В этом примере показано, как использовать блок мастера линейных схем для оценки влияния детализации проекта контура фильтра на производительность контура фазовой автоподстройки.
Дефекты аналоговой схемы, такие как ограничения элемента схемы, изменения значения элемента, паразитика размещения и шум устройства, могут измеримо повлиять на эффективность уровня системы. Чтобы выпустить разработку системы для производства, необходимо оценить эффекты этих деталей проекта аналоговой схемы, чтобы подтвердить, что изготовленная система соответствует ее эффективность требованиям. Для линейных, инвариантных по времени аналоговых схем, блок Linear Circuit Wizard может помочь, непосредственно решив подробные уравнения схемы и упаковав решение в виде поведенческих блоков, которые будут эффективно выполняться в модели Simulink ®.
Откройте модель PllAnalogCircuitExample прилагается к этому примеру.
Модель задает целое число-N single modulus PLL, используя основные базовые блоки из Mixed-Signal Blockset™. Фильтр цикла для ФАПЛ разработан с использованием блока «Мастер линейных цепей». Для получения дополнительной информации о модели ФАПЛ, смотрите Шум фазы на выходе ФАПЛ.
Тестовый набор ФАПЧ подает ссылка входной сигнал для ФАПЧ. Этот сигнал уставки модулируется PRBS6 фазовой модуляцией, которая используется для измерения функции передачи фазового шума замкнутого контура ФАП. Спектр входа оценивается оценщиком спектра.
Спектр выхода измеряется как тестом PLL, так и оценщиком спектра, подобным тому, который используется для измерения спектра входа.
Модель включает осциллограф для измерения времени блокировки цикла ФАПЛ.
Выбранный цикл создания фильтра является пассивным циклом фильтром третьего порядка, R2 = 1.33 кОм, R3 = 17 кОм, C1 = 13.1 pF, C2 = 144 pF, и C3 = 0.941 pF [1].
Другие расчётные параметры первичного цикла:
Опорная частота: 30 MHz
Коэффициент делителя прескалера: 70
Чувствительность VCO: 100 МГц/В
Зарядка выхода насоса током: 1 мама
Обесценение первого контура:
VCO фазы шум
Дисбаланс насоса заряда: 0.1 мама
Утечка насоса заряда: 0.01 мама
Ссылка PRBS6 пиковый уровень модуляции: -60 дБк/Гц
Чтобы создать блок фильтра цикла, начните с создания или получения описания списка цепей SPICE. Этот пример использует пассивный фильтр цикла третьего порядка, заданный в файле нетлиста SPICE 3rdOrderLoopFilter.sp. Этот список цепей включает независимый источник тока Icp для определения входного порта тока и оператор .print для определения выходного порта напряжения.
* Third order passive loop filter * for preliminary system definition Icp N1 0 C1 N1 0 13.1p R2 N1 N2 1.33k C2 N2 0 144p R3 N1 N3 17k C3 N3 0 0.941p .print V(n3 0)
В диалоговом окне «параметры блоков Мастера линейных цепей» установите имя проекта цепи равным '3rd Order Passive', Имя блока в 'loop filter', и имя файла списка '3rdOrderLoopFilter.sp'. Нажмите кнопку Parse netlist файла и переопределите порты.
Вкладки Определение и Device Noise Generators становятся видимыми после анализа списка цепей. Проверьте содержимое вкладки Port Definition, чтобы подтвердить правильность определений портов.
Нажмите кнопку передаточные функции и проверьте полученный график.
Нажмите кнопку Build/modify block и соедините полученный блок фильтра цикла между выходом насоса заряда и управляющим напряжением VCO.
В строении этой модели активируются нарушения насоса заряда. Поэтому насос заряда задает фиксированный дискретный шаг расчета для приведения в действие контурного фильтра. Включение ослаблений также обеспечивает уровень детализации, необходимый на последующих этапах разработки, за счет увеличения времени запуска симуляции. Если искажения насоса заряда отключены, то цикл фильтр может быть сконфигурирован так, чтобы обеспечить свои собственные шаги расчета. Однако lowpass-усилитель, такой как используемый в циклическом фильтрующем блоке в библиотеке Building Blocks, необходим для преобразования из переменного шага дискретного времени расчета насоса заряда без нарушений в фиксированное шагное дискретное время расчета контурного фильтра.
Запустите симуляцию.
Чтобы построить график выходного спектра ФАПЛ, можно использовать plotPllOutputSpectrum вспомогательный скрипт, присоединенный к этому примеру. Получившиеся рисунки подсвечивают ложные отклики в 30 Интервалы МГц из-за дисбаланса накачки заряда и выхода спектра из-за ссылки фазовой модуляции. Можно создать симуляции, которые подсвечивают другие эффекты путем изменения уровня этих и других нарушений.
Добавьте к симуляции эффект шума устройства в циклическом фильтре.
Включите и управляйте сложением шума устройства к модели PLL с помощью вкладки Device Noise Generators в диалоговом окне Linear Circuit Wizard параметры блоков. Для элементов схемы R2 и R3, выберите Enable device noise generator и установите частоту Corner (Hz) равной 10000 включать частоту более мерцающего шума в углу 10 кГц.
