В этом примере показано, как использовать Blockset™ смешанного сигнала для моделирования коммерческой готовой целочисленной N-фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) с двухмодульным прескалером, работающим около 4 ГГц. Можно проверить рабочие характеристики PLL, включая фазовый шум.
Модели PLL можно использовать для изучения и проектирования различных фильтров контура, моделирования различных рабочих частот, определения различных коэффициентов деления или оценки производительности синтезатора частот после внедрения в большую систему. Например, модели ФАПЧ с блокировкой смешанного сигнала могут быть полезны, если необходимо интегрировать ФАПЧ в систему на кристалле или систему на плате.
В этом примере используется спецификация Skyworks SKY73134-11. Это широкополосный синтезатор частот PLL, работающий между 350 МГц и 6,2 ГГц.
Открытие модели VCO_model, который имеет блоки VCO и VCO Testbench из блока смешанного сигнала, соединенных вместе.
model = 'VCO_model';
open_system(model);
Проверьте лист технических данных для определения характеристик генератора, управляемого напряжением (ГУН). ГУН является основным компонентом, способствующим фазовому шуму ФАПЧ. В таблице 6 спецификации указана типичная чувствительность ГУН (Kvco) 20 МГц/В. Установите чувствительность к напряжению блока ГУН в значение 20e6 Гц/В В спецификации не указана свободная рабочая частота (Fo) ГУН, поэтому можно установить ее на произвольное значение, близкое к рабочей частоте. В этом случае установите для параметра Free running frequency значение 3.9e9 Гц.
В этом примере моделируется поведение ФАПЧ, когда ФАПЧ блокируется вокруг 4 ГГц. В таблице 7 спецификации представлен профиль фазового шума ГУН: около 4 ГГц,
− 105 дБц/Гц при 100 кГц
− 131 дБц/Гц на частоте 1 МГц
− 142 дБк/Гц на частоте 3 МГц
− 152 дБц/Гц на частоте 10 МГц
Используйте профиль фазового шума для добавления ухудшения фазового шума в ГУН. Чтобы ускорить моделирование, игнорируйте точки данных фазового шума при более низких частотных смещениях. Моделирование занимает больше времени, чтобы зафиксировать профиль фазового шума вблизи несущей.
Испытательный стенд обеспечивает воздействие управляющего напряжения (Vctrl) на ГУН и измеряет фазовый шум ГУН. Выходная частота (F) ГУН:
Подставляя значения выходной частоты, частоты свободного хода и чувствительности к напряжению, уравнение дает управляющее напряжение равным 5 В.
Нажмите кнопки автозаполнения параметров настройки и автозаполнения целевой метрики, чтобы автоматически заполнить параметры измерения как для настройки, так и для целевой метрики. Целевая метрика обеспечивает ожидаемый профиль фазового шума для сравнения с результатами моделирования. Свойства настройки testbench определяют частоту дискретизации сигнала и пропускную способность разрешения измерения.
Для ускорения моделирования уменьшите значение «Нет». спектральных средних значений до 4.
Запустите моделирование. Убедитесь, что модель ГУН воспроизводит профиль фазового шума, указанный в целевой метрике.
Теперь можно продолжить моделирование всей системы ФАПЧ и проверить ее характеристики фазового шума.
В разделе Features (Особенности) спецификации см., что этот PLL имеет тип integer-N и использует двойные модули prescaler. Лист данных также предоставляет настройки для прескалера. Следовательно, используйте целочисленную N-PLL с двойным модулем Prescaler из блока смешанного сигнала.
bdclose(model);
model = 'PLL_model';
open_system(model);
Откройте маску блока PLL и предоставьте спецификации для каждой из подсистем:
Фазовый частотный детектор - для фазового частотного детектора (PFD) опросный лист не содержит никаких подробностей. Оставьте значение компенсации зоны нечувствительности по умолчанию.
Зарядный насос - Для зарядного насоса в листе технических данных указано типовое значение тока 2,7 мА (лист технических данных, таблица 5). Укажите то же самое значение в модели PLL.
VCO - для VCO используйте те же спецификации, что и в разделе Сборка модели VCO. Чувствительность равна 20 МГц/В. Укажите частоту свободного хода, близкую к конечной частоте блокировки, например 4.18 ГГц. Включите фазовый шум с тем же профилем шума, который вы только что смоделировали.
Делитель - для блокировки ФАПЧ на частоте 4,2 ГГц при работе опорного генератора на частоте 1,6 МГц (лист данных, рисунок 17) коэффициент делителя равен:
Для достижения эффективного коэффициента деления 2625 установите значение делителя Прескалера равным 16, Значение счетчика глотания для 17и значение счетчика программы для 163.
Фильтр контура - Лист технических данных содержит рекомендуемые значения компонентов фильтра контура на рисунке 22. Введите эти значения вручную для реализации фильтра. Установите тип фильтра Loop на пассивный 3-го порядка. Также задайте значения компонентов фильтра контура:
C1 = 100e-12 F
C2 = 2.2e-9 F
C3 = 100e-12 F
R2 = 10e3 
R3 = 2.2e3
Проверьте характеристики замкнутого и разомкнутого контура ФАПЧ с помощью этой реализации фильтра контура. Результирующий запас по фазе составляет 55 градусов. Фазовый запас вместе с нулевыми позициями полюсов подтверждают стабильность ФАПЧ.
Эта настройка используется для проектирования различных фильтров контуров и проверки проекта. Например, использовать эту ФАПЧ на другой рабочей частоте.
Наконец, чтобы проверить поведение блокировки ФАПЧ во временной области, проверьте и постройте график выходного сигнала фильтра контура.
Подключите ФАПЧ к блоку смешанного сигнала PLL Testbench для проверки его производительности. Testbench определяет стимулы, используемые для тестирования PLL. В этом случае используйте квадратную форму сигнала с частотой 1,6 МГц.
Настройте средства тестирования для измерения рабочей частоты, времени блокировки и фазового шума. В спецификации указано время блокировки 1 мс с погрешностью частоты 1 ppm, т.е. 4,2 кГц (таблица 5). Предоставьте тот же допуск ошибки. Для измерения фазового шума используйте конфигурацию, аналогичную конфигурации, используемой для ГУН, но уменьшайте разрешающую способность для более высокой точности.
В отношении целевой метрики см. лист технических данных для измерений времени блокировки (таблица 5) и фазового шума с замкнутым контуром, выполненных на плате оценки (рис. 17). Профиль фазового шума, измеренный при 4,2 ГГц, составляет:
− 98 дБц/Гц при 100 кГц
− 129 дБц/Гц на частоте 1 МГц
− 150 дБц/Гц на частоте 10 МГц
С помощью этой настройки запустите моделирование PLL и проверьте производительность.
В этом случае моделирование занимает несколько минут. Для ускорения моделирования можно ослабить настройки измерения фазового шума. Например, используйте большую пропускную способность разрешения или уменьшите число спектральных средних значений.
Результаты моделирования отлично согласуются с измерениями фазового шума, приведенными в спецификации.
Авторское право (C) 2019 The MathWorks, Inc. Все права защищены.
Целое число N PLL с двойным модулем Prescaler | PLL Testbench | VCO | VCO Testbench