尽管基本PLL自其出现之日起几乎保持原样，但是使用不同技术制作及满足不同应用要求的PLL的实现一直给设计者提出挑战。本篇先介绍一下传统电荷泵锁相环的稳定性和噪声建模，后续再从各种结构的PLL、电路设计注意事项、片上电感的设计等方面逐一展开。

1.      PLL环路参数的计算及建模

1.1 环路参数的计算

传统电荷泵锁相环的结构框图如图1所示，由鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)、分频器(1/N)组成。 

Fig1. 传统电荷泵 PLL结构框图

PLL设计指标：VDD=1.2V,Fref=25MHz,Fvco=1.25GHz,N=50。

第一步，确定VCO增益Kvco和CP充放电电流Icp。

       按照20%的设计余量，将VCO的输出频率范围设定为1.0GHz到1.5GHz。在1.2V电源电压下为使CP电流源工作在饱和区，并考虑到为确保VCO增益的线性度而尽可能的压缩控制电压范围，将控制电压范围设为280mV到450mV，得Kvco≈3GHz/V。实际设计时可适当增大控制电压范围(如200~1000mV)，也可适当增大或减小Kvco，这里只是做一个假设，目的是学会如何计算PLL环路参数。

       考虑面积功耗等因素的影响Icp折中取100uA。

       第二步，环路带宽fc和相位裕度PM。

       Fc取1MHz，PM取55deg。

       第三步，计算LPF电阻(R2)和电容(C1、C2)的取值。

将图1所示的PLL结构框图等效成图2所示的负反馈系统：

Fig2.  PLL等效负反馈系统

根据上述等式的推导，编写如下的MATLAB代码，可得滤波器的参数：

clear all;

close all;

clc;

Fc=1e6;%环路带宽

Kvco=2*pi*3e9;%VCO增益

Icp=100e-6;%电荷泵电流

Kpc=Icp/(2*pi);

N=50;%分频比

PM=55;%相位裕度

%==========================================================

Wc=2*pi*Fc;

fai=(pi/180)*PM;

tao1=(1/cos(fai)-tan(fai))/Wc;%时间常数1

tao2=1/(Wc*Wc*tao1);%时间常数2

radnum=(Wc*tao2)^2+1;

radden=(Wc*tao1)^2+1;

a=sqrt(radnum/radden);

b=(Kpc*Kvco)/(N*Wc*Wc);

C1=(tao1/tao2)*b*a;

C2=C1*(tao2/tao1-1);

R2=tao2/C2;

%=====================滤波器的传递函数====