CN105577178A - 一种宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环，包括参考时钟分频器、鉴频鉴相器、电荷泵、压控振荡器、环路滤波器、双模分频器和可编程分频器；参考时钟分频器的输入端接参考时钟信号，鉴频鉴相器的一个输入端接参考时钟分频器发送的分频时钟信号，另一个输入端接压控振荡器的输出信号经过双模预分频器和可编程分频器得到的分频信号，进行相位比较后，得到的相位差经过电荷泵和环路滤波器的处理，控制压控振荡器的输出频率。该电路包含小数分频器、宽带压控振荡器和Sigma-Delta量化噪声补偿器，可以保证锁相环在较宽的频率范围内具有较低的相位噪声并具有较高的频率分辨率。

Description

一种宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环
技术领域
本发明属于射频集成电路设计领域，涉及一种宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环。
背景技术
频率合成器就是将一个或多个高稳定度和高精度的参考频率经过加、减、乘、除等运算后产生同样稳定度和精度的大量离散频率的器件。随着现代电子技术的发展，万兆以太网、高速SERDES、雷达、无线通信、电子对抗等电子系统对频率合成器提出了越来越高的要求。宽带、低噪声、低抖动和高分辨率小数分频频率合成器可以提高频率利用率，降低通信误码率，提高系统的抗干扰能力和雷达对动目标的分辨能力。在国外，频率合成器技术已发展得很成熟，出现了系列单片集成频率合成器芯片，而国内还主要采用分立器件完成频率合成功能。
发明内容
本发明提供一种宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环，该电路包含小数分频器、宽带压控振荡器和Sigma-Delta量化噪声补偿器，可以保证锁相环在较宽的频率范围内具有较低的相位噪声并具有较高的频率分辨率。
本发明的技术解决方案如下：
一种宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环，其特殊之处在于：包括参考时钟分频器M1、鉴频鉴相器M2、电荷泵M3、压控振荡器M4、环路滤波器M8、双模分频器M11和可编程分频器M10；
参考时钟分频器M1的输入端接参考时钟信号，所述所述鉴频鉴相器的一个输入端接参考时钟分频器发送的分频时钟信号，另一个输入端接压控振荡器的输出信号经过双模预分频器和可编程分频器得到的分频信号，进行相位比较后，得到的相位差经过电荷泵和环路滤波器的处理，控制压控振荡器的输出频率。
还包括Sigma-Delta调制器M5、累加器M16和量化噪声补偿模块M6，Sigma-Delta调制器M5和累加器M16产生一个对应与小数分频比的分频数控制可编程分频器M10，量化噪声补偿器M6对Sigma-Delta调制器M5的噪声在控制过程中所产生的量化噪声进行补偿和量化。
还包括压控振荡器校准模块M7，所述压控振荡器校准模块M7根据可编程分频器M10和参考时钟分频器M1的信号，调整压控振荡器的震荡频率。
还包括本振控制单元，所述本振控制单元包括可编程分频器M9、多路选择器M14和本振驱动器M15，所述可编程分频器M9的输入端与压控振荡器M4连接，所述可编程分频器M9的输出端与多路选择器M14的输入端和双模分频器M11连接，所述多路选择器M14的输出端与本振驱动器M15的输入端连接，所述本振驱动器M15输出端为本振输出。
上述压控振荡器为宽带压控振荡器。
本发明的优点如下：
1、本发明提供的一种宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环，采用Sigma-Delta小数分频和量化噪声补偿技术，提高了锁相环的频率分辨率，减小参考杂散，提高相位噪声性能。
2、本发明的环路包含小数分频器、压控振荡器自动校准、宽带压控振荡器和Sigma-Delta量化噪声补偿器，可以保证锁相环在较宽的频率范围内具有较低的相位噪声并具有较高的频率分辨率。可应用在万兆以太网、高速SERDES、雷达、无线通信、电子对抗等电子系统应用领域中。
3、采用了参考时钟分频器，可以实现鉴频鉴相器的输入频率可编程，以利于采用不同的参考频率，提高电路性能。
4、本发明采用Sigma-Delta调制器和量化噪声补偿模块，减小了参考杂散，提高了锁相环的相位噪声。采用压控振荡器校准技术，实现了压控振荡器的振荡频率的自动校准。采用的宽带压控振荡器，结合小数分频器，增大了锁相环的频率覆盖范围。
附图说明
图1是本发明的方法的电路实现图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地表述。
经典的锁相环路由参考时钟分频器M1、鉴频鉴相器M2、电荷泵M3、压控振荡器M4、环路滤波器M8、双模分频器M11和可编程分频器M10构成，该环路完成锁相功能。
量化噪声补偿器M6产生的量化噪声经过模数转换器M12，将量化噪声加到压控振荡器M4的输入端。
