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低带宽PLL的DCXO数字控制振荡器分析

来源：http://yijindz.com 作者：亿金电子 2019年07月02

DCXO数字控制振荡器的输出频率由写入控制到设备的一些内部寄存器.该需要考虑的DCXO特性PLL设计如下：①频率控制分辨率②频率更新率③频率更新延迟.
频率分辨率和更新的组合速率决定了由于的附加相位噪声量化噪声.图1显示了模拟结果用于10MHz DCXO的近距离相位噪声不同的决议.这个模拟假定了更新率为25000 update/s.如图所示,加性相位噪声在频率上开始占主导地位使用100ppb(1e-7)DCXO偏移低于10kHz解析度.DCXO数字控制振荡器,有源晶振量化噪声的影响是低于或稍高于天然相位噪声大多数基于MEMS或石英晶体振荡器的分辨率为10bbp(1e-8).在这个级别,DCXO量化噪声对相位噪声影响很小性能.今天的现代DCXO,如来自SiTime的高精度SiT3907,易于提供1ppb或更高的分辨率,有效消除任何量化对输出相位噪声的影响.

图1：不同频率的量化诱导相位噪声DCXO控制分辨率

更新率也可能是一个重要的贡献者最后阶段的噪音.通常,低更新率会导致来自相位检测器和环路滤波器的误差信号由DCXO整合很长一段时间导致更高的相位噪声.图2中的模拟显示了DCXO的更新速率的影响分辨率为1ppb.这种模拟表明即使更新速率在2500 update/s范围内就足够了确保量化噪声不会影响整体相位噪声.

图2：DCXO更新速率对近距离相位噪声的影响

低带宽PLL稳定性也需要在使用DCXO振荡器时考虑.除了循环过滤器响应,DCXO振荡器的更新速率和延迟有助于循环的整体稳定性.为一个保证稳定运行,通常是更新速率并且更新延迟的倒数应该至少为10比目标环路带宽高出一倍.这意味着对于1kHz环路带宽,更新率应该是高于10kHz,更新延迟短于100我们幸运的是,DCXO可以支持这样的规格可从多个来源获得.
DCXO输出频率可以通过控制离散的步骤.这导致了什么问题一旦PLL环路锁定,频率误差就会出现条件.这与DCXO有源晶振分辨率有关更新率.实际上,低带宽PLL环路将导致输入处的高斯噪声DCXO振荡器.DCXO平均了这个噪音.频率误差可以计算为量子噪声DCXO的输入除以平方根频率误差是平均值的次数.对于例如,对于分辨率为1ppb和的DCXO更新速率为25000 update/s,量化引起的1s间隔的频率误差是：1ppb/sqrt(25000)=0.006ppb.
在更长的时间间隔内,频率误差减少甚至更多.这种低频率的频率误差允许在要求严格的应用中使用此类DCXO晶振像电信这样的频率非常紧张锁定是必需的.使用DCXO数字控制振荡器,有源晶振时的另一个实现问题是相位检测器的选择.两个有吸引力的选择：
1.使用可以的高速相位检测器(PD)以输出频率运行.
2.将输入和输出路径分为相位检测器并使用低速相位检测器.
在以太网情况下,PD之后是数字循环过滤.在第一个选项中,PD的输出需要数字化并传递给过滤器.虽然数量数字化仪所需的位数不高,它必须以相当高的速度运作.第二个选项允许使用较慢的数字转换器可能更容易实行.在这种情况下,数字化仪的速率必须为至少比环路滤波器带宽高10倍最小化对环路稳定性的影响.

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