ADI 公司 PLL 产品系列的最新发展 1

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手遍韦
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1 ADI 公司 PLL 产品系列的最新发展 1

2 议题简介 PLL 操作和性能基本要求不同方面性能的取舍和优化最新 PLL 产品开发 2

3 PLL 操作和性能基本要求 3

4 什么是 PLL( 锁相环 )? 锁相环经典负反馈控制环路工作在频域它产生的输出频率 ( 或相位 ) 精确跟踪所施加的频率 ( 或相位 ) 调制信号在上变频或下变频系统中, 此信号可用作混频器的 LO( 本振 ) 4

5 PLL: 用于何处? 通信基础设施 (CIFR) 宏蜂窝小蜂窝回程系统 ( 点对点微波 ) 仪器仪表 (I & I) 射频仪器仪表和测试设备汽车 (ADAS 雷达 ) FMCW 斜坡发生微波接收机通用应用无线麦克风 5

6 使用 PLLVCO 的应用示例通信基站例如 :HMC830 3 GHz 集成 PLLVCO 汽车雷达例如 :ADF GHz 小数 N 分频 PLL 工业例如 :ADF GHz 整数 N 分频 PLL 电子测试和测量例如 :HMC703 8 GHz 小数 N 分频 PLL 以及很多其他器件 6

7 如何使用 PLL? 混频器 LO 模数转换器和数模转换器的低抖动时钟 7

8 PLL 类型模拟 PLL 数字 PLL 全数字 PLL 软件 PLL 8

9 PLL 的基本元件误差检测器鉴相器和电荷泵环路滤波器 VCO( 电压控制振荡器 ) 反馈计数器 / 分频器 9

10 误差检测器误差检测器鉴频鉴相器和电荷泵误差检测器失去频率锁定, 失去相位锁定 10

11 环路滤波器环路滤波器可以是无源或有源它将来自电荷泵的电流脉冲转换为电压, 从而向 VCO 提供 Vtune 它可用于滤除环路中的噪声 ADIsimPLL 帮助用户设计 ADI PLL 所用的环路滤波器 11

12 电压控制振荡器 (VCO) VCO KV 表示 VCO 灵敏度, 单位为 MHz/V 12

13 反馈计数器 / 分频器 (N) N 计数器 / 分频器针对固定参考输入频率, N 决定 PLL 的输出频率 N 可以是整数值或小数值 13

14 PLL 的其他元件参考计数器 / 分频器支持使用超高频率的参考输入 (~1 GHz) RF 预分频器支持超高工作频率的 RF 级 (>10 GHz) 双模预分频器小数 N 分频引擎 14

15 参考计数器 / 分频器参考计数器 / 分频器支持使用超高频率的参考输入 (~1 GHz) 15

16 RF 预分频器 RF 预分频器支持超高工作频率的 RF 级 (>10 GHz) 16

17 不同方面性能的取舍和优化 17

18 时域中的相位噪声 sin t A 相位噪声 : 干扰信号, t sin t t, 同相相加是任意值 : 热噪声散粒噪声闪烁噪声 A t 22

19 VCO 中的相位噪声振荡器噪声相位噪声的相量表示 19

20 如何规定相位噪声性能? P S ( S C f ) 10 log, dbc / P SSB Hz 24

21 测量相位噪声相位噪声定义测试设置 21

22 相位噪声为什么很重要?- 倒易混频过程不需要的 CW 阻塞器 RF IF 需要的 RF 信号镜像滤波器 LO 通道滤波器信噪比随本振的相位噪声卷积至带内 CW 阻塞器而下降 LO 信号有限相位噪声 26

23 PLL 芯片中的相位噪声 u A PLL 中的相位噪声 u PLL 归一化噪底 u PN TOT1 = PN SYNTH + 20 log(n) + 10 log(f PFD ) u PLL 1/f 噪声 u PN TOT2 = PN 1/f + 20 log(f RF /1 GHz) + 10 log(10 khz/f) u 总 PLL 噪声 u L (PN TOT ) = 平方根 { L (PN TOT1 ) 2 + L (PN TOT2 ) 2 } 23

24 整数 N 分频 PLL 频率合成器中的相位噪声环路降噪 PLL 噪声总噪声 20 log(n/r) VCO 噪声 REF 噪声 Ref 噪声对数坐标系 24

