锁相环的相位噪声杂散抑制锁相时间

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。

焦作碱业图表 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

操作性

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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。

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二者频率的界定。一般地，若电荷泵漏电流为1nA，电荷泵电流为1mA，电荷泵电流的失配在4%时，交界频率大约为100k~200kHz。

当电荷泵处于三态的时候（绝大部分时间是如此），电荷泵的漏电流是杂散的主要来源。电荷泵漏电流经过环路滤波器形成控制电压，以调谐VCO，这样就相当于对VCO进行调频（FM），反映在VCO的输出，就会出现杂散信号。电荷泵漏电流越大，鉴相频率越低，这种参考杂散越大。在鉴相频率相等的条件下，电荷泵的漏电流与电荷泵电流的比值越大，由电荷泵漏电流引起的参考杂散会越大。ADI的PLL产品漏电流大部分在1nA左右的水平上。

为了对电荷泵漏电流引起的杂散有个清楚地认识，这里给出一些仿真波形。仿真条件如下：ADF4106，输出频率1GHz，鉴相频率25kHz，三阶无源滤波器，带宽2.5Hz，相位裕度45度，VCO模型为Sirenza VCO190-1000T。参考晶振模型10MHz。电荷泵漏电流1nA。

当环路滤波器变窄到1kHz后可以看到对这种杂散的衰减效果如下。

当电荷泵工作时，电荷泵的交替脉冲电流是杂散的主要来源。定义电荷泵源电流（Source current）与汇电流（Sink current）的失配程度。

杂散增益的定义，

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