MEMS時(shí)鐘振蕩器在射頻系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　DCXO抖動(dòng)清除電路實(shí)現(xiàn)

　　應(yīng)用于抖動(dòng)清除鎖相環(huán)路的DCXO應(yīng)具有足夠高的頻率更新速率，極高的頻率分 辨率，低相位噪聲性能和適合系統(tǒng)要求的頻率牽引范圍。圖4是一個(gè)基于DCXO和FPGA的全數(shù)字鎖相環(huán)路125MHz時(shí)鐘的抖動(dòng)清除電路。該設(shè)計(jì)選擇的 SiT3907 DCXO可以提供最高每秒25,000次的頻率更新速率，1ppb的高頻率分辨率，小于1 ps RMS(12kHz~20MHz)的積分相位抖動(dòng)特性和最高達(dá)±1600ppm的線性牽引范圍。全數(shù)字鎖相環(huán)電路包括輸入時(shí)鐘分頻器，相位累加器、環(huán)路濾 波器，環(huán)路狀態(tài)控制電路，可選的CIC濾波器，以及驅(qū)動(dòng)DCXO芯片的串行通信接口。

　　圖4：基于DCXO和ADPLL的抖動(dòng)清除電路框圖

　　相位累加器是一個(gè)啟停計(jì)數(shù)器，由反饋的DCXO時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。計(jì)數(shù)器周期的啟動(dòng)和結(jié)束由輸入時(shí)鐘分頻脈沖觸發(fā)。輸入時(shí)鐘預(yù)分頻值N決定了相位累加器的采樣率。環(huán)路濾波器需要保持低帶寬，一般不大于相位累加器采樣率的十分之一。環(huán)路狀態(tài)控制電路在檢測到鎖定狀態(tài)之后可降低環(huán)路增益，進(jìn)一步提高噪聲抑制能力。

　　圖4的數(shù)字鎖相環(huán)電路還包括兩個(gè)附加功能，可以降低相位噪聲和抖動(dòng)。第一個(gè)功能是環(huán)路狀態(tài)控制電路的更新或復(fù)位信號(hào)，可最小化相位誤差的積累。第二個(gè)功能是可選的CIC濾波器，可降低開環(huán)增益。沒有打開CIC濾波器的開環(huán)增益H(s)為：

　　其中，N是系統(tǒng)時(shí)鐘與相位比較器采樣頻率之間的比率。當(dāng)環(huán)路濾波器增益在鎖定過程中的兩個(gè)值之間交替時(shí)，CIC濾波器可減輕增益變化對(duì)輸出的影響。另外，調(diào)節(jié)增益Kp和Ki之間的比例可以增加穩(wěn)定性、提高性能。

　　實(shí)驗(yàn)測量該設(shè)計(jì)的相位噪聲、相位抖動(dòng)和抖動(dòng)衰減的有效性。測量數(shù)據(jù)顯示對(duì)正弦信號(hào)調(diào)制抖動(dòng)的衰減可高達(dá)60dB，并導(dǎo)致綜合相位抖動(dòng)顯著降低。圖5顯示抖動(dòng) 清除電路對(duì)時(shí)鐘信號(hào)的影響;從一個(gè)能觀察到明顯抖動(dòng)的125MHz系統(tǒng)時(shí)鐘開始，將寬帶相位抖動(dòng)從157 ps RMS降至3.5 ps RMS，產(chǎn)生了一個(gè)適合通信和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的高性能、低抖動(dòng)的輸出時(shí)鐘。

　　圖5：比較帶抖動(dòng)的125 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘輸入(黃色，頂部)與抖動(dòng)清除后的輸出時(shí)鐘