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系统时钟发生器设计抉择:PLL合成器与晶振时钟性能比较
xie0jing0 | 2010-08-30 10:56:32    阅读:5177   发布文章

 
输入电压、老化震动变化引起的效应是最稳定的。

  频率稳定性一般表示为百万分率(PPM)。它规定了温度、电压和时间(偏移和老化)等参数范围与参考频率的偏差边界,如:公共的晶体规格稳定性指过压和温度为25PPM、50PPM和100PPM。

  晶体驱动的PLL频率合成器的相位和频率锁定在晶体信号上,索引保持了晶体规格稳定性和精确度的PPM值。在PLL中,平均输出频率fout是输入参考平均频率乘以一个乘数因子N:
          Fout = (N)(Fin)  (方程1)

  其中:
  Fout是平均输出频率  (单位:MHz)
  N是乘数因子
  Fin 是输入参考平均频率   (单位:MHz)

  PLL输出信号频率精确度Fouta表示为相对于输出目标平均频率的偏差±PPM(百万分率),等于表示为相对于输入目标参考平均频率±PPM的输入精确度。这是因为PLL将相位和频率都与输入信号锁定。

          Fouta(输出频率±PPM) (方程2)
          = Fina(输入频率±PPM)

  其中:
  Fouta是输出偏差(相对于输出目标平均频率的±PPM)
  Fina是输入偏差(相对于输入目标参考平均频率的±PPM)

  如果输入信号与输入平均频率的偏差为±20PPM,输出参考与输出平均频率的偏差为±20PPM,而与PLL的N环路乘数因子无关。当频率精确度边界的单位为赫兹 (或MHz)时,它们乘以PLL环路乘数因子N。

 

典型PLL合成器时钟

 

  抖动性能是获得稳定输出频率的关键

  基于PLL的稳定的频率合成器显示主要由晶体规格确定的输出频率稳定性,同时表现出大于晶体规格的加性特性的Rj(随机抖动)幅度。输出抖动幅度规定为Rj(RMS),逐周期(RMS),周期(RMS),或总抖动(峰值到峰值)是测量的时间单位,一般为ps。

  随机抖动(Rj)是与理想参考值在边界距离上的平稳偏差。经常在时域进行多次瞬时波形测量(一般10,000次)。测量频率时,真正的高斯Rj(随机抖动)总是存在,并且总是相加为零,而Rj(随机抖动)的幅度测量值是与频率无关的参数。周期抖动是波形周期与理想参考位置的瞬时偏差的累积(一般为10,000次)。

  相应地,抖动测量通常可以通过对理想参考或载频相差指定偏移测量频带内的频域相位噪声求和而得到。接近载频的采样时间长度不实际,限制了下测量带截断。接近残留噪声平层后,上测量带截断也将受限制。

  任何晶体震动都会产生大相位偏差。电源噪声、串扰和EMI都会影响抖动。

  小结

  系统时钟树由一个或几个晶振时钟(XO)组成,它们可以用PLL合成器时钟和分频器代替。每个PLL合成器时钟输出频率可以进一步分频,以代替两个和更多的晶振时钟(XO)。

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