一種高速鎖相環(huán)電荷泵電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高速鎖相環(huán)電荷泵電路，包括：鑒相器、開關電容電路、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器，所述開關電容電路的前端與鑒相器連接，后端與環(huán)路濾波器和壓控振蕩器連接，所述開關電容電路中包含有兩個開關電容，所述鑒相器產(chǎn)生兩路相位控制信號，所述開關電容電路根據(jù)鑒相器的輸出和固定相同的充放電時間，取不同的充電電流和放電電流以控制壓控振蕩器的輸入電壓，當鎖相環(huán)穩(wěn)定鎖定時，通過調(diào)整充放電電流來控制充電電流和放電電流相等。通過上述方式，本發(fā)明提供的高速鎖相環(huán)電荷泵電路，在鎖相環(huán)穩(wěn)定的情況下不會對壓控振蕩器的輸入產(chǎn)生影響從而避免和輸入相關的干擾。設計中用開關電容實現(xiàn)相位到電流的轉(zhuǎn)換。
【專利說明】 一種高速鎖相環(huán)電荷泵電路

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎖相環(huán)的內(nèi)部電路，特別是涉及一種高速鎖相環(huán)電荷泵電路。

【背景技術】
[0002]請參閱圖1-圖4，現(xiàn)有技術的鎖相環(huán)電荷泵電路在對環(huán)路濾波器進行充放電以調(diào)整壓控振蕩器的輸入電壓的時，采取的方式是取相同的充電和放電電流值，根據(jù)鑒相器的輸出，取不同的充電和放電時間，以達到調(diào)整壓控振蕩器輸入電壓的目的。這種方式，由于充電和放電電流在設計時很難做到完全匹配相等，會導致在鎖相環(huán)鎖定的情況下產(chǎn)生和輸入相關的干擾，輸出時鐘頻譜上表現(xiàn)為和輸入相關的毛刺(reference spur)。
[0003]在圖2中，理想情況下PLL鎖定時，充放電電荷需相等，即總電荷變化為O以保證VCO的輸出穩(wěn)定。
[0004]在圖3中，實際情況中，由于充放電電流不一致，導致充放電時間不一樣。
[0005]在圖4中，由于充放電電流時間不一致，導致VCOin產(chǎn)生擾動，輸出時鐘頻譜產(chǎn)生和輸入相關的毛刺。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術問題是如何提供一種高速鎖相環(huán)電荷泵電路，在鎖相環(huán)穩(wěn)定的情況下不會對壓控振蕩器的輸入產(chǎn)生影響從而避免和輸入相關的干擾。設計中用開關電容實現(xiàn)相位到電流的轉(zhuǎn)換。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是:提供一種高速鎖相環(huán)電荷泵電路，包括:用于得到相位差的鑒相器、用于將相位差轉(zhuǎn)換為成比例電流的開關電容電路、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器，所述開關電容電路的前端與鑒相器連接，后端與環(huán)路濾波器和壓控振蕩器連接。
[0008]所述開關電容電路中包含有兩個開關電容，所述鑒相器產(chǎn)生兩路相位控制信號，根據(jù)相位信號實現(xiàn)開關電容充電或放電，所述開關電容電路根據(jù)鑒相器的輸出和固定相同的充放電時間，取不同的充電電流和放電電流以控制壓控振蕩器的輸入電壓，當鎖相環(huán)穩(wěn)定鎖定時，通過調(diào)整充放電電流來控制充電電流和放電電流相等。
[0009]在一個較佳實施例中，所述的開關電容電路中包含有兩路電流源，分別為第一電流源和第二電流源，所述的兩路電流源之間為并聯(lián)。
[0010]在一個較佳實施例中，所述的兩路相位控制信號分別為第一控制信號up和第二控制信號dn，鑒相器將兩路相位控制信號分別輸入開關電容電路以控制第一電流源和第二電流源。
[0011]在一個較佳實施例中，所述開關電容電路控制開關電容的充、放電，且產(chǎn)生第一控制信號UP和第二控制信號dn的電平，所述電平分別為第一控制電平Vup和第二控制電平Vdn0
[0012]在一個較佳實施例中，所述電容控制電路通過第一控制信號up和第二控制信號dn的低狀態(tài)使開關電容狀態(tài)為空，且通過開關電容放電令第一控制電平Vup和第二控制電平Vdn均為零。
[0013]在一個較佳實施例中，電容控制電路在開關電容充電狀態(tài)下，第一控制電平Vup和第二控制電平Vdn通過場效應管轉(zhuǎn)換為低通濾波器的充放電電流；且第一控制信號up和第二控制信號dn通過控制各自的充電時間以得到第一控制電平Vup和第二控制電平Vdn。
