CN103427834B - 锁相回路电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锁相回路电路。锁相回路电路包含一相位频率检测器、一第一充电泵、一第二充电泵、一第一回路元件组、一第二回路元件组、一压控振荡器以及一除频器。第一充电泵及第二充电泵耦接相位频率检测器。第一回路元件组耦接于第一充电泵与压控振荡器间。第二回路元件组耦接于第二充电泵与压控振荡器间。除频器耦接于相位频率检测器与压控振荡器间。第一回路元件组产生一补偿电流，调整第一充电泵及第二充电泵的工作区间。第二回路元件组产生一补偿电流及一直流调整电压，以控制其输出至压控振荡器的控制电压。

Description

锁相回路电路

技术领域

本发明关于一种锁相回路电路，尤有关于具有补偿电流的二回路锁相回路电路。

背景技术

近年来，锁相回路电路普遍采用双回路设计来取代传统单回路设计，以减少回路元件中电容所占据的面积。然而，基于双回路所设计的锁相回路电路仍存在其充电泵无法有效地操作于良好的线性工作区间而产生寄生基调（spurioustone）的问题。另一方面，由于各回路上输出至压控振荡器的控制电压会随着锁相回路电路的运作不断大幅度的变动，因此无法有效地使压控振荡器保持操作于较线性的工作区间。

有鉴于此，在基于双回路所设计的锁相回路电路中，如何有效地使充电泵操作于具良好线性度的工作区间，并更进一步控制输出至压控振荡器的控制电压，以使得压控振荡器也能保持操作于具良好线性度的工作区间，乃是业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种锁相回路电路，以解决上述的问题。本发明的锁相回路电路采用双回路，于一回路中产生一补偿电流以使充电泵操作在较佳线性的工作区间，并进一步于另一回路中产生另一补偿电流及一直流调整电压，以控制输出至压控振荡器的控制电压，进而使压控振荡器也操作于较佳的线性工作区间。如此一来，通过使充电泵及压控振荡器两者皆操作在较线性的工作区间，本发明可有效地降低寄生基调。

为达上述目的，本发明提供一种锁相回路电路，其包含一相位频率检测器、一第一充电泵、一第一回路元件组、一第二充电泵、一第二回路元件组、一压控振荡器以及一除频器。该相位频率检测器用以根据一参考信号以及一反馈信号，产生一校正信号。该第一充电泵，耦接该相位频率检测器，且用以根据该校正信号，产生一第一电流。该第一回路元件组，耦接该第一充电泵，用以接收该第一电流，并产生一第一补偿电流，以根据该第一电流及该第一补偿电流，产生一第一控制电压。该第二充电泵，耦接该相位频率检测器，且用以根据该校正信号，产生一第二电流。该第二回路元件组，耦接该第二充电泵，用以接收该第二电流，并产生一第二补偿电流及一直流调整电压，以根据该第二电流、该第二补偿电流及该直流调整电压，产生一第二控制电压。该压控振荡器，耦接该第一回路元件组及该第二回路元件组，用以接收该第一控制电压以及该第二控制电压，并根据该第一控制电压以及该第二控制电压，产生一振荡信号。该除频器，耦接该压控振荡器及该相位频率检测器，用以接收该振荡信号，并除频该振荡信号以产生该反馈信号。

在参阅图式及随后描述的实施方式后，此技术领域技术人员便可了解本发明的技术手段及实施态样。

附图说明

图1为本发明第一实施例的锁相回路电路1的示意图；

图2为本发明第二实施例的锁相回路电路2的示意图；

图3为本发明第一回路滤波器的示意图；以及

图4为本发明第二回路滤波器的示意图。

其中，附图标记说明如下：

101相位频率检测器

103第一充电泵

105第一回路元件组

105a第一补偿电流源

105b第一回路滤波器

107第二充电泵

109第二回路元件组

109a第二补偿电流源

109b第二回路滤波器

109c直流调整电压源

111压控振荡器

113除频器

100参考信号

102反馈信号

104校正信号

112振荡信号

I₁第一电流

I_1,off第一补偿电流

I₂第二电流

I_2,off第二补偿电流

V_DC直流调整电压

V_i第一控制电压

V_p第二控制电压

C_i积分电容

C_p比例电容

R_p比例电阻

具体实施方式

本发明的一实施例如图1所示，其描绘一锁相回路电路1。锁相回路电路1可应用于一射频通信芯片中，或任何用以产生一特定高频信号的芯片中。锁相回路电路1包含一相位频率检测器101、一第一充电泵103、一第一回路元件组105、一第二充电泵107、一第二回路元件组109、一压控振荡器111以及一除频器113。

相位频率检测器101例如可自一石英振荡器（图未绘示）接收一参考信号100，并自除频器113接收一反馈信号102，以根据参考信号100以及反馈信号102的相位频率差，产生校正信号104。第一充电泵103与一第二充电泵107分别耦接至相位频率检测器101。于接收校正信号104后，第一充电泵103与第二充电泵107分别根据校正信号104产生一第一电流I₁及一第二电流I₂。第二电流I₂可为第一电流I₁乘上一比例常数β，如公式1所示。

