一种双环路频率综合器及其相位噪声分析方法。该双环路频率综合器包含粗调环路和细调环路，所述粗调环路包括依次连接的鉴频鉴相器、电荷泵、滤波电容、压控振荡器和可编程除法器。所述细调环路包括依次连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和可编程除法器，其中，所述鉴频鉴相器、压控振荡器和可编程除法器与所述粗调环路共用。所述双环路频率综合器的相位噪声分析方法通过得到粗调支路、细调支路以及公共环路的传递函数进而得到所述的双环路频率综合器中的每个噪声源的噪声传递函数，该方法得到的双环路频率综合器的相位噪声比相同条件下的单环路频率综合器的相位噪声更低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种频率综合器，特别是一种。
技术介绍
频率综合器是用于产生稳定、高精度的一系列频率的装置。常见的频率综合器有 两种基于锁相环(PLL)的频率综合器和直接数字频率综合器。其中，基于锁相环的频率综 合器具有低成本和高性能的特点，尤其适用于高频综合，已经广泛应用于高速数字系统、数 字移动通讯设备和高精度控制系统中来产生准确频率的时钟信号和高频载波信号。 如图1所示，为典型的基于锁相环的频率综合器的结构示意图，它由五部分构成， 分别是分频器(DIV)、鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(LF)和压控振荡器 (VC0)。其中，PFD用于比较参考时钟clk_ref和反馈时钟clk_fb之间的频率和相位，然后 输出标志频率大小和相位差的一定宽度的脉冲信号up和dn ;该脉冲经过CP后被转换为电 流信号，然后经由LF低通滤波，转换为平滑的电压信号vc ;该电压控制VCO使其输出相应 的频率信号f。ut，此频率同时也是整个锁相环的输出频率；DIV用于将VCO的输出频率分频 后再输入给PFD进行比较，从而实现负反馈的环路。整个环路处于稳定工作状态时，VCO的 输出频率是参考频率和DIV分频值N的乘积，且其相位和参考频率的相位相对应，通过调整 分频值N的大小，可以调整VCO输出的频率大小。 在集成频率综合器中，需要面对一个问题，即器件的参数会随着工艺、电压和温度 (PVT)的变化而变化，它会导致VCO的输出频率偏移。特别是在GHz高频段工作时，VCO对 寄生参数非常敏感，PVT变化可能会使得VCO的振荡频率偏移到锁相环根本无法锁定的情 况。为了克服PVT变化带来的不良影响，一般需要VCO的频率调谐范围非常宽，即使频率向 上或向下偏移了，也能够覆盖到所需要的频点。此外，在宽带应用中，常常需要频率综合器 覆盖到多个频段，因而VCO的频率调谐范围也要非常宽。但是在一定的可调电压范围内，大 的VCO频率调谐范围意味着大的VC0增益，这对于频率综合器的相位噪声性能是很不利的。 当VCO的控制电压上有一个微小的变化时，VCO的输出频率变化就会有较大的变化，从而恶 化VC0自身的相位噪声贡献。同时，较大的VCO增益，也使得CP和LF的噪声到输出端的传 递函数变大，因而CP和LF在输出的噪声贡献变大。此外，随着工艺的进步，电源电压进一 步下降，为了覆盖一定的频率范围，就需要进一步提高VCO的增益，其所带来的不利因素就 更加明显。在这种情况下，具有两个或者多个输入控制端的VCO是比较合适的。 为了克服频率覆盖范围和VCO增益之间的矛盾，常常使用开关电容阵列来扩大频 率调谐范围而不增加VCO的增益。但是由于开关电容阵列中的开关是由MOS管构成，它们 的非理想效应，特别是寄生电容和寄生电阻的存在，会影响到VCO的振荡频率，这种影响在 高频工作时尤为明显。此外，开关电容阵列中的开关多是外部手动控制，如果要集成在频率 综合器内部，实现完全的自动频率锁定，则需要一个比较复杂的自适应频率控制(AFC)电 路，来检测VCO的振荡频率，将它与参考时钟的振荡频率比较，再根据比较结果来逐次逼近地调整控制开关的状态，最终达到比较合适的开关状态组合。尽管如此，利用开关电容阵列 来扩展调谐范围的方法，所能实现的频率扩展程度还是有限。太多的开关电容阵列，不论是 布线还是寄生效应，都不可接受。 综上，研究如何既能克服PVT变化带来的影响，满足频率覆盖的要求，又能保证相 位噪声性能，并且实现结构简单，对于宽带频率综合器，尤其是高频低电压宽带高性能的频 率综合器，是非常有意义的。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术公开了一种双环路频率综合器，包含粗调环路和细调环 路，所述粗调环路包括依次连接的鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、滤波电容、压控振荡器 (VC0)和可编程除法器(DIV)。 所述细调环路包括依次连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器(LF)、压控振荡 器和可编程除法器，其中，所述鉴频鉴相器、压控振荡器和可编程除法器与所述粗调环路共 用；所述压控振荡器具有第一控制端和第二控制端，其中第一控制端提供给粗调环路，第二 控制端提供给细调环路；所述压控振荡器的第一控制端为单端控制端或差分控制端；所述 压控振荡器的第二控制端为单端控制端或差分控制端；所述压控振荡器于粗调环路和细调 环路上各具有一个电压_频率转换增益，其中粗调环路的电压_频率转换增益大于细调环 路的电压_频率转换增益；所述粗调环路单独工作时该双环路频率综合器为非稳态系统， 所述细调环路单独工作时该双环路频率综合器为稳态系统；所述粗调环路和细调环路共同 工作时该双环路频率综合器为稳态系统。 