如何调试锁相环频率合成器

分频器

● 分频器能否在期望的频率上工作？

PLL设计往往会忽视数字分频器的规格。分频器的工作状况一般是良好的，但由于不能始终保持这种良好的工作状态，因此PLL有时无法获得预期的工作性能。所有的分频器都具有针对最大输入频率（FMAX）和最小输入电平的规格。在一个忽视了FMAX规格的设计中，分频器将“丢失脉冲”。闭环随后将检测出VCO的频率过低并使调谐电压进一步走高。分频器将丢失更多的脉冲，而且，环路将试图把VCO提升至一个更高的频率上。环路将进入一个“闭锁”状态，此时，VCO调谐电压被保持在正电源电压上。这里，在工作上容易使人产生误解的问题是反馈分频器不仅必须对VCO的预期输出进行分频，而且还必须对VCO在锁定和解锁条件下有可能产生的最高频率进行正确的分频。为了使环路可靠地运行，在启动或信道变更时所遇到的瞬变条件不得引发反馈极性反转。

● VCO的幅度是否足以驱动分频器？

反馈分频器的运作也有一个最小信号幅度要求。应确保到达分频器的VCO信号电平在VCO的整个频率范围内都远远高于数据表所给出的最小值。当信号电平过低时，分频器通常将丢失脉冲，从而使得PLL无法获得稳定的稳态操作。

● 是否采用了正确的数值对分频器进行编程？

如果分频器控制寄存器被装入了错误的数值，则PLL将不会产生正确的频率。在许多接收机嵌入型PLL（尤其是那些采用正交发生电路的应用）中常见的固定一比二分频器往往会被忽视。最后，由于串行总线上的故障数据传输的缘故，PLL控制寄存器有可能被装入错误数据。设置于串行总线线路之上、用于对噪声和干扰控制提供帮助的RC网络有可能导致不正确的数据传输。需要采用一个示波器来确认总线定时要求得到满足，而且被提供至PLL IC引脚的数据是有效的。

环路滤波器

环路滤波器用于设定PLL的带宽、瞬态响应，并对噪声频谱进行整形。

● 环路滤波器中是否安装了正确的元件？

如果安装了错误的元器件，带宽就有可能过宽，从而导致在PLL输出端上产生基准频率寄生边带。带宽也有可能过窄，造成VCO相位噪声充斥输出频谱且稳定时间过长。如果阻尼因数过低，则环路将发生振荡。极化滤波电容器具有很高的漏电流，因而会导致环路持续地采用大电荷泵脉冲来进行校正。这种持续的校正操作将使得基准频率寄生边带比预想的要大。应安装低漏电电容器（陶瓷、云母、聚合物薄膜电容器）来改善此性能。

● 有源滤波器中的运算放大器是否处于饱和状态？

不带片上电荷泵的PLL将具有用于控制“升压、降压”条件的相位检波器输出。这些PLL常常采用一个有源环路滤波器。在采用有源环路滤波器的场合，运算放大器的输入级有可能在每个来自相位-频率检波器的校正脉冲上发生饱和。由于并未对退出这种饱和状态做出精确的规定或控制，因此，环路动态性能将无法达到设计指标。解决方案是“分离”运算放大器的输入电阻器，并在响应中设置一个极点。这将防止快速脉冲边沿到达运算放大器输入端，从而避免发生脉冲式的饱和现象。必须检查该附加极点对环路稳定性的影响，因为它将减少设计的相位余量。

同样，有些运算放大器输入级也会在上电条件下“改变极性”，从而导致环路因为过量的正反馈而发生饱和。这里，解决方案是选择一个不受上电瞬变条件干扰的运算放大器。

相位-频率检波器和电荷泵

相位-频率检波器和电荷泵通常是与其他PLL电路集成在一起的，因此，如果它们设计得过于严格的话，则几乎没有应付困难情形的余地。所以我们不得不期待着留有一些容错空间。

大多数IC中的相位-频率检波器其操作的某些方式都是由寄存器值来设置的。检波器的极性可在软件控制下进行设定，而且，电荷泵电流的大小可以具有多个用户定义值。

● 相位检波器的极性设定正确吗？

相位检波器控制允许PLL IC在VCO增益为正值或负值的情况下运行，或对一个有源环路滤波器中的信号反相进行补偿。应确认相位检波器的极性是正确的，以使其能够与指定的VCO和环路滤波器一道运作。如果采用以地电位或电源轨为基准的控制电压来使环路闭锁，则执行一个简单的位反转或许就是使PLL运行所需完成的全部工作。

● 电荷泵电流是否为期望值？

电荷泵同样（常常）也是由用户来控制的。这样很方便，因为它允许频率合成器在一个很宽的调谐范围内操作，并可在所关心的频带内对PLL的增益变化进行校正。如此可在低、中以及高VCO频率条件下获得相似的环路动态性能和噪声特性。如果当频率合成器在其频带内进行调谐时电荷泵电流未被改变，则噪声边带和调谐时间均会发生变化。如果在一个工作性能良好的PLL中出现上述任何一种症状，则表明电荷泵电流可能设定得过低、过高，或正在进行与应用不相适合的改变。