應用于無線超寬帶通信接收機鎖相環(huán)式頻率合成器中的PFD和CP設計與實現(xiàn)中期報告

應用于無線超寬帶通信接收機鎖相環(huán)式頻率合成器中的PFD和CP設計與實現(xiàn)中期報告一、設計方案鎖相環(huán)頻率合成器是一種基于反饋控制的頻率合成技術，可以從一個參考時鐘頻率合成任意頻率信號。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和反饋信號的相位，產(chǎn)生誤差信號，而LPF則用于濾除誤差信號中的高頻噪聲，使誤差信號趨于平穩(wěn)。在無線超寬帶通信接收機中，PFD和CP的設計和實現(xiàn)需要考慮以下因素：1.帶寬：由于超寬帶信號的帶寬非常寬，因此需要設計寬帶的PFD和CP。2.誤差：為保證合成的輸出頻率準確無誤，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的相位偏移和時延不同所引起的誤差。3.噪聲：在接收過程中，PFD和CP都會引入噪聲，因此需要盡可能降低其噪聲，以提高接收機的性能。基于以上因素，本設計采用了較為經(jīng)典的數(shù)字鎖相環(huán)設計方案，具體實現(xiàn)如下。二、PFD設計與實現(xiàn)PFD主要是用于比較參考信號和反饋信號的相位，產(chǎn)生誤差信號。在PLL中，PFD負責檢測參考信號和反饋信號之間的相位差，產(chǎn)生一個寬度和極性均等于相位差的脈沖輸出。本設計采用較為經(jīng)典的基于單穩(wěn)態(tài)器（SchmittTrigger）的數(shù)字PFD設計方案。圖1：基于單穩(wěn)態(tài)器的PFD電路結構接下來是PFD的詳細設計過程：1.確定參考信號和反饋信號的頻率在最開始，需要確定參考信號和反饋信號的頻率，以便后續(xù)設計。假設參考信號的頻率為$f_r$，反饋信號的頻率為$f_{fb}$。2.選擇PFD電路方案本設計采用基于單穩(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)器的兩個輸入端口分別接收反饋信號和參考信號。當反饋信號出現(xiàn)上升沿，并且參考信號為低電平時，單穩(wěn)態(tài)器的輸出電平翻轉；當參考信號出現(xiàn)上升沿，并且反饋信號為高電平時，單穩(wěn)態(tài)器的輸出電平也會發(fā)生翻轉。因此，當反饋信號和參考信號相位差為正時，單穩(wěn)態(tài)器的輸出就是一個窄脈沖，反之則是寬脈沖。3.估計PFD誤差在PFD設計中，一個非常關鍵的問題是如何估計PFD的誤差。PFD的誤差主要是由于時延差異和相位偏移引起的。一般來說，時延差異對于PFD而言是最大的誤差來源。因此，在設計PFD時，需要盡可能縮小兩個輸入信號之間的時延差異。4.仿真和測試經(jīng)過上述設計和優(yōu)化，得到了PFD電路的設計及其參數(shù)，然后進行仿真和測試。通過仿真和測試，可以進一步驗證PFD的性能和正確性，以及是否滿足設計要求。三、CP設計與實現(xiàn)環(huán)路濾波器（CP）主要負責濾除誤差信號中的高頻噪聲，使誤差信號趨于平穩(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的詳細設計過程：1.確定截止頻率在CP的設計過程中，首先需要確定其的截止頻率fc，以此來指導后續(xù)的濾波器設計。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計采用傳統(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)過上述設計和優(yōu)化，得到了CP電路的設計及其參數(shù)，然后進行仿真和測試。通過仿真和測試，可以進一步驗證CP的性能和正確性，以及是否滿足設計要求。四、總結本設計采用了較為經(jīng)典的數(shù)字鎖相環(huán)設計方案，實現(xiàn)