[0014]在一個較佳實施例中，通過鑒相器令第一控制信號up和第二控制信號dn同時變低，且通過復位信號，以相同的時間對低通濾波器進行充放電。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:采取固定充放電時間即充放電時間完全相同，根據(jù)鑒相器的輸出，取不同的充電和放電電流以達到調(diào)整壓控振蕩器輸入電壓的目的；由于充放電時間固定，鎖相環(huán)穩(wěn)定鎖定時，其負反饋系統(tǒng)會自動調(diào)整充放電電流，使得充電電流和放電電流相等。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1是本發(fā)明中【背景技術】中一較佳實施例的環(huán)路振蕩器電荷泵電路結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明中【背景技術】中一較佳實施例的理想狀態(tài)下電荷泵的充放電原理圖；
圖3是本發(fā)明的【背景技術】中一較佳實施例的實際情況下電荷泵的充放電原理圖；
圖4是本發(fā)明的【背景技術】中一較佳實施例的時鐘頻譜圖。
[0017]圖5是本發(fā)明中一種高速鎖相環(huán)電荷泵電路一較佳實施例的環(huán)路振蕩器電路結(jié)構(gòu)圖；
圖6是本發(fā)明中一種高速鎖相環(huán)電荷泵電路一較佳實施例的開關信號時序圖；
圖7是本發(fā)明的一種高速鎖相環(huán)電荷泵電路一較佳實施例的充放電原理圖；
圖8是本發(fā)明的一種高速鎖相環(huán)電荷泵電路一較佳實施例的鎖相環(huán)工作原理圖。

【具體實施方式】
[0018]下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0019]請參閱圖5-圖8，在本發(fā)明的一個具體實施例中提供一種小型的高速鎖相環(huán)電荷泵電路，所述的高速鎖相環(huán)電荷泵電路包括:用于得到相位差的鑒相器、用于將相位差轉(zhuǎn)換為成比例電流的開關電容電路、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器，所述開關電容電路的前端與鑒相器連接，后端與環(huán)路濾波器和壓控振蕩器連接。
[0020]所述開關電容電路中包含有兩個開關電容，所述鑒相器產(chǎn)生兩路相位控制信號，根據(jù)相位信號實現(xiàn)開關電容充電或放電。
[0021]所述開關電容電路根據(jù)鑒相器的輸出和固定相同的充放電時間，取不同的充電電流和放電電流以控制壓控振蕩器的輸入電壓，當鎖相環(huán)穩(wěn)定鎖定時，通過調(diào)整充放電電流來控制充電電流和放電電流相等。
[0022]因為鎖相環(huán)由五大部分組成，鑒相器(PFD)，電荷泵(CHPP)，環(huán)路濾波器(LPF)壓控振蕩器(VCO)和反饋分頻器(1/N)。輸入時鐘(Refin)和反饋時鐘(Bakin)經(jīng)過鑒相器得到相位差，相位差經(jīng)過CHPP轉(zhuǎn)換為與相位差成比例的電流，該電流經(jīng)過LPF得到VCO的輸入VCOin, VCOin控制VCO的輸出頻率，VCO的輸出為PLL的輸出時鐘，同時該輸出經(jīng)過反饋分頻器反饋回鑒相器。理想情況下，當系統(tǒng)穩(wěn)定時，相位差等于0，輸入時鐘頻率*N=輸出時鐘頻率，實現(xiàn)PLL的倍頻功能。
[0023]也就是說在本實施例中采取固定充放電時間，即充放電時間完全相同，并根據(jù)鑒相器的輸出，取不同的充電和放電電流以達到調(diào)整壓控振蕩器輸入電壓的目的。由于充放電時間固定，鎖相環(huán)穩(wěn)定鎖定時，其負反饋系統(tǒng)會自動調(diào)整充放電電流，使得充電電流和放電電流相等。這樣在鎖相環(huán)穩(wěn)定的情況下不會對壓控振蕩器的輸入產(chǎn)生影響從而避免和輸入相關的干擾。設計中用開關電容實現(xiàn)相位到電流的轉(zhuǎn)換。
[0024]所述的開關電容電路中包含有兩路電流源，分別為第一電流源和第二電流源，所述的兩路電流源之間為并聯(lián)，所述的兩路相位控制信號分別為第一控制信號up和第二控制信號dn，鑒相器將兩路相位控制信號分別輸入開關電容電路以控制第一電流源和第二電流源。
[0025]所述第一控制信號up和第二控制信號dn均為低時，所述開關電容電路的狀態(tài)為空，于是所述開關電容放電，所述第一控制信號up和第二控制信號dn的電平:第一控制電平Vup和第二控制電平Vdn均為零。
[0026]當?shù)谝豢刂菩盘杣p和第二控制信號dn中任意一個信號為高時，開關電容充電，并根據(jù)第一控制信號up和第二控制信號dn的長短控制各自的充電時間得到相應的第一控制電平Vup和第二控制電平Vdn。其中兩個開關電容都是通過電源進行充電，第一控制電平Vup和第二控制電平Vdn通過場效應管轉(zhuǎn)換為低通濾波器的充放電電流。
[0027]當?shù)谝豢刂菩盘杣p和第二控制信號dn的信號均從高變低后，復位信號變高，同時，以相同的時間對低通濾波器進行充放電。
[0028]當鎖相環(huán)系統(tǒng)鎖定時，其負反饋特性使得每個鑒相周期時間內(nèi)電荷泵對低通濾波器的充電和放電電荷須相等，即總的電荷變化為O。本設計由于充放電時間固定相等，為保證充放電電荷相等，其通過負反饋自動調(diào)整充放電電流使之相等。這樣鎖相環(huán)鎖定時，充放電的時間和電流均相等，使得低壓振蕩器VCO輸入電平無擾動，VCO的輸出穩(wěn)定，不產(chǎn)生毛刺。
