CN102158221B - 锁相环及其快速锁定装置 - Google Patents

Abstract

一种锁相环及其快速锁定装置，所述快速锁定装置包括：第一分频器，进行第一倍数的分频，产生快速参考时钟信号；第二分频器，进行第二倍数的分频，产生快速反馈时钟信号；快速鉴频鉴相器，对所述快速参考时钟信号和所述快速反馈时钟信号的频率进行比较，产生第一快速脉冲控制信号及第二快速脉冲控制信号，以及开关控制信号；快速电荷泵，接收所述第一快速脉冲控制信号及所述第二快速脉冲控制信号，并转化为快速充电电流；开关，接收所述开关控制信号并对应切换闭合和断开状态，在闭合状态时控制所述快速充电电流对所述锁相环的环路滤波器的电容进行充电。该锁相环包括该锁定装置。利用本发明，缩短了锁相环的锁定时间。

Description

锁相环及其快速锁定装置

技术领域

本发明涉及锁相环，特别是指一种锁相环的快速锁定装置以及安装有该快速锁定装置的锁相环。

背景技术

锁相环(PLL，PhaseLockedLoop)被广泛应用于系统级芯片(SOC，SystemonChip)中，以提供精确且稳定的时钟信号。图1为现有技术的锁相环结构示意图，包括：鉴频鉴相器(PFD，PhaseFrequencyDetector)11、电荷泵(CP，ChargePump)12、环路滤波器(LP，LoopFilter)13、压控振荡器(VCO，VoltageControlOscillator)14和分频器(Divider)15。

鉴频鉴相器11检测参考时钟信号F_ref和反馈时钟信号F_fb的频差和相差，产生脉冲控制信号UP、DN，并送入电荷泵12；在电荷泵12中脉冲控制信号UP、DN被转换成电流I_p对环路滤波器13的电容C_p进行充放电，环路滤波器13产生控制电压V_ctrl送入压控振荡器14；压控振荡器14在控制电压V_ctrl升高时加快输出时钟信号F_out的振荡频率，在控制电压V_ctrl降低时减慢输出时钟信号F_out的振荡频率。压控振荡器14的输出时钟信号F_out经过分频器15产生反馈时钟信号F_fb，整个系统形成一个反馈系统，输出时钟信号F_out的频率和相位被锁定到固定频率和相位，锁相环进入锁定状态。

其中，对于现有技术的鉴频鉴相器11，比较其输入信号：参考时钟信号F_ref和反馈时钟信号F_fb。当参考时钟信号F_ref的频率比反馈时钟信号F_fb的频率快时，鉴频鉴相器11的输出的脉冲控制信号UP的上升沿超前于DN的上升沿；反之，当反馈时钟信号F_fb的频率比参考时钟信号F_ref的频率快时，鉴频鉴相器11的输出的脉冲控制信号DN的上升沿超前于UP的上升沿。

对于锁相环来说，其锁定时间是一个重要特征，尤其是在通信通道开关模式下。比如说在GSM手机通信中，他们经常要做一个通信信道切换，每一次切换，里面的锁相环都需要重新锁定一次。因此，对锁相环的锁定时间进行缩短，是我们研究的一个课题。

发明内容

本发明解决的问题是，提供一种锁相环的快速锁定装置以及安装有该快速锁定装置的锁相环，对锁相环的锁定时间进行缩短。

为解决上述问题，本发明提供一种锁相环的快速锁定装置，用于锁相环的快速锁定，所述锁相环至少包括电荷泵、环路滤波器，快速锁定装置包括：

第一分频器，接收所述锁相环的参考时钟信号，进行第一倍数的分频，产生快速参考时钟信号；

第二分频器，接收所述锁相环的反馈时钟信号，进行第二倍数的分频，产生快速反馈时钟信号，其中，所述第二倍数小于所述第一倍数；

快速鉴频鉴相器，与第一分频器和第二分频器相连，对所述快速参考时钟信号的频率和所述快速反馈时钟信号的频率进行比较，依据频率比较结果产生相应的第一快速脉冲控制信号及第二快速脉冲控制信号，以及与频率比较结果对应的开关控制信号；