I₂＝βI₁（公式1）

具体而言，校正信号104包含一充电信号以及一放电信号。当第一充电泵103接收充电信号时，第一电流I₁为一正电流，而当第一充电泵103接收放电信号时，第一电流I₁为一负电流。类似地，当第二充电泵107接收充电信号时，第二电流I₂为一正电流，而当第二充电泵107接收放电信号时，第二电流I₂为一负电流。换言之，第一充电泵103及第二充电泵107分别根据校正信号104所包含的充电信号及放电信号来产生不同状态的第一电流I₁及第二电流I₂。

第一回路元件组105耦接至第一充电泵103。第一回路元件组105接收第一电流I₁，并产生一第一补偿电流（图未绘示），以根据第一电流I₁及第一补偿电流，产生一第一控制电压V_i。第二回路元件组109耦接至第二充电泵107。第二回路元件组109接收第二电流I₂，并可进一步产生一第二补偿电流（图未绘示）及一直流调整电压（图未绘示），以根据第二电流I₂，以及进一步根据第二补偿电流及直流调整电压，来产生一第二控制电压V_p。第一充电泵103与第一回路元件组105构成锁相回路电路15的积分路径（integralpath），而第二充电泵107与第二回路元件组109构成锁相回路电路1的比例路径（proportionalpath）。

进一步言，第一回路元件组105固定地持续产生第一补偿电流，而第二回路元件组109固定地持续产生第二补偿电流。第一补偿电流的大小可调整第一充电泵103的响应（即相位频率检测器101所检测的相位频率差与第一充电泵103所输出的第一电流I₁间的关系）以及第二充电泵107的响应（即相位频率检测器101所检测的相位频率差与第二充电泵107所输出的第二电流I₂间的关系），因此当锁相回路电路1操作于稳态时，第一充电泵103与第二充电泵107得以操作在较线性的工作区间。

须说明者，当相位频率检测器101未提供校正信号104（即充电信号以及放电信号）时，则第一充电泵103停止提供第一电流I₁，以及第二充电泵107停止提供第二电流I₂。在此情况下，第一回路元件组105仅根据第一补偿电流，产生第一控制电压V_i，而第二回路元件组109仅根据第二补偿电流及直流调整电压，产生第二控制电压V_p。

压控振荡器111耦接至第一回路元件组105及第二回路元件组109，并接收第一控制电压V_i及第二控制电压V_p。压控振荡器111根据第一控制电压V_i以及第二控制电压V_p，产生一振荡信号112。由于第二回路元件组109所产生的第二补偿电流及直流调整电压，可控制第二控制电压V_p，因此当锁相回路电路1操作于稳态时，第二控制电压V_p实质上被控制为定值（即具有小幅度的变动，但平均值实质上固定），且第一控制电压V_i也相应地被控制。如此一来，相较于先前技术，因锁相回路电路1的第一控制电压V_i及第二控制电压V_p的变动幅度受到控制，故本发明的压控振荡器111可操作在较线性的工作区间（于此区间，压控振荡器111的输入电压与输出频率的响应具较佳的线性度）。

除频器113耦接至压控振荡器111及相位频率检测器101。除频器113接收振荡信号112，并除频振荡信号112以产生较低频的反馈信号102。此外，除频器113可包含一调变器（图未绘示），其用以改变除频器119的一除数。于本实施例中除频器113的除数为一分数（即除频器113为分数型的除频器）；然而，在其他实施例中，除频器113的除数也可为一整数（即除频器113为整数型的除频器）；而在本发明的一些实施例中，锁相回路电路1也可不具有除频器。

本发明的第二实施例如图2所示，其描绘一锁相回路电路2。于本实施例中，第一回路元件组105包含一第一补偿电流源105a及第一回路滤波器105b。第二回路元件组109可包含一第二补偿电流源109a、一第二回路滤波器109b及一直流调整电压源109c。积分路径包含第一充电泵103、第一补偿电流源105a与第一回路滤波器105b，而比例路径包含第二充电泵107、第二补偿电流源109a、第二回路滤波器109b与直流调整电压源109c。

第一补偿电流源105a产生第一补偿电流I_1，off。第一回路滤波器105b耦接至第一充电泵103及第一补偿电流源105a。第一回路滤波器107接收第一电流I₁及第一补偿电流I_1,off，并根据第一电流I₁及第一补偿电流I_1,off，产生第一控制电压V_i。第二补偿电流源108a产生第二补偿电流I_2,off，而直流调整电压源109c产生直流调整电压V_DC。第二回路滤波器109b耦接至第二充电泵107、第二补偿电流源109a及直流调整电压源109c。第二回路滤波器109b接收第二电流I₂及第二补偿电流I_2,off，并根据第二电流I₂、第二补偿电流I_2,off及直流调整电压V_DC，产生第二控制电压V_p。

请参考图3及图4，其分别描绘第一回路滤波器105b及第二回路滤波器109b的示意图。第一滤波器105b包含一积分电容C_i。第二回路滤波器113包含比例电容C_p及比例电阻R_p。直流调整电压源109c可与比例电阻R_p串接，以输入直流调整电压V_DC，其中该直流调整电压源109c可以为一固定电压或地电位(接地)。

