一种能够实现快速锁定的锁相环制造技术

本发明专利技术公开一种能够实现快速锁定的锁相环，包括波形展宽鉴频鉴相器、数字辅助鉴相器、电荷泵、滤波器、VCO和分频器；本发明专利技术通过展宽UP或者DN的脉冲宽度实现了更大的增益，同时由于提出了一种新的锁定方式，在传统大小带宽的基础上加入了新的判别：相位误差是否超过π，在相位误差是否超过π时的滤波器结构不同，在增大电流实现更大带宽的时候不用考虑环路稳定性，从而在原来的基础上实现更大的电流，上限更高，增益更大，同时由于提前进入相位追踪阶段，对电容的充电速度加快，建立时间加快，另外，切换带宽的同时切换电阻可以实现阻尼系数保持不变，不会影响环路稳定性，鲁棒性更好，在保证带宽小，性能好的情况下实现快速锁定。性能好的情况下实现快速锁定。性能好的情况下实现快速锁定。

【技术实现步骤摘要】
一种能够实现快速锁定的锁相环


[0001]本专利技术涉及相位锁定环路
，尤其涉及一种能够实现快速锁定的锁相环。

技术介绍

[0002]基于锁相环(PLL)的频率合成器是各种应用中的重要组成部分，尤其是在通信系统中，频率合成器需要具有良好的相位噪声，抖动，杂散性能，同时，锁定时间也是一项重要的设计要求，能够实现快速锁定的锁相环在需要实现跳频操作的系统中尤其重要，锁相环是二阶阻尼系统，稳定时间由时间常数决定，与环路带宽成反比，当环路带宽增加时，建立时间会减少，但当频率较高，分频比较大时，增加带宽会增加带内噪声。
[0003]现有技术中，PLL的锁定过程分为两部分，一部分为频率锁定过程，另外一部分为相位锁定过程，如果在频率锁定过程中加大电荷泵的增益，在相位锁定过程中恢复电荷泵的增益就可以在不影响带宽的情况下减少频率锁定过程的时间，从而减少锁定时间。如图1所示，典型的双环路PFD/CP的电路结构主要包含粗调PFD/CP(鉴频鉴相器)、细调PFD/CP、滤波器、压控振荡器(VCO)以及分频器，其中粗调PFD/CP在频率锁定过程中使用，比较参考信号与分频信号的相位，将相位差比例转换为电流，细调PFD/CP在相位锁定过程中使用，比较参考信号与分频信号的相位，将相位差比例转换为电流，滤波器将电荷泵产生的电流转换为VCO的控制电压，同时滤除控制电压上面的高频成分，减少纹波，VCO根据滤波器产生的控制电压产生对应的频率信号分频器将VCO产生的高频信号转换为低频信号。
[0004]上述典型的双环路PFD/CP的电路结构的主要思路是在频率锁定过程中使用粗调的PFD/CP，加大电荷泵的增益从而加大带宽，加快锁定时间，但是此PFD/CP的盲区较大，当相位误差减小到一定值时，就会不工作，此时细调的PFD/CP开始起作用直到相位误差减小至零，但该双环路PFD/CP的电路结构复杂，有两个PFD/CP，需要合理设置盲区的值，设计繁琐，且不能够保证锁定过程中的稳定性，鲁棒性较差，还需要考虑相位裕度和阻尼系数等参数的变化，上限较低，即能够减少的锁定时间有限，因此，本专利技术提出一种能够实现快速锁定的锁相环以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种能够实现快速锁定的锁相环，解决现有技术中锁相环结构复杂，设计繁琐，因不能保证锁定过程中的稳定性而导致鲁棒性较差以及能够减少的锁定时间有限的问题。
[0006]为了实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种能够实现快速锁定的锁相环，包括波形展宽鉴频鉴相器、数字辅助鉴相器、电荷泵、滤波器、VCO和分频器，所述电荷泵为可切换电荷泵，所述滤波器为可切换滤波器，所述波形展宽鉴频鉴相器和数字辅助鉴相器接收参考信号以及来自分频器的分频信号，所述数字辅助鉴相器产生MODE信号改变电荷泵电流大小和滤波器来实现带宽切换，所述波形展宽鉴频鉴相器通过将UP信号或DN信号的波形展宽来增加电荷泵增益，同时产生SW1信号发送至滤波器来实现滤波器切换，所
述滤波器改变环路的锁定过程并使环路提前进入相位锁定过程，同时保证切换滤波器时的阻尼系数不变，所述滤波器的输出端与VCO的输入端连接，所述VCO的输出端与分频器的输入端连接。
[0007]进一步改进在于：所述波形展宽鉴频鉴相器由四个部分组成，分别为：鉴相部分、判断超前与落后部分、判断相位误差是否超过π部分以及波形扩展部分。
[0008]进一步改进在于：所述鉴相部分用三态门鉴频鉴相器，比较VREF信号与VDIV信号的上升沿，产生对应的QA与QB信号。
