0 引言

宽带频率合成器是雷达系统、电子对抗等军民用电子系统中的关键部件.低杂散、低相噪、低成本、小型化宽带频率合成器设计方法随着技术工艺水平的发展也在不断更新.宽频带频率合成器设计方法多种多样，而单环数字锁相环法是目前成本最低、体积最小，也是可靠性最高的合成方法.

锁相环(Phase Locked-Loop，PLL)设计的关键是环路滤波器的设计.环路滤波器的性能决定了整体环路的性能，包括环路带宽、相位噪声、锁定时间、鉴相抑制等参数.一般而言，环路带宽越宽，锁定时间越小，当PLL中的压控振荡器(VCO)相位噪声较好时，环路带宽越宽，产生的频率其近端相位噪声也越好.而环路带宽并不能无限制地增加，一方面，环路带宽须小于鉴相频率的1/5以保持环路稳定；另一方面，鉴相泄漏也使得环路带宽尽可能地小.因此，为了解决环路带宽与锁定时间、鉴相抑制之间的矛盾，需要在环路滤波器中加入陷波网络.传统锁相环中的陷波网络一般为并联LC结构，当使用的电感和电容偏离标称值时，陷波效果在工程应用中并不理想.

本文中从陷波网络的选择出发，借助Computer Aided Design(CAD)软件Advanced Design System仿真工具对并联结构和串联结构陷波网络进行分析，并将它们带入环路参数中作进一步分析对比.仿真发现串联结构陷波网络更适合工程应用，但是对环路动态影响较大，环路容易进入失锁状态.通过CAD软件对环路参数进行仿真优化，对陷波网络的附加相移进行补偿，解决相位余量小的问题，环路重回稳定状态.最后本文中将仿真优化结果带入实际电路中进行仿真验证，鉴相杂散由原来的-55 dBc减小至-78 dBc，获得23 dBc的杂散优化，保持原有的环路带宽和相位余量，确保环路的动态不受影响，优化鉴相杂散性能.

1 陷波网络分析

一般整数分频锁相环由鉴相器、环路滤波器、VCO、分频器等结构组成[1].环路滤波器又分为有源滤波器、无源滤波器.环路滤波器的设计影响整体锁相环的环路带宽、相位余量、杂散抑制、锁定时间等众多参数.陷波网络一般加在环路滤波器和VCO之间，共有2种形式，一种是串联LC(电感电容)结构，另一种是并联LC结构，如图1所示.

  

图1 陷波网络的串联结构(a)和并联结构

带运算放大器的环路滤波器，输出阻抗比较低，而VCO压控端，输入阻抗比较高.由于传输函数表达式较为复杂[1-3]，本文中将略去传输函数推导过程，直接将上述网络使用Advanced Design System软件进行仿真，选择12.5 MHz为陷波频率，令L为150 nH，步进为1 nH，并自动计算电容C的容值：

 

(1)

选取L=27 nH，C=6 pF，然后将上述环路参数重新进行优化，优化目标仍为带宽为160 kHz，相位余量为57°，经过环路优化后，图6中的环路参数变为：C1=560 pF；R2=300 Ω；C2=18 nF；R3=220 Ω；C3=270 pF；R4=42 Ω；C4=220 pF.

12.5 MHz并联结构陷波网络随着L选择变化的幅频特性如图3(a)所示，相频特性如图3(b)所示.从图3中的曲线可以看到，陷波宽度与电感的变化并不大，附加相移也影响不大.但是并联结构的陷波宽度与电感L的选择变化不大，而且陷波宽度极其窄，需要选择电感和电容的器件值非常准确，才能将谐振频率对准需要的陷波频率，才会有较好的陷波效果.

