锁相环的相位噪声

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。

锁相环相位噪声与环路带宽的关系分析0 引言电荷泵锁相环是闭环系统，系统各个部分都是一个噪声源，各部分噪声的大小不仅与电路本身有关，而且还与环路带宽等因素有关。

因此，设计时必须分析其各频率范围内噪声源影响力的大小，权衡确定环路带宽与各噪声源的相互制约关系。

以下利用锁相环的等效噪声模型，重点分析电荷泵锁相环系统的相位噪声特性，得出系统噪声特性的分布特点以及与环路带宽的关系。

1 电荷泵锁相环的基本原理图1为电荷泵锁相环的示意图，主要由鉴相鉴频器(PFD)、电荷泵、滤波器、压控振荡器(VCO)、分频器等5部分组成，鉴相鉴频器主要用来检测输入信号x(t)与反馈信号xf(t)的频率、相位误差，并产生UP，DOWN信号控制电荷泵的开关。

电荷泵由两个对称的电流源和开关组成。

电荷泵的开关会对滤波器上的电容充放电，电流经过滤波器滤波后滤掉高频信号，在滤波器上产生能调整压控振荡器频率和相位的电压v(t)。

当v(t)上的电压被调整为一个合适的电压值时，xi(t)的频率和相位与x(t)的一致，系统最终处于平衡状态，从而实现对输入信号的跟踪。

2 电荷泵锁相环的噪声模型与相位噪声特性分析电荷泵锁相环的环路等效噪声模型可以用锁相环各子模块附加噪声源表示。

图2给出了带有无源滤波器锁相环噪声源模的型。

设fm为距离调制频率的偏移量，该图中主分频器、参考时钟分频器的均方噪声功率谱密度分别被表示为ψd(fm)和ψrcf(fm)；鉴相鉴频器的相位噪声被表示为ψpd(fm)；晶体振荡器的相位噪声被表示为ψx(fm)；相位噪声源的单位是电荷泵的噪声被等价为电流源inp(fm)(单位：)；滤波器的噪声被等价为电压源Vnf(fm)(单位：的自由振荡噪声被表示为环路输出信号的均方噪声功率谱密度被表示为它是闭环情况下所有噪声源影响的总和。

输出相位噪声功率谱密度可以表示为：式中：ψolp2(fm)为具有低通传输函数的噪声源功率谱密度；ψohp2(fm)为具有高通传输函数的噪声源功率谱密度。

锁相环相噪计算公式锁相环相噪计算公式1. 引言锁相环是一种常见的电路技术，用于对输入信号进行频率、相位或时延的调整。

在锁相环中，相噪是一个重要的性能指标，用来描述输出信号中的相位噪声。

2. 相噪计算公式•公式1：相噪指数(ENOB) = 20log10(2pi f3dB T)–其中，f3dB表示锁相环的3dB截止频率，T表示锁相环的环路延迟时间。

•公式2：相噪功率密度(PN) = 20log10(Kv f)–其中，Kv表示锁相环的控制增益，f表示锁相环的偏置频率。

3. 解释与示例相噪指数(ENOB)相噪指数(ENOB)是一种常用的相噪度量单位，表示为dBc，表示输出信号中相位噪声相对于理想信号的衰减程度。

具体计算方法如下：ENOB = 20log10(2pi f3dB T)例如，一个锁相环的3dB截止频率为10 kHz，环路延迟时间为2 ns，则根据公式1计算其相噪指数为：ENOB = 20log10(2pi10^4 2*10^-9) = - dBc这意味着锁相环输出信号中的相位噪声相对于理想信号衰减了 dB。

相噪功率密度(PN)相噪功率密度(PN)是另一种常用的相噪度量单位，表示为dBc/Hz，表示单位频带中的相位噪声功率。

具体计算方法如下：PN = 20log10(Kv f)例如，一个锁相环的控制增益为30 dB/V，偏置频率为1 MHz，则根据公式2计算其相噪功率密度为：PN = 20log10(10^3 10^6) = 140 dBc/Hz这意味着在1 Hz的频带内，锁相环输出信号的相位噪声功率为-140 dBc/Hz。

