电荷泵锁相环、电容倍增方法及数控回路滤波器技术

用于针对锁相环采用一个电荷泵的电容倍增的系统和方法，采用了以时分模式操作的数控回路滤波器。在当数字控制启动时，回路滤波器的实施例根据数字控制阻挡来自电荷泵的电流，使得电荷泵不能对积分电容器充电或放电。由于电流的至少一部分被阻挡，电荷泵需要更多的时间将电容器充电或放电至特定电平。随后，相对于锁相环的操作，电容器看起来比其实际值大。

【技术实现步骤摘要】
电荷泵锁相环、电容倍增方法及数控回路滤波器
本专利技术涉及采用用于电荷泵锁相环(PLL)电路的数字配置环路滤波器进行电容相乘。
技术介绍
相位锁定环路或锁相环(PLL)是负反馈控制系统，其中振荡器产生的信号是锁定至输入参考信号的相位和频率。实施例包括包含相位检测器、电荷泵的电子电路，包含积分电容器C1和电阻器R1的滤波器，以及频率可变振荡器。相位检测器将输入参考信号的相位与从振荡器的输出导出的信号的相位进行比较，并且产生误差信号。电荷泵将误差信号转换成误差电流，而且积分电容器C1和电阻器R1根据误差电流动作以产生振荡器控制电压。积分电容器C1对误差电流积分(积分路径)以设置平均振荡器频率，而且电阻器R1提供瞬间相位校正(比例路径)。振荡器控制电压调节振荡器的频率以保持相位匹配。稳定性是设计锁相环时的一个重要问题。等式1所示了对PLL输出中阻尼系数、过冲和振铃的测量，而且开环带宽、环路增益等于1时的频率如等式2所示。在多个系数被增大以改进阻尼系数的同时，增大积分电容器的电容C1会增大稳定性，而不影响带宽。在许多低带宽锁相环实施例中，大电容器，例如高达几纳法(nF)，可用于实现可接受的阻尼系数。然而，很难在集成电路(IC)上对大电容器积分。电容倍增(capacitancemultiplication)被用于利用更小的电容器实现可接受的阻尼系数。采用电容倍增的PLL的实施例使用包括积分电荷泵和比例电荷泵的双通道环路滤波器。积分电荷泵基于来自相位检测器的误差信号的积分向积分电容器C1产生一定量的电荷，而且类似地，比例电荷泵基于来自相位检测器的误差信号的积分向电阻器R1产生成比例的量的电荷。积分输出和比例电荷泵相加，并且所得到的电压被提供至压控振荡器(VCO)。比例电荷泵的电流通常是积分器电荷泵的电流的几倍。当比例电荷泵的电流是积分电荷泵的电流的N倍时，积分电容器C1需要花费N倍时间来累积特定量的电荷，从而使得积分电容器C1的电容看起来乘以了系数N。然而，该实施例使用两个电荷泵来实现电容倍增。第二个电荷泵使用了附加的IC面积，并导致增大的功耗和增大的成本。而且，由于两个电荷泵之间的失配，电容倍增系数以及PLL阻尼系数不能被精确地控制。而且，第二个电荷泵将导致PLL电路的附加噪声。
技术实现思路
在一些实施例中，本专利技术提供了针对采用一个电荷泵和数字配置的回路滤波器的电荷泵PLL电容倍增的系统和方法。阻挡电路被配置成允许相位误差脉冲的1/N部分对积分电容器C1充电或放电，其中N是整数。由于阻挡电路阻挡了相位误差脉冲的(N-1)/N部分，电荷泵在N大于1时花费了N倍时间或比N倍更长来将积分电容器C1充电或放电至特定量的电荷。因此，具有电容C的积分电容器C1看起来具有电容NxC。在具体实施例中，电荷泵锁相环被布置成包括：相位检测器，其被配置成至少部分地基于基准时钟信号的相位与反馈信号的相位的比较来产生相位误差信号；电荷泵，其被配置成将相位误差信号转换成充电电流信号；数控回路滤波器，其被配置成接收充电电流信号和相位误差信号，并且利用充电电流信号的1/N部分对积分电容器进行充电或放电，以产生控制电压，N是大于1的整数。积分电容器的电容看起来大致是积分电容器的实际电容的N倍。电荷泵锁相环进一步包括压控振荡器，其被配置成接收控制电压并根据控制电压调节时钟信号，其中反馈信号至少部分地基于来自压控振荡器的时钟信号。在一些实施例中，提供了一种用于电荷泵锁相环电路的电容倍增方法。所述方法包括：检测基准时钟与从压控振荡器的输出时钟信号得到的信号之间的相位差；至少部分地基于该相位差将相位误差信号转换成充电电流信号；利用充电电流信号的1/N部分对积分电容器进行充电或放电以产生控制电压，N是大于1的整数。积分电容器具有电容C，而且锁相环操作起来如同积分电容器的电容大致是C的N倍。所述方法还包括将控制电压提供给压控振荡器以控制输出时钟信号。根据其它实施例一种为电荷泵锁相环提供电容倍增的数控回路滤波器包括阻挡电路，其被配置成至少部分地基于包括大于1的整数的阻挡系数以及相位误差信号的出现来产生阻挡信号。相位误差信号至少部分地基于基准时钟与从压控振荡器的时钟输出得到的信号之间的相位差。数控回路滤波器进一步包括回路滤波器，其被配置成至少部分地基于相位误差信号来阻挡电流的一部分对积分电容器充电或放电。该部分至少部分地基于阻挡系数。电荷泵锁相环操作使得积分电容器的电容包括积分电容器的实际电容的大致系数倍。附图说明将参考附图来描述实现本专利技术的各种特征的总体结构。附图及相关描述被提供用于说明本专利技术的实施例，而不是限制本专利技术的范围。在整个附图中，参考标号被重复使用来表示参考的元素之间的对应关系。图1图示出根据具体实施例的具有采用一个电荷泵和数控回路滤波器的电荷倍增的示例性电荷泵PLL的框图。图2图示出根据具体实施例的图1的电荷泵PLL中使用的示例性数控回路滤波器的框图。图2A图示出根据具体实施例的图2的数控回路滤波器中使用的示例性阻挡电路的框图。图3是图示出根据具体实施例的图2的数控回路滤波器中使用的示例性阻挡电路的功能的时序图。图4图示出根据具体实施例的图2的数控回路滤波器中使用的示例性回路滤波器的框图。图5是图示出根据其它具体实施例的另一示例性阻挡电路的功能的时序图。图5A图示出根据具体实施例的图2的数控回路滤波器中使用的另一示例性阻挡电路的框图。图6是来自传统锁相环的VCO控制电压和来自根据具体实施例的具有一个电荷泵和数控回路滤波器的示例性电荷倍增PLL的VCO控制电压的示图。具体实施方式本专利技术提供了针对锁相环(PLL)采用一个电荷泵和数控回路滤波器的电容倍增的系统和方法。实施例采用以时分模式操作的数控回路滤波器。回路滤波器的实施例根据数字控制阻挡来自电荷泵的电流，以使得在数字控制启动时电荷泵不能对积分电容器充电或放电。因此，电荷泵将花费更多的时间来将电容器充电或放电至特定电平。这样，电容器看起来比其实际值更大。为了便于更详细地了解本专利技术，现参考图1。图1图示出具有采用一个电荷泵的电荷倍增的示例性电荷泵锁相环电路(PLL)100的框图。PLL100包括相位检测器(PD)102、电荷泵(CP)104、包括积分电容器C1的数控回路滤波器(DCLF)106、以及压控振荡器(VCO)108。PLL100进一步包括分频系数为M的可选分频器110，如本领域技术人员从本文的公开可以知道的，当时钟输出的频率倍增是期望的时PLL100中可包括可选分频器110。相位检测器102接收基准时钟信号和从VCO108得到的反馈信号，并且比较基准信号的相位和反馈信号的相位。根据比较，相位检测器102产生相位误差信息信号(高(UP)信号和低(DOWN)信号之一)，其中相位误差信息信号表示基准时钟信号与压控振荡器108的时钟输出之间的相位差幅值。而且，启动信号(高信号和低信号之一)表示与基准信号相比VCO时钟输出信号是否太快或太慢。例如，DOWN信号表示VCO时钟输出信号与基准信号相比太快，UP信号表示VCO时钟输出信号与基准信号相比太慢。如果基准时钟信号与反馈信号之间的相位差小于与定量，使得该相位差可被认为大致为零，则相位检测器102不产生UP信号或DOWN信号。在实施例中，相位误本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电荷泵锁相环，包括：相位检测器，其被配置成至少部分地基于基准时钟信号的相位与反馈信号的相位的比较来产生相位误差信号；电荷泵，其被配置成将相位误差信号转换成充电电流信号；数控回路滤波器，其被配置成接收充电电流信号和相位误差信号，并且利用充电电流信号的1/N部分对积分电容器进行充电或放电，以产生控制电压，N是大于1的整数；以及压控振荡器，其被配置成接收控制电压并根据控制电压调节时钟信号，反馈信号至少部分地基于来自压控振荡器的时钟信号。