[0029]本設計使用開關電容電路將PFD輸出的相位信號轉(zhuǎn)換為電流信號。當up和dn信號均為低的時候，本CHPP處于idle狀態(tài)，開關電容放電，Vup和Vdn電平為O。當up和dn信號任一為高時，開關電容處于充電狀態(tài)，并根據(jù)up和dn信號的長短控制各自的充電時間得到相應的Vup和Vdn電平。由于兩個開關電容都是從電源充電。Vup和Vdn電平再通過MOS管轉(zhuǎn)換成對LPF的充放電電流。當up和dn信號均從高變到低后(PFD的性質(zhì)使up和dn信號同時變低)，rst信號變高，以相同的時間對LPF進行充放電。
[0030]PLL系統(tǒng)鎖定時，其負反饋特性使得每個鑒相周期時間內(nèi)CHPP對LPF的充電和放電電荷須相等，即總的電荷變化為O。本設計由于充放電時間固定相等，為保證充放電電荷相等，其通過負反饋自動調(diào)整充放電電流使之相等。這樣PLL鎖定時，充放電的時間和電流均相等，使得VCO輸入電平無擾動，VCO的輸出穩(wěn)定,不產(chǎn)生reference spur。
[0031]在圖7中，因為充放電時間固定相等，PLL鎖定時為保證充放電電荷相等，其通過負反饋自動調(diào)整充放電電流使之相等。VCOin無擾動,VCO的輸出穩(wěn)定,無reference spur。
[0032]因此，本發(fā)明的有益效果是:
(1)采取固定充放電時間即充放電時間完全相同，根據(jù)鑒相器的輸出，取不同的充電和放電電流以達到調(diào)整壓控振蕩器輸入電壓的目的；由于充放電時間固定，鎖相環(huán)穩(wěn)定鎖定時，其負反饋系統(tǒng)會自動調(diào)整充放電電流，使得充電電流和放電電流相等；
(2)在鎖相環(huán)穩(wěn)定的情況下不會對壓控振蕩器的輸入產(chǎn)生影響從而避免和輸入相關的干擾。設計中用開關電容實現(xiàn)相位到電流的轉(zhuǎn)換；
(3)避免了PLL鎖定時,CHPP對VCOin的干擾,從而避免了 reference spur,更好的保證輸出時鐘的性能。
[0033]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的【技術領域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高速鎖相環(huán)電荷泵電路，其特征在于，包括:用于得到相位差的鑒相器、用于將相位差轉(zhuǎn)換為成比例電流的開關電容電路、環(huán)路濾波器和壓控振蕩器，所述開關電容電路的前端與鑒相器連接，后端與環(huán)路濾波器和壓控振蕩器連接，所述開關電容電路中包含有兩個開關電容，所述鑒相器產(chǎn)生兩路相位控制信號，根據(jù)相位信號實現(xiàn)開關電容充電或放電，所述開關電容電路根據(jù)鑒相器的輸出和固定相同的充放電時間，取不同的充電電流和放電電流以控制壓控振蕩器的輸入電壓，當鎖相環(huán)穩(wěn)定鎖定時，通過調(diào)整充放電電流來控制充電電流和放電電流相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速鎖相環(huán)電荷泵電路，其特征在于，所述的開關電容電路中包含有兩路電流源，分別為第一電流源和第二電流源，所述的兩路電流源之間為并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速鎖相環(huán)電荷泵電路，其特征在于，所述的兩路相位控制信號分別為第一控制信號up和第二控制信號dn，鑒相器將兩路相位控制信號分別輸入開關電容電路以控制第一電流源和第二電流源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速鎖相環(huán)電荷泵電路，其特征在于，所述開關電容電路控制開關電容的充、放電，且產(chǎn)生第一控制信號up和第二控制信號dn的電平，所述電平分別為第一控制電平Vup和第二控制電平Vdn。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高速鎖相環(huán)電荷泵電路，其特征在于，所述電容控制電路通過第一控制信號up和第二控制信號dn的低狀態(tài)使開關電容狀態(tài)為空，且通過開關電容放電令第一控制電平Vup和第二控制電平Vdn均為零。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高速鎖相環(huán)電荷泵電路，其特征在于，電容控制電路在開關電容充電狀態(tài)下，第一控制電平Vup和第二控制電平Vdn通過場效應管轉(zhuǎn)換為低通濾波器的充放電電流；且第一控制信號up和第二控制信號dn通過控制各自的充電時間以得到第一控制電平Vup和第二控制電平Vdn。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高速鎖相環(huán)電荷泵電路，其特征在于，通過鑒相器令第一控制信號up和第二控制信號dn同時變低，且通過復位信號，以相同的時間對低通濾波器進行充放電。
【文檔編號】H03L7/08GK104506186SQ201410759925
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】關健 申請人:蘇州文芯微電子科技有限公司