4. 总结本文介绍了锁相环相噪计算公式和其含义，包括相噪指数(ENOB)和相噪功率密度(PN)的计算公式，并通过示例进行了说明。

相噪是衡量锁相环性能的重要指标之一，在设计和应用中需要对相噪进行合理估算和控制。

5. 其他相关公式和注意事项•公式3：锁定时间(Tlock) = 1/(2pi f3dB)–锁定时间表示锁相环从失锁状态到锁定状态所需的时间。

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。

改善锁相环相位噪声的方法锁相环（Phase-Locked Loop, PLL）是一种常用的频率合成器和时钟恢复方法。

然而，在某些应用中，锁相环的相位噪声成为限制系统性能的因素。

因此，改善锁相环相位噪声是一个重要的课题。

下面将介绍几种改善锁相环相位噪声的方法。

首先，一个容易实施的方法是优化锁相环的环路滤波器。

环路滤波器的设计直接影响锁相环的带宽和噪声性能。

通过增加滤波器的阻尼比，可以提高锁相环的稳定性和减小相位噪声。

另外，合理选择滤波器的带宽，可以平衡相位追踪性能和噪声抑制能力，从而改善锁相环的相位噪声。

其次，采用抖动降低技术可以有效减小锁相环的相位噪声。

抖动降低技术基于频率抖动和相位抖动之间的关系，通过控制频率抖动来减小相位噪声。

常用的抖动降低技术包括相位锁定环（Phase-Locked Loop, PPL）、时钟周期抖动降低技术等。

这些技术通过引入额外的控制环路或采用特殊的抖动降低算法，可以显著改善锁相环的相位噪声性能。

第三，优化参考信号源也是改善锁相环相位噪声的有效方法。

参考信号源的噪声特性直接传递到锁相环的输出。

因此，选择低噪声的参考信号源对于改善锁相环的相位噪声非常重要。

常见的低噪声参考信号源包括晶体振荡器（Crystal Oscillator, XO）或原子钟等。

通过使用低噪声的参考信号源，可以有效降低锁相环的相位噪声。

总结起来，改善锁相环相位噪声的方法包括优化环路滤波器、采用抖动降低技术和选择低噪声的参考信号源。

通过合理应用这些方法，可以显著提升锁相环的相位噪声性能，从而满足不同应用对于相位噪声的要求。

4.采用无源比例积分滤波器的二阶环采用与有源比
例积分滤波器的二阶环相同的方法,可得
BL
n 8
[1
(2
n
K
)2 ]
(3-26)
当环路增益很高,即K>>ωn时,上式近似为
BL
n 8
(1
4 2 )
三、环路信噪比
在定义环路信噪比之前,先看看环路输入信噪比。 所谓输入信噪比(S／N)i,指的是输入信号载波功率U2i ／2与通过环路前置带宽Bi的噪声功率NoBi之比,即
)L
(
S N
)i
Bi BL
(3-29)
(3-30) (3-31)
【计算举例】
在一部接收机的中频部分,使用了锁相环作载波提 取设备。已知接收机输入端等效噪声温度Teq=600K,输 入信号功率Ps=10-13mW。单边噪声功率谱密度No为
No=kTeq=138×10-23×600=8.3×10-21 W／Hz 式中k是波尔兹曼常数,也即No=8.3×10-18 mW／Hz
ui(t)=Uisinωot+θ1(t)
(3-1)
经环路前置带通滤波器的作用,n(t)为一个窄带白高 斯噪声电压,可表示为(见附录一)
n(t)=nc(t)cosωot-ns(t)sinωot
(3-2)
图3-1 有输入噪声时环路的基本组成
这样,加在环路输入端的电压是信号与噪声之和,即
ui(t)+n(t)=Uisinωot+θ1(t)+nc(t)cosωot-ns(t)sinωot 压控振荡器输出电压为
Kd
s
2s) H (s)ni (s)
(3-9) (3-10)
一、环路输出噪声相位方差

