快速锁定的低抖动锁相环制造技术

本发明专利技术提供一种快速锁定的低抖动锁相环，采用基于双环的电荷泵锁相环，利用辅助相位误差检测与相位差增益放大模块

【技术实现步骤摘要】
快速锁定的低抖动锁相环


[0001]本专利技术涉及一种快速锁定的低抖动锁相环，属于集成电路

。

技术介绍

[0002]锁相环
PLL
被广泛应用于通信系统和时钟生成的处理器中
。
锁相环的功能和性能对整个系统的有着决定性作用
。
例如当
PLL
处于切换频率时，无法传输数据，所以
PLL
的锁定时间必须锁定得足够快，以免降低数据速率，并且快速锁定是低功耗的重要组成部分；相位噪声与抖动会影响着数据的误码等
。
因此锁相环需要具有良好的相位噪声
、
抖动与锁定时间
。
[0003]由于锁相环系统的相位噪声
、
相位抖动和稳定时间等性能与环路的传递函数密切相关，在锁定过程中，可以通过增加带宽来加快锁定时间，但是带宽的增加，相位噪声的性能也会变差
。
[0004]目前通过带宽切换技术来加快锁定时间，但是输出频率达到最终频率还有相位需要锁定，还会通过调频来继续进行相位锁定，从而会浪费锁定时间；随着
PVT(
工艺
、
电源电压
、
温度
)
的变化，构成环路传递函数的参数
(
电荷泵电流
、
振荡器增益等
)
会发生变化，这些都会恶化整个锁相环的输出噪声
。
[0005]如图1，对基于传统双环的电荷泵锁相环进行理论分析，其环路传递函数为：其中，
H
loop
为环路增益，
C
为电容，
S
为复频率，
A
i
为电压电流转换电路的转换增益，
N
为分频器的分频比，
I
cp1
与
I
cp2
为两条电荷泵支路的充放电电流，
K
CCO
为电流控制振荡器的流控增益
。
[0006]可以得到锁相环系统的环路带宽
w
‑
3dB
与阻尼因子
ξ
分别为：分别为：由上式可发现，环路带宽与阻尼因子和电荷泵电流
、
分频比
、
电容
、
流控增益等参数息息相关，而且可以发现环路带宽与电荷泵电流
I
cp1
无关，因此双环的电荷泵锁相环更适合对分别环路参数的控制，以加快锁相环的锁定速度并降低抖动
。
但是当环路带宽增加，锁定时间加快，参考频率等于反馈频率时相位误差并不为零，还需要进行调频来实现相位锁定，这会造成锁定时间变长
。
[0007]上述问题是在快速锁定的低抖动锁相环的设计过程中应当予以考虑并解决的问题
。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种快速锁定的低抖动锁相环解决现有技术中存在的在频率锁定的过程中相位误差较大
、
锁定时间较长，
PVT
变化对相位噪声与抖动的性能影响有待降低问题
。
[0009]本专利技术的技术解决方案是：
[0010]一种快速锁定的低抖动锁相环，采用基于双环的电荷泵锁相环，利用辅助相位误
差检测与相位差增益放大模块
APD&At
动态放大相位误差来加快频率的锁定速度，并通过控制分频比变化来调整参考时钟信号与反馈时钟信号在频率锁定的过程中保持相位误差最小化；包括鉴频鉴相器
PFD、
辅助相位误差检测与相位差增益放大模块
APD&At、
电压电流转换电路
V
‑
I、
分频器
DIV、
电流控制振荡器
CCO
和频率转电压模块
F
‑
V
，
[0011]鉴频鉴相器
PFD
：检测输入的参考时钟信号与来自分频器
DIV
的反馈时钟信号的频差或相差，并输出反映相位误差的
UP
信号和
DN
信号，直接控制电荷泵
I
cp2
的充放电时间；
[0012]辅助相位误差检测与相位差增益放大模块
APD&At
：对输入的
UP
信号和
DN
信号，动态放大相位误差，产生
UP1
信号与
DN1
信号来控制电荷泵
I
cp1
对电容
C
进行充放电的时间，并产生控制信号
S0
‑
S3
来控制电荷泵
I
cp2
的充电电流大小与控制分频器的分频比变化；
[0013]电压电流转换电路
V
‑
I
：将电容
C
的电压转为输出电流
I
I
，输出电流
I
I
与电荷泵
I
cp2
产生的电流相加得到电流
Ictr
；
[0014]电流控制振荡器
CCO
：由输入的电流
Ictr
来产生最终所需的输出时钟频率
Fout
；并将控制电压
V
c
按设定比例线性反馈电荷泵
I
cp2
，作为电荷泵
I
cp2
的电流，来实现带宽不随分频比的变化；
