可以通过相位噪声积分得到，具体实现如下如下：计算从给定的起始频率偏移处到结束频率（通常定义为两倍输出频率）偏移处的相位噪声和A，单位为dBc；对A进行取对数操作；求相位抖动均方值（rms phase jitter），单位为弧度；将弧度值转换成时间单位，秒或者皮秒。

图表 2. 时钟抖动与相位噪声和白噪声之间的关系参考杂散锁相环中最常见的杂散信号就是参考杂散。

这些杂散信号会由于电荷泵源电流与汇电流的失配，电荷泵漏电流，以及电源退耦不够而增大。

在接收机设计中，杂散信号与其他干扰信号相混频有可能产生有用信号频率从而降低接收机的灵敏度。

锁相环处于锁定状态时，电荷泵会周期性的（频率等于鉴相频率）产生交替变换（正负）脉冲电流给环路滤波器。

环路滤波器对其进行积分产生稳定的控制电压。

图表 3 环路锁定时，PLL电荷泵电流输出波形当鉴相频率较低时，由电荷泵的漏电流引起的杂散占主要地位。

当鉴相频率较高时，由电荷泵的交替电流（源电流I和汇电流I）引起的杂散占主要地位。

sourcesink二者频率的界定。

锁相环输出信号相位噪声噪声及杂散特性分析应用实践【摘要】本文详细地介绍了锁相环的鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声对锁相环合成输出信号的近端相位噪声的具体贡献值。

并以CDMA 1X基站系统中800MHz的FS 单板的锁相环输出信号相位噪声指标进行理论计算。

为广大锁相环设计者提供理论计算方法的参考和实践设计的参考依据。

【关键词】锁相环设计，相位噪声一、术语和缩略语表格 1 术语和缩略语二、问题的提出锁相环工作原理图，由三部分组成：鉴相器（PFD）、环路滤波器（LPF）和压控晶体振荡器（VCXO），如图0-1所示。

图0-1锁相环原理框图锁相环输出信号指标主要有相位噪声、谐波抑制、杂散、输出功率、跳频时间。

在本文中以CDMA 1X基站系统中800MHz的FS单板应用为背景，在CDMA基站中不需要跳频，所以调频时间基本不做要求。

输出功率比较好控制，只要调整衰减网络就能保证。

锁相环输出信号的相位噪声、谐波抑制和杂散成为影响系统指标的主要因素，成为锁相环技术的关键指标项。

在锁相环设计中，相位噪声和杂散成为系统设计主要难点。

三、解决思路相位噪声分析相位噪声主要由VCO、鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声这四部分引入。

环路滤波器对于由鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声这三部分引入的相位噪声具有低通特性，对于VCO产生的相位噪声具有高通特性。

一般来说环路带宽内的相位噪声主要决定于由鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号，环路带宽以外的相位噪声主要决定于VCO，在环路带宽周围，这四部分的噪声影响相当。

所以为了尽量降低输出信号的相位噪声环路滤波器的环路带宽的最佳点是由鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声这三部分引入的相位噪声总和与VCO引入的相位噪声相同时的频率。

在实际运用中还礼滤波器的设计是非常重要的。

对于远端相位噪声如100KHz和1MHz处的一般远远高于环路带宽，其相位噪声主要决定于VCO，要保证其指标主要是选择良好的VCO。

锁相环的关键指标一、引言锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常用的电子控制系统，用于在输入信号和参考信号之间建立相位关系。

