鎖相環(huán)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鎖相環(huán)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]鎖相環(huán)(PLL, Phase-locked loops)電路是一種利用反饋控制原理實(shí)現(xiàn)的頻率及相位的同步技術(shù)，其作用是將電路的輸出信號與其外部的參考信號保持同步。當(dāng)參考信號的頻率或相位發(fā)生改變時(shí)，鎖相環(huán)電路會(huì)檢測到這種變化，并且通過其內(nèi)部的反饋系統(tǒng)來調(diào)節(jié)輸出信號的頻率或相位，直到兩者重新同步。
[0003]在基于鎖相環(huán)電路的頻率綜合器中，分頻器是一個(gè)非常重要的模塊，它是頻率綜合器能提供多個(gè)高精度頻率信號并同時(shí)實(shí)現(xiàn)高頻低功耗工作的關(guān)鍵和前提。小數(shù)分頻技術(shù)的提出，打破了頻率綜合器環(huán)路帶寬和信道間隔之間的限制關(guān)系，使其具有頻率切換速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。所謂小數(shù)分頻，有時(shí)也被稱為分?jǐn)?shù)分頻，即分頻器的分頻數(shù)是一個(gè)分?jǐn)?shù)值。
[0004]圖1是常見的一種小數(shù)分頻的鎖相環(huán)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖1，所述鎖相環(huán)電路包括鑒頻鑒相器(PFD, Phase Frequency Detector) 11、電荷泵12、環(huán)路濾波器(LPF,Loop Filter) 13、壓控振蕩器(VC0, Voltage Controlled Oscillator) 14 以及分頻器 15。
[0005]所述鑒頻鑒相器11適于檢測輸入信號Vin與分頻信號Vdiv的相位差，并輸出與所述相位差成正比的誤差電壓信號；所述電荷泵12適于將所述誤差電壓信號轉(zhuǎn)化為環(huán)路的充放電電流；所述環(huán)路濾波器13適于濾除所述電荷泵12輸出的高頻成分，抑制電壓紋波，在所述充放電電流的控制下輸出控制電壓Vc ;所述壓控振蕩器14適于產(chǎn)生頻率與所述控制電壓Vc成正比的輸出信號Vout，所述輸出信號Vout的頻率Fout與所述控制電壓Vc的關(guān)系如下:Fout=FO+Kvco*Vc, FO為所述控制電壓Vc等于零時(shí)所述輸出信號Vout的頻率，也被稱為所述壓控振蕩器14的自由振蕩頻率，Kvco為所述壓控振蕩器14的增益；所述分頻器15適于對所述輸出信號Vout進(jìn)行小數(shù)分頻，產(chǎn)生所述分頻信號Vdiv。
[0006]圖1所示的鎖相環(huán)電路各部分都是一個(gè)噪聲源，尤其是所述分頻器15，進(jìn)行小數(shù)分頻時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的量化噪聲。噪聲的存在使環(huán)路的捕捉性能、線性跟蹤性能變差，使所述輸出信號Vout的相位產(chǎn)生隨機(jī)抖動(dòng)，頻譜不純，嚴(yán)重時(shí)可完全破壞環(huán)路的正常工作。因此，如何降低圖1所示的鎖相環(huán)電路的噪聲是一個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的是現(xiàn)有的小數(shù)分頻的鎖相環(huán)電路噪聲較大的問題。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種鎖相環(huán)電路，包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器以及分頻器，還包括倍頻器；
[0009]所述倍頻器適于對輸入信號進(jìn)行倍頻處理以產(chǎn)生倍頻信號，所述倍頻信號的頻率大于所述輸入信號的頻率；
[0010]所述鑒頻鑒相器適于檢測所述倍頻信號與所述分頻器產(chǎn)生的分頻信號的相位差以產(chǎn)生與所述相位差成正比的誤差電壓信號。
[0011]可選的，所述倍頻信號的頻率為所述輸入信號的頻率的兩倍。
[0012]可選的，所述倍頻器包括延時(shí)電路和同或邏輯電路；
[0013]所述延時(shí)電路適于對所述輸入信號進(jìn)行延時(shí)處理以產(chǎn)生滯后于所述輸入信號的延時(shí)信號；
[0014]所述同或邏輯電路適于對所述輸入信號和所述延時(shí)信號進(jìn)行同或邏輯處理以產(chǎn)生所述倍頻信號。
[0015]可選的，所述延時(shí)信號滯后于所述輸入信號的時(shí)間為所述輸入信號的周期的四分之一O
[0016]可選的，所述電荷泵適于將所述誤差電壓信號轉(zhuǎn)化為環(huán)路的充放電電流；
[0017]所述環(huán)路濾波器適于在所述充放電電流的控制下輸出控制電壓；
[0018]所述壓控振蕩器適于產(chǎn)生頻率與所述控制電壓成正比的輸出信號；
[0019]所述分頻器適于對所述輸出信號進(jìn)行分頻處理以產(chǎn)生所述分頻信號。
[0020]可選的，所述分頻器適于對所述輸出信號進(jìn)行小數(shù)分頻處理。
[0021 ] 可選的，所述鎖相環(huán)電路還包括適于產(chǎn)生所述輸入信號的參考頻率源。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]通過增加倍頻器對輸入信號進(jìn)行倍頻處理，增大輸入鑒頻鑒相器的信號的頻率，從而使分頻器產(chǎn)生的分頻信號的頻率增大。由于所述分頻器的量化噪聲與所述分頻信號的頻率呈負(fù)相關(guān)變化，因此，在鎖相環(huán)電路的環(huán)路帶寬不變的情況下，當(dāng)所述分頻信號的頻率增大時(shí)，所述分頻器的量化噪聲減小。