图 1 锁相式频率合成器的原理 框图
锁相式频率合成器 的基本原理如 下: 鉴相器 ( PD) 将参考信号 V i ( t ) (频率 f r )与输出信号 Vo ( t ) ( 频率 fo ) 的相位进行比较, 产生一个反映两信号 相位差大小的信号 Vd ( t) , Vd ( t ) 经过环路 滤波器 ( LPF )滤波滤除高频分量 , 得到控制电 压 Vc ( t ), 将 Vc ( t) 加到压控振荡器 ( VCO ) 的控制端, 通过
42
航空兵器
2010 年第 6 期
VCO 使得输出频率 fo 向 f r 靠拢 , 直到消除相差使 环路锁定。
令
pd
2 锁相环路中的相位噪声
锁相环频率合成器主要由倍频器、放大器、分 频器、混频器、鉴相器、 压控振荡器 ( VCO) 等基本 电路组成, 有的还包括辅助捕获电路、跳频控制电 路和电子开关等, 它们都不同程度地将噪声引入 频率合成器中, 因此对频率合成器各组成部件噪 声的研究就很有必要。 2 . 1 鉴相器对环路噪声的影响 鉴相器是 PLL 的关键部件之一, 它有许多不 同的类型和电路形式。目前较常用的鉴相器基本 上可分为两大类: 乘法器 ( 或逻辑组合 ) 电路和时 序电路。 这里主要讨论乘法器类鉴相器。 乘法器类 鉴相器将输 入信号波 形与本地 振荡器波 形相乘 , 并把乘积的平均值作为其有用的直流输出, 一个 设计正确的乘法器鉴相器可以对淹没在极大噪声 中的输入信号进行处理。 这里假设 PLL 环路是线性的, 鉴相器是理想 的。鉴相器引入的噪声用一个外加的等效干扰噪 声电压 vpd ( s) 代替 , 如图 2 所示。
1 频率合成器简介
频率合成技术自提出以来 , 目前已 经逐渐形 成了四种技术 : 直接模 拟式频率合成 技术、锁相 频率合成技术、直接数字 式频率合成技术和混合 式频率合成技术。本文主 要介绍锁相频率合成技 术。 锁相式频率合成器是采用锁相环 ( PLL ) 进行 频率合成的一种频率合成器, 它是目前频率合成 器的主流, 其原理框图如图 1 所示。 最简单的锁相 环合成器是单环锁相环频率合成器, 在压控振荡 器与鉴相器之间的锁相环反馈回路上增加整数分

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。

锁相环指标-回复什么是锁相环指标？锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种用于时钟生成和频率合成的电路。

锁相环指标是对锁相环电路性能进行评估和描述的一系列参数。

这些指标可以用来评估PLL的稳定性、带宽、相位噪声等重要性能。

1. 锁相环的基本原理和结构锁相环由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（Voltage-Controlled Oscillator，简称VCO）和分频器组成。