本专利技术的另一 目的是提供一种双环路频率综合器的相位噪声分析方法，该方法包 含如下步骤 (1)提取双环路频率综合器中每个噪声源的等效噪声源； (2)分别得到闭环时粗调支路起点、细调支路起点和公共环路起点到输出端的传 递函数，其中，所述粗调支路是指所述粗调环路中与所述细调环路不共用的部分，所述细调 支路是指所述细调环路中与所述粗调环路不共用的部分，所述公共环路是指所述粗调环路 与细调环路共用的部分； (3)分别得到粗调支路、细调支路和公共环路中每个等效噪声源到输出端的噪声 传递函数； (4)得到双环路频率综合器在输出端的总相位噪声。 其中，步骤(1)中所述噪声源的等效噪声源为噪声源的等效电流、电压或相位噪 声；步骤(3)中所述粗调支路的等效噪声源到输出端的噪声传递函数等于所述粗调支路的 起点到所述输出端的传递函数除以所述粗调支路的起点到所述等效噪声源的传递函数；步 骤(3)中所述细调支路的等效噪声源到输出端的噪声传递函数等于所述细调支路的起点 到所述输出端的传递函数除以所述细调支路的起点到所述等效噪声源的传递函数；步骤 (3)中所述公共环路的等效噪声源到输出端的噪声传递函数等于所述公共环路的起点到所 述输出端的传递函数除以所述公共环路的起点到所述等效噪声源的传递函数；步骤(4)中 所述总相位噪声的计算方法为，将所述粗调支路、细调支路和公共环路的每个等效噪声源 的功率谱密度分别乘以每一个等效噪声源到输出端的噪声传递函数的模的平方后相加得到总相位噪声。 本专利技术的有益效果在于，本专利技术所提供的双环路频率综合器不仅能够利用较低的 VC0增益得到较好的相位噪声特性，又能够利用较高的VC0增益满足宽带频率覆盖的要求， 使得在单环路频率综合器中难以同时满足的要求同时得到了满足。并且，所述的双环路频 率综合器实现简单，只需要在单环路频率综合器的基础上，添加一个电荷泵， 一个大电容， 和一个VCO的控制端即可实现。 依照所述的双环路频率综合器的相位噪声分析方法，本专利技术所提供的双环路频率 综合器的相位噪声主要由所述的细调环路决定，而所述的粗调环路的相位噪声贡献小到可 以忽略。并且，本专利技术所提供的双环路频率综合器中，所述的粗调环路还能够降低所述的细 调环路的相位噪声，使得所述的双环路频率综合器的相位噪声优于单环路频率综合器(细 调环路单独工作)的相位噪声。附图说明 图1为现有技术中基于锁相环的频率综合器的结构示意图； 图2为本专利技术双环路频率综合器的第一种具体实施方式的结构示意图； 图3为本专利技术双环路本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双环路频率综合器，包含粗调环路和细调环路，其特征在于，所述粗调环路包括依次连接的鉴频鉴相器、电荷泵、滤波电容、压控振荡器和可编程除法器。
【技术特征摘要】
一种双环路频率综合器，包含粗调环路和细调环路，其特征在于，所述粗调环路包括依次连接的鉴频鉴相器、电荷泵、滤波电容、压控振荡器和可编程除法器。2. 根据权利要求1所述双环路频率综合器，其特征在于，所述细调环路包括依次连接 的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和可编程除法器，其中，所述鉴频鉴相器、 压控振荡器和可编程除法器与所述粗调环路共用。3. 根据权利要求1所述双环路频率综合器，其特征在于，所述压控振荡器具有第一控 制端和第二控制端，其中第一控制端提供给粗调环路，第二控制端提供给细调环路。4. 根据权利要求3所述双环路频率综合器，其特征在于，所述压控振荡器的第一控制 端为单端控制端或差分控制端。5. 根据权利要求3所述双环路频率综合器，其特征在于，所述压控振荡器的第二控制 端为单端控制端或差分控制端。6. 根据权利要求1所述双环路频率综合器，其特征在于，所述压控振荡器于粗调环路 和细调环路上各具有一个电压_频率转换增益，其中粗调环路的电压_频率转换增益大于 细调环路的电压_频率转换增益。7. 根据权利要求1所述双环路频率综合器，其特征在于，所述粗调环路单独工作时该 双环路频率综合器为非稳态系统，所述细调环路单独工作时该双环路频率综合器为稳态系 统。8. 根据权利要求1所述双环路频率综合器，其特征在于，所述粗调环路和细调环路共 同工作时该双环路频率综合器为稳态系统。9. 一种如权利要求1所述的双环路频率综合器的相位噪声分析方法，其特征在于，包 含如下步骤(1) 提取双环路频率综合器中每个噪声源的等效噪声源；(2) 分别得到闭环时粗调支路起点、细调支路起点和公共环路起点到输出端的传递函 数...
【专利技术属性】
技术研发人员：任俊彦，陈丹凤，傅海鹏，李巍，叶凡，李宁，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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