[0009]进一步改进在于：所述判断超前与落后部分用于判断是VREF超前或落后，利用QB采样QA，若为高电平则VREF信号超前，若为低电平则VDIV信号超前，针对MODE信号使能，若MODE信号为高则打开，若MODE信号为低则输出低电平。
[0010]进一步改进在于：所述判断相位误差是否超过π部分用于判断VREF信号与VDIV信号之间是否超过π，同时输出SW1信号，利用QB采样VREF信号，若开关信号为高电平则超过π，否则不超过π。
[0011]进一步改进在于：所述数字辅助鉴相器用于产生切换大小带宽的MODE信号，具体为：设定一个相位阈值τ,若VREF信号与VDIV信号之间的相位差超过τ,则MODE信号为高电平,否则为低电平。
[0012]进一步改进在于：所述电荷泵采用源级开关运放电荷泵，电流切换通过一个比例电流镜和MODEB控制信号实现，其中大电流是小电流的4倍，当MODEB控制信号为高电平时，两个电流镜同时工作，当MODEB信号为低电平时，只有一个电流镜工作。
[0013]进一步改进在于：所述滤波器采用一阶/二阶滤波器，并采用MODEB作为控制信号来切换滤波器电阻的大小，当环路带宽从大到小进行切换时，阻尼系数保持不变，同时采用SW1信号来进行一阶滤波器与二阶滤波器之间的切换。
[0014]本专利技术的有益效果为：本专利技术的锁相环结构简单明了，包括波形展宽鉴频鉴相器、数字辅助鉴相器、电荷泵、滤波器、VCO和分频器，通过展宽UP或者DN的脉冲宽度实现了更大的增益，同时由于提出了一种新的锁定方式，在传统大小带宽的基础上加入了新的判别：相位误差是否超过π，在相位误差是否超过π时的滤波器结构不同，在增大电流实现更大带宽的时候不用考虑环路稳定性，从而在原来的基础上实现更大的电流，上限更高，增益更大，同时由于提前进入相位追踪阶段，对电容的充电速度加快，建立时间加快，另外，切换带宽的同时切换电阻可以实现阻尼系数保持不变，不会影响环路稳定性，鲁棒性更好，相较于传统电路结构，打破了带宽、相位噪声和锁定时间之间的权衡，从而在保证带宽小，性能好的情况下实现快速锁定。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是本专利技术技术背景中的双环路PFD/CP的电路结构示意图；
[0017]图2是本专利技术实施例中的锁相环电路结构示意图；
[0018]图3是本专利技术实施例中的波形展宽鉴频鉴相器电路原理示意图；
[0019]图4是本专利技术实施例中的波形展宽鉴频鉴相器电路输出波形示意图；
[0020]图5是本专利技术实施例中的数字辅助鉴相器电路原理示意图；
[0021]图6是本专利技术实施例中的数字辅助鉴相器电路输出波形示意图；
[0022]图7是本专利技术实施例中的可切换电荷泵电路结构示意图；
[0023]图8是本专利技术实施例中的可切换滤波器电路结构示意图；
[0024]图9是本专利技术的实施例中的能够实现快速锁定的锁相环的锁定时间示意图；
[0025]图10是本专利技术的实施例中的传统锁相环的锁定时间示意图。
具体实施方式
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够实现快速锁定的锁相环，其特征在于：包括波形展宽鉴频鉴相器、数字辅助鉴相器、电荷泵、滤波器、VCO和分频器，所述电荷泵为可切换电荷泵，所述滤波器为可切换滤波器，所述波形展宽鉴频鉴相器和数字辅助鉴相器接收参考信号以及来自分频器的分频信号，所述数字辅助鉴相器产生MODE信号改变电荷泵电流大小和滤波器来实现带宽切换，所述波形展宽鉴频鉴相器通过将UP信号或DN信号的波形展宽来增加电荷泵增益，同时产生SW1信号发送至滤波器来实现滤波器切换，所述滤波器改变环路的锁定过程并使环路提前进入相位锁定过程，同时保证切换滤波器时的阻尼系数不变，所述滤波器的输出端与VCO的输入端连接，所述VCO的输出端与分频器的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种能够实现快速锁定的锁相环，其特征在于：所述波形展宽鉴频鉴相器由四个部分组成，分别为：鉴相部分、判断超前与落后部分、判断相位误差是否超过π部分以及波形扩展部分。3.根据权利要求2所述的一种能够实现快速锁定的锁相环，其特征在于：所述鉴相部分用三态门鉴频鉴相器，比较VREF信号与VDIV信号的上升沿，产生对应的QA与QB信号。4.根据权利要求2所述的一种能够实现快速锁定的锁相环，其特征在于：所述判断超前与落后部分用于判断是VREF超前或落后，利用QB采样QA，若为高电平则VREF信号超...

【专利技术属性】
技术研发人员：索浦桓，易凯，李晨，
申请(专利权)人：成都通量科技有限公司，
类型：发明
国别省市：