請問PLL的BANDWIDTH為什麼是1/10的reference frequency

ahoku

請問先進,
PLL的BANDWIDTH為什麼是1/10的reference frequency,可以用清楚的方式解釋,如果式子的推導或許會更多,我所知道是穩定度考量,才設限1/10,
/ Z$ S6 F, R5 n! Y5 I( t: |1/10是以什麼條件才成立呢 謝謝

monkeybad

PLL的頻寬為什麼必須要小於reference frequency10倍，我想可能是穩定度的考量吧
( }) c9 d# {! q. t5 W2 Q以穩定度的觀點來看，
假如PLL採用的是CP(CHARGE PUMP)的架構，在推導CP公式的時候，我們是用連續的系統去近似一個離散的系統，而在設計loop-filter的時候也是根據這連續系統推導的公式去計算極零點的位置。
CP是以reference frequency來充放電PLL loop-filter的電容，是一個不連續的離散系統，而我們以連續系統去計算的話，當然希望CP越接近一個連續系統越好，也就是說reference frequency越快越好，偏離我們推導的PLL transfer function越小。
4 v& t3 s0 h% I; j. t3 R4 Z而PLL的Bandwidth表示PLL系統的反應速度，當PLL Bandwidth與reference frequency(就是CP充放電的時間間隔)兩者差不多的時候，CP非連續的非理想效應就不能忽略了，因為PLL系統也會對此非理想效應產生反應，而當兩者差越多，則CP非理想效應影響越低。
所以理論上PLL Bandwidth比reference frequency低越多越好，但太低的話PLL鎖定的速度會太慢，而且電容值也太大太佔面積，所以一般經驗值用大概小10倍即可保證能穩定，但實際上還是要靠HSPICE模擬過後才知道確實的情形。
這是我個人的想法，提供給大家參考。
- m( P: y8 x. _& K9 U5 w  U也許有更精確的說法或是其他考量 希望各位先進能指正或一起討論

evantung

個人認為, bw設1/10並不是為了穩定度的考量.
而是為了, 減少reference spur而設計的,
' ^: t+ T" b  t8 d% x但1/10一般來說是不夠的, 至少都要1/1xx, 1/2xx才夠!
; }% @$ U6 R7 K5 R因為這是trade off的考量, 當你BW做的愈小,
VCO的noise就會濾的愈少! reference spur也就愈小,
* f/ k7 {5 G/ z: {所以這是要看應用再來考慮BW要做多少!

andy2000a

low pass filter  2 order 對系統來說是 3皆
那 如何挑選合適的 filter ?  
trade off 考慮點
" _( y2 U7 u- z- `. Y% G
還有  hspice 能 simulation lock range & capture range 和 frequency  ..
3 N, d% w! n1 n. F, T. @8 r公式可以推出來 但是很想知道 , sim 和 real chip 會差多少 .

evantung

大部分的pll, 在loop filter應該都是選用passive 2 order的方式
/ w' E1 r! F& d4 C. P而且, 每個都長的差不多.
而差別就是在你的pole, zero要放在什麼位置!
你希望filter是濾掉何種頻率的雜訊! 什麼時候可以鎖定頻率!
' ~) W$ e5 U* Q2 y; Z) T) C* `7 A至於你說的sim和real chip差別, 那就跟你是在那裡tape out有差囉!
3 }' l# W- m  p2 x0 KTSMC和T like良率一定差很多, 還有你的架構也是有點關係,
LC tank我認為就比ring oscillator還容易不準!

lunch

LC tank我認為就比ring oscillator還容易不準!
* j& d# w/ f7 Z
不知道你指的是simulation 與measurement 比較之結果
還是量產後之良率?
" n+ V! f2 R  Con chip Inductor 應不會有多大的variaton
8 C# `" o3 J+ l5 M1 C; SVaractor 及MOSFET 與製程變異較有關
: r! A! C3 f, s4 S* }LC cross-couple VCO在設計時 只要有FET, Inductor, Varactor 的RF Model
另外 再注意Layout 的parasitics  量測結果應該還算 OK
關鍵在於process的穩定度  只要每個Lot都能控制的好  不要差太多
* A6 H! B0 d4 C一般而言 都能根據measurement 來修改 在下一次的MPW  tune 到所要之freq range
量產後之良率 就與foundry 製程 穩不穩 有關了