须说明者，第一补偿电流源103a的第一补偿电流I_1,off与第一充电泵103的第一电流I₁的比例会产生一补偿相位，以增加锁相回路电路的线性度，即第一补偿电流I_1,off与第一电流I₁可根据所希望的补偿相位来设置；而第一补偿电流源103a所产生的第一补偿电流I_1,off也会影响比例路径的第二控制电压V_p，使得比例路径更具有另一等效补偿电流源（图未绘示），而等效补偿电流源所产生的等效补偿电流如公式2所示。

I_eq2，off＝βI₁(-I_1，off/I₁)＝-βI_1，off（公式2）

其中，I_eq2，off代表等效补偿电流。据此，第二回路滤波器113所产生的第二控制电压V_p可如下列公式3所表示。

V_p＝V_DC+(I_2，off-βI_1，off)R_p（公式3）

有上述公式2和公式3可见，该第一补偿电流I_1，off愈大，该第二控制电压V_p愈小。此外，振荡信号112的频率与第一控制电压V_i与第二控制电压V_p可由公式4表示。

f_VCO＝f₀+K_VCO,pV_p+K_VCO,iV_i（公式4）

其中，f_VCO代表振荡信号122的频率，f₀代表压控振荡器117的中心频率，K_VCO，i代表相对于第一控制电压V_i的增益，K_VCO,p代表相对于第二控制电压V_p的增益。

第一控制电压V_i与第二控制电压V_p总和虽为定值，但其仍会随着锁相回路电路1的运作不断变动且变动幅度较大，因此压控振荡器的工作区间无法受到控制，而无法保持操作于较线性的工作区间。为克服此问题，锁相回路电路2中进一步加入第二补偿电流源109a及直流调整电压源109c，通过产生第二补偿电流I_2,off及直流调整电压V_DC，控制第二控制电压V_p（即如公式3所示），因此当锁相回路电路1操作于稳态时，第二控制电压V_p实质上被控制为定值。

综上所述，本发明的锁相回路电路通过于一回路中产生一补偿电流（例如加入补偿电流源），使充电泵操作于具有线性度的工作区间，以降低寄生基调。同时，本发明的射频通信芯片及其锁相回路电路更可进一步通过加入补偿电流源及直流调整电压，控制输出至压控振荡器的控制电压，以使压控振荡器可保持操作于具有良好线性度的工作区间，进而更降低寄生基调。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施态样，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以申请专利的权利要求范围为准。

Claims (8)

1.一种锁相回路电路，包含：

一相位频率检测器，用以根据一参考信号以及一反馈信号产生一校正信号；

一第一充电泵，用以根据该校正信号产生一第一电流；

一第一回路元件组，用以产生一第一补偿电流，并根据该第一电流及该第一补偿电流来产生一第一控制电压；

一第二充电泵，用以根据该校正信号产生一第二电流；

一第二回路元件组，用以产生一第二补偿电流及一直流调整电压，并根据该第二电流、该第二补偿电流及该直流调整电压来产生一第二控制电压；

一压控振荡器，用以根据该第一控制电压以及该第二控制电压来产生一振荡信号；以及

一除频器，用以除频该振荡信号以产生该反馈信号。

2.如权利要求1的锁相回路电路，其中该第一回路元件组包含：

一第一补偿电流源，用以产生该第一补偿电流；以及

一第一回路滤波器，耦接该第一充电泵及该第一补偿电流源，用以接收该第一电流及该第一补偿电流，并根据该第一电流及该第一补偿电流，产生该第一控制电压。

3.如权利要求2的锁相回路电路，其中该第二回路元件组包含：

一第二补偿电流源，用以产生该第二补偿电流；

一直流调整电压源，用以产生该直流调整电压；以及

一第二回路滤波器，耦接该第二充电泵、该第二补偿电流源以及该直流调整电压源，用以接收该第二电流及该第二补偿电流，并根据该第二电流、该第二补偿电流及该直流调整电压，产生该第二控制电压。

4.如权利要求3的锁相回路电路，其中该第一回路滤波器包含一积分电容，该第一充电泵、该第一补偿电流源与该第一回路滤波器构成一积分路径，该第二回路滤波器包含一比例电容以及一比例电阻，该第二充电泵、该第二补偿电流源、该直流调整电压源与该第二回路滤波器构成一比例路径。

5.如权利要求1的锁相回路电路，其中该第二电流为该第一电流乘上一比例常数。

6.如权利要求1的锁相回路电路，其中该第一补偿电流愈大，该第二控制电压愈小。

7.如权利要求1的锁相回路电路，其中该校正信号包含一充电信号以及一放电信号，当该第一充电泵接收该充电信号时，该第一电流为一正电流，当该第一充电泵接收该放电信号时，该第一电流为一负电流，当该第二充电泵接收该充电信号时，该第二电流为一正电流，以及当该第二充电泵接收该放电信号时，该第二电流为一负电流。

8.如权利要求1的锁相回路电路，其中该第一补偿电流根据该第一电流与一补偿相位来设置。