菜鸟之——PLL 学习过程（高手请指点）

模数混合 · 发表于 2015-1-3 20:42:42

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本帖最后由模数混合于 2015-1-4 21:37 编辑

通过对已有的一个频率进行加减乘除等运算产生更多所需频率的东东就可以叫频率综合器（Frequency Synthesizer，FS）。说个插曲，频率综合器目前很多人也因为翻译原因直接翻译成频率合成器，这就误导了许多初学者，认为频率综合器就是频率的加法合成。。。呵呵。。频率综合器的应用可以说包罗万象，具体应用就不举例了。
频率合成的方法：1.直接合成（又可分为模拟直接合成和数字直接合成） 2.锁相合成（又可分为模拟锁相和数字锁相）
举例说明一下：直接模拟合成：如模拟倍频器，分频器。
直接数字合成：如用数字计数器，D触发器等。
模拟锁相合成：就是常说的PLL
数字锁相合成：就是常说的DPLL
这里我们只研究模拟锁相合成（PLL）

作为模拟电路设计的大部件，PLL和ADC的设计和需求都是很大的，业内有句话：PLL难仿真，ADC难测试。最早的纯模拟的PLL已经比较成熟了，经过2年左右的设计经验的话，设计个能用的锁相环不成问题，作为想我一样的菜鸟还要慢慢学习哈。

首先，拉扎维模拟CMOS集成电路设计一书可能使我们最早接触PLL的文献，这里呢，把第十四章“振荡器”和第十五章“锁相环”两章提取如下（只找到了英文版）

拉扎维英文版14 15章.pdf (3.24 MB, 下载次数: 798 )
对于初学者来说，锁相环振荡器有时候分不清楚，貌似他俩都是产生一个频率，这有啥区别吗？

带着这个问题先看看振荡器。而我们接触到振荡可能是从“工程电路分析”一书的RLC电路的分析中，分析中直接定义了谐振频率和LC的关系。并且定义了另一个量也就是阻尼系数：1/2RC，这个量和时间常数比较相似，主要是时间常数反应的是响应的快慢，而阻尼系数反应的是振荡趋于稳定的快慢。而振荡也是一种响应，呵呵，所以时间常数的定义要比阻尼系数要广。
既然说到着了，那就插一句，帮着复习一下，过阻尼和欠阻尼是说啥的呢？过阻尼和欠阻尼说的是RLC电路中R和LC的关系，过阻尼电路让电路看起来可以和普通的RC放点差不多的过程，而欠阻尼会让电路振荡放电。
下面说说谐振这个词，谐振可以认为是一个系统或者模块电路，对于外界的某个频率的刺激会产生最大的幅度响应。这个一般是电路的固有属性。那下面就有个问题，电磁炉一般频率为：20-40KHz。微波炉频率一般为：2.45G。那他们是否采用了谐振原理呢？频率为什么不一样呢，亲。（提示一下：二者机理不同）

（电路是否振荡，电路的振荡特性的定量分析方法一般用电路的频率响应来分析，或者用传递函数来分析。图形上分析有根轨迹图和波特图来分析电路）

拿欠阻尼震荡电路来说，电路一边震荡，一边震荡的幅度减小，那怎么定义这个幅度下降的快慢呢，科学家发现这个快慢和这个电路一个周期内存储和消耗的能量的比值所决定的，所以科学家定义了一个品质因数Q的定义。

振荡器的产生机理可以分为负阻振荡和反馈振荡两种。负阻振荡器的典型例子是：LC振荡器，科尔皮兹振荡器。反馈振荡器的例子是：环振。当然还有一种振荡器，譬如用比较器，配合RC充电，不断的对电路进行符号翻转，这种有点类似于反馈振荡。
这里我们主要学习LC振荡器，具体振荡器的分析可以参考拉扎维的书籍。不过这本书的弱点在于，没分析LC振荡器的噪声（相位噪声）性能。对于振荡器的噪声分析可以见很多的课本和论文，譬如：托马斯关于振荡器和频综的章节，

托马斯16 17 18章.pdf (11.09 MB, 下载次数: 2478 )

再譬如半导体的一篇博士论文（其小论文为ISSCC）

快速锁定射频锁相环频率合成器研究.pdf (3.81 MB, 下载次数: 1965 )

不过，对于振荡器的分析，最好最权威的那还是大神abidi的相关论文和课件，尤其是用PM和FM调制的角度来阐述相噪，很多他的弟子都对这个理论印象深刻，不过这个比较难找。

关于振荡器，尤其是压控振荡器的仿真，可以通过spice，spectre和ads来仿真，下面给一个spectre仿真的workshop。

VCO.pdf (2.61 MB, 下载次数: 2385 )
对于振荡器的理解要到什么地步呢，这个其实在学习振荡器之前就应该心里有数，不光是简单的起振条件，还要知道，功耗，噪声，jitter，摆幅，buffer，电源等等，尤其是版图的布局，哪里需要对称，哪里需要优化噪声。对于单端电感，差分电感对于振荡的电感，Q值，相噪等有何影响。这个需要经过个人的布图经验和电磁仿真。布图那只能参考论文和别人的设计了，电磁仿真要经过HFSS或者SONNET，ASITIC的仿真，ADS的仿真有时候偏差会大一些，不过这也要看仿真的设置是否标准准确。下面给一个HFSS仿真电感的教程。

hfss_inductor仿真.pdf (645.64 KB, 下载次数: 1345 )

关于SONNET，ASITIC等查看帮助文档也有很好的说明，这里就不列席资料了。最好各个软件都用用互相验证一下。对于电感的分析理论比较多，有宏观一些的也有围观一些的，关于各个理论其实很有必要都验证一下，看看说法是否正确。对于涡流，沉底，接触孔电容分别调整看看对于电感的影响是否是书本里所说的这个也是很有必要验证一下的。
另外，目前比较高大上的设计，为了获得更小的相噪，振荡器的电感一般都选择用IPD或者bondwire来制作。

cy_ygs · 发表于 2015-1-4 08:13:36

学习。。。

JoyShockley · 发表于 2015-1-4 08:54:17

回复 1# 模数混合

赞原创
有几篇论文没有添加上，楼主再编辑一下吧

hehuachangkai · 发表于 2015-1-4 09:43:39

说好的 pLL呢

HQkiller · 发表于 2015-1-4 14:02:03

本帖最后由 HQkiller 于 2015-1-4 14:04 编辑

说好的PLL呢？另外，求没添上的论文

kook309 · 发表于 2015-1-4 20:17:38

"另外，目前比较高大上的设计，为了获得更小的相噪，振荡器的电感一般都选择用IPD或者bondwire来制作"
这个信息哪里来的呢？？我咋没听说？？

semico_ljj · 发表于 2015-1-5 10:40:43

QQben · 发表于 2015-1-5 12:34:04

谢谢分享

Donald2013 · 发表于 2015-1-6 19:09:27

值得一看。刚开始呢

suhengzhi · 发表于 2015-3-1 21:41:31

还不错的~~

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