Этот пример показывает, как использовать Mixed-Signal Blockset™ для моделирования коммерческого фазового цикла (PLL) с фиксированным целым числом (N) с двойным модулем предварительного расчета, работающим вокруг 4 ГГц. Можно проверить эффективность ФАП, включая фазу шум.
Можно использовать модели PLL, чтобы исследовать и проектировать различные циклы фильтры, симулировать различные рабочие частоты, определить различные коэффициенты деления или оценить эффективность синтезатора частот, встроенный в большую систему. Для примера модели Mixed-Signal Blockset PLL могут быть полезны, если вам нужно интегрировать ФАП в систему на чипе или систему на борту.
В данном примере используйте таблицу данных SKY73134-11 Skyworks. Это широкополосный синтезатор частоты PLL, работающий от 350 МГц до 6,2 ГГц.
Откройте модель VCO_model, который имеет блоки VCO и VCO Testbench из Mixed-Signal Blockset, соединенные вместе.
model = 'VCO_model';
open_system(model);
Проверьте табличные данные для определения характеристик управляемого напряжением генератора (VCO). VCO является основным компонентом, способствующим фазовому шуму ФАПЛ. В таблице 6 табличных данных приведена типичная чувствительность VCO (Kvco) 20 МГц/В. Установите Чувствительность к Напряжению блока VCO в 20e6 Гц/В. Таблица данных не обеспечивает свободную частоту (Fo) VCO, поэтому можно установить ее на произвольное значение, близкое к рабочей частоте. В этом случае установите Free running frequency на 3.9e9 Гц.
В данном примере моделируйте поведение ФАПЛ, когда ФАПЛ блокируется около 4 ГГц. Таблица 7 таблицы данных приводит профиль шума фазы VCO как: около 4 ГГц,
− 105 дБк/Гц при 100 кГц
− 131 дБк/Гц при 1 МГц
− 142 дБк/Гц при 3 МГц
− 152 дБк/Гц при 10 МГц
Используйте профиль фазы шума, чтобы добавить фазы шума к VCO. Чтобы ускорить симуляцию, игнорируйте точки данных шума фазы при более низких смещениях частоты. Симуляция занимает больше времени, чтобы захватить фазу профиль шума рядом с несущей.
Тестбенч обеспечивает стимул управляющего напряжения (Vctrl) для ГУН и измеряет шум фазы ГУН. Частота выхода (F) ГУН:
Подстановка значений частоты выхода, частоты свободного хода и чувствительности к напряжению, уравнение даёт управляющее напряжение 5 В.
Нажмите на параметры настройки Autofill и кнопки целевой метрики Autofill, чтобы автоматически заполнить параметры измерения как для настройки, так и для целевой метрики. Целевая метрика обеспечивает ожидаемый профиль фазы шума для сравнения с результатами симуляции. Свойства настройки testbench задают частоту дискретизации сигнала и полосу пропускания разрешения измерения.
Чтобы ускорить время симуляции, уменьшите значение No. спектральных средних значений по 4.
Запустите симуляцию. Проверьте, что модель VCO воспроизводит профиль фазы шума, заданный в целевой метрике.
Теперь можно продолжить моделирование полной системы PLL и проверить ее фазу шумовую эффективность.
Из раздела Features таблицы данных смотрите, что этот PLL имеет тип integer-N и использует прескалер с двумя модулями. В табличных данных также указаны настройки предскалывателя. Следовательно, используйте целое число N PLL с прескалером двойного модуля из Mixed-Signal Blockset.
bdclose(model);
model = 'PLL_model';
open_system(model);
Откройте маску блока PLL и предоставьте спецификации для каждой из подсистем:
Детектор частоты фазы - Для детектора частоты фазы (PFD), лист данных не предоставляет никаких подробностей. Оставьте компенсацию тупиковой области равной ее значению по умолчанию.
Насос заряда - Для насоса заряда в табличных данных указывается типовое значение тока 2,7 мА (лист данных, Таблица 5). Задайте то же значение в модели ФАПЛ.
VCO - Для VCO используйте те же спецификации, что и в разделе Build VCO Model. Чувствительность равна 20 МГц/В. Задайте частоту свободного хода, которая близка к конечной частоте блокировки, например 4.18 ГГц. Включите фазовый шум с таким же шумовым профилем, который вы только что моделировали.
Делитель - Для блокировки ФАПЛ на частоте 4,2 ГГц при использовании ссылки генератора, работающей на частоте 1,6 МГц (лист данных, Фигура 17), коэффициент делителя равен:
Чтобы достичь эффективного коэффициента деления 2625, установите значение делителя Прескалера равным 16, Проглотить значение счетчика к 17, и значение счетчика программы к 163.
Цикл - таблица данных содержит рекомендуемые значения компонентов фильтра цикла на фигуре 22. Вручную введите эти значения для реализации фильтра. Установите тип фильтра цикла на пассивный 3-й порядок. Также установите значения компонентов фильтра цикла:
C1 = 100e-12 F
C2 = 2.2e-9 F
C3 = 100e-12 F
R2 = 10e3 
R3 = 2.2e3
Проверьте эффективность замкнутого и разомкнутых контуров ФАПЛ с помощью этой реализации контурного фильтра. Полученный запас по фазе составляет 55 степени. Запас по фазе вместе с нулевыми положениями полюса подтверждают стабильность ФАПЛ.
Используйте эту настройку для разработки различных фильтров цикла и проверки вашего проекта. Для примера используйте эту ФАП на другой рабочей частоте.
Наконец, чтобы проверить поведение блокировки ФАПЛ в временном интервале, зонде и графике сигнала выхода цикла фильтра.
Подключите PLL к Mixed-Signal Blockset PLL Testbench, чтобы подтвердить его эффективность. Тестбенч определяет стимулы, используемые для тестирования ФАПЛ. В этом случае используйте квадратную форму волны с частотой 1,6 МГц.
Установите testbench, чтобы измерить рабочую частоту, время блокировки и шум фазы. Таблица данных задает время блокировки 1 мс с ошибкой частоты 1 ppm, то есть 4,2 кГц (Таблица 5). Предоставьте ту же ошибку допуска. Для измерения фазы шума используйте строение, подобную той, которая используется для VCO, но уменьшайте пропускную способность разрешения для более высокой точности.
Для целевой метрики см. таблицу данных как для времени блокировки (таблица 5), так и для измерений шума фазы замкнутого цикла, выполненных на панели оценки (рисунок 17). Профиль фазы шума, измеренный на частоте 4,2 ГГц, является:
− 98 дБк/Гц при 100 кГц
− 129 дБк/Гц при 1 МГц
− 150 дБк/Гц при 10 МГц
С помощью этой настройки запустите симуляцию PLL и проверьте эффективность.
В этом случае симуляция занимает несколько минут. Чтобы ускорить время симуляции, можно расслабить настройки для измерения фазы шума. Для примера используйте большую пропускную способность разрешения или уменьшите количество спектральных средних значений.
Эти результаты симуляции отлично согласуются с фазой измерениями шума, представленными в табличных данных.
Копирайт (C) 2019 The MathWorks, Inc. Все права защищены.
Integer N PLL with Dual Modulus Prescaler | PLL Testbench | VCO | VCO Testbench