lunch

LC tank我認為就比ring oscillator還容易不準!
8 D" B1 C* a# Q, `' k9 p$ T3 ?
" ?7 d# w4 _) ?* I9 E4 a不知道你指的是simulation 與measurement 比較之結果
5 G0 W2 K& y0 r) m% i還是量產後之良率?
on chip Inductor 應不會有多大的variaton
Varactor 及MOSFET 與製程變異較有關
0 b( e6 u3 {' s7 LLC cross-couple VCO在設計時 只要有FET, Inductor, Varactor 的RF Model
! M0 G- E- @" i0 P8 B另外 再注意Layout 的parasitics  量測結果應該還算 OK
5 ^. @2 @- x# K" C! P1 o關鍵在於process的穩定度  只要每個Lot都能控制的好  不要差太多
一般而言 都能根據measurement 來修改 在下一次的MPW  tune 到所要之freq range
5 G& |/ v- a8 B; m量產後之良率 就與foundry 製程 穩不穩 有關了

evantung

monkeybad的說明, 真是太淸楚了, 忍不住要讚美一下.
1 {1 U5 z+ w" v# F" c+ K2 s
另外, 我不是指量產後的產品囉!

tommywgt

我也給7樓按個 "好"
: @+ v) ?' b/ `3 |% i8 M% a
/ _, r2 p: |. R: r* M補充一下給大家參考

在ADPLL的設計中考慮到locked後的phase error的話, 這個值太小是會有問題的 (太大肯定是不行的), 在只要lock frequency時, 反而沒有這方面的限制了
: \, o2 l6 q# x8 s* w: K/ [4 C有時下線成功跟失敗的差別會變成lock phase 跟lock frequency的差別而已

ahoku

在locked 時,phase error小,是指 pfd相位己鎖住,由pfd的dead zone所產生嗎,如果是這樣的話,這種在time domain是什麼樣的jitter呢,個人看法是Determination jitter(DJ) ,這種Jitter是否看規格可否容許來決定嗎 ,如果想改善要改那裡著手呢,
9 w$ K) X' z) y再著想請教一下先進們,下線完測量,通常是那幾個  paramter跟預期有很大的出入,謝謝

tommywgt

在LOCKED時, 所量到的JITTER, 可能造成的原因錯綜複雜. 很難幾句話說明. 其中PFD的dead zone也只是原因之一

我個人認為由VCO本身所產生的JITTER比較容易表現在CYCLE TO CYCLE JITTER, 由PDF的DEAD ZONE所產生的JITTER是因為在這個區間內PDF不會有反應, 使得PLL無法TRACKING這個區間的PHASE ERROR, 因此在TIME DOMAIN中LONG TERM JITTER時應該會多出這個DEAD ZONE的JITTER大小, 我個人認為這個JITTER在JITTER STD DEV中不會是NORMAL DISBURTION, 而是比較像ZERO MEAN WHITE NOISE的型式. 這個JITTER值是否為你所說的DJ我並不曾好好研究過DJ這個名詞, 在Lecory的一份WHITE PAPER中有詳細介紹JITTER的種類及量測方法, 有興趣的話可以上www.lecory.com找一下. 不過我在量JITTER時都是用高檔的示波器量的, 所以那個PAPER我只有看過就沒再仔細研究. 但是如果你想內建量JITTER的BIST的話可以參考一下.

! {1 W5 [6 q* u/ d& H5 V4 W1 v很多PAPER宣稱可以做到zero dead zone, 這部分我非常懷疑, 這部分我曾經跟一個有名的教授討論過, 他的說詞是在某種程度之下就可以視做zero dead zone, 只要電路跟模擬能說服人, 他們在review paper時也就能接受. 反正呢! PFD的dead zone愈小愈好, 在我看來, 好的PLL還是要Fully做.

