DC精确滤波器简化了PLL设计

Nello Sevastopoulos

LTC®1062 是一款多功能、DC 准确度、仪表低通滤波器，其增益和相位非常接近一个 5 阶巴特沃兹滤波器。LTC1062 与目前市面的低通开关电容器滤波器有很大不同，因为它使用一个外部 （R， C） 将 IC 与输入信号 DC 路径隔离开来，从而提供了 DC 准确度。直流精确输出（图7引脚1）由开关电容网络的内部运算放大器缓冲。开关电容网络的输出驱动C1的底部。输入和输出出现在一个外部电阻上，整个滤波器的IC部分仅处理信号的交流路径。该器件还提供一个缓冲输出（图1），其在整个温度范围内的最大保证失调设定电压为20mV。缓冲输出失调通常为0-5mV，漂移为1μV/°C。 使用输入（R，C）还提供其他优点，例如更低的噪声和抗混叠。

图1.8Hz 五阶巴特沃兹低通滤波器。

对于市售PLL，环路滤波器由用户设计，以优化环路性能。对于各种应用，一阶或二阶低通无源或有源R、C滤波器可以完成这项工作。当同时需要最小的输出抖动和良好的瞬态响应时，环路滤波器的设计变得更加复杂。例如，快速瞬态响应意味着宽滤波器带宽，VCO输出抖动降低意味着VCO输入端的纹波最小。这是通过低通滤波器的高输出带衰减来实现的。LTC1 提供了上述要求以及经济性和截止频率可编程性，以便在 PLL 设计中得到有利应用。

图 2 所示电路说明了将 LTC1062 用作环路滤波器的情况。该电路的电源为一个用于 PLL 的单 5V 和用于 LTC5 的 ±1062V。CMOS PLL是CD4046B。LTC1062 还可采用一个具有一些附加电平转换功能的单 5V 电压配合使用 （参见 AN20）。鉴相器 #2 驱动一个二极管-电阻限幅器组合，以使 LTC1062 输入 R 上的电压从高于地电位的一个二极管摆幅到低于 5V 电源的一个二极管。此外，两个 5k 电阻器建立了一个最大交流阻抗，以保持 LTC1062 处于其工作区域，并在鉴相器 #2 切换到一种三态模式时将 VCO 输入偏置在其中点。

图2.

输入频率小于5kHz（f在< 5kHz，图2）如下图所示：

给定最小输入频率值，截止频率fC的 LTC1062 应选择为：

电容器COSC应通过以下方式选择 LTC1062 的内部振荡器的设置：

通过让 C = 0.047μF 的值，LTC1062 输入电阻器 R 应为：

为了说明低通无源R、C环路滤波器与LTC1062之间的性能差异，图2所示电路针对输入频率范围为60Hz±10%且÷N = 100的PLL进行了测试。然后，PLL 的 VCO 输出可用于驱动精密开关电容器滤波器的时钟输入，例如以 1060：100 时钟与中心比设置的 LTC1A，并配置为 60Hz 尖锐陷波或带通滤波器。图3A显示了使用无源R、C环路滤波器时环路的瞬态响应，如图4所示。输入频率从54Hz偏移至60Hz，环路需要820ms才能在其稳定稳定值的5%内建立。R，C无源滤波器的转折频率为22Hz。环路的固有频率约为10Hz，阻尼因数小于0.1 图3B显示了上述条件下VCO输出端的抖动。30μs抖动，f外= 6kHz 对应于 18% 的瞬时频率误差。这使得PLL VCO输出不能用作跟踪开关电容滤波器的时钟发生器。通过进一步降低滤波器的截止频率，可以略微改善VCO输出抖动;然而，这可能会进一步惩罚电路的设置时间。

图 3a. 采用无源 R，C 环路滤波器的 PLL 瞬态响应。VCO的输出频率为6kHz，÷N = 100。

图 3b.带无源R，C环路滤波器的PLL抖动。VCO的输出频率为6kHz，÷N = 100。

图 3C 和 3D 显示了将 LTC1062 用作环路滤波器时的 PLL 性能。转角频率fC的 LTC1062 设定为 9.5Hz （≃1/ 6f在），其内部时钟设置为2.4kHz（≃252•fC).环路建立时间为320ms，阻尼系数最佳设置为0.7。1μs VCO 输出抖动，f外= 6kHz，在5个周期内测量，归因于VCO内部电路的遗传抖动。当 LTC1062 用作环路滤波器时，该电路的抖动对应于 0.12% 的频率误差。这足以驱动准确度为 0.3% 的开关电容器滤波器 （例如 LTC1059A 或 LTC1060A） 的时钟输入。

图 3c. 将 LTC1062 用作环路滤波器时 PLL 的瞬态响应。VCO 输出频率为 6kHz，÷N = 100。抖动减少为VCO的内部抖动。

图 3d.用作环路滤波器的 LTC1062 时的 PLL 抖动。VCO 输出频率为 6kHz，÷N = 100。抖动减少为VCO的内部抖动。

图4.用于PLL示例的低通R，C滤波器。

审核编辑：郭婷