25 PLL 性能影响相位噪声的因素 25 改变环路滤波器带宽 (LBW) 会改变对各种噪声源的滤波程度例如 : 若降低 LBW, 则对参考噪声的滤波会加强, 对 VCO 噪声的滤波会减弱

26 PLL 性能杂散最佳远端相位噪声 :ADF4356 和 ADF5355 最佳近载波相位噪声 :HMC703 和 LTC694x 最佳杂散性能 :HMC703 和 HMC830 26

PLL 性能 VCO 杂散 CE AV DD ADF4355-2 DV DD V P R SET V VCO V RF 到 VCO Vtune 和 VCO 电源的耦合可以对输出跳频 REF IN A REF IN B 2 DOUBLER 10-BIT R COUNTER 2 DIVIDER LOCK DETECT MULTIPLEXER FL O SWITCH MUXOUT C REG1 SW

27 PLL 性能 VCO 杂散 CE AV DD ADF DV DD V P R SET V VCO V RF 到 VCO Vtune 和 VCO 电源的耦合可以对输出跳频 REF IN A REF IN B 2 DOUBLER 10-BIT R COUNTER 2 DIVIDER LOCK DETECT MULTIPLEXER FL O SWITCH MUXOUT C REG1 SW CLK DATA LE DATA REGISTER INTEGER REG FRACTION REG FUNCTION LATCH MODULUS REG PHASE COMPARATOR CHARGE PUMP VCO CORE CREG2 CP OUT V TUNE V REF V BIAS V REGVCO f o -f m f o f o +f m THIRD-ORDER FRACTIONAL INTERPOLATOR 1/2/4/8 16/32/64 OUTPUT STAGE RF OUT A+ RF OUT A N COUNTER MULTIPLEXER OUTPUT STAGE PDB RF RF OUT B+ RF OUT B MULTIPLEXER ADF AGND CP GND A GNDRF SD GND A GNDVCO 最佳杂散性能 :HMC703 和 HMC830, 因为 PLL 和 VCO 内核之间有物理隔离 27

PLL 电路, 其环路滤波器极窄以便衰减参考噪声输出相位噪声曲线与 VCO 相同使用 VCXO 可获得最佳相位噪底锁定最快的器件

28 PLL 锁定时间 LBW = 100 khz; 锁定时间 = 270 µs LBW = 500 khz; 锁定时间 = 11 µs 环路带宽越宽, 则锁定时间越快, 但由于 DSM 操作, 远端相位噪声会提高, 尤其是在 f PFD /2 偏移时抖动清除器是一类特殊 PLL 电路, 其环路滤波器极窄以便衰减参考噪声输出相位噪声曲线与 VCO 相同使用 VCXO 可获得最佳相位噪底锁定最快的器件 : ADF4196: 带开关环路滤波器的 6 GHz 小数 N 分频 PLL ADF4169:13.5 GHz 小数 N 分频 PLL 28

29 PLL 主要规格总结主要参数规格注释 PLL 相位噪声归一化相位噪声闪烁和噪底 FOM 越低越好 PFD 比较频率最大 PFD 频率越高越好 VCO 相位噪声某些偏移时的相位噪声功率越低越好杂散最差情况杂散功率越低越好 29

30 最新 PLL 产品开发

31 种类最多的分立 PLL 和集成 PLLVCO 82 款以上器件 44 款分立 PLL, 其中 32 款是小数 N 分频 PLL 38 款集成 PLLVCO 所有小数 N 分频 PLL 或 PLLVCO 都可以工作在整数 N 模式宽带 PLLVCO MHz 6 GHz( 内部倍频器 ) 3.3 V HMC830 HMC833 HMC832 8 GHz PLL 8 GHz 扫描 PLL HMC704 窄带 PLLVCO HMC820 HMC838 微波 PLLVCO HMC703 HMC765 HMC767 HMC GHz 8 GHz PLL ADF4155 ADF4355 ADF MHz GHz 13.6 GHz( 内部倍频器 ) ADF MHz GHz 快速锁定 PLL ADF4159 ADF4196 ADF GHz 6 GHz 3.5 GHz HMC778 ADF MHz GHz (3.3 V) 无论什么应用, 我们都有相应的器件! 如需指导, 请联系我们有时候, 最优器件不是那么显而易见 31 HMC GHz ADF4356 ADF5356 性能改进

