一种数模双环混合控制结构的锁相环制造技术

本发明专利技术公开了一种数模双环混合控制结构的锁相环，包括：数字控制环路，模拟控制环路，环路切换控制电路，数模混合控制振荡器和分频器；其中：数字控制环路用于实现频率的初步锁定，模拟控制环路用于频率微调和相位锁定，环路切换控制电路用于根据模拟控制环路输出的模拟控制信号的大小来控制数字环路和模拟环路之间的相互切换；数模混合控制振荡器根据数字控制环路或者模拟控制环路输出的控制信号来输出相应的振荡频率，且由分频器分频后再输入至数字控制环路与模拟控制环路。该锁相环具有频率调节范围宽、锁频精度高、功耗低、面积小、设计简单等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种数模双环混合控制结构的锁相环
本专利技术涉及半导体集成电路领域，尤其涉及一种数模双环混合控制结构的锁相环。
技术介绍
锁相环(PhaseLockedLoop,PLL)作为集成电路芯片中的一个基本功能宏单元，被广泛用作无线通讯和微处理器以及数字系统的时钟电路。为适应工艺提升和应用系统频率范围的拓宽，人们一直在不断针对锁相环的工作频率和锁频范围、功耗、噪声特性、锁定速度、芯片面积、工艺成本和设计成本等方面进行改进。对锁相环电路的研究主要包含两个方面，一方面在原有PLL结构的基础上探索出了很多新颖的、性能优越的子电路模块结构，主要体现在新型鉴频鉴相器、电荷泵和压控振荡器的设计上：另一方面，锁相环路也不再局限于传统电荷泵锁相环(ChargePumpPhaseLockedLoop,CPPLL)结构，延迟锁相环DLL(DelayLockedLoop)、数字锁相环(DigitalPhaseLockedLoop,DPLL)，全数字锁相环(ADPLL)等新结构不断涌现。随着CMOS工艺特征尺寸的不断减小，大大提高了集成电路的设计复杂度，传统的设计方法难以满足高性能、低功耗、低成本、短周期等要求。电路单元模块化和可重用的设计理念打破了传统设计方法的局限，提高了电路设计效率。工艺的发展和集成度的提高使系统最高时钟达到了吉赫兹以上量级，应用系统有不同数量级的时钟频率要求。数字锁相环虽然适应很大的频率范围，但由于环路由离散的数字信号控制，存在频率锁定精度低的缺点；而传统的模拟锁相环锁定精度高但存在锁定频率范围窄的缺点。目前，一个既能适应宽频率范围又达到较高频率精度的锁相环，总是存在着诸如电路复杂度高、面积大或功耗大等不同种类的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种数模双环混合控制结构的锁相环，具有频率调节范围宽、锁频精度高、功耗低、面积小、设计简单等优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种数模双环混合控制结构的锁相环，包括：数字控制环路，模拟控制环路，环路切换控制电路，数模混合控制振荡器和分频器；其中：数字控制环路用于实现频率的初步锁定，模拟控制环路用于频率微调和相位锁定，环路切换控制电路用于根据模拟控制环路输出的模拟控制信号的大小来控制数字环路和模拟环路之间的相互切换；数模混合控制振荡器根据数字控制环路或者模拟控制环路输出的控制信号来输出相应的振荡频率，且由分频器分频后再输入至数字控制环路与模拟控制环路。所述数字控制环路包括：前置低频分频器、鉴频器、数字环路开关与数字滤波器；其中：所述前置低频分频器分别与鉴频器以及数字滤波器相连，鉴频器、数字环路开关与数字滤波器依次相连；所述前置低频分频器对输入参考时钟信号fref分频，产生fs信号用作鉴频器和数字滤波器的工作时钟；所述鉴频器将输入参考信号fref和分频器的反馈信号fb的频率差转化成数字信号Xn，当数字环路开关导通时，所述数字滤波器对输入的数字信号Xn进行滤波处理，输出数字控制信号Yn来控制数模混合控制振荡器的振荡频率。所述模拟控制环路包括：依次连接的鉴频鉴相器、电荷泵与模拟滤波器。