Как только вы меняете определение блока, например, путем включения шума устройства, маска блока отображает предупреждающее сообщение, указывающее, что сгенерированный блок не отражает последних изменений. Примените последние изменения к сгенерированному блоку фильтра цикла, нажав кнопку Build/modify block. Предупреждающее сообщение удаляется, и теперь блок включает сложение шума устройства.
Нажмите кнопку передаточные функции. Передаточные функции теперь включают в себя передаточную функцию от каждого источника шума устройства до выхода цикла фильтра.
Повторно запустите симуляцию, чтобы включить эффект шума устройства в результаты. Чтобы получить более четкую оценку эффекта шума устройства, установите нарушения тока насоса заряда на нуль, оставляя включенными нарушения насоса заряда, и отключите шум фазы VCO. Однако, если вы это делаете, установите ухудшения насоса заряда обратно на их исходное значение и включите шум фазы VCO для последующих разделов этого примера.
Подробные проекты схем, которые включают эффекты ограничений элемента схемы и паразитики размещения, обычно становятся доступными только поздно при разработке продукта. В то время необходимо включить детальный проект схем критических компонентов в системную модель, чтобы подтвердить, что спроектированная система готова к производству.
В качестве простого примера типов эффектов цепи, которые должны быть включены в подробную разработанную модель, добавьте выходной импеданс насоса заряда 10 кОм и входной импеданс управляющего напряжения VCO 100 кОм к модели пассивного фильтра третьего порядка.
Связанный список сетей SPICE, указанный в файле 3rdOrderCPLoading.sp является:
* Third order passive loop filter * with charge pump output impedance Icp N1 0 Rs N1 0 10k C1 N1 0 13.1p R2 N1 N2 1.33k C2 N2 0 144p R3 N1 N3 17k C3 N3 0 0.941p R1 N3 0 100k .print V(N3 0)
Этот схематический и сетевой список также иллюстрируют важный принцип, когда несколько блоков схем должны быть каскадированы. Можно каскадировать несколько блоков линейных схем, созданных блоком «Мастер линейных схем». Точность вашего результата зависит от точности моделирования загрузки схемы как на входе, так и на выходе каждого блока схемы.
Чтобы оценить эффект от загрузки цикла фильтра, измените имя файла Netlist на '3rdOrderCPLoading.sp' в диалоговом окне «параметры мастера линейных цепей» и нажмите кнопку «Создать/изменить блок».
Постройте график получившихся передаточных функций.
Повторно запустите симуляцию, чтобы включить в результаты эффект детализации проекта схемы.
Изменилась форма цикла отклика на поступление. Во время захвата цикла больше циклических скольжений, но гораздо меньше перерегулирования. Получившееся время блокировки остается примерно таким же, как и время блокировки для первоначальной разработки системы. Кроме того, значительно больше шума на выходе установившегося контурного фильтра, и дополнительный шум, по-видимому, имеет более или менее постоянную амплитуду.
Постройте график выходного спектра ФАПЛ с помощью plotPllOutputSpectrum вспомогательный скрипт. Основное влияние загрузки контура является существенным увеличением ложных реакций.
В этом цикле создания фильтра последняя секция RC цикла фильтра с загрузкой заменяется активным фильтром Sallen и Keye. Этот проект представляет пару резонансных полюсов с скромным Q-фактором.
Связанный список сетей, как указано в файле 4thOrderActiveFilter.spявляется:
* Fourth order loop filter with Sallen and Keye output section Icp N1 0 1e-3 Rs N1 0 10k C1 N1 0 13.1p R2 N1 N2 1.33k C2 N2 0 144p R3 N1 N4 17k C3 N4 N3 0.941p R4 N4 N5 17k C4 N5 0 0.941p E1 N3 0 LAPLACE N5 N3 6.3e7/6.3e4 1 .PRINT V(N3)
Операционный усилитель в этой схеме представлен в виде источника напряжения, управляемого напряжением. Реакция разомкнутого контура этого усилителя моделируется с помощью ключевого слова LAPLACE и выражения "6.3e7/6.3e7 1 ". Это выражение описывает рациональную передаточную функцию с числителем, равным 6.3e7 и знаменатель (s+6.3e4). Другими словами, усилитель имеет разомкнутый контур коэффициент постоянного тока 1000 и шест в 10 кГц. Этот синтаксис может легко описать передаточные функции с большим количеством полюсов и нулей.
В диалоговом окне «Параметры блоков Мастера линейных цепей» задайте имя проекта цепи» '4th Order Active' и имя файла списка '4thOrderActiveFilter.sp'.
Постройте график передаточных функций. Несмотря на то, что низкочастотная характеристика тесно напоминает характеристику пассивного фильтра с загрузкой, высокая частота реакция откатывается намного быстрее.
Нажмите кнопку «Создать/изменить блок». Текст на значке блока изменяется в соответствии с пересмотренным именем проекта цепи.
Повторно запустите симуляцию, чтобы оценить эффект фильтра активного цикла на производительность системы ФАПЛ. Реакция приема цикла аналогична таковой в других исследованных случаях, но выход цикла фильтра намного плавнее.
Постройте график выходного спектра ФАПЛ с помощью plotPllOutputSpectrum вспомогательный скрипт. Спектр выхода отражает улучшение производительности системы. В частности, внешние паразитные отклики резко уменьшаются, и внутриполосная реакция остается по существу неизменной.
1. Дин Баннерджи. Эффективность, симуляция и проект ФАПЛ, 4-е издание.
