CN103684427A

CN103684427A - 锁相回路

Info

Publication number: CN103684427A
Application number: CN201210325246.7A
Authority: CN
Inventors: 李朝政; 赵海兵
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2014-03-26
Also published as: TW201412022A; US20140062550A1

Abstract

本发明公开了一种锁相回路，包括环路滤波器及电荷泵电路。环路滤波器包括并联电容、串联电阻及串联电容。串联电阻的一端电性连接至并联电容的一端。串联电容的一端电性连接至串联电阻的另一端，且串联电容的另一端电性连接至并联电容的另一端。电荷泵电路包括第一电荷泵及第二电荷泵。第一电荷泵电性连接至串联电阻的一端，而第二电荷泵电性连接至串联电阻的另一端。本发明的锁相回路能够减少输出抖动，进而提高了锁相回路的效能。

Description

锁相回路

技术领域

本发明有关于一种回路，且特别是有关于一种锁相回路。

背景技术

请参考图1，图1为传统锁相回路(Phase Lock Loop，PLL)的示意图。传统锁相回路1包括电荷泵(Charge Pump)11、环路滤波器(loop flter)12、压控振荡器13及相频侦测器(Phase Frequency Detector)15。压控振荡器13根据环形滤波器12的输出产生振荡信号Φ_out，相频侦测器15根据振荡信号Φ_out及时脉信号CLK控制电荷泵11。

环路滤波器12包括并联电容C_p、串联电阻R_s及串联电容C_s。串联电阻R_s的一端电性连接至并联电容C_p的一端。串联电容C_s的一端电性连接至串联电阻R_s的另一端，而串联电容C_s的另一端电性连接至并联电容C_p的另一端。

电荷泵11电性连接至串联电阻R_s’的一端。进一步来说，电荷泵11包括电流源11a、开关SW1、电流源11b及开关SW2，且电流源11a与电流源11b分别提供电流I_cp。开关SW1受控于开关信号UP将电流源11a电性连接至串联电阻R_s的一端，而开关SW2受控于开关信号DN将电流源11b电性连接至串联电阻R_s’的一端。然而，传统锁相回路1的串联电阻R_s容易产生噪声造成输出抖动(Jitter)，进而影响传统锁相回路1的效能。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种锁相回路(phase lockloop，PLL)。

本发明提供了一种锁相回路，该锁相回路包括环路滤波器及电荷泵(Charge Pump)电路。环路滤波器包括并联电容、串联电阻及串联电容。串联电阻的一端电性连接至并联电容的一端。串联电容的一端电性连接至串联电阻的一端，且串联电容的另一端电性连接至并联电容的另一端。电荷泵电路包括第一电荷泵及第二电荷泵。第一电荷泵电性连接至串联电阻的一端，而第二电荷泵电性连接至串联电阻的另一端。

本发明的锁相回路能够减少输出抖动，进而提高了锁相回路的效能。

为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

附图说明

图1为传统锁相回路的示意图。

图2为依照第一实施例的锁相回路的示意图。

图3为图1绘示的部分等效电路图。

图4为图2绘示的部分等效电路图。

图5为依照第二实施例的锁相回路的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：传统锁相回路

2：依照第一实施例的所相回路

3：依照第二实施例的所相回路

11、211、212：电荷泵

11a、11b、211a、211b、212a、212b：电流源

12、22：环路滤波器

13、23：压控振荡器

15、25：相频侦测器

21：电荷泵电路

24：除频器

R_s、R_s’：串联电阻

R₁：电阻

C₁：电容

C_s、C_s’：串联电容

C_p、C_p’：并联电容

Φ_out、Φ_out’：振荡信号

V₁、V₁’、V₂、V₂’：电压

CLK：时脉信号

I_cp：电流

UP、DN：开关信号

具体实施方式

第一实施例

请同时参考图1及图2，图2为依照第一实施例的锁相回路(phase lockloop，PLL)的示意图。锁相回路2包括电荷泵(Charge Pump)电路21、环路滤波器22、压控振荡器23、除频器24及相频侦测器(Phase FrequencyDetector)25。压控振荡器23根据环形滤波器22的输出产生振荡信号Φ_out’，相频侦测器25根据振荡信号Φ_out’及时脉信号CLK提供开关信号UP及开关信号DN。

环路滤波器22包括并联电容C_p’、串联电阻R_s’及串联电容C_s’。串联电阻R_s’的一端电性连接至并联电容C_p’的一端。串联电容C_s’的一端电性连接至串联电阻R_s’的另一端，而串联电容C_s’的另一端电性连接至并联电容C_p’的另一端。传统锁相回路1的噪声主要来自串联电阻R_s。为了减少输出抖动(Jitter)，锁相回路2的串联电阻R_s’等于R_s/N，且N为大于1的正整数。并联电容C_p’等于N倍的并联电容C_p，而串联电容C_s’等于串联电容C_s减去(N-1)倍的并联电容C_p。

电荷泵电路21包括电荷泵211及电荷泵212。电荷泵211电性连接至串联电阻R_s’的一端，而电荷泵212电性连接至串联电阻R_s’的另一端。进一步来说，电荷泵211包括电流源211a、开关SW1、电流源211b及开关SW2，且电流源211a与电流源211b分别提供N倍的电流I_cp。开关SW1受控于开关信号UP将电流源211a电性连接至串联电阻R_s’的一端，而开关SW2受控于开关信号DN将电流源211b电性连接至串联电阻R_s’的一端。电荷泵212包括电流源212a、开关SW3、电流源212b及开关SW4，且电流源212a与电流源212b分别提供（N-1）倍的电流I_cp。