  

图2 12.5 MHz串联结构陷波网络随L选择变化的幅频特性(a)和相频特性

12.5 MHz串联结构陷波网络随L选择变化的幅频特性如图2(a)所示，相频特性如图2(b)所示.从图2中的曲线可以看到，随电感的减小，陷波宽度越来越大，但是附加相移也越来越大.陷波宽度并不是越窄越好，也不是越宽越好，需要折中选择.

  

图3 12.5 MHz并联结构陷波网络随L选择变化的幅频特性(左)和相频特性(右)

2 陷波网络与锁相环联合仿真

加入串联结构陷波点的环路参考仿真优化图如图5(a)所示.经过软件自动补偿和优化网络，经优化后的环路动态曲线图如图5(b)所示.

2.5 喉癌癌组织Survivin表达量与bcl-2、p53、caspase-3的关系 经Spearson相关性分析，喉癌癌组织Survivin表达量与bcl-2、p53呈正相关(r=0.385、0.407，P<0.05)，与caspase-3呈负相关(r=-0.471，P<0.05)。

  

图4 不同陷波网络环路动态曲线，实线为开环幅度传输特性，点线为开环相位传输特性: 未加陷波点的环路动态曲 线( a) ，加了12.5 MHz 串联结构陷波点( L = 27 nH) 的环路动态曲线( b) ，加了12.5 MHz 并联结构陷波点( L = 27 nH) 的环路动态曲线( c)

⑥资料来源于“欢迎到农庄”(Bienvenue-à-la-ferme)官网：http：//www.bienvenue-a-la-ferme.com/。

为了验证陷波网络以及仿真优化后环路滤波器的实际效果，本文中选择一个整数N锁相环进行验证，鉴相频率为12.5 MHz，输出频率为58 GHz，步进为25 MHz，Kvco(压控灵敏度)=290 MHz/V，当未加入LC串联结构陷波网络时，设计环路带宽约为160 kHz，相位余量为57°，此时图5(a)中的环路参数各值为：C1=220 pF；R2=680 Ω；C2=4.7 nF；R3=680 Ω；C3=100 pF；R4=160 Ω；C4=220 pF.

当把陷波网络与锁相环环路参数联合起来一同用于锁相环环路中时，希望陷波网络对锁相环环路动态影响最小，也就是引入的附加相移最小.从第1节的分析中可以看到，并联结构陷波网络的环路带宽内附加相移几乎为0，不会影响原环路参数的环路动态性能以及稳定性，即环路带宽和相位余量等参数.而串联结构陷波网络，当选择的电感较小时，附加相移为-15°，当电感较大时，附加相移趋向于-90°，将打破环路动态，使锁相环进入不稳定状态.为了验证陷波网络对环路动态的影响，我们选择了一个环路带宽约为160 kHz，相位余量为57°环路参数网络，并且将串联和并联结构陷波网络直接加进去进行联合仿真验证，仿真结果如图4所示，仿真使用环路滤波器电路图如图5所示[4].

  

图5 加入串联结构陷波点的环路参数联合仿真图(a)和仿真优化结果

3 性能对比测试

我们在选择陷波网络时，由于并联结构陷波网络具有不影响原环路动态性能的优点，一般会优先选择并联结构陷波网络.但是从上面的分析中可以看到，并联结构陷波网络有一个较大的缺点，就是陷波网络宽度太窄，上述例子中，只有20 kHz.而实际元器件都有偏差，稍有变动，陷波点就会产生漂移，陷波效果大打折扣.因此我们不得不选用陷波宽度较宽的串联结构.以往设计手段较弱，需要大量的调试工作来完成环路参数的适配，选择串联结构时，容易发生环路不稳定的现象.现在可以使用CAD软件进行设计优化，自动优化环路参数，以适配陷波网络以及消除陷波网络引入的相移.

此时，实测得的环路相位噪声及杂散曲线图如图6(a)所示，从图6(a)中可以看到，此时的鉴相频率杂散12.5 MHz处的杂散电平为-55 dBc.

