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新手问几个CMOS PLL方面的基本问题

时间:12-12 整理:3721RD 点击:
最近在学习PLL设计。碰到很多问题,想问问版上的牛人。
我弄的是一三阶二型的CMOS PLL,就是最常见的那种。
下面这几个问题老搞不定:
1 滤波器的环路带宽是由设计人员定的,还是由用户定的呢?
2 给定带宽后,如何分配charge pump的电流和VCO的增益呢?感觉这两个参数老是乘在一起的?
3 因为在PLL反馈环路中的分频器N值是一变化的值,在设计的时候,到底按照哪个值来设计,是最大最小的中间值来设计么?
感觉这些问题都比较基本,刚开始学,希望版上的牛人指点,或者是推荐点文献看看?
拜谢了!

1 滤波器的环路带宽是由设计人员定的,还是由用户定的呢?
环路带宽与锁定时间有关,锁定时间由应用的系统决定,当然越快越好。但是带宽有个上限,不能超过参考频率的1/10。如果是小数的,还得更窄。一般CMOS的设计在10K~1M范围内。
2 给定带宽后,如何分配charge pump的电流和VCO的增益呢?感觉这两个参数老是乘在一起的?
Kvco越小,PLL相位噪声会越好。但是也受VCO需要覆盖的范围制约。如果VCO需要覆盖很大的频率范围,太小的Kvco会累死你。。。。 CP的电流一般CMOS的在10uA~1mA左右,一般超过200uA就很难集成环路滤波器了(当然还得看带宽),太小CP的Mismatch恶化,也会带来问题。
3 因为在PLL反馈环路中的分频器N值是一变化的值,在设计的时候,到底按照哪个值来设计,是最大最小的中间值来设计么?
算环路滤波器,中间值就可以了,如果计算相位噪声,则需要是用最大值(因为这样带内噪声最高)

1.环路滤波器的带宽除了考虑锁定时间外,其决定的带内PFD+CP与带外VCO+Modulator的噪
声分布也很重要,分数分频比较窄是由于sigma-delta调制器的高频整形噪声需要较大程度
的滤除,和整数分频中出于稳定性考虑不超过1/10参考频率的出发点不一样。
2.Charge pump电流大小与其输出噪声呈反比,Kvco不能做大太是基于VCO对于耦合至滤波
器Vctrl上噪声敏感性的考虑。

谢谢啦!
对这几个问题,是不是这样理解呢?
1 环路带宽:用户给定锁定时间Tl,由Tl估计一大概的Wn=2*pi/Tl,对于三阶二型系
统,Wc和Wn之间有一近似关系,Wc=1.33Wn,则可以得到Wc;同时,检验Wc是否小于
1/10Wref;
2 Kvco和Icp之间分配的问题:根据所需要的输出频率范围,和charge pump的设计
输出电压,大概算出一Kvco,并取最小值;然后算得一Icp;在能够做到的情况下,尽
量把Icp取小;
另外的一些问题是:
1 经常见到文献上推荐环路带宽推荐值为参考时钟的1/20~1/10,是考虑晶振的噪声传
递函数为低通,VCO的噪声传递函数为高通么?
2 如果我的PLL是用着为片内其他的模块(如数字单元,DAC)提供时钟,那么这个PLL
的设计考虑主要是噪声性能,而不是锁定时间了呢?因为一但系统起来后,输入参考时
钟和输出时钟都不会发生变化,锁定时间相对来说就不是那么重要了。

谢谢,能推荐些文献么?

不要混淆概念:)
1.带宽
带宽在PLL设计中很重要。
首先,确定你的应用是CDR还是FS,如果是FS带宽尽量做大以降低带内噪声,如果是CDR带宽应该尽量做窄以抑制输入clock的jitter。
第二,FS应用的话,带宽除了降低带内噪声之外,并联的Cp还用来压制ref spur,这个需要在相位裕度上进行折中。带宽太大,spur压制不够,带宽太窄,带内噪声过大不能符合标准的SNR或者rms noise要求
第三,不要硬性记忆1/10~1/20,<1/8都可以稳定,但是Q-pump PLL的两个极点都在DC要对Phase Margin有足够的注意:)
2.Kvco,Icp
Kvco,Icp的取值首先要看你的locking range和settling time的要求,同样还是环路带宽问题的一个延伸,带宽大了settling快(类似运放),带宽小了噪声好(这里指Kvco小,不要和上面的混淆),Icp太小,current noise不明显,mismatch其主导作用,Icp大了current noise会趋于明显。Kvco和tuning range有关系
3.FS for DAC
小kvco,低tuning range,将vco设计到最好性能然后折衷带宽,带宽的折衷往往在片外进行,坦白说vco废了,你的room并不大,所以还是专心弄好vco吧:)

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