CN102571082B - 动态补偿压控振荡器中v2i管栅极漏电的锁相环 - Google Patents
动态补偿压控振荡器中v2i管栅极漏电的锁相环 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环，该锁相环包括：漏电校准模块、可编程电流补偿模块、电压缓冲器和温度传感器模块，所述漏电校准模块利用电压缓冲器引出的锁相环控制电压校准漏电流并得到一组控制字，所述一组控制字传输于所述可编程电流补偿模块并产生补偿电流以消除V2I管栅极漏电流，所述温度传感器模块在检测到环境温度变化超过规定范围时发出一个控制信号控制所述漏电校准模块重新校准，弥补不同温度下V2I管的栅极漏电流。通过上述方式，本发明动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环能够有效抑制漏电流对锁相环控制电压的影响，得到更加稳定的信号，减少噪音。
Description
技术领域
本发明涉及电子通讯技术领域，尤其涉及一种动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环。
背景技术
锁相环又称PLL架构(phase-locked loop)，锁相环被普遍应用在各类有线或无线通讯系统中，高精度低抖动是设计时的首要指标。V2I管(即锁相环控制电压转电流的MOS管)是一个在锁相环电路中处于特定位置的MOS管，然而随着工艺尺寸不断缩小，V2I管栅极漏电开始逐步体现并且影响锁相环的性能。在传统的二型锁相环中，锁相环锁定以后锁相环控制电压必须保持恒定并且避免耦合到时钟信号或者其它噪声影响。在深亚微米工艺下，锁相环的压控振荡器中V2I管的栅极漏电流造成锁相环控制电压上有一个以参考频率为ripple电压（即是在一个在原本平缓的电压上出现的尖峰/毛刺），以下简称波动电压，这将直接影响锁相环的性能。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环，能够有效抑制漏电流对锁相环控制电压的影响，得到更加稳定的信号，减少噪音。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环，包括：鉴相器、电荷泵、压控振荡器、分频器和一个二阶低通滤波器，所述鉴相器、电荷泵、压控振荡器和二阶低通滤波器串联后与所述分频器进行并联，锁相环还包括漏电校准模块、可编程电流补偿模块、电压缓冲器和温度传感器模块，所述漏电校准模块利用电压缓冲器引出的锁相环控制电压校准漏电流并得到一组控制字，所述一组控制字传输于所述可编程电流补偿模块并产生补偿电流以消除V2I管栅极漏电流，所述温度传感器模块在检测到环境温度变化超过规定范围时发出一个控制信号控制所述漏电校准模块重新校准，弥补不同温度下V2I管的栅极漏电流。
在本发明一个较佳实施例中，所述漏电校准模块包括迟滞比较器和逐级逼近寄存器，所述迟滞比较器串接逐级逼近寄存器，所述迟滞比较器对漏电校准模块环路电压的变化作出判断并将结果存储在逐级逼近寄存器中，所述逐级逼近寄存器的输出同时控制漏电校准模块和可编程电流补偿模块对V2I管栅极漏电做出补偿。
在本发明一个较佳实施例中，所述漏电校准模块并联有第一组电容和第一组对应的选通开关，所述漏电校准模块的输入电压与锁相环控制电压相同。
在本发明一个较佳实施例中，所述可编程电流补偿模块包括第二组电容和第二组对应的选通开关，所述第二组电容和选通开关连接在电源电压和锁相环的控制电压之间。
在本发明一个较佳实施例中，所述漏电校准模块的第一组电容等值于可编程电流补偿模块的第二组电容，所述漏电校准模块的第一组电容和可编程电流补偿模块的第二组电容均为二进制权重编码的MOS管电容。
在本发明一个较佳实施例中，所述漏电校准模块镜像设置一低通滤波器，所述漏电校准模块中低通滤波器、压控振荡器中V2I管和锁相环环路中相应MOS管尺寸相同。
本发明的有益效果是：补偿电流的范围足够覆盖 V2I管在任何跨压下的栅极漏电，经过动态检测补偿V2I管栅极漏电之后的锁相环，可以有效抑制漏电流对锁相环控制电压的影响，改善的信号时域上的抖动性能。
附图说明