32 ADF41020:18 GHz 整数 N 分频 PLL 主要规格 u RF 输入最高可达 18 GHz u 可编程双模预分频器 u 104 MHz PFD 最大频率 u 归一化相位噪底 = -221 dbc/hz u 整数 N 分频操作 u 采用 2.7 V 至 3.3 V 电源供电 REF IN CLK DATA LE AV DD 24-BIT INPUT REGISTER DV DD R COUNTER R COUNTER LATCH FUNCTION LATCH A, B COUNTER LATCH V P CPGND PHASE FREQUENCY DETECTOR LOCK DETECT AV DD CURRENT SETTING 1 CPI3 CPI2 CPI1 REFERENCE MUX CHARGE PUMP HIGH Z R SET CURRENT SETTING 2 CPI6 CPI5 CPI4 CP MUXOUT N = 4.(BP + A) SD OUT 特性 u 与 ADF4106/7/8 整数 N 分频 PLL 软件兼容 u 可编程电荷泵电流 u 模拟和数字锁定检测 u 硬件和软件关断模式 u 20 引脚 LFCSP 封装 (4 mm 4 mm) RF IN 3pF 50Ω AGND DIVIDE BY 4 CE P/P+ 1 DGND A&B COUNTERS M3 M2 M1 ADF

33 ADF4159:13 GHz 直接调制 / 波形产生小数 N 分频频率合成器 ;ADF4169: 扩展到 13.5 GHz,f PFD 扩展到 130 MHz 主要规格 u 500 MHz 13 GHz/13.5 GHz 范围 u 25 位分频器模块 u 110 MHz/130 MHz f PFD 最大频率 u 归一化相位噪底 :-224 dbc/hz u FSK 调制和 FMCW 产生特性 u Sub-1 Hz 频率分辨率 (25 位模数 ) u 高速和低速 FMCW 斜坡 (~20 µs) u FSK 和 PSK 调制能力 u 产生高度线性化的锯齿波和三角波形 u 抛物线型斜坡, 叠加 FSK 的斜坡, 有 2 种不同扫描速率的斜坡, 斜坡延迟, 斜坡频率回读, 斜坡中断 u 减少周跳以缩短锁定时间 u 24-LFCSP (4mm 4mm) 38

34 ADF4152HV 5 GHz 小数 N 分频 PLL, 内置高压电荷泵 (30 V) 频率范围 :500 MHz 至 5 GHz 高压电荷泵 : 最高 30 V SDV DD AV DD DV DD V P R SET 片上缓冲器支持外部 1/2/4/8/16 分频 VCO REF IN 2 DOUBLER 10-BIT R COUNTER 2 DIVIDER LOCK DETECT MULTIPLEXER MUXOUT LD 主要优势相位噪声低于有源环路滤波器实现方案工作在小数 N 分频或整数 N 分频模式, 高达 5 GHz 可编程缓冲器输出功率 :-4 dbm 至 +5 dbm, 步进为 3 db CLK DATA LE DATA REGISTER INTEGER VALUE N COUNTER FRACTION VALUE FUNCTION LATCH MODULUS VALUE THIRD-ORDER FRACTIONAL INTERPOLATOR PHASE COMPARATOR MULTIPLEXER HIGH VOLTAGE CHARGE PUMP CURRENT SETTING DIVIDE-BY-1/ -2/-4/-8/-16 BOOST MODE OUTPUT STAGE RF INPUT CP OUT RF OUT + RF OUT PDB RF RF IN + RF IN RF 输出静音功能 CE GND CP GND SD GND ADF4152HV

35 HMC703LP4E 8 GHz 高性能小数 PLL 40 宽带 :DC - 8 GHz RF 输入业界最佳的相位噪声和杂散性能 : -112 dbc/hz(8 GHz 小数,50 khz 偏移 ) 品质因数 -230 dbc/hz 小数模式 -233 dbc/hz 整数模式整数边界杂散 :-60 dbc 高 PFD 速率 :100 MHz 抖动 :< 50 fs RMS 频率和相位调制集成扫频功能触发跳频外部触发 24 引脚 4 4 mm SMT 封装 :16 mm 2 重点市场通信微波点对点仪器仪表汽车样片已发布应用 BTS 微波点对点无线电 CATV 头端通信测试设备 FMCW 雷达系统产品发布已发布

36 HMC832ALP6GE 3.3 V/1.8 V 数字逻辑高性能宽带 PLLVCO 新一代业界领先的 HMC V 单电源频率 :25 MHz 3000 MHz PFD 达 100 MHz 可编程性能技术优化噪底或功耗同类最佳的 PLL FOM:-226 dbc/hz 低 VCO 相位噪声 -116 dbc/hz(100 khz 偏移,2 GHz) -140 dbc/hz(1 MHz 偏移,2 GHz) DSB RMS 抖动 :20 khz 至 20 MHz:< 110 fs 精确频率模式快速跳频 (100 µs,100 khz LBW 时 ) 单端或差分输出单独使能 12 db RF 功率控制, 步进为 1 db 封装 :40 引脚 6 6 mm SMT 41 重点市场通信微波点对点仪器仪表军事 / 航空样片现已面市应用 BTS 微波无线电 CATV 头端军事通信产品发布已发布