快速电荷泵，与快速鉴频鉴相器相连，接收所述第一快速脉冲控制信号及所述第二快速脉冲控制信号，将所述第一快速脉冲控制信号及所述第二快速脉冲控制信号转化为快速充电电流；

开关，与快速电荷泵及快速鉴频鉴相器相连，接收所述开关控制信号并对应切换闭合和断开状态，在闭合状态时控制所述快速充电电流对所述锁相环的环路滤波器的电容进行充电。

可选地，所述第一倍数为3、4或5，所述第二倍数依序对应为2、3或4。

可选地，述快速鉴频鉴相器包括基本鉴频鉴相器和开关控制电路；所述基本鉴频鉴相器接收所述快速参考时钟信号和所述快速反馈时钟信号，依据所述快速参考时钟信号和所述快速反馈时钟信号的频率比较结果产生第一快速脉冲控制信号及第二快速脉冲控制信号；所述开关控制电路与所述基本鉴频鉴相器相连，接收所述第一快速脉冲控制信号及所述第二快速脉冲控制信号，依据所述第二快速脉冲控制信号及所述第一快速脉冲控制信号，判断所述快速反馈时钟信号的频率是否比所述快速参考时钟信号的频率快，若是，则产生断开开关的开关控制信号，若否，则产生闭合开关的开关控制信号。

可选地，当所述快速参考时钟信号的频率比所述快速反馈时钟信号的频率快，则所述基本鉴频鉴相器产生的第一快速脉冲控制信号的上升沿超前于第二快速脉冲控制信号的上升沿，当所述快速反馈时钟信号的频率比所述快速参考时钟信号的频率快，则产生的第二快速脉冲控制信号的上升沿超前于第一快速脉冲控制信号的上升沿。

可选地，所述开关控制电路判断第二快速脉冲控制信号的上升沿超前于第一快速脉冲控制信号的上升沿的连续次数是否大于等于预设次数，若是，则判断为所述快速反馈时钟信号的频率比所述快速参考时钟信号的频率快，若否，则判断为所述快速参考时钟信号的频率比所述快速反馈时钟信号的频率快。

可选地，所述预设次数为4或者大于4的正整数。

可选地，所述开关控制电路包括采样电路及判断电路，所述采样电路包括若干个D触发器，所述触发器的个数与所述预设次数相同，各所述D触发器接收所述第二快速脉冲控制信号作为时钟信号，其中一D触发器的接收所述第一快速脉冲控制信号作为输入信号，其余D触发器的依序接收上一D触发器的输出信号作为输入信号；所述判断电路判断各所述D触发器的输出信号是否同时为低电平，若是，则产生断开开关的开关控制信号，若否，则产生闭合开关的开关控制信号。

可选地，所述D触发器的数量为4个，所述开关控制电路包括：二或非门电路，分别接收各所述D触发器的输出信号作为输入信号；一与非门电路，接收所述二或非门电路的输出信号作为输入信号；一非门电路，接收所述与非门电路的输出信号作为输入信号，并输出开关控制信号。

可选地，所述开关控制电路包括采样电路及判断电路，所述采样电路包括若干个D触发器，所述触发器的个数与所述预设次数相同，各所述D触发器接收所述第一快速脉冲控制信号作为时钟信号，其中一D触发器的接收所述第二快速脉冲控制信号作为输入信号，其余D触发器的依序接收上一D触发器的输出信号作为输入信号；所述判断电路判断各所述D触发器的输出信号是否同时为高电平，若是，则产生断开开关的开关控制信号，若否，则产生闭合开关的开关控制信号。

可选地，所述D触发器的数量为4个，所述开关控制电路包括：二与非门电路，分别接收各所述D触发器的输出信号作为输入信号；一或非门电路，接收所述二与非门电路的输出信号作为输入信号，并输出开关控制信号。

