首頁(yè)晶振行業(yè)動(dòng)態(tài) 低帶寬PLL的DCXO數(shù)字控制振蕩器分析
低帶寬PLL的DCXO數(shù)字控制振蕩器分析
來(lái)源：http://www.element79mechanical.com 作者：億金電子 2019年07月02
DCXO數(shù)字控制振蕩器的輸出頻率由寫(xiě)入控制到設(shè)備的一些內(nèi)部寄存器.該需要考慮的DCXO特性PLL設(shè)計(jì)如下：①頻率控制分辨率②頻率更新率③頻率更新延遲.
頻率分辨率和更新的組合速率決定了由于的附加相位噪聲量化噪聲.圖1顯示了模擬結(jié)果用于10MHz DCXO的近距離相位噪聲不同的決議.這個(gè)模擬假定了更新率為25000 update/s.如圖所示,加性相位噪聲在頻率上開(kāi)始占主導(dǎo)地位使用100ppb(1e-7)DCXO偏移低于10kHz解析度.DCXO數(shù)字控制振蕩器,有源晶振量化噪聲的影響是低于或稍高于天然相位噪聲大多數(shù)基于MEMS或石英晶體振蕩器的分辨率為10bbp(1e-8).在這個(gè)級(jí)別,DCXO量化噪聲對(duì)相位噪聲影響很小性能.今天的現(xiàn)代DCXO,如來(lái)自SiTime的高精度SiT3907,易于提供1ppb或更高的分辨率,有效消除任何量化對(duì)輸出相位噪聲的影響.
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DCXO輸出頻率可以通過(guò)控制離散的步驟.這導(dǎo)致了什么問(wèn)題一旦PLL環(huán)路鎖定,頻率誤差就會(huì)出現(xiàn)條件.這與DCXO有源晶振分辨率有關(guān)更新率.實(shí)際上,低帶寬PLL環(huán)路將導(dǎo)致輸入處的高斯噪聲DCXO振蕩器.DCXO平均了這個(gè)噪音.頻率誤差可以計(jì)算為量子噪聲DCXO的輸入除以平方根頻率誤差是平均值的次數(shù).對(duì)于例如,對(duì)于分辨率為1ppb和的DCXO更新速率為25000 update/s,量化引起的1s間隔的頻率誤差是：1ppb/sqrt(25000)=0.006ppb.
在更長(zhǎng)的時(shí)間間隔內(nèi),頻率誤差減少甚至更多.這種低頻率的頻率誤差允許在要求嚴(yán)格的應(yīng)用中使用此類(lèi)DCXO晶振像電信這樣的頻率非常緊張鎖定是必需的.使用DCXO數(shù)字控制振蕩器,有源晶振時(shí)的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題是相位檢測(cè)器的選擇.兩個(gè)有吸引力的選擇：
1.使用可以的高速相位檢測(cè)器(PD)以輸出頻率運(yùn)行.
2.將輸入和輸出路徑分為相位檢測(cè)器并使用低速相位檢測(cè)器.
在以太網(wǎng)情況下,PD之后是數(shù)字循環(huán)過(guò)濾.在第一個(gè)選項(xiàng)中,PD的輸出需要數(shù)字化并傳遞給過(guò)濾器.雖然數(shù)量數(shù)字化儀所需的位數(shù)不高,它必須以相當(dāng)高的速度運(yùn)作.第二個(gè)選項(xiàng)允許使用較慢的數(shù)字轉(zhuǎn)換器可能更容易實(shí)行.在這種情況下,數(shù)字化儀的速率必須為至少比環(huán)路濾波器帶寬高10倍最小化對(duì)環(huán)路穩(wěn)定性的影響.
