无线通信技术中的锁相环

除非您从事无线系统的专业工作，否则您不会知道允许您阅读本文的WiFi信号是使用一系列看似简单的电路生成和处理的。解调无线信号并提取它所携带的数据使用一个看似简单的电路，称为锁相环(PLL)。这种电路在许多其他应用中都有应用，包括计算机外围设备、电光和无线系统。

在许多有用的应用中，锁相环在无线系统中最重要的功能是解调、时钟恢复/去偏和频谱扩展。当您需要从调频信号中提取数字数据，并使该数据与整个系统中的其他数据保持同步时，只需考虑锁相环。

锁相环应用

首先介绍一点背景:锁相环使用来自压控振荡器(VCO)的负反馈，以确保VCO输出与其他一些参考信号保持同步。在无线系统中，接收机信号中的相位噪声会增加解调信号中的误码率，并导致该信号与系统时钟不同步。

使用锁相环可清除相位噪声，消除抖动，并可用于补偿斜(并行数据)或与外部时钟同步(串行数据)。在高速系统或PCB设计中，传播延迟会导致信号不同部分的数字信号之间的不同步，即使每个信号的相位最初被锁定到系统时钟。

无线通信的频率合成“，

使用VCO作为锁相环的一部分是比使用独立VCO进行频率合成更好的选择。用于频率合成的独立VCO可以在输出信号的相位中长时间累积漂移。一个独立的压控振荡器还可以在输出频谱中包含杂散边带。

锁相环包含一个压控振荡器，并在负反馈环中使用压控振荡器的输出来提高压控振荡器输出的稳定性。使用过滤器可以去除边带，但对解决漂移没有任何作用。这两个问题都可以通过使用n -整数或分数阶锁相环和锁定具有更高稳定性的外部参考频率来解决。

锁相环中压控振荡器的输出将是参考信号的若干倍，并且与压控振荡器本身相比具有更窄的带宽。如果您需要快速生成一系列的时钟脉冲用于高数据速率的无线系统或计算机外围设备，或者如果需要合成发送调制的高频信号到发射机。

通过适当的设计考虑，鼓励你的频率尽可能稳定

锁相环在射频系统的发射部分也有作用。参考信号(即载波)通常被发送到合成器，合成器使用来自总线的数据来调制信号。来自合成器的输出然后被发送到循环滤波器部分。最后，锁相环中的压控振荡器的模拟输出将直接发送到发射天线。一个简单的实现是使用带有三个电阻的t节来匹配阻抗到50欧姆。

无线系统的布局技巧

在PCB中实现锁相环的正确布局取决于电路板中使用的锁相环类型。有数字和模拟锁相环电路，可用于不同的应用。然而，模拟锁相环有两种类型。模拟锁相环实际上可以在其鉴相器中使用数字电路。例如，一些模拟鉴相器使用异或门或触发器。术语说明:一些公司称这些设备为数字锁相环，尽管它们工作在模拟频率上。同时，只使用数字电路的锁相环被称为全数字锁相环。

标准的模拟锁相环实现可能很困难。带数字相位检测器的模拟锁相环本质上是混合信号装置。通常情况下，混合信号板的模拟部分和数字部分应该在它们各自的地平面以上分开，并且两个地平面之间应该有一个间隙。

如果模拟锁相环集成到另一个数字电路中(例如，在DSP中)，则模拟锁相环上的模拟地引脚可能需要连接到数字地平面。不同的元件制造商对于如何在PCB上实现这些电路有不同的建议。

电路板不应该是你的噩梦

为了最小化反射，匹配参考信号的输入阻抗也很重要，因为这些会导致干扰叠加在来自锁相环的输出信号和解调信号上。您还可以使用阻抗控制层堆栈来确保跟踪阻抗与互连的两端匹配。在输入端口和模拟地之间使用一个小的并联电容器可以用来降低输入信号的转换速率。

在使用锁相环进行频率解调的情况下，环路滤波器输出的误差信号就是解调信号。模拟锁相环(包括整数锁相环和分数锁相环)应该通过数字地平面发送这个数字输出，以最小化这个信号的环路面积。您需要确保数字电路不会在模拟电路中引起噪声，反之亦然。

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