可选地，所述快速电荷泵的快速充电电流大于所述电荷泵的电流，较佳地，所述快速电荷泵的快速充电电流是所述电荷泵的电流的4～～16倍。

本发明还提供一种包括如上所述的快速锁定装置的锁相环。

可选地，所述锁相环的环路滤波器包括相互串联的电容和电阻，所述快速电荷泵直接连接所述电容对所述电容进行充电。

可选地，所述锁相环的环路滤波器包括相互串联的电容和电阻，所述快速电荷泵经过所述电阻后对所述电容进行充电。

可选地，所述锁相环还包括滤波电容，所述环路滤波器并联于所述滤波电容。

与现有技术相比，采用本发明的锁相环及其快速锁定装置，当开关控制电路判断快速反馈时钟信号的频率比快速参考时钟信号的频率快之前的时间段内，开关一直处于闭合状态，而所述快速锁定装置和锁相环共同作用，对环路滤波器的电容进行充电，产生控制电压。因此，在此时间段内，相较于锁相环单独工作会缩短工作时间。而在开关断开后，锁相环继续单独工作直至锁定。因此，总体来说，相较于未安装该快速锁定装置的锁相环单独工作，可以缩短锁定时间。

附图说明

图1为现有技术的锁相环结构示意图。

图2为安装有本发明快速锁定装置的锁相环结构示意图。

图3为本发明快速锁定装置的快速鉴频鉴相器结构示意图。

图4为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第一实施例中采样电路的结构示意图。

图5为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第一实施例中采样波形示意图。

图6为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第一实施例中判断电路的结构示意图。

图7为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第二实施例中判断电路的结构示意图。

图8为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第二实施例中采样电路的结构示意图。

图9为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第二实施例中采样波形示意图。

图10为未安装有本发明快速锁定装置的锁相环结构工作时的时间-控制电压波形图。

图11为安装有本发明快速锁定装置的锁相环结构工作时的时间-控制电压波形图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，锁相环的锁定时间是锁相环的一个重要特征，对锁相环的锁定时间进行缩短，是需要研究的课题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面即结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图2，图2为安装有本发明快速锁定装置的锁相环结构示意图。该锁相环包括：鉴频鉴相器11、电荷泵12、环路滤波器13、压控振荡器14和分频器15。

快速锁定装置10包括开关20，当所述开关20断开，也即相当于所述锁相环没有安装有所述快速锁定装置10时，该锁相环的工作状态如下：鉴频鉴相器11检测参考时钟信号F_ref和反馈时钟信号F_fb的频差和相差，产生脉冲控制信号UP、DN，并送入电荷泵12；在电荷泵12中脉冲控制信号UP、DN被转换成电流I_p对环路滤波器13的电容C_p进行充电，环路滤波器13产生控制电压V_ctrl送入压控振荡器14；压控振荡器14在控制电压V_ctrl升高时加快输出时钟信号F_out的振荡频率，在控制电压V_ctrl降低时减慢输出时钟信号F_out的振荡频率。压控振荡器14的输出时钟信号F_out经过分频器15产生反馈时钟信号F_fb，整个系统形成一个反馈系统，输出时钟信号F_out的频率和相位被锁定到固定频率和相位，锁相环进入锁定状态。

请共同参阅图2、图3，图3为本发明快速锁定装置的快速鉴频鉴相器结构示意图。

本发明提供的锁相环的快速锁定装置，用于对所述锁相环的快速锁定，该快速锁定装置10包括：

第一分频器16，接收所述锁相环的参考时钟信号F_ref，进行第一倍数的分频，产生快速参考时钟信号F_ref1；

第二分频器17，接收所述锁相环的反馈时钟信号F_fb，进行第二倍数的分频，产生快速反馈时钟信号F_fb1，其中，所述第二倍数小于所述第一倍数；

快速鉴频鉴相器18，与第一分频器16和第二分频器17相连，对所述快速参考时钟信号F_ref1的频率和所述快速反馈时钟信号F_fb1的频率进行比较，依据频率比较结果产生相应的第一快速脉冲控制信号UP₁及第二快速脉冲控制信号DN₁，以及与频率比较结果对应的开关控制信号P_LD；

