Cambio en el tiempo de establecimiento del PLL como resultado de reducir a la mitad la corriente de la bomba de carga/duplicar el condensador del filtro de bucle.

Question

Tengo un PLL que funciona de forma inestable a algunas temperaturas. He sido capaz de demostrar que la reducción de la corriente de la bomba de carga de 128uA a 64uA asegura que el PLL funcionará de forma estable en el mismo punto de temperatura en el que de otro modo sería incapaz de bloquear.

En lugar de tener una solución basada en software, me gustaría lograr el mismo resultado (un PLL de bloqueo a través de mi rango de temperatura) cambiando los componentes del filtro de bucle.

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Cs ---  --- Cp  
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 Rs \    |   
    /    |  
    \    |  
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----+----+--- Please excuse the diagram, not access to imgur.

Dado que reducir a la mitad la corriente de la bomba de carga fue suficiente para estabilizar mi bucle, ¿duplicar la capacitancia del filtro de bucle Cp (mostrada arriba) proporcionaría el mismo resultado? Actualmente mis valores de los componentes son Cs = 3300pF, Rs = 6.81kOhm, y Cp = 33pF.

$$ \Delta V_1 = \Delta V_2 = \Delta V, $$ $$ i_1 = 2i_2, $$ Si el periodo de tiempo en el que la bomba de carga está conduciendo (diferencia de fase) es fijo, entonces $$ Q_1=2Q_2, $$ $$ \Delta V = \Delta Q/C $$ Como resultado, la duplicación del valor de C con la misma corriente de bomba de carga es efectivamente lo mismo que reducir a la mitad la corriente de bomba de carga y dejar C fijo.

Me doy cuenta de que esto cambiará el ancho de banda del filtro de bucle, así como el impacto en el tiempo de asentamiento. ¿Hay alguna forma de obtener una estimación aproximada de cómo afectará esto al tiempo de asentamiento? Esperaba obtener una respuesta como un delta de la implementación existente ( Por ejemplo el tiempo de asentamiento se duplicará). ¿Qué otras repercusiones podría tener este cambio en el comportamiento de la PLL?

Answer 1

Q ¿Hay alguna forma de obtener una estimación aproximada de cómo afectará esto al tiempo de asentamiento?

A Sí, pero los manuales de diseño o las notas de aplicación ayudan más que los analizadores, ya que el mezclador no lineal afecta a la simple teoría de control de 2º orden. No tengo ninguna fórmula mágica, pero algunos otros pueden tener ecuaciones que se ajustan a un determinado diseño.

Por ejemplo, he encontrado consejos como utilizar una relación Cs/Cp de 10:1 para el control del margen de fase del diagrama de Bode una vez que has encontrado el mejor rango de ganancia.

• La reducción del margen de fase o el aumento del desfase cerca de la unidad de ganancia de bucle aumenta el sobreimpulso ( margen 0 = oscilador) Por lo tanto, la relación Cs/Cp es útil para la compensación para desplazar este punto de funcionamiento por debajo de 0 dB.

• Menor tiempo de captura gracias al mayor ancho de banda, pero más ruido de fase.

• El tiempo de bloqueo también se ve afectado por la SNR, aquí la ganancia del mezclador se reduce al aumentar el ruido.

• La sensibilidad a la temperatura de la pendiente del VCO afecta a la ganancia del bucle , que puede corregirse.

  • El rango de captura definido por el offset F que puede adquirirse en el peor de los casos y/o en condiciones nominales se ve afectado por la sensibilidad de la ganancia del bucle a la temperatura. El rango de captura debe ser mucho menor que el error del VCO en el peor de los casos en todas las condiciones para que funcione.

• La ganancia total del bucle tiene que ser << 1 después del cambio de fase de 180 grados, porque cuando el cambio de fase es de 180 grados y la realimentación es negativa (180 grados), se convierte en realimentación positiva y cuando la ganancia es cercana o < 1, suena con demasiada sobreoscilación, por lo que una ganancia menor en el cambio de fase de 180 grados en el filtro mezclador de fase es un criterio de diseño clave para minimizar la sobreoscilación.

Los compromisos de diseño son tiempo de bloqueo, sobreimpulso, ruido de fase, faldas de ruido, rango de captura, rechazo de imagen, fluctuación de aliasing, bloqueo de espurias armónicas.

Los filtros de doble ancho de banda de ganancia son deseables para un tiempo de lock-in rápido con bajo sobreimpulso y luego en modo lento para el rechazo de ruido.

La SNR afecta a la ganancia del canal, ya que la señal de error de fase queda anegada por el ruido y da lugar a una menor ganancia del mezclador.

El VCO puede cambiar de ganancia con la temperatura, pero puede compensarse o estabilizarse con un enfoque de ganancia dual. Captura y bloqueo en modo lento.

Los factores que afectan a la estabilidad de la temperatura de la ganancia del bucle son la sensibilidad a la temperatura del VCO Hz/V por deg'C de piezas como el varicap.