在我做過的8顆PLL IC中量到的PARAMETER出入大的...好像都是CLOSED LOOP差的比較多, 我想可能是模擬時間不夠久或者CASE不夠多, 但是大家都知道那個模擬好費時, 所以.....哈哈
9 n, ?( h; `0 q% |; j單一MODULE的量測都跟SIMULATION沒差太多, 每一次的量測值都是在TT跟SS CASE之間(比較接近TT), OSCILLATOR的工作範圍因為會比模擬的小常令人覺的很不爽.
+ _5 Z5 Z) i/ p
你現在是學生嗎? 碩士班? 加油吧! PLL的電路都不大, 但是細心跟苦工倒是不少...

finster

我不知道大家在設計PLL是參考何種架構與理論來設計的
就以我個人以前設計PLL的經驗,我一方面參考IEEE Journal paper,另外一方面則是從Behzad Razavi所著的一本"Design of Analog CMOS Integratd Circuits"中學到如何設計PLL
& D. e3 [$ L9 u4 r- e% \( [+ j( N在設計PLL時,因為PLL是屬於一個閉迴路system,故而它裡面的子電路的各個參數都是習習相關的,亦即每一個子電路的改變與變化都會引起連帶反應
在Behzad Razavi的書中有列三個很重要的參數,分別是charge pump current, damping factor和vco gain,這三個參數會決定整個PLL的performance,而其他如PFD, pre-div和pos-div較屬於digital circuit,所以就比較不是那麼重要
% X( |0 t" h: a, Z) j- C/ Y0 L就以我個人以前設計PLL的過程來看,PFD雖然有dead zone的issue,但它並不是造成PLL中jitter過大的最大主因,一個PLL會不會動,有沒有好的performance,幾乎都決定在charge pump current, damping factor和vco gain三個參數身上,其中又以vco gain最為地重要
6 O( t  I* ?9 Hvco是整個PLL電路中最直接影響jitter的成因,同時也是整個PLL電路中最難設計的電路,除了要high frequency, low current,更要有較有的抗noise能力及寛的frequency range,如果VCO電路作的好,其餘的電路就好作多了
  x6 u8 t* Z% r" ~8 Y其實,如果model夠準,而且design range作的夠大的話,其實PLL要動並不難,就以我們之前所作的PLL,pre-sim和pos-sim會有一些差距,在量測上,chip和pos-sim基本上兩者的performance並不會差的太多,而在量測PLL上,絕大部份只有量測output frequency正不正確,整體的功耗多少,其餘的就是jitter的量測,目前jitter的量測都是直接使用示波器上的功能直接量測就可以了,所以PLL的量測參數其實並不多,但要評斷PLL的performance絕大部份都是以jitter值為多少來評斷

airtai

真是感謝大大的分享~現在正專研類比領域,正想說鎖相迴路應該如何著手,正好看到這些經驗分享,受益無窮啊~~~使我有新的想法~~~感恩喔~

simenkid

迴路頻寬為參考頻率的1/10是為了穩定性考量
' L) z) D4 z4 d8 R7 A: S當然, 迴路頻寬大小和相位雜訊、鎖入時間等有關係
但就標題這句話, ㄧ般都是指穩定性
$ ^  t. o" O3 \  ~3 d4 L0 u7 @; H- ?5 n這是有理論根據的
4 X' {) T  V. G* x4 q但是現在手邊沒有那兩篇論文
印象中是出自IEEE Trans. Communications

9 h" Q5 F2 Y' r  H這是我上過台大劉深淵老師的講座, 他有特別解釋過這個問題喔

日日春

我也常聽到loop filter要小於reference frequency的10倍,不過是不是小於10倍就能
1 C$ r& o; }) E# Q符合我們所要的需求還是在simulation一下才比較準哦!!

mycmf

For the stability issues, by Liner approximation of non-linear discrete system.
You could refer to F.M.Gardener for detail loop analysis.

yananzhang

我看得paper上说这种选择是为了增加线性度，提高模拟的线性，便于分析和公式的推导

賴永諭

monkeybad的說明,~~~簡單又直覺....另依種想法....不錯喔....
good

langmx

現在正專研類比,看到這些經驗分享,受益無窮,monkeybad的說明, 太淸楚了

anita66

我想這各問題如果有上過台大劉深淵教授的課應該就會很清楚,這絕對是從穩定度上的考量,而且是有完整數學推倒出來的,我印象中是結果是一張圖,X-軸為damping factor,Y-軸是natural frequency,由於要取兩者之叢集,並利用一般設計會取damping factor=0.707來當固定數,而從曲線圖中就可找到相對應的natural frequency,其值大約是0.1,故會取十分之一的理由在此,3Q~