低帶寬PLL的DCXO數字控制振蕩器分析
來源：http://www.lbfp.com.cn 作者：億金電子 2019年07月02
DCXO數字控制振蕩器的輸出頻率由寫入控制到設備的一些內部寄存器.該需要考慮的DCXO特性PLL設計如下：①頻率控制分辨率②頻率更新率③頻率更新延遲.
頻率分辨率和更新的組合速率決定了由于的附加相位噪聲量化噪聲.圖1顯示了模擬結果用于10MHz DCXO的近距離相位噪聲不同的決議.這個模擬假定了更新率為25000 update/s.如圖所示,加性相位噪聲在頻率上開始占主導地位使用100ppb(1e-7)DCXO偏移低于10kHz解析度.DCXO數字控制振蕩器,有源晶振量化噪聲的影響是低于或稍高于天然相位噪聲大多數基于MEMS或石英晶體振蕩器的分辨率為10bbp(1e-8).在這個級別,DCXO量化噪聲對相位噪聲影響很小性能.今天的現代DCXO,如來自SiTime的高精度SiT3907,易于提供1ppb或更高的分辨率,有效消除任何量化對輸出相位噪聲的影響.
DCXO輸出頻率可以通過控制離散的步驟.這導致了什么問題一旦PLL環路鎖定,頻率誤差就會出現條件.這與DCXO有源晶振分辨率有關更新率.實際上,低帶寬PLL環路將導致輸入處的高斯噪聲DCXO振蕩器.DCXO平均了這個噪音.頻率誤差可以計算為量子噪聲DCXO的輸入除以平方根頻率誤差是平均值的次數.對于例如,對于分辨率為1ppb和的DCXO更新速率為25000 update/s,量化引起的1s間隔的頻率誤差是：1ppb/sqrt(25000)=0.006ppb.
在更長的時間間隔內,頻率誤差減少甚至更多.這種低頻率的頻率誤差允許在要求嚴格的應用中使用此類DCXO晶振像電信這樣的頻率非常緊張鎖定是必需的.使用DCXO數字控制振蕩器,有源晶振時的另一個實現問題是相位檢測器的選擇.兩個有吸引力的選擇：
1.使用可以的高速相位檢測器(PD)以輸出頻率運行.
2.將輸入和輸出路徑分為相位檢測器并使用低速相位檢測器.
在以太網情況下,PD之后是數字循環過濾.在第一個選項中,PD的輸出需要數字化并傳遞給過濾器.雖然數量數字化儀所需的位數不高,它必須以相當高的速度運作.第二個選項允許使用較慢的數字轉換器可能更容易實行.在這種情況下,數字化儀的速率必須為至少比環路濾波器帶寬高10倍最小化對環路穩定性的影響.
頻率分辨率和更新的組合速率決定了由于的附加相位噪聲量化噪聲.圖1顯示了模擬結果用于10MHz DCXO的近距離相位噪聲不同的決議.這個模擬假定了更新率為25000 update/s.如圖所示,加性相位噪聲在頻率上開始占主導地位使用100ppb(1e-7)DCXO偏移低于10kHz解析度.DCXO數字控制振蕩器,有源晶振量化噪聲的影響是低于或稍高于天然相位噪聲大多數基于MEMS或石英晶體振蕩器的分辨率為10bbp(1e-8).在這個級別,DCXO量化噪聲對相位噪聲影響很小性能.今天的現代DCXO,如來自SiTime的高精度SiT3907,易于提供1ppb或更高的分辨率,有效消除任何量化對輸出相位噪聲的影響.
圖1：不同頻率的量化誘導相位噪聲DCXO控制分辨率
更新率也可能是一個重要的貢獻者最后階段的噪音.通常,低更新率會導致來自相位檢測器和環路濾波器的誤差信號由DCXO整合很長一段時間導致更高的相位噪聲.圖2中的模擬顯示了DCXO的更新速率的影響分辨率為1ppb.這種模擬表明即使更新速率在2500 update/s范圍內就足夠了確保量化噪聲不會影響整體相位噪聲.
圖2：DCXO更新速率對近距離相位噪聲的影響
低帶寬PLL穩定性也需要在使用DCXO振蕩器時考慮.除了循環過濾器響應,DCXO振蕩器的更新速率和延遲有助于循環的整體穩定性.為一個保證穩定運行,通常是更新速率并且更新延遲的倒數應該至少為10比目標環路帶寬高出一倍.這意味著對于1kHz環路帶寬,更新率應該是高于10kHz,更新延遲短于100我們幸運的是,DCXO可以支持這樣的規格可從多個來源獲得.DCXO輸出頻率可以通過控制離散的步驟.這導致了什么問題一旦PLL環路鎖定,頻率誤差就會出現條件.這與DCXO有源晶振分辨率有關更新率.實際上,低帶寬PLL環路將導致輸入處的高斯噪聲DCXO振蕩器.DCXO平均了這個噪音.頻率誤差可以計算為量子噪聲DCXO的輸入除以平方根頻率誤差是平均值的次數.對于例如,對于分辨率為1ppb和的DCXO更新速率為25000 update/s,量化引起的1s間隔的頻率誤差是：1ppb/sqrt(25000)=0.006ppb.
在更長的時間間隔內,頻率誤差減少甚至更多.這種低頻率的頻率誤差允許在要求嚴格的應用中使用此類DCXO晶振像電信這樣的頻率非常緊張鎖定是必需的.使用DCXO數字控制振蕩器,有源晶振時的另一個實現問題是相位檢測器的選擇.兩個有吸引力的選擇：
1.使用可以的高速相位檢測器(PD)以輸出頻率運行.
2.將輸入和輸出路徑分為相位檢測器并使用低速相位檢測器.
在以太網情況下,PD之后是數字循環過濾.在第一個選項中,PD的輸出需要數字化并傳遞給過濾器.雖然數量數字化儀所需的位數不高,它必須以相當高的速度運作.第二個選項允許使用較慢的數字轉換器可能更容易實行.在這種情況下,數字化儀的速率必須為至少比環路濾波器帶寬高10倍最小化對環路穩定性的影響.
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