其基本原理是通过不断调整VCO的频率和相位，使其与参考信号保持同步。

相位比较器将参考信号和VCO输出的信号进行相位比较，并产生一个误差信号。

这个误差信号经过低通滤波器后，被送至VCO进行频率和相位调整。

2. 锁相环指标的分类锁相环指标通常可以分为稳定性指标、带宽指标、相位噪声指标等几个方面。

稳定性指标主要包括：锁定时间、追踪范围、捕获范围等。

锁定时间是指锁相环从失锁状态转移到锁定状态所需的时间，是评估锁相环速度的重要指标。

追踪范围是指锁相环能追踪的输入频率范围，超出追踪范围的输入信号会导致失锁。

捕获范围是指锁相环能捕获的输入频率范围，超出捕获范围的输入信号也会导致失锁。

带宽指标主要包括：环路带宽、相位裕度等。

环路带宽是指锁相环的频率响应范围，描述了PLL对输入信号的跟随能力。

相位裕度是指锁相环频率响应的相位裕量，决定了锁定后的相位稳定度。

相位噪声指标主要包括：相位噪声密度、杂散频率等。

相位噪声密度是指在单位频率范围内，锁相环输出信号的相位噪声功率。

杂散频率是指锁相环输出信号中除了基频外的其它频率分量。

3. 如何评估锁相环指标评估锁相环指标通常需要进行实验测试或进行模拟仿真。

其中，常用的测试方法包括锁定时间测试、频率响应测试、相位噪声测试等。

在锁定时间测试中，输入一个频率变化较大的信号，观察锁相环从失锁到锁定所需的时间。

锁相环的响应快速且稳定的特性表示较好的锁定时间。

频率响应测试通常通过输入不同频率的正弦波信号，并测量锁相环输出的幅值和相位，以绘制幅频响应和相频响应曲线。

锁相环相位噪声锁相环是一种常用的电路技术，用于抑制信号中的相位噪声。

相位噪声是指信号中的相位变化不稳定性，它可以导致信号的频偏和抖动，影响系统的性能和稳定性。

锁相环通过比较输入信号和参考信号的相位差，然后通过反馈调节输入信号的相位，以达到消除相位噪声的目的。

在现代通信系统中，相位噪声是一个非常重要的问题。

相位噪声的存在会导致信号的频谱扩展，降低系统的信噪比，影响通信质量。

因此，研究和解决相位噪声问题对于提高通信系统的性能至关重要。

锁相环通过利用负反馈原理来消除相位噪声。

它由相位检测器、低通滤波器、电压控制振荡器和除相器等组成。

首先，相位检测器将输入信号和参考信号进行比较，产生相位误差信号。

然后，低通滤波器对相位误差信号进行滤波，得到控制电压。

接下来，电压控制振荡器根据控制电压来调节输出信号的相位。

最后，除相器将输出信号和参考信号进行比较，得到反馈信号，闭环控制系统实现了相位的稳定。

锁相环的关键是相位检测器。

常用的相位检测器有边沿检测器、比较器和混频器等。

边沿检测器通过检测信号的边沿来获得相位信息，适用于高频信号。

比较器通过比较两个信号的幅值来获得相位信息，适用于低频信号。

混频器通过将信号与参考信号相乘，然后滤波得到直流分量来获得相位信息，适用于宽频带信号。

除了相位检测器，滤波器也是锁相环中的重要组成部分。

低通滤波器的作用是滤除高频噪声，使得控制电压变化平稳。

滤波器的带宽决定了锁相环对相位噪声的抑制能力。

带宽越宽，抑制能力越强，但相应的噪声增益也会增加。

因此，在选择滤波器带宽时需要进行权衡。

锁相环的另一个关键参数是环路带宽。

环路带宽决定了锁相环的跟踪能力和响应速度。

带宽越高，跟踪能力越好，但相应的稳定性也会降低。

因此，在设计锁相环时需要根据具体应用需求来选择合适的环路带宽。

除了上述基本结构，锁相环还可以通过添加频率鉴频器、倍频器和除频器等模块来实现更复杂的功能。

例如，可以利用频率鉴频器来实现频率锁定，将输入信号的频率锁定到参考信号的频率上。

高稳定度和相位噪声的锁相环设计论文一、引言本文介绍一种高稳定度和相位噪声的锁相环设计，适用于对频率源指标要求较高，锁定时间要求较低的场合，而且相对于单个高稳定度和相位噪声的频率源来说成本较低。

锁相环电路是一种以消除频率误差为目的的反馈控制电路，它的基本原理是利用相位误差电压取消除频率误差，所以当电路达到平衡之后，虽然有剩余相位误差存在，但频率误差可以降低到零，从而实现无频差的频率跟踪和相位跟踪。

而且锁相环电路还具有科研不用电感线圈、易于集成化、*能优越等许多有点，因此广泛用于通信、雷达、制导、*、仪表和电机都方面。

图1是一个锁相环的构成框图，pll电路基本上由下述三大部分组成：鉴相器(phasedetector或phaseparator)鉴相器用于检测两个输入信号的相位差;环路滤波器(loopfilter)是将鉴相器输出含有纹波的电流信号平均化，将此变换为交流成分少的直流信号的低通滤波器。

环路滤波器除滤除纹波功能外，还有一种重要作用，即决定稳定进行pll 环路控制的传输特*;压控振荡器(voltagecontrolledosillator)就是用输入直流信号控制振荡频率，他是一种可变频率振荡器。