所述环路切换控制电路用于根据模拟控制环路输出的控制信号的大小来控制数字环路和模拟环路之间的相互切换包括：模拟控制环路检测模拟控制环路输出的模拟控制信号Va，当Va小于Vn或Va大于Vp，其中Vn与Vp均为预设值，且Vn<Vp，则输出数字控制环路的控制信号EN为有效电平，使得数字控制环路中的数字环路开关导通，此时数字控制环路工作，模拟控制环路断开，数模混合控制振荡器的模拟控制信号V被置为Vn或Vp；当数字控制环路控制，使反馈信号fb频率锁定到接近参考信号fref频率的范围后，模拟控制信号Va会被调节到大于Vn且小于Vp的范围内，此时输出数字控制环路的控制信号EN会变为无效电平，数字控制环路断开，数字控制环路中数字滤波器输出的数字控制信号Yn将保持不变，同时数模混合控制振荡器的模拟控制信号端通过被开启的传输门连接到Va。所述环路切换控制电路包括：第一与第二比较器、传输门、反相器、与门、PMOS管以及NMOS管；其中：第一比较器的同相输入端接偏置输入电压信号Vp，反相输入端接模拟控制环路输出的模拟控制信号Va，输出端输出Vp与Va的比较结果；第二比较器的同相输入端接偏置输入电压信号Vn，反相输入端接模拟控制环路输出的模拟控制信号Va，输出端输出Vn与Va的比较结果；传输门的输入端接模拟控制环路输出的模拟控制信号Va，输出接数模混合控制振荡器以控制信号V，正相控制端接第一比较器的输出，反相控制端接第二比较器cmp2的输出；所述反相器的输入端接第二比较器的输出，输出端接所述与门的一个输入；与门的另一个输入接第一比较器的输出，与门输出为数字控制环路的控制信号EN，控制数字控制环路中的数字环路开关；PMOS管源极接偏置输入电压信号Vp，栅极接第一比较器的输出，漏极与所述NMOS管的漏极接接数模混合控制振荡器的模拟控制电压V；所述NMOS管的栅极接第二比较器的输出，源极接偏置输入电压信号Vn。所述数模混合控制振荡器包括一个解码器和四个全差分的延迟单元；其中，所述解码器的输入接模拟控制环路输出的数字信号Yn，解码后输出的数字控制信号D0、D1、D2、……、D4n+3输入至相应的延迟单元；第一延迟单元、第二延迟单元、第三延迟单元完全相同，均为双端输入双端输出，延迟时间只受数字控制信号控制；第四延迟单元的延迟时间受数字控制信号和模拟控制信号混合控制；所述第一延迟单元的正相输入Vi+接第四延迟单元的正相输出Vo+，反相输入Vi-接第四延迟单元的反相输出Vo-；正相输出O+接第二延迟单元的反相输入Vi-，反相输出Vo-接第二延迟单元的正相输出Vi+；数字控制信号端口C0、C1、……、Cn分别接数字控制信号D0、D4、……、D4n信号；第二延迟单元的正相输出Vo+接第三延迟单元的反相输入Vi-，反相输出Vo-接第三延迟单元的正相输出Vi+；数字控制信号端口C0、C1、……、Cn分别接数字控制信号D1、D5、……、D4n+1；第三延迟单元的正相输出Vo+接第四延迟单元的反相输入Vi-，反相输出Vo-接第四延迟单元的正相输出Vi+；数字控制信号端口C0、C1、……、Cn分别接数字控制信号D2、D6、……、D4n+2；第四延迟单元的数字控制信号端口C0、C1、……、Cn分别接数字控制信号D3、D7、……、D4n+3，模拟信号控制端口Vc接环路切换控制电路输出的模拟控制信号。所述第一延迟单元、第二延迟单元、第三延迟单元以及第四延迟单元均包括：第一与第二PMOS管、第一与第二NMOS管，以及数字信号控制单元；其中：第一与第二PMOS管，以及第一与第二NMOS管组成差分反相器；第一PMOS管和第二PMOS管的源极接电源电压VDD，第一PMOS管的栅极接正相输入端Vi+，第二PMOS管的栅极接反相输入端Vi-，第一PMOS管的漏极、第一NMOS管的漏极与第二NMOS管的栅极一起连接到反相输出端Vo-，第二PMOS管的漏极、第二NMOS管的漏极与第一NMOS管的栅极一起接到正相输出Vo+，第一NMOS管和第二NMOS管的源极接地GND；数字信号控制单元由2n个NMOS管和2n个电容组成，一个NMOS管与一个电