锁相环输出信号相位噪声噪声及杂散特性分析应用实践

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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CDMA1X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CDMACodeDivisionMultipleAccess码分多址PLLPhaseLockedLoop锁相环FSFreq

2、uencySynthesizer频率合成器LPFLoopFilter环路滤波器VCOVoltageControlOscillator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01所示。图01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CDMA1X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

3、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

4、，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。而近端相位噪声如100Hz主要由鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声决定，但如果还礼带宽取得很小的话如200Hz则VCO的影响也将非常之大。而如果

5、环路带宽远远大于1KHz如为6KHz以上时1KHz处的相位噪声也将主要由鉴频鉴相器、分频器和输入参考信号的相位噪声决定。下面就分别分析这三部分相位噪声。由鉴相器引入的相位噪声由于鉴相器引入的相位噪声为：PDPhaseNoise=(1HzNormalizedPhaseNoiseFloorfromTable)+10log(ComparisonFrequency)+20log(N)现在FS板的中频环路采用的PLL芯片为NS的LMX2306，其相位噪声基底为-210dBc/Hz。在CDMA1X基站系统800MHz的FS单板

6、中采用的鉴相频率为30KHz，两个中频分别为69.99MHz和114.99MHz，由鉴相器产生的相位噪声为：69.99MHz：PDPhaseNoise=-210+10log(30000)+20log(69990000/30000)=-97.9dBc/Hz114.99MHz：PDPhaseNoise=-210+10log(30000)+20log(114990000/30000)=-93.5dBc/Hz射频本振范围为754~779MHz。步进为30KHz，鉴相频率为240KHz。对于779MHz的本振由鉴相器引入的相

7、位噪声为：PDPhaseNoise=-210+10log(240000)+20log(779000000/240000)=-85.9dBc/Hz由分频器引入的相位噪声由分频器引入的相位噪声的计算公式入下：DIVPhaseNoise=(DevicePhaseNoiseFloor)+20log(N)PLL芯片中分频器的相位噪声在器件手册中并没有给出。一般高频分频器的相位噪声基底约为-165dBc/Hz左右。因此就假设分频器的相位噪声基底为-165dBc/Hz，于是得到分频器引起的相位噪声如下：69.99MHz的中频频率

8、为：DIVPhaseNoise=-165+20log(69990000/30000)=-97.6dBc/Hz114.99MHz的中频频率为：DIVPhaseNoise=-165+20log(114990000/30000)=-93.3dBc/Hz779MHz的射频频率为：DIVPhaseNoise=-165+20log(779000000/240000)=-