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[参考译文] PLLATINUMSIM-SW:加载振荡器数据时的相位噪声干扰

Guru**** 2644665 points

Other Parts Discussed in Thread: LMX2594, LMX2820

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/clock-timing-group/clock-and-timing/f/clock-timing-forum/1587571/pllatinumsim-sw-phase-noise-glitch-when-loading-oscillator-data

器件型号: PLLATINUMSIM-SW
Thread 中讨论的其他器件: LMX2594LMX2820

设置 PLL 仿真时、如果我从一个文件输入基准振荡器相位噪声数据、则总相位噪声在 10Hz 偏移下高达+24dBc/Hz。  这是软件错误吗?   

如果我手动输入振荡器相位噪声、它似乎是有效的(尽管我想我在使用 Points 选项时看到了相同的行为):   

是否有办法增加基准振荡器的偏移点数量?  我需要进一步超出 100kHz 偏移才能达到基准本底噪声。   

此外、在较高的偏移频率下、仿真相位噪声看起来很高。  对于阶跃、在 10kHz 时、仿真显示为–109.7dBc/Hz。  但由于这完全在环路带宽范围内、因此我会将其更接近–143dBc/Hz + 20log (2560/160)=–119dBc/Hz。

谢谢。

 

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    第一点的+24dBc/Hz 是一个错误、是的。 我们有一个修复,但它将需要一段时间来访问网络.

    如果您需要更多点、请加载迹线、然后在进行修复时以 0.1Hz 的频率插入一个虚拟点。

    从总噪声图中可以看到、VCO 噪声在 10kHz 和 100kHz 偏移处占主导地位。 C2 值也会很大、这使得环路滤波器保持稳定、但这会导致在较低偏移处出现更多的 VCO 噪声。 例如、尝试将 C2 设置为 82.5nF 而不是 825nF、您将看到 10kHz 偏移明显更接近预期结果(–116.1dBc/Hz)。

    如果完全消除了 VCO、您仍然会看到比–119dBc/Hz 稍大一些。 其余的差异是由 PLL 的 1/f 噪声贡献(在很小的程度上是 FOM 还是平坦噪声贡献)导致的。 1/f 的品质因数指定为 1GHz 输出在 10kHz 偏移处的相位噪声、并且是相关噪声;因此我们预计 1/f 噪声贡献为 FOM + 20 log (Fout/1GHz)=–129 + 20 log (2.56)=约–121dBc/Hz。 这非常接近振荡器提供的–119dBc/Hz。 即使我们完全消除了 VCO 噪声贡献、产生的相位噪声也是基准噪声和 PLL 噪声之和、即 10* log (10^(–119/10)+10^(–121/10))=–116.9dBc/Hz。 由于 1/f 输出与基准频率和 N 分频器值无关、因此只要您需要 2560MHz 输出、LMX2594 PLL 在 10kHz 偏移下会对总噪声产生显著影响(而 100kHz 偏移、因为–143 至–154 与 1/f 输出的 10dB/十倍频程斜率相当)。

    对于 100kHz 偏移、可以通过打开环路带宽来降低该偏移。 如果 100kHz 环路带宽是任意决定、我建议将环路带宽打开到 400kHz 左右、因为这将更接近基准/PLL 噪声贡献和 VCO 噪声贡献之间进行权衡的理想点。

    您可以尝试通过使用二阶环路滤波器而不是三阶环路滤波器从 LMX2594 获得更多性能、因为 C1 变为靠近 Vtune 的电容器、并且可以更大一些、而不会显著降低相位噪声或限制环路带宽(请参阅下面的屏幕截图)。 但是、如果您需要在 10kHz 或 100kHz 失调下实现更好的性能、则需要 LMX2820 等器件(如果需要 LMX2594 空间/增强型型号,这可能无法选择)。

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    感谢您的快速答复。  里面有很多很好的信息,我还在阅读它,以了解它的所有。  我可能会有后续问题。   

    一个快速解答的第一个问题 — LMX2820 是因为它的 1/f 噪声更低 (LMX2594 为–134dBc/Hz;LMX2594 为–129dBc/Hz)、您是否推荐使用?