37 ADF4356:55 MHz 6.8 GHz PLL+ 超低噪声 VCO ( 相比于 ADF4355, 改进了杂散锁定时间和 FOM) REF IN A REF IN B CLK DATA LE CE 2 DOUBLER DATA REGISTER INTEGER REGISTER N COUNTER AV DD 10-BIT R COUNTER FRACTION REGISTER A GND 重点市场 2 DIVIDER DV DD FUNCTION LATCH MODULUS REGISTER THIRD-ORDER FRACTIONAL INTERPOLATOR 应用蜂窝基站仪器仪表军事 / 航空基站 LO 低抖动时钟 V P LOCK DETECT PHASE COMPARATOR R SET CHARGE PUMP VCO CORE V VCO MULTIPLEXER MULTIPLEXER 1/2/4/8 16/32/64 V RF CP GND A GNDRF SD GND A GNDVCO AV DD OUTPUT STAGE OUTPUT STAGE ADF4356 MUXOUT C REG 1 C REG 2 CP OUT V TUNE V REF V BIAS V REGVCO RF OUT A+ RF OUT A PDB RF RF OUT B+ RF OUT B 输出频率范围 : 55 MHz 至 6.8 GHz 低相位噪声 VCO -110 dbc/hz(100khz 偏移,6.8 GHz) -132 dbc/hz(1mhz 偏移,6.8 GHz) 高分辨率 52 位可编程模数 FOM 改善到 -227 dbc/hz RMS 抖动 :97 fs(1 khz 至 20 MHz,6 GHz 时 ) -85 dbc PFD 杂散 PFD 达 125 MHz 可编程 1/2/4/8/16/32/64 分频输出模拟和数字电源 :3.3 V 电荷泵和 VCO 电源 :5 V 1.8 V 逻辑兼容性整数 N/ 小数 N 分频频率合成器可编程双模预分频器 :4/5 8/9 可编程输出功率水平 RF 输出静音功能 37 样片现已面市产品发布已发布

38 产品 ADF4356: 重要事实特性全集成 PLL + 低噪声 VCO 覆盖 54 MHz 至 6.8 GHz 的全部范围, 无频率间隙优势一个小型 5 mm 5 mm 的 PLLVCO 产品可以覆盖超过 2 个十倍频程的频率范围杂散性能优于 ADF4355(5 db 10 db 改进 ) PLL FOM (-227 dbc/hz) 优于 ADF4355 (-223 dbc/hz) 与 ADF4355 引脚兼容可用于非常苛刻的宏基站应用 PFD 杂散和整数边界杂散均有改善抖动性能提高到 sub-100 fs rms, 适合高速转换器应用对于已经熟悉 ADF4355 的客户,ADF4356 提供了简单的升级路径以方便客户对改进的 PLL FOM (4 db) 和杂散 (10 db) 性能加以利用 43

39 ADF5355:55 MHz 13.6 GHz PLL 和超低噪声 VCO 输出频率范围 : 55 MHz 至 13.6 GHz 低相位噪声 VCO -110 dbc/hz(6.8 GHz 时失调为 100 khz) -132 dbc/hz(6.8 GHz 时失调为 1 MHz) -103 dbc/hz(13.6 GHz 时失调为 100 khz) -126 dbc/hz(13.6 GHz 时失调为 1 MHz) 高分辨率 38 位可编程模数 FOM: -224 dbc/hz( 整数 N 分频 );-223 dbc/hz( 小数 N 分频 ) -75 dbc PFD 杂散和 -30 dbc IBS f PFD 达 125 MHz,f REF 达 600 MHz 可编程 1/2/4/8/16/32/64 分频输出重点市场微波点对点仪器仪表军事 / 航空样片提供应用微波 LO 低抖动时钟产品发布已发布模拟和数字电源 :3.3 V 电荷泵和 VCO 电源 :5 V 整数 N/ 小数 N 分频频率合成器可编程输出功率水平锁定时间 :<3 ms, 带自动校准例程 ; 可以更快相位再同步和相位调整同时工作 39

40 LTC6948-x:6.39 GHz 集成小数 N 分频 PLL/VCO 集成 VCO: LTC6946-1:2.24 GHz 至 3.74 GHz LTC6946-2:3.08 GHz 至 4.19 GHz LTC6946-3:3.74 GHz 至 5.79 GHz LTC6946-4:4.20 GHz 至 6.39 GHz VCO 相位噪声 :-130 dbc/hz(1 MHz,3 GHz) 快速 VCO 校准 :8 µs 至 21 µs 低带内相位噪声 FOM: 1/f:-134 dbc/hz; 噪底 :-226 dbc/hz -102 dbc 参考杂散无小数 (Σ-Δ) 杂散低整数边界杂散输出分频器范围 :1 至 6 相位噪底 :-160 dbc(2 GHz) 28 引脚 4 mm 5 mm QFN 封装 40 样片提供产品发布已发布

