DC精確濾波器簡化了PLL設(shè)計

Nello Sevastopoulos

LTC?1062 是一款多功能、DC 準(zhǔn)確度、儀表低通濾波器，其增益和相位非常接近一個 5 階巴特沃茲濾波器。LTC1062 與目前市面的低通開關(guān)電容器濾波器有很大不同，因為它使用一個外部 （R， C） 將 IC 與輸入信號 DC 路徑隔離開來，從而提供了 DC 準(zhǔn)確度。直流精確輸出（圖7引腳1）由開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部運算放大器緩沖。開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)的輸出驅(qū)動C1的底部。輸入和輸出出現(xiàn)在一個外部電阻上，整個濾波器的IC部分僅處理信號的交流路徑。該器件還提供一個緩沖輸出（圖1），其在整個溫度范圍內(nèi)的最大保證失調(diào)設(shè)定電壓為20mV。緩沖輸出失調(diào)通常為0-5mV，漂移為1μV/°C。 使用輸入（R，C）還提供其他優(yōu)點，例如更低的噪聲和抗混疊。

圖1.8Hz 五階巴特沃茲低通濾波器。

對于市售PLL，環(huán)路濾波器由用戶設(shè)計，以優(yōu)化環(huán)路性能。對于各種應(yīng)用，一階或二階低通無源或有源R、C濾波器可以完成這項工作。當(dāng)同時需要最小的輸出抖動和良好的瞬態(tài)響應(yīng)時，環(huán)路濾波器的設(shè)計變得更加復(fù)雜。例如，快速瞬態(tài)響應(yīng)意味著寬濾波器帶寬，VCO輸出抖動降低意味著VCO輸入端的紋波最小。這是通過低通濾波器的高輸出帶衰減來實現(xiàn)的。LTC1 提供了上述要求以及經(jīng)濟性和截止頻率可編程性，以便在 PLL 設(shè)計中得到有利應(yīng)用。

圖 2 所示電路說明了將 LTC1062 用作環(huán)路濾波器的情況。該電路的電源為一個用于 PLL 的單 5V 和用于 LTC5 的 ±1062V。CMOS PLL是CD4046B。LTC1062 還可采用一個具有一些附加電平轉(zhuǎn)換功能的單 5V 電壓配合使用 （參見 AN20）。鑒相器 #2 驅(qū)動一個二極管-電阻限幅器組合，以使 LTC1062 輸入 R 上的電壓從高于地電位的一個二極管擺幅到低于 5V 電源的一個二極管。此外，兩個 5k 電阻器建立了一個最大交流阻抗，以保持 LTC1062 處于其工作區(qū)域，并在鑒相器 #2 切換到一種三態(tài)模式時將 VCO 輸入偏置在其中點。

圖2.

輸入頻率小于5kHz（f在< 5kHz，圖2）如下圖所示：

給定最小輸入頻率值，截止頻率fC的 LTC1062 應(yīng)選擇為：

電容器COSC應(yīng)通過以下方式選擇 LTC1062 的內(nèi)部振蕩器的設(shè)置：

通過讓 C = 0.047μF 的值，LTC1062 輸入電阻器 R 應(yīng)為：

為了說明低通無源R、C環(huán)路濾波器與LTC1062之間的性能差異，圖2所示電路針對輸入頻率范圍為60Hz±10%且÷N = 100的PLL進行了測試。然后，PLL 的 VCO 輸出可用于驅(qū)動精密開關(guān)電容器濾波器的時鐘輸入，例如以 1060：100 時鐘與中心比設(shè)置的 LTC1A，并配置為 60Hz 尖銳陷波或帶通濾波器。圖3A顯示了使用無源R、C環(huán)路濾波器時環(huán)路的瞬態(tài)響應(yīng)，如圖4所示。輸入頻率從54Hz偏移至60Hz，環(huán)路需要820ms才能在其穩(wěn)定穩(wěn)定值的5%內(nèi)建立。R，C無源濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為22Hz。環(huán)路的固有頻率約為10Hz，阻尼因數(shù)小于0.1 圖3B顯示了上述條件下VCO輸出端的抖動。30μs抖動，f外= 6kHz 對應(yīng)于 18% 的瞬時頻率誤差。這使得PLL VCO輸出不能用作跟蹤開關(guān)電容濾波器的時鐘發(fā)生器。通過進一步降低濾波器的截止頻率，可以略微改善VCO輸出抖動;然而，這可能會進一步懲罰電路的設(shè)置時間。

圖 3a. 采用無源 R，C 環(huán)路濾波器的 PLL 瞬態(tài)響應(yīng)。VCO的輸出頻率為6kHz，÷N = 100。

圖 3b.帶無源R，C環(huán)路濾波器的PLL抖動。VCO的輸出頻率為6kHz，÷N = 100。

圖 3C 和 3D 顯示了將 LTC1062 用作環(huán)路濾波器時的 PLL 性能。轉(zhuǎn)角頻率fC的 LTC1062 設(shè)定為 9.5Hz （?1/ 6f在），其內(nèi)部時鐘設(shè)置為2.4kHz（?252?fC).環(huán)路建立時間為320ms，阻尼系數(shù)最佳設(shè)置為0.7。1μs VCO 輸出抖動，f外= 6kHz，在5個周期內(nèi)測量，歸因于VCO內(nèi)部電路的遺傳抖動。當(dāng) LTC1062 用作環(huán)路濾波器時，該電路的抖動對應(yīng)于 0.12% 的頻率誤差。這足以驅(qū)動準(zhǔn)確度為 0.3% 的開關(guān)電容器濾波器 （例如 LTC1059A 或 LTC1060A） 的時鐘輸入。

圖 3c. 將 LTC1062 用作環(huán)路濾波器時 PLL 的瞬態(tài)響應(yīng)。VCO 輸出頻率為 6kHz，÷N = 100。抖動減少為VCO的內(nèi)部抖動。

圖 3d.用作環(huán)路濾波器的 LTC1062 時的 PLL 抖動。VCO 輸出頻率為 6kHz，÷N = 100。抖動減少為VCO的內(nèi)部抖動。

圖4.用于PLL示例的低通R，C濾波器。

審核編輯：郭婷