快速电荷泵19，与快速鉴频鉴相器18相连，接收所述第一快速脉冲控制信号UP1及所述第二快速脉冲控制信号DN1，将所述第一快速脉冲控制信号UP1及所述第二快速脉冲控制信号DN1转化为快速充电电流Ip1；

开关20，与快速电荷泵19及快速鉴频鉴相器18相连，接收所述开关控制信号P_LD并对应切换闭合和断开状态，在闭合状态时控制所述快速充电电流Ip1对所述锁相环的环路滤波器13的电容Cp进行充电。

其中，所述快速鉴频鉴相器18包括基本鉴频鉴相器21和开关控制电路22，所述基本鉴频鉴相器21接收所述快速参考时钟信号F_ref1和所述快速反馈时钟信号F_fb1，依据所述快速参考时钟信号F_ref1和所述快速反馈时钟信号F_fb1产生第一快速脉冲控制信号UP₁及第二快速脉冲控制信号DN₁，所述开关控制电路22接收所述第一快速脉冲控制信号UP₁及所述第二快速脉冲控制信号DN₁，依据所述第二快速脉冲控制信号DN₁及所述第一快速脉冲控制信号UP₁，判断所述快速反馈时钟信号F_fb1的频率是否比所述快速参考时钟信号F_ref1快的频率，若是，则产生断开开关20的开关控制信号P_LD，若否，则产生闭合开关20的开关控制信号P_LD；

其中，当所述快速参考时钟信号F_ref1的频率比所述快速反馈时钟信号F_fb1的频率快，则所述基本鉴频鉴相器21产生的第一快速脉冲控制信号UP₁的上升沿超前于第二快速脉冲控制信号DN₁的上升沿，当所述快速反馈时钟信号F_fb1的频率比所述快速参考时钟信号F_ref1的频率快，则所述基本鉴频鉴相器21产生的第二快速脉冲控制信号DN₁的上升沿超前于第一快速脉冲控制信号UP₁的上升沿。

请继续参阅图2、图3，安装有本发明快速锁定装置10的锁相环工作状态如下：

一方面，锁相环进行工作；鉴频鉴相器11检测参考时钟信号F_ref和反馈时钟信号F_fb的频差和相差，产生脉冲控制信号UP、DN，并送入电荷泵12；在电荷泵12中脉冲控制信号UP、DN被转换成电流I_p对环路滤波器13的电容C_p进行充电，环路滤波器13产生控制电压V_ctrl送入压控振荡器14；压控振荡器14在控制电压V_ctrl升高时加快输出时钟信号F_out的振荡频率，在控制电压V_ctrl降低时减慢输出时钟信号F_out的振荡频率。压控振荡器14的输出时钟信号F_out经过分频器15产生反馈时钟信号F_fb。

另一方面，快速锁定装置10也进行工作；第一分频器16、第二分频器17分别对所述参考时钟信号F_ref、反馈时钟信号F_fb进行分频，并分别产生快速参考时钟信号F_ref1和快速反馈时钟信号F_fb1；快速鉴频鉴相器18的基本鉴频鉴相器21检测快速参考时钟信号F_ref1和快速反馈时钟信号F_fb1的频差和相差，产生第一快速脉冲控制信号UP₁、第二快速脉冲控制信号DN₁，并送入快速电荷泵19；在快速电荷泵19中第一快速脉冲控制信号UP₁、第二快速脉冲控制信号DN₁被转换成快速充电电流I_p1；快速鉴频鉴相器18的开关控制电路22判断所述快速参考时钟信号F_ref1的频率是否比快速反馈时钟信号F_fb1的频率快，若是，则开关20处于闭合状态，快速充电电流I_p1对环路滤波器13的电容C_p进行充电；环路滤波器13在电流I_p及快速充电电流I_p1的共同作用下产生控制电压V_ctrl送入压控振荡器14；压控振荡器14在控制电压V_ctrl升高时加快输出时钟信号F_out的振荡频率，在控制电压V_ctrl降低时减慢输出时钟信号F_out的振荡频率。压控振荡器14的输出时钟信号F_out经过分频器15产生反馈时钟信号F_fb。