请同时参照图3及图4，图3为图1绘示的部分等效电路图，图4为图2绘示的部分等效电路图。由图3绘示可推得下述公式1。

\{\begin{matrix} V_{1} C_{p} s + \frac{V_{1 - V_{2}}}{R_{s}} = I_{cp} \\ V_{2} C_{s} s = \frac{V_{1} - V_{2}}{R_{s}} \end{matrix}

&DoubleRightArrow; V_{1} = - \frac{1 + R_{s} C_{s} s}{R_{s} C_{s} C_{p} s^{2} + C_{p} s + C_{s} s} \times I_{cp}

= \frac{\frac{1}{C_{p}} (s + \frac{1}{R_{s} C_{s}})}{s (s + \frac{1}{R_{s} C_{p}} + \frac{1}{R_{s} C_{s}})} \times I_{cp}

(公式1)

由图4绘示可推得下述公式2。

\{\begin{matrix} {V_{1}}^{'} {C_{p}}^{'} s + \frac{{V^{'}}_{1} - {V_{2}}^{'}}{{R_{s}}^{'}} = N \times I_{cp} \\ {V_{2}}^{'} {C_{s}}^{'} s + (N - 1) I_{cp} = \frac{{V_{1}}^{'} - {V_{2}}^{'}}{{R_{s}}^{'}} \end{matrix}

&DoubleRightArrow; {V_{1}}^{'} = - \frac{1 + N {R_{s}}^{'} {C_{s}}^{'} s}{{R_{s}}^{'} {C_{s}}^{'} {C_{p}}^{'} s^{2} + {C_{p}}^{'} s + {C_{s}}^{'} s} \times I_{cp}

= \frac{\frac{N}{C_{p}} (s + \frac{1}{{NR}_{s}^{'} {C_{s}}^{'}})}{s (s + \frac{1}{{R_{s}}^{'} {C_{p}}^{'}} + \frac{1}{{R_{s}}^{'} {C_{s}}^{'}})} \times I_{cp}

(公式2)

电压V₁等于电压V₁’，且相较公式1与公式2可得下列公式。

\{\begin{matrix} {C_{p}}^{'} = N C_{p} \\ \frac{1}{R_{s} C_{s}} = \frac{1}{{NR}_{s}^{'} {C_{s}}^{'}} \\ \frac{1}{R_{s} C_{p}} + \frac{1}{R_{s} C_{s}} = \frac{1}{{R_{s}}^{'} {C_{p}}^{'}} + \frac{1}{{R_{s}}^{'} {C_{s}}^{'}} \end{matrix} &DoubleRightArrow;

C_p′＝NC_p

C_s′＝C_s-(N-1)C_p

{R_{s}}^{'} = \frac{R_{s}}{N} \times \frac{1}{1 - (N - 1) \frac{C_{p}}{C_{s}}}

∵C_p<<C_s

\overset{\cdot}{\cdot \cdot} {R_{s}}^{'} \approx \frac{R_{s}}{N}

C_p′＝NC_p

C_s′＝C_s-(N-1)C_p

由此可知，在锁相回路2与传统锁相回路1具有相同传递函数的情况下。串联电阻R_s’等于R_s/N，并联电容C_p’等于N×C_p，而串联电容C_s’等于C_s-(N-1)C_p。其中N为大于1的正整数。

第二实施例

请参照图5，图5为依照第二实施例的锁相回路的示意图。第二实施例与第一实施例不同之处在于锁相回路3使用3阶的环路滤波器32。环路滤波器32除并联电容C_p’、串联电阻R_s’及串联电容C_s’外，还包括电阻R₁及电容C₁。电阻R₁的一端耦接串联电阻R_s’的一端。电容C₁的一端耦接电阻R1的另一端，而电容C1的另一端耦接串联电容C_s’的另一端。除此之外，于其他实施例中，锁相回路也可采用其他阶数的环形滤波器。

综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种锁相回路，包括：一环路滤波器与一电荷泵电路；

该环路滤波器，包括：

一并联电容；

一串联电阻，该串联电阻的一端电性连接至该并联电容的一端；

一串联电容，该串联电容的一端电性连接至该串联电阻的另一端，该串联电容的另一端电性连接至该并联电容的另一端；

该电荷泵电路，包括：

一第一电荷泵，电性连接至该串联电阻的一端；以及

一第二电荷泵，电性连接至该串联电阻的另一端。

2.如权利要求1所述的锁相回路，其中该第一电荷泵包括：

一第一电流源；

一第一开关，受控于一第一开关信号将该第一电流源电性连接至该串联电阻的一端；

一第二电流源；以及

一第二开关，受控于一第二开关信号将该第二电流源电性连接至该串联电阻的一端。

3.如权利要求2所述的锁相回路，其中该第一电流源与该第二电流源所提供的电流相同。

4.如权利要求2所述的锁相回路，其中该第二电荷泵包括：

一第三电流源；

一第三开关，受控于该第二开关信号将该第三电流源电性连接至该串联电阻的另一端；

一第四电流源；以及

一第四开关，受控于该第一开关信号将该第四电流源电性连接至该串联电阻的另一端。

5.如权利要求4所述的锁相回路，其中该第三电流源与该第四电流源所提供的电流相同。

6.如权利要求1所述的锁相回路，其中该环路滤波器还包括：

一电阻，该电阻的一端耦接该串联电阻的一端；

一电容，该电容的一端耦接该电阻的另一端，该电容的另一端耦接该串联电容的另一端。

7.如权利要求1所述的锁相回路，还包括：

一压控振荡器，用以根据该环形滤波器的输出产生一振荡信号；以及

一相频侦测器，用以根据该振荡信号及一时脉信号提供该第一开关信号及该第二开关信号。