12.5G锁相环设计调试的心路历程

电子万花筒 2024-05-29 07:33

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亲爱的网友们，终于，我回来了。带着满身疲倦又面带微笑的回来了。这次我要跟大家分享一下我最近3个月断断续续设计加调试的12.5G锁相环的心路历程。经过3个月挣扎，有了不错的成果，也想发文记录下过程。既当是一种总结，也是一种交流分享。

锁相环（PLL），这个东西本来课程就没怎么学过，对其中的原理不是非常懂，然后就半学半设计的做了。选用的芯片是Hittite的HMC807，12.4-13.4G的集成VCO的PLL芯片。因为老师规定外壳是5cmx4cm，而这款芯片需要5V，3V，以及最高15V的VCO驱动电压。因为FR4的板基已经不能承受那么高频率，所以采用罗杰斯（ROGERS）板材。但是，这种板子做四层太贵，只能两层，而且，要放在盒子里，反面不能放元件。当时就跟老师说了这个我也没信心做出来会好，只有试试。第一版光布局就用了很长时间，因为有几个规定必须保证：退偶电容必须离电源脚越近越好；模拟电源与数字电源必须用磁珠隔离，15V电源通过DC-DC升压，而众所周知，开关电源噪声很容易毁了整块射频板的性能。结果做下来相噪只有40dbc。果断不能用啊~

最后，两层板的方案告吹，四层板就用FR4，衰落大的话输出线就离射频口近点嘛，秉着这种想法，就进行了四层板的设计。四层板的性能明显比两层板好多了嘛，1M地方相噪117dbc，芯片手册是132，已经可以接受了，毕竟我的PCB水平也只是自己积累的，并没有高手系统的带我过，所以我还是很满意的（希望高人可以帮我指点指点）。但板子好了之后，调试就成大问题了。理论缺乏啊！！！！

先上图：

上图中可以看出12.45G边上有两个肩膀看，拉开就是下边显示的那样。真搞不懂是什么东西造成这样的杂散信号。我用的reference是25M的。而且这样的波形我在网上都没查到，网上说的参考杂散，小数分频杂散都不是长这个样子的。这叫我一个纠结啊！！！！！！！

起初我怀疑是不是电源不够干净导致的电源杂散。然后我把所有模拟电源部分多添了几种小电容，而且割掉板子，加了磁珠，但是信号根本不怎么变（可能变了吧，反正我是么看出来）。怎么办，纠结啊，自己不懂啊。

然后我就怀疑是环路滤波器设计问题。但是，是环路滤波器的什么问题呢？天无绝人之路，碰到个大神，他看了这个波形后说是环路滤波器相位裕度不够造成的。要在50-60之间最好。之前真没关心过这个概念。我记忆当中只有放大器要相位裕度防止自激。但是hittite没有专门的环路滤波器设计软件。没办法，就用ADI的ADISIMPLL凑合凑合。

环路滤波器初始带宽应为鉴相频率的1/10，如果能成功锁住可以继续减小环路带宽。这个经验公式也是我这次做项目才知道的（之前真是菜啊）。然后，我鉴相频率为25MHz，最后调整带宽到190KHz，相位裕度55°，效果如图：

拉大之后发现肩膀明显改善，但还是有~，天秤座的我要求能再好一点，最好一点肩膀都没有。然后又用ADI的软件设计了几种参数，始终去不掉。ADI的软件里自然没有hittite芯片的模型，所以仿真的毕竟不能当饭吃。最后，我投靠了强大的ADS。AGILENT的荣誉产品。里面的PLL的DESIGNGUIDE很好的解决了问题。所有仿真参数打进去，出来的滤波器参数非常精准。直接看图说话：

上图中完全看不出肩膀，拉开看。。。。。。这也太难看了吧，这么胖，怎么办，为什么这么胖我到现在也还没搞清楚。。。。望高人指点一二。我想到的唯一办法就是减小环路带宽看看会不会好。我也知道环路带宽太小会造成同步带过小，容易失锁，锁定时间也大大加长。但菜鸟的我没有办法了。就这么招了，我继续减小环路带宽。最后到了10kHz的50°相位裕度，已经是鉴相频率25MHz的1/2500了~，继续上图：

现在看上去舒服多了，但我觉得还是有点胖，但我已经不敢再减小了，我总觉得应该有其他办法让他变瘦。而且，图中边上的小毛刺从一开始的图中就有，这个真心也不知道怎么来的，我配置PLL的单片机在配置完成后连晶振都让他停掉了，所以不可能是单片机造成，而且这一版中去掉了开关电源，板子上全部是LDO，接入的电源也是线性恒流源。相当高级的那种。所以就真心不知道了。

减小环路带宽有点好处，就是参考杂散得到很好的抑制。但因为我的鉴相频率太低，只有25M，所以，不能完全滤除。上大图：

边上两根小的间隔为25MHz，这个就是参考杂散。不断的减小环路带宽这个的衰减程度肉眼看得很明显。

这样已经差不多了，算出具成效，装进盒子里可以使用了。虽然如此，但是我总觉得有点遗憾，有很多问题我还是没有搞懂。虽然已经懂了不少。把历程写下来，各位看官如果懂的话请不吝指教，我真心想学点东西。但又不想看锁相技术的书，都是公式看不进，也不实用，跟波形对不起来。所以，如果哪位知道这个肩膀叫什么专业名字，跟什么有关，怎么去除，对于现在这个还是有点胖的波形如何进一步“减肥”，有见解的，希望多多留言哈。我一来想精益求精，二来想来讨教点东西，三是记录点滴，日后自己看起来也当个调试记录吧。