頻率分辨率和更新的組合速率決定了由于的附加相位噪聲量化噪聲.圖1顯示了模擬結(jié)果用于10MHz DCXO的近距離相位噪聲不同的決議.這個(gè)模擬假定了更新率為25000 update/s.如圖所示,加性相位噪聲在頻率上開(kāi)始占主導(dǎo)地位使用100ppb(1e-7)DCXO偏移低于10kHz解析度.DCXO數(shù)字控制振蕩器,有源晶振量化噪聲的影響是低于或稍高于天然相位噪聲大多數(shù)基于MEMS或石英晶體振蕩器的分辨率為10bbp(1e-8).在這個(gè)級(jí)別,DCXO量化噪聲對(duì)相位噪聲影響很小性能.今天的現(xiàn)代DCXO,如來(lái)自SiTime的高精度SiT3907,易于提供1ppb或更高的分辨率,有效消除任何量化對(duì)輸出相位噪聲的影響.
圖1：不同頻率的量化誘導(dǎo)相位噪聲DCXO控制分辨率
更新率也可能是一個(gè)重要的貢獻(xiàn)者最后階段的噪音.通常,低更新率會(huì)導(dǎo)致來(lái)自相位檢測(cè)器和環(huán)路濾波器的誤差信號(hào)由DCXO整合很長(zhǎng)一段時(shí)間導(dǎo)致更高的相位噪聲.圖2中的模擬顯示了DCXO的更新速率的影響分辨率為1ppb.這種模擬表明即使更新速率在2500 update/s范圍內(nèi)就足夠了確保量化噪聲不會(huì)影響整體相位噪聲.
圖2：DCXO更新速率對(duì)近距離相位噪聲的影響
低帶寬PLL穩(wěn)定性也需要在使用DCXO振蕩器時(shí)考慮.除了循環(huán)過(guò)濾器響應(yīng),DCXO振蕩器的更新速率和延遲有助于循環(huán)的整體穩(wěn)定性.為一個(gè)保證穩(wěn)定運(yùn)行,通常是更新速率并且更新延遲的倒數(shù)應(yīng)該至少為10比目標(biāo)環(huán)路帶寬高出一倍.這意味著對(duì)于1kHz環(huán)路帶寬,更新率應(yīng)該是高于10kHz,更新延遲短于100我們幸運(yùn)的是,DCXO可以支持這樣的規(guī)格可從多個(gè)來(lái)源獲得.DCXO輸出頻率可以通過(guò)控制離散的步驟.這導(dǎo)致了什么問(wèn)題一旦PLL環(huán)路鎖定,頻率誤差就會(huì)出現(xiàn)條件.這與DCXO有源晶振分辨率有關(guān)更新率.實(shí)際上,低帶寬PLL環(huán)路將導(dǎo)致輸入處的高斯噪聲DCXO振蕩器.DCXO平均了這個(gè)噪音.頻率誤差可以計(jì)算為量子噪聲DCXO的輸入除以平方根頻率誤差是平均值的次數(shù).對(duì)于例如,對(duì)于分辨率為1ppb和的DCXO更新速率為25000 update/s,量化引起的1s間隔的頻率誤差是：1ppb/sqrt(25000)=0.006ppb.
在更長(zhǎng)的時(shí)間間隔內(nèi),頻率誤差減少甚至更多.這種低頻率的頻率誤差允許在要求嚴(yán)格的應(yīng)用中使用此類(lèi)DCXO晶振像電信這樣的頻率非常緊張鎖定是必需的.使用DCXO數(shù)字控制振蕩器,有源晶振時(shí)的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)問(wèn)題是相位檢測(cè)器的選擇.兩個(gè)有吸引力的選擇：
1.使用可以的高速相位檢測(cè)器(PD)以輸出頻率運(yùn)行.
2.將輸入和輸出路徑分為相位檢測(cè)器并使用低速相位檢測(cè)器.
在以太網(wǎng)情況下,PD之后是數(shù)字循環(huán)過(guò)濾.在第一個(gè)選項(xiàng)中,PD的輸出需要數(shù)字化并傳遞給過(guò)濾器.雖然數(shù)量數(shù)字化儀所需的位數(shù)不高,它必須以相當(dāng)高的速度運(yùn)作.第二個(gè)選項(xiàng)允許使用較慢的數(shù)字轉(zhuǎn)換器可能更容易實(shí)行.在這種情況下,數(shù)字化儀的速率必須為至少比環(huán)路濾波器帶寬高10倍最小化對(duì)環(huán)路穩(wěn)定性的影響.
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