【技术特征摘要】
2013.03.11 US 13/793,4381.一种电荷泵锁相环，包括：相位检测器，其被配置成至少部分地基于基准时钟信号的相位与反馈信号的相位的比较来产生相位误差信号；电荷泵，其被配置成将相位误差信号转换成充电电流信号；数控回路滤波器，其被配置成接收充电电流信号和相位误差信号，并且利用充电电流信号的1/N部分对积分电容器进行充电或放电，以产生控制电压，N是大于1的整数；以及压控振荡器，其被配置成接收控制电压并根据控制电压调节时钟信号，反馈信号至少部分地基于来自压控振荡器的时钟信号。2.根据权利要求1所述的电荷泵锁相环，其中数控回路滤波器阻挡充电电流信号的(N-1)/N部分对积分电容器进行充电或放电。3.根据权利要求1所述的电荷泵锁相环，其中积分电容器的电容呈现出积分电容器的实际电容的N倍。4.根据权利要求1所述的电荷泵锁相环，其中电荷泵包括单个电荷泵。5.根据权利要求1所述的电荷泵锁相环，其中数控回路滤波器包括配置成阻挡相位误差信号的(N-1)/N部分的阻挡电路。6.根据权利要求5所述的电荷泵锁相环，其中数控回路滤波器进一步包括回路滤波器，所述回路滤波器被配置成在相位误差信号未被阻挡时对积分电容器充电或放电，以及在相位误差信号被阻挡时断开积分电容器与充电电流信号的电连接。7.根据权利要求1所述的电荷泵锁相环，其中数控回路滤波器以时分模式工作，并且至少部分地基于N来产生数字控制信号以将充电电流信号从积分电容器阻挡开。8.一种电容倍增方法，所述电容倍增方法用于电荷泵锁相环电路，所述方法包括：检测基准时钟与从压控振荡器的输出时钟信号得到的信号之间的相位差；至少部分地基于该相位差将相位误差信号转换成充电电流信号；利用充电电流信号的1/N部分对积分电容器进行充电或放电以产生控制电压，N是大于1的整数；以及将控制电压提供给压控振荡器以控制输出时钟信号。9.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：高亭，严杰锋，
申请(专利权)人：亚德诺半导体技术公司，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛;BM