[0024]由于所述鎖相環(huán)電路的環(huán)路作用，在大于所述環(huán)路帶寬時(shí)，具有低通特性的環(huán)路噪聲被環(huán)路抑制；在小于所述環(huán)路帶寬時(shí)，具有高通特性的環(huán)路噪聲被環(huán)路抑制。因而在低頻時(shí)，所述鎖相環(huán)電路的噪聲中具有低通特性的環(huán)路噪聲起主導(dǎo)作用；而在高頻時(shí)，所述鎖相環(huán)電路的噪聲中具有高通特性的環(huán)路噪聲起主導(dǎo)作用。所述分頻器的量化噪聲屬于低通特性的環(huán)路噪聲，壓控振蕩器的噪聲屬于高頻噪聲，因此，采用本發(fā)明技術(shù)方案提供的鎖相環(huán)電路，可以將所述環(huán)路帶寬選擇得較大一些，以獲得較好的壓控振蕩器的噪聲，從而降低整個(gè)鎖相環(huán)電路的噪聲。
[0025]本發(fā)明的可選方案中，所述倍頻器是對所述輸入信號進(jìn)行兩倍倍頻處理，所述倍頻器的電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本較低。
【附圖說明】
[0026]圖1是常見的一種小數(shù)分頻的鎖相環(huán)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是圖1所示的分頻器的相位噪聲曲線示意圖；
[0028]圖3是本發(fā)明實(shí)施方式的鎖相環(huán)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4是本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的分頻器的相位噪聲曲線對比示意圖；
[0030]圖5是本發(fā)明實(shí)施方式的壓控振蕩器的相位噪聲曲線示意圖；
[0031]圖6是本發(fā)明實(shí)施例的倍頻器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖7是圖6所示的倍頻器的信號波形示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]小數(shù)分頻的鎖相環(huán)電路中，分頻器主要由sigma-delta調(diào)制器和整數(shù)分頻器組成。sigma-deIta調(diào)制器產(chǎn)生偽隨機(jī)的二進(jìn)制整數(shù)序列來動(dòng)態(tài)地改變整數(shù)分頻器的分頻比，使它的平均值為小數(shù)。實(shí)際的分頻比總是偏離所要求的小數(shù)分頻比，因而存在量化誤差。sigma-delta調(diào)制器中的量化誤差會(huì)引起低通的量化噪聲并降低鎖相環(huán)電路的相位噪聲性倉泛。
[0034]以圖1所示的小數(shù)分頻的鎖相環(huán)電路為例，圖2示出了所述分頻器15的相位噪聲曲線。由于鎖相環(huán)電路的環(huán)路作用，且所述分頻器15的量化噪聲具有低通特性，因此，在大于所述鎖相環(huán)電路的環(huán)路帶寬時(shí)，所述分頻器15的量化噪聲被環(huán)路抑制。參考圖2，虛線L21是未被環(huán)路抑制的相位噪聲，實(shí)線L22是被環(huán)路抑制的相位噪聲。
[0035]為抑制所述分頻器15的量化噪聲，通常有兩種方法:一是可以使用更高階的環(huán)路濾波器；二是減小所述鎖相環(huán)電路的環(huán)路帶寬。實(shí)際應(yīng)用中環(huán)路濾波器的階數(shù)一般不會(huì)超過3，因?yàn)殡A數(shù)越高相位裕度越低，可能引起環(huán)路不穩(wěn)定，限制了第一種方法的應(yīng)用。而第二種方法違背了利用小數(shù)分頻提高所述鎖相環(huán)電路的環(huán)路帶寬的初衷，也不適用。本發(fā)明技術(shù)方案提供一種鎖相環(huán)電路，通過增大分頻器輸出的分頻信號的頻率降低分頻器的量化噪聲。
[0036]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0037]圖3是本發(fā)明實(shí)施方式的鎖相環(huán)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖3，所述鎖相環(huán)電路包括倍頻器20、鑒頻鑒相器21、電荷泵22、環(huán)路濾波器23、壓控振蕩器24以及分頻器25。
[0038]具體地，所述倍頻器20適于對輸入信號Vin進(jìn)行倍頻處理以產(chǎn)生倍頻信號Vfm，所述倍頻信號Vfm的頻率大于所述輸入信號Vin的頻率。所述輸入信號Vin的頻率是所述鎖相環(huán)電路的參考頻率，所述倍頻器20將所述輸入信號Vin的頻率進(jìn)行了放大，若所述輸入信號Vin的頻率為Fr，則所述倍頻信號Vfm的頻率為n*Fr，η > 1，η為倍頻次數(shù)。
[0039]所述鑒頻鑒相器21適于檢測所述倍頻信號Vfm與所述分頻器25產(chǎn)生的分頻信號Vdiv的相位差以產(chǎn)生與所述相位差成正比的誤差電壓信號。與現(xiàn)有技術(shù)中的鎖相環(huán)電路不同，本發(fā)明技術(shù)方案的鎖相環(huán)電路中的鑒頻鑒相器21檢測的是所述倍頻信號Vfm與所述分頻信號Vdiv的相位差。
[0040]當(dāng)鎖相環(huán)電路開始工作時(shí)，若所述分頻信號Vdiv的頻率遠(yuǎn)離所述倍頻信號Vfm的頻率，所述鑒頻鑒相器21與所述