绝对干货！PLL芯片接口常见的11个问题以及应对方法

锁相环（PLL）是一种反馈系统，其中电压控制振荡器（VCO）和相位比较器相互连接，使得振荡器可以相对于参考信号维持恒定的相位角度。在使用PLL的过程中您都遇到过哪些问题呢？咱们工程师整理了PLL芯片接口方面最常见的11个问题，这里分享给大家！

1、参考晶振有哪些要求？该如何选择参考源？

波形： 可以使正弦波，也可以为方波。

功率： 满足参考输入灵敏度的要求。

稳定性： 通常用TCXO，稳定性要求< 2 ppm。这里给出几种参考的稳定性指标和相位噪声指标。

频率范围：ADI 提供的PLL 产品也可以工作在低于最小的参考输入频率下，条件是输入信号的转换速率要满足给定的要求。

建议

在PLL 频率综合器的设计中，我们推荐使用温度补偿型晶振（TCXO）。在需要微调参考的情况下使用VCXO，需要注意VCXO 灵敏度比较小，比如100Hz/V，所以设计环路滤波器的带宽不能很大（比如200Hz），否则构成滤波器的电容将会很大，而电阻会很小。普通有源晶振，由于其温度稳定性差，在高精度的频率设计中不推荐使用。

2、能详细解释下控制时序、电平及要求吗？

ADI 的所有锁相环产品控制接口均为三线串行控制接口，如图1所示。要注意的是：在ADI 的PLL 产品中，大多数的时序图如图1中上面的图所示，该图是错误的，正确的时序图如图1中下面的图所示，LE 的上升沿应跟Clock 的上升沿对齐，而非Clock 的下降沿。

图1、PLL 频率合成器的串行控制接口（3 Wire Serial Interface）

控制接口由时钟CLOCK，数据DATA，加载使能LE 构成。加载使能LE 的下降沿提供起始串行数据的同步。串行数据先移位到PLL 频率合成器的移位寄存器中，然后在LE 的上升沿更新内部相应寄存器。注意到时序图中有两种LE 的控制方法。

SPI 控制接口为3V/3.3V CMOS 电平。另外，需要注意的是对PLL 芯片的寄存器进行写操作时，需要按照一定的次序来写，具体请参照芯片资料中的描述。特别地，在对ADF4360 的寄存器进行操作时，注意在写控制寄存器和N计数器间要有一定的延时。

控制信号的产生，可以用MCU，DSP，或者FPGA。产生的时钟和数据一定要干净，过冲小。当用FPGA 产生时，要避免竞争和冒险现象，防止产生毛刺。如果毛刺无法避免，可以在数据线和时钟线上并联一个10~47pF 的电容，来吸收这些毛刺。

3、控制多片PLL 芯片时，串行控制线是否可以复用？

一般地，控制PLL 的信号包括：CE，LE，CLK，DATA。CLK 和DATA 信号可以共用，即占用2 个MCU 的IO 口，用LE 信号来控制对哪个PLL 芯片进行操作。多个LE 信号也可以共用一个MCU 的IO 口，这时需要用CE 信号对芯片进行上电和下电的控制。

4、可否简要介绍环路滤波器参数的设置？

ADIsimPLL V3.3 使应用工程师从繁杂的数学计算中解脱出来。我们只要输入设置环路滤波器的几个关键参数，ADIsimPLL 就可以自动计算出我们所需要的滤波器元器件的数值。这些参数包括，鉴相频率PFD，电荷泵电流Icp，环路带宽BW，相位裕度，VCO 控制灵敏度Kv，滤波器的形式（有源还是无源，阶数）。计算出的结果往往不是我们在市面上能够买到的元器件数值，只要选择一个最接近元器件的就可以。

· 通常环路的带宽设置为鉴相频率的1/10 或者1/20。
· 相位裕度设置为45 度。
· 滤波器优先选择无源滤波器。

滤波器开环增益和闭环增益以及相位噪声图之间的关系。闭环增益的转折频率就是环路带宽。相位噪声图上，该点对应于相位噪声曲线的转折频率。如果设计的锁相环噪声太大，就会出现频谱分析仪上看到的转折频率大于所设定的环路带宽。

5、环路滤波器采用有源滤波器还是无源滤波器？

有源滤波器因为采用放大器而引入噪声，所以采用有源滤波器的PLL 产生的频率的相位噪声性能会比采用无源滤波器的PLL 输出差。因此在设计中我们尽量选用无源滤波器。其中三阶无源滤波器是最常用的一种结构。PLL 频率合成器的电荷泵电压Vp 一般取5V 或者稍高，电荷泵电流通过环路滤波器积分后的最大控制电压低于Vp 或者接近Vp。

如果VCO/VCXO 的控制电压在此范围之内，无源滤波器完全能够胜任；如果VCO/VCXO 的控制电压超出了Vp，或者非常接近Vp 的时候，就需要用有源滤波器。在对环路误差信号进行滤波的同时，也提供一定的增益，从而调整VCO/VCXO控制电压到合适的范围。

那么如何选择有源滤波器的放大器呢？这类应用主要关心一下的技术指标：

· 低失调电压（Low Offset Voltage）[通常小于500uV]
· 低偏流（Low Bias Current）[通常小于50pA]

如果是单电源供电，需要考虑使用轨到轨（Rail-to-Rail）输出型放大器。