随着电子技术的发展，要求信号的频率越来越稳定，一般的振荡器已经不能满足要求，于是出现了高准确度和高稳定度的时钟振荡源。

但是高稳定度的时钟振荡源价格比较昂贵，对于成本的节约上有很大的限制。

于是利用锁相环技术产生高精度高稳定度的频率源应运而生，只需要一个成本不高的时钟源和一个高稳晶振就可以实现高精度和高稳定度的时钟频率输出，图2是一个高稳定度锁相环的框图电路。

二、电路框图本文利用的是单片机stc12c5410ad和鉴相器芯片adf4001以及一个高稳压控晶振实现锁相环电路，电路框图如图3所示。

1.器件选择单片机用普通的单片机即可，本设计使用的是stc系列单片机，也可以使用51系列的单片机;adf4001是ad公司的一款鉴相器芯片，最大输出频率可到200mhz，它内部含有一个13位、一个14位的分频器，可以对输入频率进行分频，使鉴相频率一致;高稳定度的压控晶振可以自己选择，适合自己要求的，表1是我们自己选择的恒温晶振部分指标。

锁相环相噪计算公式摘要：1.锁相环的基本概念与组成2.锁相环相噪的定义与计算公式3.锁相环相噪的影响因素4.降低锁相环相噪的方法正文：锁相环（PLL，Phase-Locked Loop）是一种广泛应用于通信、导航、广播等领域的频率合成技术。

锁相环主要由误差检波器、环路滤波器、压控振荡器和反馈分频器等部分组成。

其中，误差检波器由鉴频鉴相器和电荷泵构成，负责检测输入信号与本地振荡器之间的相位差；环路滤波器用于滤除误差信号；压控振荡器则根据误差信号调整其输出频率；反馈分频器将压控振荡器的输出信号与输入信号进行比较，产生误差信号。

锁相环相噪是指锁相环输出信号的相位噪声，通常用单位为弧度平方/赫兹（rad^2/Hz）表示。

锁相环相噪的计算公式为：相噪= 2 * (fref / fnoise)其中，fref 为参考频率，fnoise 为噪声频率。

锁相环相噪的影响因素主要有以下几点：1.鉴频鉴相器的性能：鉴频鉴相器的性能直接影响到误差信号的精度，从而影响到锁相环的相噪性能。

2.环路滤波器的性能：环路滤波器的作用是滤除误差信号中的高频成分，降低相噪。

滤波器的性能直接影响到锁相环的相噪水平。

3.压控振荡器的性能：压控振荡器的性能直接影响到锁相环的输出频率稳定性，进而影响到相噪性能。

4.反馈分频器的设置：反馈分频器的设置会影响到误差信号的幅度和相位，从而影响到锁相环的相噪性能。

为了降低锁相环相噪，可以采取以下措施：1.选择高性能的鉴频鉴相器和环路滤波器：采用具有较高性能的鉴频鉴相器和环路滤波器可以有效提高锁相环的相噪性能。

2.优化压控振荡器的设计：通过优化压控振荡器的设计，提高其输出频率的稳定性，从而降低锁相环的相噪。

3.合理设置反馈分频器：根据实际应用需求，合理设置反馈分频器的参数，以降低锁相环相噪。

总之，锁相环相噪计算公式是评估锁相环性能的重要指标。

锁相环的相位噪声传递函数锁相环（PLL）是一种常用的电路，用于将输入信号的相位与参考信号的相位保持一致。

相位噪声传递函数是描述锁相环中相位噪声传递的数学模型。

本文将介绍锁相环的基本原理和相位噪声传递函数，并探讨其在通信系统中的应用。

一、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（VCO）和分频器组成。

其基本原理是通过不断调节VCO的频率，使其输出信号的相位与参考信号的相位保持一致。

具体实现过程如下：1. 相位比较器：将输入信号和参考信号进行相位比较，产生一个误差信号。

2. 低通滤波器：对误差信号进行滤波，得到一个平滑的控制电压。

3. VCO：根据控制电压改变输出信号的频率，同时也改变其相位。

4. 分频器：将VCO的输出信号进行分频，得到参考信号。

通过不断的反馈调节，锁相环能够使VCO的输出信号与参考信号的相位保持一致，从而实现相位同步。

二、相位噪声传递函数的定义相位噪声传递函数是衡量锁相环中相位噪声传递特性的一种数学模型。

它描述了输入到输出的相位噪声传递情况，通常用频率响应函数的形式表示。

具体而言，相位噪声传递函数可以表示为：H(f) = K / (1 + jf/fc)其中，H(f)表示相位噪声传递函数，K表示增益，f表示频率，fc 表示截止频率。