Sigma-Delta调制器M5和累加器M16产生一个对应与小数分频比的分频数控制可编程分频器M10，同时量化噪声补偿器M6对Sigma-Delta调制器M5的噪声进行补偿，提高了锁相环的频率分辨率、降低了参考杂散，并优化了相位噪声。
压控振荡器的自动校准模块M7根据可编程分频器M10和参考频率分频器M1的信号，调整压控振荡器的震荡频率，可实现锁相环的快速锁定。
本发明提供一种宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环：
1)参考时钟分频器M1、鉴频鉴相器M2、电荷泵M3、压控振荡器M4、环路滤波器M8、双模分频器M11和可编程分频器M10构成锁相环路，完成基本的锁频锁相功能。
2)Sigma-Delta调制器M5、累加器M16、量化噪声补偿器M6、可编程分频器M10、双模预分频和模数转换器M12完成Sigma-Delta小数分频和量化噪声补偿。提高了锁相环的频率分辨率，减小参考杂散，提高相位噪声性能。
3)压控振荡器的自动校准模块M7根据可编程分频器M10和参考频率分频器M1的信号，调整压控振荡器的震荡频率，可实现锁相环的快速锁定。
工作原理：
本发明电路依托基本的锁相环环路的工作原理，在此基础上增加了预分频、量化噪声补偿、Sigma-Delta调制器和数模转换器实现了小数分频和噪声整形功能；增加的压控振荡器校准模块和控制电压校准模块实现了压控振荡器频率的自动校准；增加的可编程分频器M9和多路选择器使得锁相环可以满足多协议SerDes对锁相环的不同需求。
该锁相环路按功能可以分为三个部分。首先，主环路部分，包括鉴频鉴相器，电荷泵，环路滤波器，压控振荡器，双模预分频器，可编程分频器，以及Sigma-Delta调制器和量化噪声补偿模块。这部分用来完成锁相环的稳定频率输出功能。参考时钟信号经过参考时钟分频器的信号，与压控振荡器的输出经过双模预分频和可编程分频得到的信号进行相位比较，得到的相位差经过电荷泵和环路滤波器的处理，控制压控振荡器的输出频率。Sigma-Delta调制器通过调整可编程分频器的分频比，并借由环路的反馈特性，来控制压控振荡器的输出频率，使其稳定于所需的值。量化噪声补偿模块用来抵消Sigma-Delta调制器在控制环路行为的过程中所产生的量化噪声，有助于提高电路的噪声性能。
第二部分是压控振荡器的校准部分，包括控制电压校准模块和压控振荡器校准模块。它们的作用是使锁相环的主环路断开，直接控制压控振荡器的输出频率。该频率能保证在闭合环路之后，锁相环的主环路可以自行锁定。这一过程的目的是加快主环路的稳定速度。
第三部分是本振控制部分，包括可编程分频器M9，多路选择器和本振驱动级。该部分的作用是，对主环路的输出信号频率进行分频，并增强输出信号的驱动能力，以满足输出的频率范围要求和传输要求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离
本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环，其特征在于：包括参考时钟分频器(M1)、鉴频鉴相器(M2)、电荷泵(M3)、压控振荡器(M4)、环路滤波器(M8)、双模分频器(M11)和可编程分频器(M10)；
参考时钟分频器(M1)的输入端接参考时钟信号，所述鉴频鉴相器的一个输入端接参考时钟分频器发送的分频时钟信号，另一个输入端接压控振荡器的输出信号经过双模预分频器和可编程分频器得到的分频信号，进行相位比较后，得到的相位差经过电荷泵和环路滤波器的处理，控制压控振荡器的输出频率。
2.根据权利要求1所述的宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环，其特征在于：还包括Sigma-Delta调制器(M5)、累加器(M16)和量化噪声补偿模块(M6)，Sigma-Delta调制器(M5)和累加器(M16)产生一个对应与小数分频比的分频数控制可编程分频器(M10)，量化噪声补偿器(M6)对Sigma-Delta调制器(M5)的噪声在控制过程中所产生的量化噪声进行补偿和量化。
3.根据权利要求1或2所述的宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环，其特征在于：还包括压控振荡器校准模块(M7)，所述压控振荡器校准模块(M7)根据可编程分频器(M10)和参考时钟分频器(M1)的信号，调整压控振荡器的震荡频率。
4.根据权利要求3所述的宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环，其特征在于：还包括本振控制单元，所述本振控制单元包括可编程分频器(M9)、多路选择器(M14)和本振驱动器(M15)，所述可编程分频器(M9)的输入端与压控振荡器(M4)连接，所述可编程分频器(M9)的输出端与多路选择器(M14)的输入端和双模分频器(M11)连接，所述多路选择器(M14)的输出端与本振驱动器(M15)的输入端连接，所述本振驱动器(M15)输出端为本振输出。
5.根据权利要求4所述的宽带低相位噪声Sigma-Delta锁相环，其特征在于：所述压控振荡器为宽带压控振荡器。
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