应用于无线超宽带通信接收机锁相环式频率合成器中的PFD和CP设计与实现中期报告

应用于无线超宽带通信接收机锁相环式频率合成器中的PFD和CP设计与实现中期报告一、设计方案锁相环频率合成器是一种基于反馈控制的频率合成技术，可以从一个参考时钟频率合成任意频率信号。其中，相频检测器（PFD）和环路滤波器（LPF）是锁相环的重要组成部分。PFD主要用于比较参考信号和反馈信号的相位，产生误差信号，而LPF则用于滤除误差信号中的高频噪声，使误差信号趋于平稳。在无线超宽带通信接收机中，PFD和CP的设计和实现需要考虑以下因素：1.带宽：由于超宽带信号的带宽非常宽，因此需要设计宽带的PFD和CP。2.误差：为保证合成的输出频率准确无误，需要尽可能降低锁相环的误差。其中，PFD的误差较大的原因主要是来自于两路输入信号的相位偏移和时延不同所引起的误差。3.噪声：在接收过程中，PFD和CP都会引入噪声，因此需要尽可能降低其噪声，以提高接收机的性能。基于以上因素，本设计采用了较为经典的数字锁相环设计方案，具体实现如下。二、PFD设计与实现PFD主要是用于比较参考信号和反馈信号的相位，产生误差信号。在PLL中，PFD负责检测参考信号和反馈信号之间的相位差，产生一个宽度和极性均等于相位差的脉冲输出。本设计采用较为经典的基于单稳态器（SchmittTrigger）的数字PFD设计方案。图1：基于单稳态器的PFD电路结构接下来是PFD的详细设计过程：1.确定参考信号和反馈信号的频率在最开始，需要确定参考信号和反馈信号的频率，以便后续设计。假设参考信号的频率为$f_r$，反馈信号的频率为$f_{fb}$。2.选择PFD电路方案本设计采用基于单稳态器的PFD电路方案。具体方案如图1所示。其中，单稳态器的两个输入端口分别接收反馈信号和参考信号。当反馈信号出现上升沿，并且参考信号为低电平时，单稳态器的输出电平翻转；当参考信号出现上升沿，并且反馈信号为高电平时，单稳态器的输出电平也会发生翻转。因此，当反馈信号和参考信号相位差为正时，单稳态器的输出就是一个窄脉冲，反之则是宽脉冲。3.估计PFD误差在PFD设计中，一个非常关键的问题是如何估计PFD的误差。PFD的误差主要是由于时延差异和相位偏移引起的。一般来说，时延差异对于PFD而言是最大的误差来源。因此，在设计PFD时，需要尽可能缩小两个输入信号之间的时延差异。4.仿真和测试经过上述设计和优化，得到了PFD电路的设计及其参数，然后进行仿真和测试。通过仿真和测试，可以进一步验证PFD的性能和正确性，以及是否满足设计要求。三、CP设计与实现环路滤波器（CP）主要负责滤除误差信号中的高频噪声，使误差信号趋于平稳。在锁相环中，环路滤波器一般采用低通滤波器，抑制高频噪声。图2：基于传统低通滤波器的CP接下来是CP的详细设计过程：1.确定截止频率在CP的设计过程中，首先需要确定其的截止频率fc，以此来指导后续的滤波器设计。经过测试，fc的取值在50-200MHz之间比较合适。2.选择低通滤波器电路方案本设计采用传统的RC低通滤波器电路方案。如图2所示，其目的是为了在锁相环内部滤除不必要的高频振荡，从而使环路稳定下来。3.仿真和测试经过上述设计和优化，得到了CP电路的设计及其参数，然后进行仿真和测试。通过仿真和测试，可以进一步验证CP的性能和正确性，以及是否满足设计要求。四、总结本设计采用了较为经典的数字锁相环设计方案，实现