它在通信、数据转换和时钟同步等领域有着广泛的应用。

在设计和评估锁相环时，需要考虑一些关键指标，以确保其性能和稳定性。

本文将就锁相环的关键指标展开讨论。

二、锁相环的基本原理在了解锁相环的关键指标之前，我们先来简要了解一下锁相环的基本原理。

锁相环由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器和分频器等组成。

其工作原理是通过不断调整电压控制振荡器的频率，使得相位比较器输出的误差信号趋近于零。

这样，输入信号和参考信号之间就能够建立起稳定的相位关系。

三、锁相环的关键指标锁相环的性能和稳定性受多个指标的影响。

下面将分别介绍这些指标。

3.1 带宽锁相环的带宽是指其输出相位响应的频率范围。

带宽越宽，锁相环对频率变化的响应越快。

通常情况下，带宽越宽，锁相环的性能越好。

但同时也需要考虑到带宽过宽可能导致噪声增加和稳定性下降的问题。

3.2 相位噪声相位噪声是指锁相环输出信号的相位随时间变化的不稳定性。

相位噪声越小，锁相环的性能越好。

相位噪声可以通过频域分析来评估，常用的评估指标包括相位噪声密度和积分相位噪声。

3.3 锁定时间锁定时间是指锁相环从初始状态到稳定状态所需的时间。

锁定时间越短，锁相环的性能越好。

锁定时间受到带宽和相位噪声等因素的影响。

3.4 抖动抖动是指锁相环输出信号的瞬时频率偏离其平均频率的程度。

抖动越小，锁相环的性能越好。

抖动可以通过时域分析来评估，常用的评估指标包括峰峰值抖动和均方根抖动。

3.5 稳定性锁相环的稳定性是指其输出信号在长时间内保持稳定的能力。

稳定性受到带宽、相位噪声和抖动等因素的影响。

稳定性可以通过频域和时域分析来评估。

四、评估锁相环的关键指标为了评估锁相环的关键指标，可以采取以下步骤：1.设计合适的测试电路，包括输入信号源和参考信号源。

2.使用合适的测量设备，如频谱分析仪、示波器和时钟分析仪等，对锁相环的输出信号进行测量。

pll 1khz phase noise 指标PLL（Phase-Locked Loop，锁相环）是一种用于同步和控制信号频率的电路。

它广泛应用于通信系统、无线电接收和发射设备、频谱分析仪以及其他需要对信号频率进行相位和频率稳定性控制的应用中。

1kHz相位噪声是衡量PLL性能优劣的重要指标之一。

相位噪声是指在某一频率上的相位波动，通常以dbc/Hz为单位表示。

相位噪声越低，表示PLL对信号的相位稳定性越好。

首先，我们来了解一下PLL的基本原理。

PLL主要由相位比较器、低通滤波器、Voltage Controlled Oscillator（VCO，电压控制振荡器）和频率分频器组成。

当输入信号与VCO的频率匹配时，相位比较器的输出为零。

如果输入信号频率发生变化，相位比较器会产生一个误差信号，将其送入低通滤波器进行滤波处理，然后通过输出给VCO调整其频率，使其与输入信号保持相位同步。

PLL的性能可通过相位噪声和震荡抑制比（Spurious Response）来评估。

本文主要讨论1kHz相位噪声。

相位噪声是由于PLL中各个组件的不理想性以及环路中存在的干扰而产生的。

首先，我们需要了解一些与PLL相位噪声相关的基本概念和指标。

（1）功率谱密度（PSD）：相位噪声通常以功率谱密度的形式给出，单位是dbc/Hz。

PSD表示在特定频率范围内单位频率带宽内的功率。

（2）杂散频率：在PLL的输出频率上除了原始信号频率外，还会出现一些杂散频率。

相位噪声可通过测量这些杂散频率来获得。

1kHz相位噪声的含义是测量频率为1kHz时的相位噪声。

这个频率是一个常用的测试频率，用于评估PLL的相位噪声性能。

对于一个理想的PLL，其相位噪声在所有频率上都应该是相同的。

然而，实际中的PLL由于各种因素的影响，可能会在某些频率范围内具有更高的相位噪声。

为了改善PLL的相位噪声性能，设计者通常会采取以下措施：（1）选择合适的VCO：VCO是PLL中最关键的组件之一。

锁相环环路滤波器噪声特性分析与仿真金玉琳;余世刚;周毅;保玲【摘要】为估计环路滤波器对锁相频率合成器输出相位噪声的贡献,建立了一种常用的有源差分环路滤波器噪声模型,并推导出滤波器中各噪声源贡献的噪声的理论公式.针对一实际滤波器贡献的相位噪声进行理论计算,考虑了滤波器中运放的非理想特性后,对滤波器中各个噪声源贡献的相位噪声进行了仿真.通过理论结果和仿真结果对比,得出理论公式对实际环路滤波器噪声进行了很好的估计.最后给出环路滤波器设计时在噪声性能方面的考虑.%It is necessary to accurate phase noise prediction of synthesizer for loop filter's contribution, a noise model for loop filter that is used for differential output phase detector is built, and theoretical formula of the output phase noise contribution from each noise source in loop filter is derived. Theoretical value of phase noise is calculated aimed at the contribution from a actual loop filter, and the phase noise is simulated after considered the actual character of op-amp. Comparing the theoretical value and simulated value, the noise of the actual loop filter can be estimated by theoretical formula, and some considerations of loop filter design about the noise performance are provided.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)021【总页数】4页(P193-195,198)【关键词】频率合成器;锁相环;有源环路滤波器;相位噪声【作者】金玉琳;余世刚;周毅;保玲【作者单位】兰州空间技术物理研究所,甘肃兰州 730000;兰州空间技术物理研究所,甘肃兰州 730000;兰州空间技术物理研究所,甘肃兰州 730000;兰州空间技术物理研究所,甘肃兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】TN713-34锁相频率合成器其潜在的出色性能、相对简单性和低成本而被普遍使用[1]。

锁相环输出信号相位噪声噪声及杂散特性分析应用实践【摘要】本文详细地介绍了锁相环的鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声对锁相环合成输出信号的近端相位噪声的具体贡献值。

并以CDMA 1X 基站系统中800MHz 的FS 单板的锁相环输出信号相位噪声指标进行理论计算。

为广大锁相环设计者提供理论计算方法的参考和实践设计的参考依据。

【关键词】锁相环设计，相位噪声一、 术语和缩略语表格 1 术语和缩略语 缩写全名 含义 CDMACode Division Multiple Access 码分多址 PLLPhase Locked Loop 锁相环 FSFrequency S ynthesizer 频率合成器 LPFLoop Filter 环路滤波器 VCO Voltage Control Oscillator压控振荡器 二、 问题的提出锁相环工作原理图，由三部分组成：鉴相器（PFD ）、环路滤波器（LPF ）和压控晶体振荡器（VCXO ），如图 0-1所示。

÷R 分频器VCO 参考频率鉴相器÷N 分频器LPF ΦK O θS K VCO )(S F rθ+iθ-e θ图 0-1锁相环原理框图锁相环输出信号指标主要有相位噪声、谐波抑制、杂散、输出功率、跳频时间。

在本文中以CDMA 1X 基站系统中800MHz 的FS 单板应用为背景，在CDMA 基站中不需要跳频，所以调频时间基本不做要求。

输出功率比较好控制，只要调整衰减网络就能保证。

锁相环输出信号的相位噪声、谐波抑制和杂散成为影响系统指标的主要因素，成为锁相环技术的关键指标项。

在锁相环设计中，相位噪声和杂散成为系统设计主要难点。

三、 解决思路相位噪声分析相位噪声主要由VCO 、鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声这四部分引入。

环路滤波器对于由鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声这三部分引入的相位噪声具有低通特性，对于VCO产生的相位噪声具有高通特性。