内容主要参考李致毅老师在B站的视频教程,结合自己的理解。
最简单的PD是一个XOR,输入信号不同(一个0一个1)时输出1,其他时刻输出0
如下图所示,当Vout和REF相位差较大时,PD输出的直流分量较高,当Vout和REF相差180°相位差时,PD输出为恒定的1。PD输出经过低通滤波后控制VCO的振荡频率,使得Vout的相位能够“追上”REF的相位。
如果XOR作为PD,输出输入关系如图下所示,PD输出特性是个偶函数,因此PD无法判断两个信号哪个相位超前,即无法判断极性,意味着PD锁定范围有限。
给出simple PLL的传递函数前,假定PD的输入输出关系为VPD=KPD*Δφ,LPF的传递函数为F(s),
VCO的输入输出关系为:wOUT=Vcrl*KVCO,VCO的输入为电压,输出为频率,相位为频率的积分、频率为相位的导数,因此有
对VCO的传递函数做拉普拉斯变换,KVCO*Vcrl(s)=φ(s)*s,VCO传递函数
PLL的传递函数
如果F(s)为一节低通滤波,F(s)=1/(1+s∗τ),带入PLL传递函数,得到
这是个二阶传递函数,响应时间和ripple可以参照二阶系统的阻尼系数,可以参考对应的资料,这里不做赘述。
Simple PLL的主要问题如下:
1.最终稳态后输入相位与参考相位存在相位差,理论上消除不掉这个相位差,相位差随温度和工艺变化;
2.PLL的锁定范围有限(理论上多大?);
3.LPF的带宽如果大,PLL settle更快,但是噪声和ripple滤不干净,LPF带宽如果小,PLL settle慢,还可能有稳定性问题。