医生约摸三十多岁。戴一副眼镜，镜片后闪烁着一对不大不小的眼睛。挑剔的眼睛。他判断着。果然，在翻阅了随手携带的病历后，医生诡异地撇撇嘴角。往前左拐，第三个门就是。他谢字还没有出口，女医生就在他背后丢下一句话：做丈夫的，怎么这么不小心？对自己老婆要心疼点。

其中f0为陷波网络谐振频率，即陷波频率.

仿真选择陷波网线时，电感选择的是27 nH.从图4中可以看到，加入串联结构陷波网络后(图4(b))有较大的附加相移，开环幅度传输特性与0 dB坐标线的交点减小至112.2 kHz，对应的开环相位为-164.2°，即相位余量由原来的57°下降至16°，环路将进入不稳定状态.加入并联结构陷波网络后(图4(c))，传输特性曲线与原传输特性曲线(图4(a))相比几乎没有改变，环路稳定性得到保持.陷波宽度与串联结构相比也相当窄，仿真结果与第2节的分析一致.

2.合法经营。不仅要坚守依法取得采矿许可证、安全生产许可证，编制开发利用方案、地质生态环境保护与治理恢复方案等一系列准入门槛，还要严格按照方案科学开采，坚决杜绝越层越界和超边坡开采。超边坡开采不仅违法开采，还给下一步的治理恢复留下难题，是对生态环境极大的破坏。

将该环路参数代入实际环路中进行测试，实测得的环路相位噪声及杂散图如图6(b)所示.从图6(b)中可以看到，此时的鉴相频率杂散12.5 MHz处的杂散电平为-78 dBc，环路带宽也与预期的160 kHz相同.

  

图6 未加陷波网络(a)和加入陷波网络后(b)实测的环路相噪及杂散图和仿真优化结果对

4 总结

本文中对环路参数中加入陷波网络的设计进行全面分析.通过CAD辅助软件ADS，首先对2种陷波网络的幅频特性和相频特性进行分析，再将陷波网络与普通环路参数组合起来进行环路动态分析.分析得出，并联结构陷波网络对环路动态影响最小，但是陷波宽度较窄，不利于工程化及产品批量生产.串联结构陷波网络的陷波宽度较宽，对元器件偏差容忍度较大，但是该结构对环路动态影响极大，与普通环路参数组合时，环路将进入失锁状态.为了将串联结构陷波网络用于锁相环路中，需要对环路参数进行调整，以消除串联结构陷波网络的附加相移，通过使用ADS软件进行仿真优化环路参数，并在实际电路中进行验证，将12.5 MHz的鉴相杂散由-55 dBc抑制到-78 dBc，抑制度增加23 dB，证实该方法的可行性，可用于工程推广应用.

权利行使原则是“法不禁止即自由”，权力行使原则虽是“法无授权即禁止”，但仍存在广泛的自由裁量空间，所以法律对民间融资监管双方的行为都不是绝对的约束，双方都可在法律允许范围内进行多种选择。如此就存在各自为了利益最大化而穷尽手段的可能，虽然行为都在合法范围内，但可能不合理而缺乏对方认同，进而影响对方行为的理性。因此在博弈中树立追求自身利益最大化同时兼顾对方合理利益需求的合作观念很重要。

5 参考文献

[1] Manassewitsch V. Frequency synthesizers: theory and design[M]. 3rd ed. John Wiley & Sons, 1976: 30-45.

[2] Zarkeshvari F, Noel P, Kwasniewski T. PLL-based fractional-n frequency synthesizers[C]// International Workshop on System-on-Chip for Real-Time Applications, 2005. Proceedings. IEEE, 2005: 85-91.

[3] 刘丽平，杨维明，李倩，等. 锁相环中无源环路滤波器的设计与仿真[J]. 湖北大学学报(自然科学版)，2011，33(4)：494-497.

[4] 王鹏宇，吕善伟. 数字锁相环的设计[J]. 宇航计测技术， 2012，32(3)：21-24.