同时，当安装有快速锁定装置10的锁相环工作到某一时间，快速鉴频鉴相器18的开关控制电路22判断得知快速反馈时钟信号F_fb1的频率比快速参考时钟信号F_ref1的频率快，开关20处于断开状态，快速充电电流I_p1不再对环路滤波器13的电容C_p进行充电；此后，锁相环进行单独工作直至输出时钟信号F_out的频率和相位被锁定到固定频率和相位，锁相环进入锁定状态。

此处，我们以所述第一倍数是3，所述第二倍数是2为例说明，则F_ref1＝F_ref/3，F_fb1＝F_fb/2。当快速反馈时钟信号F_fb1的频率比快速参考时钟信号F_ref1的频率快时，则F_fb1＞F_ref1，则F_fb/2＞F_ref/3，也即F_fb＞2/3F_ref。把锁相环某一时刻的输出频率用F_out1表示，则F_out1＞2/3F_out。

在F_out1＞2/3F_out前的时间段内，开关20一直处于闭合状态，而所述快速锁定装置10和锁相环共同作用，对环路滤波器13的电容C_p进行充电，产生控制电压V_ctrl。因此，在该时间段内，相较于锁相环单独工作会缩短工作时间。此后，锁相环进行单独工作直至输出时钟信号F_out的频率和相位被锁定到固定频率和相位，锁相环进入锁定状态。

综上，总体来说，相较于未安装该快速锁定装置10的锁相环单独工作，安装有本发明的快速锁定装置10的锁相环，可以缩短锁定时间。

需要说明的是，一方面，所述第一倍数与所述第二倍数取较小的正整数时，由于分频次数较少，第一分频器16、第二分频器17可以较快分频得到F_ref1、F_fb1；另一方面，假设第一倍数为m、第二倍数为n，F_out1＝n/mF_out为快速锁定装置10是否工作的临界点，可见，n/m越大，快速锁定装置10和锁相环共同工作的时间越长，越可以缩短锁定时间。因此，具体而言，较佳地，所述第一倍数可以为3、4或5，所述第二倍数也可以依序对应为2、3或4。

需要说明的是，可以采用快速充电电流I_p1大于所述电流I_p的快速电荷泵19，从而可以加速充电，进而缩短锁相环的锁定时间，例如所述快速充电电流I_p1是所述电流I_p的4～～16倍。

以下对开关控制电路22的一种实施方式进行详述，当然，所述开关控制电路22并不以此实施方式为限，在该实施方式中，所述开关控制电路22判断第二快速脉冲控制信号DN₁的上升沿超前于第一快速脉冲控制信号UP₁的上升沿的连续次数是否大于等于预设次数，若是，则判断为所述快速反馈时钟信号比所述快速参考时钟信号快，若否，则判断为所述快速参考时钟信号的频率比所述快速反馈时钟信号的频率快。

需要说明的是，当所述预设次数为4或者大于4的正整数，可以较好地确保所述快速参考时钟信号F_fb1的频率比所述快速反馈时钟信号F_ref的频率₁快的判断结论的准确性。此处，我们以预设次数是4为例对开关控制电路22的该实施方式的下列二实施例进行说明。

于第一实施例，所述开关控制电路22包括采样电路及判断电路，所述采样电路包括若干个D触发器，所述D触发器的个数和所述预设次数相同，各所述D触发器接收所述第二快速脉冲控制信号DN₁作为时钟信号，其中一D触发器的接收所述第一快速脉冲控制信号UP₁作为输入信号，其余D触发器的依序接收上一D触发器的输出信号作为输入信号；所述判断电路判断各所述D触发器的输出信号是否同时为低电平，若是，则产生断开开关的开关控制信号P_LD，若否，则产生闭合开关的开关控制信号P_LD。