图1是本发明动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环的电路方框图；
图2是本发明动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环中漏电校准模块的电路原理图；
图3是本发明动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环中漏电校准模块工作的时序图；
图4是本发明动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环中可编程电流补偿模块的电路原理图。
图中：1、鉴相器；2、电荷泵；3、压控振荡器；4、分频器；5、二阶低通滤波器；6、漏电校准模块；7、可编程电流补偿模块；8、电压缓冲器；9、温度传感器模块；10、低通滤波器；60、迟滞比较器；61、逐级逼近寄存器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：一种动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环，包括：鉴相器1、电荷泵2、压控振荡器3、分频器4和一个二阶低通滤波器5，所述鉴相器1、电荷泵2、压控振荡器3和二阶低通滤波器5串联后与分频器4进行并联，压控振荡器3经过分频器4的输出信号（CLK_BK），该锁相环还包括漏电校准模块6、可编程电流补偿模块7、电压缓冲器8和温度传感器模块9，漏电校准模块6利用电压缓冲器8引出的锁相环控制电压VCTRL_B校准漏电流，并得到一组控制字(n-bit)传输于可编程电流补偿模块7并产生补偿电流以消除V2I管栅极漏电流，另外温度传感器模块9在检测到环境温度变化超过规定范围时发出一个控制信号控制漏电校准模块6重新校准，弥补不同温度下V2I管的栅极漏电流，最终得到稳定的锁相环输出信号CKOUT。
为更进一步论证V2I管栅极漏电问题，本发明设 为电荷泵的电流，为V2I管栅极漏电流，为由V2I管栅极漏电流造成的相位偏移，为波动电压，为输入锁相环参考信号（FREF）的周期，可以得到：
由上述计算可以看到锁相环控制电压上由于V2I管栅极漏电流影响造成的波动电压与漏电流大小、输入锁相环参考信号的周期和二阶低通滤波器5的电容 (远大于)大小有关。二阶低通滤波器5的电容一定的情况下，输入锁相环参考信号（FREF）的周期较长时即使漏电流大小有限也会造成较大的波动电压，同时漏电流会造成鉴频器1输出的相位偏移增加，也会引入更多的噪音进入环路进而恶化锁相环的性能。
根据上述分析，漏电校准模块6利用(1)式的原理，采用校准周期作为一个放电周期，请参阅图2，使得电容在一个较小的漏电流下得到较大的电压差；所述漏电校准模块6包括迟滞比较器60和逐级逼近寄存器61，迟滞比较器60串接逐级逼近寄存器61，迟滞比较器60对电压VB的变化作出判断并将结果存储在逐级逼近寄存器61中，逐级逼近寄存器61的输出同时控制漏电校准模块6和可编程电流补偿模块7对V2I管栅极漏电做出补偿。
请再次参阅图1和图2，设为上阈值电压，为下阈值电压，
为漏电校准模块6产生的补偿电流，由表达式：
得
从表达式(6)可以看到，如果需要提高补偿精度可以通过增加m或者减少上阈值电压或下阈值电压，为了保证漏电校准模块6产生的补充电流不会过度补偿，需要上阈值电压小于下阈值电压。
进一步请参阅图2、图3和图4，所述漏电校准模块的第一组电容C’1,C’2…C’n等值于可编程电流补偿模块的第二组电容C1,C2，…Cn，VCTRL_B是电压缓冲器8的输出电压，其输出的电压大小与锁相环控制电压VCTRL相同，漏电校准模块6镜像设置一低通滤波器10，漏电校准模块6中低通滤波器10、压控振荡器中V2I管和锁相环中相应的MOS管尺寸相同，第一组二进制权重编码的MOS管电容C’1,C’2…C’n分别串接对应的第一组选通开关SW’_1,SW’_2…SW’_n ，用于提供可编程补偿电流。开关CLK_1和开关CLK_2周期同为，开关CLK_2是比开关CLK_1延时 1/4个周期的脉冲, 脉波宽度为1/4个周期；开关CLK_1为高脉波时，电压VB等于电压缓冲器的输出电压VCTRL_B，1/4个周期后开关CLK_2为高脉波时，电容Cs上采样到电压Vs并保持。