41 HMC7044 简介带 JESD204B 接口的高性能 3.2 GHz 14 路输出抖动衰减器亮点 CPOUT1 OSCIN OSCIN CPOUT2 OSCOUT1 OSCOUT1 业界领先的性能 MHz 时实现 45fs RMS 的超低抖动 (12 khz 20 MHz) - 同类最佳的相位噪底 :-156.3dBc/Hz(2.5 GHz 时 ) - 出色的 GSM 阻塞性能 :-141.7dBc/Hz(800 khz 时, MHz 输出 ) 支持 JESD204B 同步 - Sysref-Valid 中断 - 至 RF-SYNC 输入的延迟是确定的, 支持多器件时钟树设计 - 多个 HMC7044 器件可利用引脚或 SPI 控制的 SYNC 触发信号相连通过宽频率覆盖改善带宽 - 2 个集成 VCO 内核, 工作频率最高可达 3.2 GHz CLKIN0/RFSYNCIN CLKIN0/RFSYNCIN CLKIN1/FIN CLKIN1/FIN CLKIN2/OSCOUT0 CLKIN2/OSCOUT0 CLKIN3 CLKIN3 SYNC DATA PLL1 SPI CONTROL INTERFACE SLEN SCLK PLL2 SYSREF CONTROL 14-CLOCK DISTRIBUTION CLKOUT0 CLKOUT0 SCLKOUT1 SCLKOUT1 CLKOUT2 CLKOUT2 SCLKOUT3 SCLKOUT3 CLKOUT12 CLKOUT12 SCLKOUT13 SCLKOUT 配置灵活 : - 16 路输出 :14+2 配置 :LVDS/LVPECL/CML 或 CMOS 类型选项可编程 - 充分的灵活性, 每路输出都可以配置为器件或 SYSREF 时钟输出 - 出色的通道隔离度 - 不同时钟组的通道隔离度小于 -75 dbc, 同时通道偏斜非常小封装 10 mm 10mm 68 引脚 LFCSP 状态已量产已发布 46

42 ADIsimPLL v4.3 现已发布! PLL 频率合成器设计与仿真软件 ADIsimPLL 软件 ( 我们的网站免费提供 ) 专门为优化 PLL 电路而开发, 方便客户更快速更轻松地完成各种设计 ADIsimPLL 包含很多嵌入式工具和选项, 可改进 PLL 电路设计精度, 加快产品上市 47

ADIsimPLL PLL 仿真器和环路滤波器设计可从 analog.com 获得 :www.analog.com/adisimpll 4.

43 ADIsimPLL PLL 仿真器和环路滤波器设计可从 analog.com 获得 : 4.3 版增加了许多 HMC PLL 43 在线技术支持论坛仍提供旧版 HittPLL:

44 ADIsimPLL 主要 GUI 44

45 应用工程师在线支持论坛参考电路主要特性数据表应用笔记分布于不同时区的应用和营销工程师 ( 土耳其爱尔兰北美 ) 在线技术支持论坛非常活跃射频与微波社区 Analog.com 上目前列出了超过 13 种参考电路用于我们 PLL 和 PLLVCO 的稳压器接口调制器 / 解调器时钟转换器和多种其他器件使我们的 PLL 性能发挥到极致所有 PLL 和 PLLVCO 的评估板其他应用笔记文章和主要特性数据表 45

46 ADI 公司 PLL 和 PLLVCO 产品系列总结我们有种类最多的分立 PLL 和集成 PLLVCO PLL 和 VCO 相位噪声性能适合非常苛刻的应用我们有相关相位解决方案我们有最快锁定的 PLL 我们有最好的软件和工具我们有最佳的设计导入支持 46

47 谢谢观看! ADI 中国地区技术支持热线 : ADI 中国地区技术支持信箱 : china.support@analog.com ADI 样片申请网址 : 47

Electrical and Optical Clock Data Recovery Solutions - Data Sheet

Electrical and Optical Clock Data Recovery Solutions - Data Sheet 32 GBd N1076A 32 GBd N1077A / 64 GBd N1076B 64 GBd N1078A / 64 GBd NRZ PAM4 O/E < 100 fs RMS JSA PLL ...3...4...4...5 /...6...8...11 N1076A...12 N1076B DCA-M...13 N1077A...15 N1078A DCA-M...17...21...