请参阅图4，图4为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第一实施例中采样电路的结构示意图。

具体而言，于该第一实施例中，所述D触发器23个数为4各D触发器23接收所述第二快速脉冲控制信号DN₁作为时钟信号，其中一D触发器23的接收所述第一快速脉冲控制信号UP₁作为输入信号，其余D触发器23的依序接收上一D触发器23的输出信号作为输入信号。各触发器产生的输出信号分别为DA<0>、DA<1>、DA<2>、DA<3>。

请参阅图5，图5为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第一实施例中采样波形示意图。

在某一时刻t2，当各所述D触发器23的输出信号DA<0>、DA<1>、DA<2>、DA<3>同时为低电平，反映了在t₁～～t₂时段内，所述第二快速脉冲控制信号DN₁的上升沿连续4次超前于第一快速脉冲控制信号UP₁。从而确保所述快速反馈时钟信号F_fb1的频率比所述快速参考时钟信号F_ref1的频率快的结论正确。

请再参阅图6，图6为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第一实施例中判断电路的结构示意图。

于该第一实施例，所述判断电路可以为：二或非门电路24，分别接收所述输出信号DA<0>、DA<1>、DA<2>、DA<3>作为输入信号；一与非门电路25，接收所述二或非门电路24的输出信号作为输入信号；一非门电路26，接收所述与非门电路25的输出信号作为输入信号，并输出开关控制信号P_LD。

当所述DA<0>、DA<1>、DA<2>、DA<3>如图5所示，同时为低电平时，该第一实施例的判断电路输出的开关控制信号P_LD为高电平，进而控制开关20为断开状态。

于第二实施例，所述开关控制电路22包括采样电路及判断电路，所述采样电路包括四个D触发器，各所述D触发器接收所述第一快速脉冲控制信号UP₁作为时钟信号，其中一D触发器的接收所述第二快速脉冲控制信号DN₁作为输入信号，其余D触发器的依序接收上一D触发器的输出信号作为输入信号；所述判断电路判断各所述D触发器的输出信号是否同时为高电平，若是，则产生断开开关的开关控制信号P_LD，若否，则产生闭合开关的开关控制信号P_LD。

请参阅图7，图7为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第一实施例中采样电路的结构示意图。

具体而言，于该第二实施例中，所述D触发器23个数为4，各D触发器27接收所述第一快速脉冲控制信号UP₁作为时钟信号，其中一D触发器27的接收所述第二快速脉冲控制信号DN₁作为输入信号，其余D触发器27的依序接收上一D触发器27的输出信号作为输入信号。各触发器产生的输出信号分别为DA<0>、DA<1>、DA<2>、DA<3>。

请参阅图8，图8为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第二实施例中采样波形示意图。

在某一时刻t2，当各所述D触发器27的输出信号DA<0>、DA<1>、DA<2>、DA<3>同时为高电平，反映了在t₁～～t₂时段内，所述第二快速脉冲控制信号DN₁的上升沿连续4次超前于第一快速脉冲控制信号UP₁。从而确保所述快速反馈时钟信号F_fb1的频率比所述快速参考时钟信号F_ref1的频率快的结论正确。

请再参阅图9，图9为安装本发明快速锁定装置的开关控制电路第二实施例中判断电路的结构示意图。

于该第二实施例，所述判断电路可以为：二与非门电路28，分别接收所述输出信号DA<0>、DA<1>、DA<2>、DA<3>作为输入信号；一或非门电路29，接收所述二与非门电路28的输出信号作为输入信号，并输出开关控制信号P_LD。

当所述DA<0>、DA<1>、DA<2>、DA<3>如图8所示，同时为高电平时，该第一实施例的判断电路输出的开关控制信号P_LD为高电平，进而控制开关20为断开状态。