[0015]频率转电压模块
F
‑
V
：将输出时钟频率
Fout
转换为输出电压
V
f
并反馈到电流控制振荡器
CCO
构成闭环，来增加电流控制振荡器
CCO
的线性度，并检测输出频率来预启动电流控制振荡器
CCO
达到预定频率；
[0016]分频器
DIV
：对输出时钟频率
Fout
，依据辅助相位误差检测与相位差增益放大模块
APD&At
的分频比变化，产生反馈时钟信号并输出给鉴频鉴相器
PFD。
[0017]进一步地，辅助相位误差检测与相位差增益放大模块
APD&At
包括一个两输入异或门
、
四个可调延迟单元
、
四个
D
触发器
、
四个开关
、
一个六输入或门
、
两个两输入或非门构成的
RS
触发器
、
两个与门，
[0018]在六输入或门的使能信号
S4
为1时开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种快速锁定的低抖动锁相环，其特征在于：采用基于双环的电荷泵锁相环，利用辅助相位误差检测与相位差增益放大模块
APD&At
动态放大相位误差来加快频率的锁定速度，并通过控制分频比变化来调整参考时钟信号与反馈时钟信号在频率锁定的过程中保持相位误差最小化；具体包括鉴频鉴相器
PFD、
辅助相位误差检测与相位差增益放大模块
APD&At、
电压电流转换电路
V
‑
I、
分频器
DIV、
电流控制振荡器
CCO
和频率转电压模块
F
‑
V
，鉴频鉴相器
PFD
：检测输入的参考时钟信号与来自分频器
DIV
的反馈时钟信号的频差或相差，并输出反映相位误差的
UP
信号和
DN
信号，直接控制电荷泵
I
cp2
的充放电时间；辅助相位误差检测与相位差增益放大模块
APD&At
：对输入的
UP
信号和
DN
信号，动态放大相位误差，产生
UP1
信号与
DN1
信号来控制电荷泵
I
cp1
对电容
C
进行充放电的时间，并产生控制信号
S0
‑
S3
来控制电荷泵
I
cp2
的充电电流大小与控制分频器的分频比变化；电压电流转换电路
V
‑
I
：将电容
C
的电压转为输出电流
I
I
，输出电流
I
I
与电荷泵
I
cp2
产生的电流相加得到电流
Ictr
；电流控制振荡器
CCO
：由输入的电流
Ictr
来产生最终所需的输出时钟频率
Fout
；并将控制电压
V
c
按设定比例线性反馈电荷泵
I
cp2
，作为电荷泵
I
cp2
的电流，来实现带宽不随分频比的变化；频率转电压模块
F
‑
V
：将输出时钟频率
Fout
转换为输出电压
V
f
并反馈到电流控制振荡器
CCO
构成闭环，来增加电流控制振荡器
CCO
的线性度，并检测输出频率来预启动电流控制振荡器
CCO
达到预定频率；分频器
DIV
：对输出时钟频率
Fout
，依据辅助相位误差检测与相位差增益放大模块
APD&At
的分频比变化，产生反馈时钟信号并输出给鉴频鉴相器
PFD。2.
如权利要求1所述的快速锁定的低抖动锁相环，其特征在于：辅助相位误差检测与相位差增益放大模块
APD&At
包括一个两输入异或门
、
四个可调延迟单元
、
四个
D
触发器
、
四个开关
、
一个六输入或门
、
两个两输入或非门构成的
RS
触发器
、
两个与门，在六输入或门的使能信号
S4
为1时开始工作，鉴频鉴相器
PFD
产生携带相位误差的信号
UP
与信号
DN
通过异或门产生信号
T0
输出给六输入或门，并分别输出信号
T0
到四个
D
触发器的
D
输入端；且信号
T0
一路通过级联的四个可调延迟单元，分别生成信号
T1、
信号
T2、
信号
T3、
信号
T4
，以信号
T1、
信号
T2、
信号
T3、
信号
T4
的上升沿分别作为触发信号连接到分别连接四个
D
触发器的
CLK
端，以判断脉冲宽度，四个
D
触发器的的
Q
输出端分别连接开关
S0、S1、S2、S3
；鉴频鉴相器
PFD
产生携带相位误差的信号
UP
与信号
DN
输入到
RS
触发器上，用来判断参考时钟信号相位是超前还是滞后于反馈时钟信号；将信号
T1、
信号
T2、
信号
T3、
信号
T4
...

【专利技术属性】
技术研发人员：程双，张瑛，
申请(专利权)人：南京邮电大学南通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：