经过1/4个周期后开关CLK_1和开关CLK_2同时为低脉波。漏电流开始对电容进行周期为的放电，低通滤波器10电压VB1持续降低，低通滤波器10电压VB1低于采样保持获得的电压Vs超过阀值迟滞比较器60得到比较结果，并且在开关CLK_1再次为高脉波之前将比较结果传入逐级逼近寄存器61。逐级逼近寄存器61输出控制信号,为最高位，为最低位，逐级逼近寄存器61的输出初值设为(1,0…0)。如果，逐级逼近寄存器61设置当前位为高脉波，增加补偿电流；如果，逐级逼近寄存器61设置当前位为低脉波，减小补偿电流。当所有控制字设置完成，漏电校准模块6将控制字传给可编程电流补偿模块，完成校准过程。请参阅图4中初始状态控制信号为(10000000)，在开关CLK_1上升沿到达时， ，迟滞比较器输出为高脉冲，表明此时，逐级逼近寄存器61输出改为(11000000)，所有控制字依次比较结束，控制信号得到最终输出。
请参阅图4，所述可编程电流补偿模块7设置有第二组二进制权重编码的MOS管电容C1,C2，…Cn和第二组对应的选通开关SW_1,SW_2…SW_n，MOS管电容和选通开关连接在电源电压和锁相环的控制电压之间，当选通开关闭合的时候MOS管电容的栅极漏电流对V2I管的栅极漏电流做出补偿，选通开关控制信号由漏电校准模块给出。
本发明动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环区别于现有传统的电路，新增加的漏电校准模块、可编程电流补偿模块、电压缓冲器和温度传感器模块使整个锁相环电路中压控振荡器的V2I管栅极漏电问题得到补偿，提升了整个电路的性能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (4)
1.一种动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环，包括：鉴相器、电荷泵、压控振荡器、分频器和一个二阶低通滤波器，所述鉴相器、电荷泵、压控振荡器和二阶低通滤波器串联后与所述分频器进行并联，其特征在于：该锁相环还包括：漏电校准模块、可编程电流补偿模块、电压缓冲器和温度传感器模块，所述漏电校准模块利用电压缓冲器引出的锁相环控制电压校准漏电流并得到一组控制字，所述一组控制字传输于所述可编程电流补偿模块并产生补偿电流以消除V2I管栅极漏电流，所述温度传感器模块在检测到环境温度变化超过规定范围时发出一个控制信号控制所述漏电校准模块重新校准，弥补不同温度下V2I管的栅极漏电流；所述漏电校准模块包括迟滞比较器和逐级逼近寄存器，所述迟滞比较器串接逐级逼近寄存器，所述迟滞比较器对漏电校准模块环路电压的变化作出判断并将结果存储在逐级逼近寄存器中，第一组二进制权重编码的MOS管电容分别串接对应的第一组选通开关，用于提供可编程补偿电流，所述逐级逼近寄存器的输出同时控制漏电校准模块和可编程电流补偿模块对V2I管栅极漏电做出补偿；所述漏电校准模块设有第一组电容和第一组对应的选通开关，所述漏电校准模块的输入电压与锁相环控制电压相同。
2.根据权利要求1所述的动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环，其特征在于，所述可编程电流补偿模块包括第二组电容和第二组对应的选通开关，所述第二组电容和选通开关连接在电源电压和锁相环的控制电压之间。
3. 根据权利要求1或2所述的动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环，其特征在于，所述漏电校准模块的第一组电容等值于可编程电流补偿模块的第二组电容，所述漏电校准模块的第一组电容和可编程电流补偿模块的第二组电容均为二进制权重编码的MOS管电容。
4. 根据权利要求1所述的动态补偿压控振荡器中V2I管栅极漏电的锁相环，其特征在于，所述漏电校准模块镜像设置一低通滤波器，所述漏电校准模块中的低通滤波器、压控振荡器中V2I管和锁相环环路中相应的MOS管尺寸相同。
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