PLL 设计理论

鉴相器的输出驱动电荷泵的开关，再经过滤波器得到一个输出电压，通过VCO产生一个频率，再通过分频器反馈回鉴相器。

杂散：常见的杂散分为参考杂散和小数杂散。参考杂散是指在锁相环输出信号的频谱中，特定频偏处出现的非理想成分，假设参考时钟为fref，晶振时钟为f0，则参考杂散就会出现在f0±Nfref频偏处。小数杂散主要出现在带有小数分频的频率合成器中，它是由于分频器中，其分频比不断变化，导致频谱上出现一些离散的杂散分量。

杂散的优化，可以降低压控振荡器的增益KVCO或者增加参考时钟的频率fref，对于一般的设计来说KVCO和fref都是经过系统的整体性能折中之后定出来的，故优化杂散的最有效的方法就是减小△VC（VCO输入信号Vctrl上的波纹）。

锁定时间是从一个频率跳变到另一个目标频率所经历的时间。在锁定到目标频率之前，系统必然会经历一个无用的过程，这就造成了时间和功耗上的损失。要减小锁定时间，可以增大环路带宽。

传输函数的分析

将PFD和CP看成一个整体，称为鉴相器，该模块的输入为两个时钟信号，输出为两个时钟信号的相位差，其可实现相位转换成电流的功能，Kd表示鉴相器从输入到输出的传输函数。理想的鉴相器传输函数是一条输入信号正比于相位差过零点的直线。

三阶环路滤波器贡献一个零点和三个极点，分别位于原点，第二级点和第三极点处。

其中，零点是1/R1C1，第二级点是1/R1(C2+C3)，第三极点是1/R3(C1//C2)

理想压控振荡器的输出频率随输入电压线性变化，由于相位与频率之间成导数关系，故VCO的传输函数为

分频器的作用时将输入频率除以一个倍数转换成输出频率，故传输函数为1/N

开环传输函数

锁相环系统的总的输出噪声等于输入参考时钟的相位噪声，电荷泵（CP）的电流噪声，环路滤波器（LP）的电压噪声，压控振荡器的相位噪声，分频器的相位噪声，分别乘以各自噪声源到输出端的传递函数，然后将其相加，即可得到总的相位噪声。

噪声源	传输函数	特性
输入参考噪声		低通
CP噪声		低通
LP噪声		带通
VCO噪声		高通
DIV噪声		低通

CP的电流噪声、输入参考噪声及分频器的相位噪声的传输函数特性与闭环传输函数的特性一样，都表现为低筒特性，所以带内主要噪声由这三者决定；环路滤波器电压噪声表现为带通特性；而VCO的相位噪声表现为高通特性，所以VCO噪声性能主要决定了锁相环频率合成器的带外噪声性能优劣。

如果CP的噪声在PLL噪声中占主要作用，那么需要减小带宽来降低噪声，如果VCO的噪声再PLL中占主导作用，那么需要增大带宽来降低噪声。

环路带宽是由CP的电流、环路滤波器的电阻R1、分频器的倍数N和KVCO决定的。一般通过调节CP的电流去调节环路带宽。但是增大电流环路稳定性变差，因此在波特图中零点和第二级点的位置不变，但是单位增益带宽变大，说明单位增益带宽并未处于零点和第二级点中间，而是向右偏移，说明相位裕度变差。

 

相位裕度最大的时候时在零点和第二极点的中间的时候，相位裕度最大。当b=1+C1/C2=13时，相位裕度大概在60°左右，当b=30时，相位裕度等于70°