三、相位噪声传递函数的分析相位噪声传递函数可以用于分析锁相环中相位噪声的特性。

从函数的形式可以看出，当频率接近截止频率时，相位噪声传递函数的值较小，说明锁相环对低频相位噪声具有较好的抑制能力。

而当频率远离截止频率时，相位噪声传递函数的值逐渐增大，说明锁相环对高频相位噪声的抑制能力较弱。

四、锁相环在通信系统中的应用锁相环在通信系统中有着广泛的应用。

其中，最常见的应用是时钟恢复和频率合成。

1. 时钟恢复：在数字通信系统中，接收端需要从接收到的信号中恢复出发送端的时钟信号。

锁相环可以通过将接收到的信号与本地时钟进行比较，并通过调节VCO的频率来实现时钟的恢复。

锁相环倍频器的一个最主要的难点就是降低相位噪声。

早射干扰具有随机性，具体分析计算极其困难。

虽然我们可借助像AGINENT 的ADS 等仿真软件和MATHCAD 等大型计算软件进行分析，但我们必须借助PLL 的线性相位模型开始研究（图2）其中F （s ）为环路滤波器的传递函数；K Φ和vcoK 分别为鉴相器的鉴相灵敏度和压控振荡器的压控灵敏度上图的PLL 的相位噪声模型可得其前向增益和反向增益分别为()()vco s S K K F G sΦ=(3-1)1H N =(3-2)其中R 为分频器分频比。

()s F 为环路滤波器传递函数。

利用现代控制理论，可得出锁相环环路各部件的噪声源对环路噪声的贡献的传递函数。

从上表我们可以看出，鉴相器、N 分频器、R 分频器和参考晶体的噪声传递函数都有一个共同的因子()()1s s G G +。

以上的噪声源统称为带内噪声。

晶体振荡器的相位噪声晶体振荡器的相位噪声()i S Φ 对输出相位噪声0()s Φ 的影响为()0()()()1s i s G s NM S G Φ=Φ+ (4)由式( 4 ) 中可以看出，晶振中心频率ω的相位噪声全部由环路输出，大于环路谐振频率n ω的相位噪声将被衰减。

由于分频次数N 与倍频次数M 受输出频率和跳频点数限制，故主要考虑()i S Φ 。

晶体振荡器等效电路中的放大器固有噪声功率FKTB 经放大器后通过带宽为iB 的晶体滤波器与信号功率sP 一起加到输入端，m 形成相位噪声，为放大器输出端的基底噪声，可写成010g gs FKTBL m L P = （5）压控振荡器( VCO) 的相位噪声 压控振荡器VCO) 的相位噪声对0()s Φ 的影响为()0()()()1s vco s G s s G Φ=Φ+ （6）()vco s Φ0()s Φ 对的影响具有高通特性，低于的分量环路有很强的抑制作用，高于nω的相位噪声分量将全部输出。

因此频率合成器远端的相位噪声主要决定()vco s Φ ,()vco s Φ 降低是降低频率合成器远端相位噪声的主要方法。

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。

电气传动2021年第51卷第11期摘要：随着信息化社会的发展，数字锁相环越发受研发人员的重视。

而相位噪声是衡量数字锁相环性能的关键技术，更是研究的重点。

介绍数字锁相环的组成结构和工作原理，建立环路各个模块的相位噪声模型，从闪烁噪声和白噪声的特性入手，定性分析相位噪声的影响因素，并针对电荷泵增益和环路滤波器阻抗对锁相环电路相位噪声的影响进行了仿真，进一步验证了分析结果，为设计高性能的数字锁相环提供理论基础。