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数模双环混合控制结构的锁相环，其特征在于，包括：数字控制环路，模拟控制环路，环路切换控制电路，数模混合控制振荡器和分频器；其中：数字控制环路用于实现频率的初步锁定，模拟控制环路用于频率微调和相位锁定，环路切换控制电路用于根据模拟控制环路输出的模拟控制信号的大小来控制数字环路和模拟环路之间的相互切换；数模混合控制振荡器根据数字控制环路或者模拟控制环路输出的控制信号来输出相应的振荡频率，且由分频器分频后再输入至数字控制环路与模拟控制环路。

【技术特征摘要】
1.一种数模双环混合控制结构的锁相环，其特征在于，包括：数字控制环路，模拟控制环路，环路切换控制电路，数模混合控制振荡器和分频器；其中：数字控制环路用于实现频率的初步锁定，模拟控制环路用于频率微调和相位锁定，环路切换控制电路用于根据模拟控制环路输出的模拟控制信号的大小来控制数字环路和模拟环路之间的相互切换；数模混合控制振荡器根据数字控制环路或者模拟控制环路输出的控制信号来输出相应的振荡频率，且由分频器分频后再输入至数字控制环路与模拟控制环路。2.根据权利要求1所述的一种数模双环混合控制结构的锁相环，其特征在于，所述数字控制环路包括：前置低频分频器、鉴频器、数字环路开关与数字滤波器；其中：所述前置低频分频器分别与鉴频器以及数字滤波器相连，鉴频器、数字环路开关与数字滤波器依次相连；所述前置低频分频器对输入参考时钟信号fref分频，产生fs信号用作鉴频器和数字滤波器的工作时钟；所述鉴频器将输入参考信号fref和分频器的反馈信号fb的频率差转化成数字信号Xn，当数字环路开关导通时，所述数字滤波器对输入的数字信号Xn进行滤波处理，输出数字控制信号Yn来控制数模混合控制振荡器的振荡频率。3.根据权利要求1所述的一种数模双环混合控制结构的锁相环，其特征在于，所述模拟控制环路包括：依次连接的鉴频鉴相器、电荷泵与模拟滤波器。4.根据权利要求1所述的一种数模双环混合控制结构的锁相环，其特征在于，所述环路切换控制电路用于根据模拟控制环路输出的控制信号的大小来控制数字环路和模拟环路之间的相互切换包括：模拟控制环路检测模拟控制环路输出的模拟控制信号Va，当Va小于Vn或Va大于Vp，其中Vn与Vp均为预设值，且Vn<Vp，则输出数字控制环路的控制信号EN为有效电平，使得数字控制环路中的数字环路开关导通，此时数字控制环路工作，模拟控制环路断开，数模混合控制振荡器的模拟控制信号V被置为Vn或Vp；当数字控制环路控制，使反馈信号fb频率锁定到接近参考信号fref频率的范围后，模拟控制信号Va会被调节到大于Vn且小于Vp的范围内，此时输出数字控制环路的控制信号EN会变为无效电平，数字控制环路断开，数字控制环路中数字滤波器输出的数字控制信号Yn将保持不变，同时数模混合控制振荡器的模拟控制信号端通过被开启的传输门连接到Va。5.根据权利要求1或4所述的一种数模双环混合控制结构的锁相环，其特征在于，所述环路切换控制电路包括：第一与第二比较器、传输门、反相器、与门、PMOS管以及NMOS管；其中：第一比较器的同相输入端接偏置输入电压信号Vp，反相输入端接模拟控制环路输出的模拟控制信号Va，输出端输出Vp与Va的比较结果；第二比较器的同相输入端接偏置输入电压信号Vn，反相输入端接模拟控制环路输出的模拟控制信号Va，输出端输出Vn与Va的比较结果；传输门的输入端接模拟控制环路输出的模拟控制信号Va，输出接数模混合控制振荡器以控制信号V，正相控制端接第一比较器的输出，反相控制端接第二比较器cmp2的输出；所述反相器的输入端接第二比较器的输出，输出端接所述与门的一个输入；与门的另一个输入接第一比较器的输出，与门输出为数字控制环路的控制信号EN，控制数字控制环路中的数字环路开关；PMOS管源极接偏置输入电...

【专利技术属性】
技术研发人员：程立，黄鲁，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34