鉴频鉴相器 (Phase Frequency Detector, PFD)
鉴频鉴相器设计注意事项：
•了解死区对 PLL 的影响
-PFD 的主要设计功能
务必与电荷泵 (Charge Pump) 协同设计！
• 工作频率
-PFD通常在FS应用中以低频运行
-差分还是单端？
•噪音
-标准CMOS逻辑中PFD的相位噪声可以忽略不计
-需要认真考虑PSRR ( Power Supply Rejection Ratio )
•相位分辨率
-单端优先（为什么？）
•不匹配
-不如电荷泵 CP 不匹配问题那么严重
-全差分电荷泵 CP 可以减轻 PFD 不匹配的情况
PFD 设计流程：
PFD 拓扑结构：
基于D 类触发器 DFF 还是基于置位复位锁存器( Reset Set Latch, RS) ？
静态还是动态逻辑？
极高速度的差分？
差分电荷泵还是单端电荷泵？
瞬态模拟：
始终与电荷泵CP一起运行
检查死区 — 确定脉冲宽度最小值
尝试匹配上升/下降 UP/DN 波形
通过循环打滑 Cycle Slipping 检查鉴相器输出
非理想 PFD：死区 Deadzone
称为”盲区”可以更容易理解
小的相位差产生非常窄的输出脉冲宽度
— 不足以完全打开电荷泵电流
PFD引起的死区
–由于PFD输出端的电容负载
电荷泵CP引起的死区
–由于电荷泵上的电流切换缓慢
图 1 死区的概念
图 2 死区的发生
对锁相环性能的影响
PFD死区会降低PLL开环增益
如果观察到以下现象，就要怀疑可能是PFD死区问题：
–PLL带宽比预期的要窄得多
–PLL带宽对工艺角PVT变化非常敏感
（尤其是对于突发的电压依赖性）
–抖动/噪声性能差很多
图 3 电荷泵性能变差
图 4 电荷泵引起的死区
在 TDC 的死区
TDC: Time-to-Digital Converter 时间数字转换器
图 5 TDC 的死区
降低死区效应：
具有零相位差的非零脉冲宽度
–设置最小电荷泵CP开启时间
替代方法
–应用非零静态相位补偿的相位检测
图 6 降低死区效应
单端PFD+单端电荷泵：
门延迟不匹配是单端电荷泵CP设计所固有的
–通过门 Pass Gate 通常用于补偿反相器的延迟
PFD不匹配的影响远小于电荷泵CP不匹配
–但是对于抑制电源噪声很重要（为什么？）
图 7 单端PFD+单端电荷泵
单端PFD+差分电荷泵：
对U / UB或D / DB不匹配不敏感
图 8 单端PFD+差分电荷泵
差分PFD+差分电荷泵：
标准CMOS中的10kHz PFD 可以维持100ps 的上升/下降时间
功耗可忽略不计
–在相同条件下，差分PFD 需要巨大的功耗！
图 9 差分PFD+差分电荷泵
图 10 本案例电路原理图
图 11 本案例电路结构图