关键词：数字锁相环；相位噪声；振荡器；电荷泵；环路滤波器中图分类号：TM28文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd21463Analysis of Phase Noise in Digital Phase -locked Loop ZHANG Zhanrong 1，WANG Yunfei 2，QU Meixia 2，ZHAO Li 3（1.Department of Mechanical and Electrical Engineering ，Ordos Vocational College ofEco-environment ，Ordos 017010，Nei Moggol ，China ；2.Basic Department ，Ordos Vocational College of Eco-environment ，Ordos 017010，Nei Moggol ，China ；3.School of Software ，Shanxi University ，Taiyuan 030013，Shanxi ，China ）Abstract:With the development of information society ，digital phase-locked loop （DPLL ）attracts more and more attention of researchers.As the key technology to evaluate the performance of DPLL ，phase noise becomes the key point of the study.The structure and work principle of DPLL were introduced ，the phase noise model of each module of the loop was established.Starting from the characteristics of flicker noise and white noise ，the influence factors of phase noise were analyzed qualitatively ，and the influence of charge pump gain and loop filter impedance on phase noise of PLL circuit was simulated to further verify the analysis results.The theoretical basis was provided for improving the phase noise performance of DPLL.Key words:digital phase-locked loop （DPLL ）；phase noise ；oscillator ；charge pump ；loop filter基金项目：山西省科技厅基础研究计划项目—青年科技研究基金（2014021039-6）作者简介：张占荣（1969—），男，本科，副教授，Email ：131****************数字锁相环的相位噪声分析张占荣1，王云飞2，屈美霞2，赵丽3（1.鄂尔多斯生态环境职业学院机电工程系，内蒙古鄂尔多斯017010；2.鄂尔多斯生态环境职业学院基础部，内蒙古鄂尔多斯017010；3.山西大学软件学院，山西太原030013）现代频率源一般是由直接频率合成、间接频率合成和直接数字频率合成这三种合成技术实现的[1]。

锁相环频率合成器的相位噪声分析与抑制方法研究摘要：随着科技的不断发展，锁相环频率合成器在电子通信、雷达系统等领域扮演着重要的角色。

然而，相位噪声是其性能的一项关键指标。

本文将介绍锁相环频率合成器及其应用，并对相位噪声的来源和度量进行分析。

同时，还将探讨相位噪声对系统性能的影响，以及相位噪声分析的方法。

最后，我们将探讨各层面的相位噪声抑制方法，包括系统级、组件级和信号处理技术的应用。

这些抑制方法将帮助提高锁相环频率合成器的性能，并满足实际应用的需求。

关键词：锁相环频率合成器；相位噪声；抑制方法引言随着现代通信和雷达系统对高精度、稳定频率的需求不断增加，锁相环频率合成器作为一种常见的频率合成技术被广泛应用。

然而，锁相环频率合成器的性能受到相位噪声的限制。

相位噪声会引起频率合成器输出信号的不稳定性和扩展带宽。

因此，相位噪声的分析和抑制是实现高性能锁相环频率合成器的关键问题。

本文将深入分析锁相环频率合成器的相位噪声特性，并提出一系列抑制方法，以提高其性能和应对各种应用场景的要求。

这些研究对于推动锁相环频率合成器技术的发展具有重要意义。

1.介绍锁相环频率合成器的基本原理和应用锁相环频率合成器是一种常见的电路技术，用于生成稳定的高精度频率信号。

其基本原理是通过比较参考信号和反馈信号的相位差，并利用反馈控制来调整振荡器的频率，使两者同步。

锁相环频率合成器广泛应用于无线通信、雷达系统、钟表等领域，用于频率调制、频率合成、时钟同步等功能。

它能够提供稳定且高精度的频率输出，并具备快速锁定时间和抗干扰能力，因此成为现代电子设备中不可或缺的关键组件之一。

2.相位噪声分析相位噪声是指在锁相环频率合成器中由于器件非线性、温度变化、电源波动等因素引起的相位不稳定性。

对于频率合成器的性能和精度至关重要。

相位噪声可以通过相位噪声密度和相位噪声功率来衡量，通常以dBc/Hz或rad^2/Hz的形式表示。

相位噪声的频率特性分析可以揭示主要来源和噪声传播途径，而幅度特性分析可以评估抑制方法的有效性。