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    如果 LMX2594 的性能令人满意、那么在编写本文档时 LMX2594 上的贴纸价格在 1ku 体积下约低 30 美元、而 LMX2594 的功耗将比 LMX2820 低几百 mW。 LMX2820 目前没有航天级或增强型产品版本、这可能是也可能不是一个因素。 LMX2820 确实集成了其输出上拉片上电阻、这会在整个频率范围内使输出功率变平;但对于 2.56GHz 的固定频率用例、这可能不是一个严重问题。

    我运行了一些数字、并意识到 LMX2820 的优势在您的用例中可能被夸大。 虽然 1/f 噪声更好、并且在很大程度上超出了您的参考范围、但我们讨论的可能是 LMX2820 提高了 1dB。 在较高偏移处、PLL FOM 将开始产生影响 — 这是随 20* log (N) 变化的本底噪声贡献、通常归一化为 1Hz 带宽。 如果 Fpd 为相同 (160MHz) 且 Fvco 为相同 (10240MHz)、则 LMX2594 和 LMX2820 的 FOM 噪声将相同、并且 FOM + 20log (N)+ 10log (FPD)=–236 + 20 * log (10240/160)+ 10 * log (160MHz)=–117.8dBc/Hz((10240MHz 时);缩放至 2560MHz、我们得到–17.8dBc/Hz *–122560/20Hz 输出频带噪声=–17.8dBc/Hz (2560MHz + 17.8dBc/Hz)。 对于接近或大于 100kHz 的环路带宽、现在 PLL 本底噪声与 100kHz 偏移时的基准相当 — 并且与 1/f 噪声不同、本底在整个带宽范围内是平坦的(甚至可能具有一些轻微的峰值)、因此增加环路带宽不再有任何好处。 LMX2594 和 LMX2820 都允许在整数模式下使用 320MHz 相位检测器(代价是由于基准倍频器增加的 1/f 噪声、1/f 贡献增加约 1dB)、可将 100kHz 失调电压降低约 3dB。 这直观地说明了一点:将相位检测器加倍、我们将 N 减半(提高了 6dB)、但我们也将注入环路的电荷泵噪声加倍(降低 3dB)、以实现净 3dB 的改善。 但如前所述、代价是 10kHz 偏移时性能下降 1dB、而增加环路带宽会将更多的 VCO 噪声推入 1MHz 偏移中、我们到目前为止尚未考虑到该偏移。  

    我的印象是、这种情况开始让人不知所措、因此让我们后退一步、明确目标:

    • 是否必须达到一些相位噪声屏蔽或预算?
    • 如果这更像是一个“尽我们所能“的情景、那么什么构成了“更好“? 例如、是否有更适合优化的失调电压(例如,100kHz 以上更喜欢 10kHz)?
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    再次感谢。

    我不确定我能分享我们的相位噪声规格、但提供的相位噪声规格非常接近(约为数百赫兹)。  因此、我认为无论环路带宽如何、噪声都将由基准噪声和 PLL 噪声决定。  我们还针对大于 100kHz 的偏移提供了下限规格。   

    鉴于我们的基准振荡器、我们将很难满足相位噪声规格。  任务是查看使用集成 PLL 时产生的噪声、然后查看是否可以在系统级别进行其他改进以降低噪声。

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    如果您关心的是近端噪声、那么在最佳配置下、我认为 LMX2820 在 1kHz 至 10kHz 失调电压下可能会获得 1dB 的噪声、在>10kHz 至 100kHz 失调电压下可能会获得 2-3dB 的噪声。 我认为这两个器件都不会对 1Hz 至 1kHz 的偏移产生显著影响、这些都是基准噪声。 话虽如此、我认为我之前发布的仿真的总体形状接近于您对任一器件的预期。

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    “如果您需要更多点、请加载迹线、然后在我们进行修复时以 0.1Hz 的频率插入一个虚拟点。“

    我通过在文件中插入 0.1Hz 点、使用振荡器相位噪声文件进行了此尝试。  我还有同样的问题。  当您说加载迹线然后插入虚拟点时、您是指在加载数据后在 PLLatinumSim 中插入该点吗?   您将如何操作?  或者、是否有其他可行的解决方法?

    谢谢。

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    回想一下、这是不好的建议、问题是任何布线的第一个点都设置为 0dBc(在输出频率缩放之前)、因此没有机会解决该问题。 我的错。

    无论如何、我今天将 PLLatinum Sim v1.6.9.1 推送到网络 (https://www.ti.com/tool/download/PLLATINUMSIM-SW)、该软件应该会解决问题。