请再参阅图2，本发明还提供一种包括如上所述的快速锁定装置10的锁相环。

这里，所述锁相环的环路滤波器13包括相互串联的电容C_p和电阻R_p，当然，所述快速电荷泵19不经过所述电阻R_p直接连接所述电容C_p对所述电容C_p进行充电。当然，所述快速电荷泵19也可以经过所述电阻R_p后对所述电容进行充电C_p，从而使得电路更加稳定。

这里，所述锁相环还包括滤波电容C_p1，所述环路滤波器13并联于所述滤波电容C_p1，所述滤波电容C_p1可以滤除高频噪音。当然，所述环路滤波器13也可以不并联所述滤波电容C_p1。

请共同参阅图2、图10，图10为未安装有本发明快速锁定装置的锁相环结构工作时的时间-控制电压波形图。

当图2中的锁相环未安装有快速锁定装置10时，因为其中的控制电压V_ctrl稳定，锁相环最终的输出时钟信号F_out的频率和相位就被锁定到固定频率和相位，锁相环进入锁定状态。由图10可以看出，锁相环未安装有快速锁定装置10时，其控制电压V_ctrl稳定需要100微秒，因此，其锁定时间为100微秒。

请再共同参阅图2、图11，图11为安装有本发明快速锁定装置的锁相环结构工作时的时间-控制电压波形图。

当图2中的锁相环安装有快速锁定装置10，所述第一倍数为3，所述第二倍数为2时，因为其控制电压V_ctrl稳定，其最终的输出时钟信号F_out的频率和相位就被锁定到固定频率和相位，锁相环进入锁定状态。因此，由图11可以看出，锁相环安装有快速锁定装置10时，其控制电压V_ctrl稳定需要30微秒，因此，其锁定时间为30微秒。

因此，综上所述，可以看出，安装有快速锁定装置10比未安装快速锁定装置10的锁相环，可以更快地达到锁定状态，从而缩短了锁定时间。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种锁相环的快速锁定装置，用于锁相环的快速锁定，所述锁相环至少包括电荷泵、环路滤波器，其特征在于，所述快速锁定装置包括：

第一分频器，接收所述锁相环的参考时钟信号，进行第一倍数的分频，产生快速参考时钟信号；

第二分频器，接收所述锁相环的反馈时钟信号，进行第二倍数的分频，产生快速反馈时钟信号，其中，所述第二倍数小于所述第一倍数；

快速鉴频鉴相器，与第一分频器和第二分频器相连，对所述快速参考时钟信号的频率和所述快速反馈时钟信号的频率进行比较，依据频率比较结果产生相应的第一快速脉冲控制信号及第二快速脉冲控制信号，以及与频率比较结果对应的开关控制信号；

快速电荷泵，与快速鉴频鉴相器相连，接收所述第一快速脉冲控制信号及所述第二快速脉冲控制信号，将所述第一快速脉冲控制信号及所述第二快速脉冲控制信号转化为快速充电电流；

开关，与快速电荷泵及快速鉴频鉴相器相连，接收所述开关控制信号并对应切换闭合和断开状态，在闭合状态时控制所述快速充电电流对所述锁相环的环路滤波器的电容进行充电；

其中，所述快速鉴频鉴相器包括基本鉴频鉴相器和开关控制电路；所述基本鉴频鉴相器接收所述快速参考时钟信号和所述快速反馈时钟信号，依据所述快速参考时钟信号和所述快速反馈时钟信号的频率比较结果产生第一快速脉冲控制信号及第二快速脉冲控制信号；所述开关控制电路与所述基本鉴频鉴相器相连，接收所述第一快速脉冲控制信号及所述第二快速脉冲控制信号，依据所述第二快速脉冲控制信号及所述第一快速脉冲控制信号，判断所述快速反馈时钟信号的频率是否比所述快速参考时钟信号的频率快，若是，则产生断开开关的开关控制信号，若否，则产生闭合开关的开关控制信号。

