應(yīng)用于無線超寬帶通信接收機(jī)鎖相環(huán)式頻率合成器中的PFD和CP設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中期報(bào)告

應(yīng)用于無線超寬帶通信接收機(jī)鎖相環(huán)式頻率合成器中的PFD和CP設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中期報(bào)告一、設(shè)計(jì)方案鎖相環(huán)頻率合成器是一種基于反饋控制的頻率合成技術(shù)，可以從一個(gè)參考時(shí)鐘頻率合成任意頻率信號(hào)。其中，相頻檢測器（PFD）和環(huán)路濾波器（LPF）是鎖相環(huán)的重要組成部分。PFD主要用于比較參考信號(hào)和反饋信號(hào)的相位，產(chǎn)生誤差信號(hào)，而LPF則用于濾除誤差信號(hào)中的高頻噪聲，使誤差信號(hào)趨于平穩(wěn)。在無線超寬帶通信接收機(jī)中，PFD和CP的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)需要考慮以下因素：1.帶寬：由于超寬帶信號(hào)的帶寬非常寬，因此需要設(shè)計(jì)寬帶的PFD和CP。2.誤差：為保證合成的輸出頻率準(zhǔn)確無誤，需要盡可能降低鎖相環(huán)的誤差。其中，PFD的誤差較大的原因主要是來自于兩路輸入信號(hào)的相位偏移和時(shí)延不同所引起的誤差。3.噪聲：在接收過程中，PFD和CP都會(huì)引入噪聲，因此需要盡可能降低其噪聲，以提高接收機(jī)的性能。基于以上因素，本設(shè)計(jì)采用了較為經(jīng)典的數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方案，具體實(shí)現(xiàn)如下。二、PFD設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)PFD主要是用于比較參考信號(hào)和反饋信號(hào)的相位，產(chǎn)生誤差信號(hào)。在PLL中，PFD負(fù)責(zé)檢測參考信號(hào)和反饋信號(hào)之間的相位差，產(chǎn)生一個(gè)寬度和極性均等于相位差的脈沖輸出。本設(shè)計(jì)采用較為經(jīng)典的基于單穩(wěn)態(tài)器（SchmittTrigger）的數(shù)字PFD設(shè)計(jì)方案。圖1：基于單穩(wěn)態(tài)器的PFD電路結(jié)構(gòu)接下來是PFD的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程：1.確定參考信號(hào)和反饋信號(hào)的頻率在最開始，需要確定參考信號(hào)和反饋信號(hào)的頻率，以便后續(xù)設(shè)計(jì)。假設(shè)參考信號(hào)的頻率為$f_r$，反饋信號(hào)的頻率為$f_{fb}$。2.選擇PFD電路方案本設(shè)計(jì)采用基于單穩(wěn)態(tài)器的PFD電路方案。具體方案如圖1所示。其中，單穩(wěn)態(tài)器的兩個(gè)輸入端口分別接收反饋信號(hào)和參考信號(hào)。當(dāng)反饋信號(hào)出現(xiàn)上升沿，并且參考信號(hào)為低電平時(shí)，單穩(wěn)態(tài)器的輸出電平翻轉(zhuǎn)；當(dāng)參考信號(hào)出現(xiàn)上升沿，并且反饋信號(hào)為高電平時(shí)，單穩(wěn)態(tài)器的輸出電平也會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)反饋信號(hào)和參考信號(hào)相位差為正時(shí)，單穩(wěn)態(tài)器的輸出就是一個(gè)窄脈沖，反之則是寬脈沖。3.估計(jì)PFD誤差在PFD設(shè)計(jì)中，一個(gè)非常關(guān)鍵的問題是如何估計(jì)PFD的誤差。PFD的誤差主要是由于時(shí)延差異和相位偏移引起的。一般來說，時(shí)延差異對(duì)于PFD而言是最大的誤差來源。因此，在設(shè)計(jì)PFD時(shí)，需要盡可能縮小兩個(gè)輸入信號(hào)之間的時(shí)延差異。4.仿真和測試經(jīng)過上述設(shè)計(jì)和優(yōu)化，得到了PFD電路的設(shè)計(jì)及其參數(shù)，然后進(jìn)行仿真和測試。通過仿真和測試，可以進(jìn)一步驗(yàn)證PFD的性能和正確性，以及是否滿足設(shè)計(jì)要求。三、CP設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)環(huán)路濾波器（CP）主要負(fù)責(zé)濾除誤差信號(hào)中的高頻噪聲，使誤差信號(hào)趨于平穩(wěn)。在鎖相環(huán)中，環(huán)路濾波器一般采用低通濾波器，抑制高頻噪聲。圖2：基于傳統(tǒng)低通濾波器的CP接下來是CP的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程：1.確定截止頻率在CP的設(shè)計(jì)過程中，首先需要確定其的截止頻率fc，以此來指導(dǎo)后續(xù)的濾波器設(shè)計(jì)。經(jīng)過測試，fc的取值在50-200MHz之間比較合適。2.選擇低通濾波器電路方案本設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的RC低通濾波器電路方案。如圖2所示，其目的是為了在鎖相環(huán)內(nèi)部濾除不必要的高頻振蕩，從而使環(huán)路穩(wěn)定下來。3.仿真和測試經(jīng)過上述設(shè)計(jì)和優(yōu)化，得到了CP電路的設(shè)計(jì)及其參數(shù)，然后進(jìn)行仿真和測試。通過仿真和測試，可以進(jìn)一步驗(yàn)證CP的性能和正確性，以及是否滿足設(shè)計(jì)要求。四、總結(jié)本設(shè)計(jì)采用了較為經(jīng)典的數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)