2.如权利要求1所述的快速锁定装置，其特征在于，所述第一倍数为3、4或5，所述第二倍数依序对应为2、3或4。

3.如权利要求1所述的快速锁定装置，其特征在于，当所述快速参考时钟信号的频率比所述快速反馈时钟信号的频率快，则所述基本鉴频鉴相器产生的第一快速脉冲控制信号的上升沿超前于第二快速脉冲控制信号的上升沿，当所述快速反馈时钟信号的频率比所述快速参考时钟信号的频率快，则产生的第二快速脉冲控制信号的上升沿超前于第一快速脉冲控制信号的上升沿。

4.如权利要求3所述的快速锁定装置，其特征在于，所述开关控制电路判断第二快速脉冲控制信号的上升沿超前于第一快速脉冲控制信号的上升沿的连续次数是否大于等于预设次数，若是，则判断为所述快速反馈时钟信号的频率比所述快速参考时钟信号的频率快，若否，则判断为所述快速参考时钟信号的频率比所述快速反馈时钟信号的频率快。

5.如权利要求4所述的快速锁定装置，其特征在于，所述预设次数为4或者大于4的正整数。

6.如权利要求4所述的快速锁定装置，其特征在于，所述开关控制电路包括采样电路及判断电路，所述采样电路包括若干个D触发器，所述D触发器的数量与所述预设次数相同，各所述D触发器接收所述第二快速脉冲控制信号作为时钟信号，其中一D触发器的接收所述第一快速脉冲控制信号作为输入信号，其余D触发器的依序接收上一D触发器的输出信号作为输入信号；所述判断电路判断各所述D触发器的输出信号是否同时为低电平，若是，则产生断开开关的开关控制信号，若否，则产生闭合开关的开关控制信号。

7.如权利要求6所述的快速锁定装置，其特征在于，所述D触发器的数量为4个，所述开关控制电路包括：二或非门电路，分别接收各所述D触发器的输出信号作为输入信号；一与非门电路，接收所述二或非门电路的输出信号作为输入信号；一非门电路，接收所述与非门电路的输出信号作为输入信号，并输出开关控制信号。

8.如权利要求4所述的快速锁定装置，其特征在于，所述开关控制电路包括采样电路及判断电路，所述采样电路包括若干个D触发器，所述D触发器的数量与所述预设次数相同，各所述D触发器接收所述第一快速脉冲控制信号作为时钟信号，其中一D触发器的接收所述第二快速脉冲控制信号作为输入信号，其余D触发器的依序接收上一D触发器的输出信号作为输入信号；所述判断电路判断各所述D触发器的输出信号是否同时为高电平，若是，则产生断开开关的开关控制信号，若否，则产生闭合开关的开关控制信号。

9.如权利要求8所述的快速锁定装置，其特征在于，所述D触发器的数量为4个，所述开关控制电路包括：二与非门电路，分别接收各所述D触发器的输出信号作为输入信号；一或非门电路，接收所述二与非门电路的输出信号作为输入信号，并输出开关控制信号。

10.如权利要求1所述的快速锁定装置，其特征在于，所述快速电荷泵的快速充电电流大于所述电荷泵的电流。

11.如权利要求10所述的快速锁定装置，其特征在于，所述快速电荷泵的快速充电电流是所述电荷泵的电流的4～～16倍。

12.一种包括权利要求1-11任一项所述的快速锁定装置的锁相环。

13.如权利要求12所述的锁相环，其中，所述锁相环的环路滤波器包括相互串联的电容和电阻，所述快速电荷泵直接连接所述电容对所述电容进行充电。

14.如权利要求12所述的锁相环，其中，所述锁相环的环路滤波器包括相互串联的电容和电阻，所述快速电荷泵经过所述电阻后对所述电容进行充电。

15.如权利要求12所述的锁相环，其中，所述锁相环还包括滤波电容，所述环路滤波器并联于所述滤波电容。