CN107181487A - 一种快速锁定的电荷泵锁相环 - Google Patents
一种快速锁定的电荷泵锁相环 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107181487A CN107181487A CN201710339926.7A CN201710339926A CN107181487A CN 107181487 A CN107181487 A CN 107181487A CN 201710339926 A CN201710339926 A CN 201710339926A CN 107181487 A CN107181487 A CN 107181487A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- charge pump
- phase
- loop
- transistor
- grid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 12
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007850 degeneration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/08—Details of the phase-locked loop
- H03L7/10—Details of the phase-locked loop for assuring initial synchronisation or for broadening the capture range
- H03L7/107—Details of the phase-locked loop for assuring initial synchronisation or for broadening the capture range using a variable transfer function for the loop, e.g. low pass filter having a variable bandwidth
- H03L7/1072—Details of the phase-locked loop for assuring initial synchronisation or for broadening the capture range using a variable transfer function for the loop, e.g. low pass filter having a variable bandwidth by changing characteristics of the charge pump, e.g. changing the gain
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/16—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/18—Indirect frequency synthesis, i.e. generating a desired one of a number of predetermined frequencies using a frequency- or phase-locked loop using a frequency divider or counter in the loop
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种快速锁定的电荷泵锁相环，包括由鉴频鉴相器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器和分频器构成的锁相环路，其中，压控振荡器包括电压转换电流模块与电流控制振荡器模块；在锁相环环路中的压控振荡器上加入有产生初始振荡频率的初始化电路；所述初始化电路包括设在对称跨导运算放大器和连接到低通滤波器开关的晶体管电路，以及连接在低通滤波器上的传输门TG和反相器INV。本发明在压控振荡器中加入附加的初始化电路，能够加快锁相环环路锁定速度，从而减小锁相环路的锁定时间，同时该初始化电路结构简单，晶体管少，不显著增加整体电荷泵锁相环的版图面积。
Description
技术领域
本发明涉及一种集成电路领域的电荷泵锁相环，尤其涉及一种能够实现环路快速锁定且不显著增加锁相环版图面积的电荷泵锁相环。
背景技术
锁相环是一个能同步输入信号与输出信号的频率与相位的负反馈系统，其可分类为：模拟锁相环、数模混合锁相环、全数字锁相环和软件锁相环。电荷泵锁相环是数模混合锁相环的一种，因其结构简单、性能良好、具有理论输入相位误差为零的优点，而被广泛应用于通信、计算机、空间技术等领域中。
环路锁定时间是电荷泵锁相环的重要性能参数。常用的减小环路锁定时间的方法有动态变换环路带宽、环路中增加频率比较器、使用改进的鉴频鉴相器、增加频率比较器等。动态变换环路带宽法是指在鉴频鉴相器输入相位差大时，增大环路带宽，从而减小环路锁定时间；在鉴频鉴相器输入相位差小时，减小环路带宽，由于电荷泵锁相环环路低通特性，因而可以减小电荷泵锁相环输出的相位噪声。动态变换环路带宽需要附加的相位差检测电路，且相位差检测电路较复杂。综上所述，本发明设计了一种快速锁定的电荷泵锁相环。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种可加快电荷泵锁相环环路锁定速度的初始化电路，该初始化电路结构简单，版图面积小。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种快速锁定的电荷泵锁相环，包括由鉴频鉴相器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器和分频器构成的锁相环路，其中，压控振荡器包括电压转换电流模块与电流控制振荡器模块；在锁相环环路中的压控振荡器上加入有产生初始振荡频率的初始化电路；所述初始化电路包括设在对称跨导运算放大器和连接到低通滤波器开关的晶体管电路，以及连接在低通滤波器上的传输门TG和反相器INV。
作为优选，所述电荷泵由电流源Ip、电流源In、开关S1和开关S2构成。
作为优选，所述低通滤波器由电阻R1串联电容C1再并联电容C2组成。
作为优选，在所述鉴频鉴相器与电荷泵之间设有连接到电荷泵开关S1和开关S2的晶体管M1’和M2’；在电荷泵与低通滤波器之间设有连接电源VDD的开关S3，在低通滤波器与电压转换电流模块之间设有连接开关S3的开关S4；电压转换电流模块连接分频器到鉴频鉴相器。
作为优选，所述电压转电流模块和初始化电路包括对称设置的栅极相连的晶体管M1与M5、M2与M6、M3与M4、M12与M13、M8与M7；晶体管M9连接到与M10的栅极分别连接到M11的源极和漏极，M11的栅极连接到M12与M13的栅极，M12与M13的源极分别连接到M4的栅极和M8的栅极；M6与M7的漏极和源极共同连接到传输门TG和反相器INV至电流控制振荡器。
进一步，所述晶体管M9的栅极连接1/2VDD，晶体管M10的栅极连接VC。
进一步，所述晶体管M1与M2的漏极分别连接到其各自的栅极。
在电源电压上电时，将压控振荡器的初始控制电压设置为电源电压的一半，并且将鉴频鉴相器输出关闭，直到电源电压上电完成时，再释放该控制电压，打开鉴频鉴相器输出。
本发明能够加快锁相环环路锁定速度，在压控振荡器中加入附加的初始化电路，从而减小锁相环路的锁定时间，初始化电路可使电荷泵锁相环环路锁定时间减小45％，同时该初始化电路结构简单，晶体管少，不显著增加整体电荷泵锁相环的版图面积。
附图说明
图1是现有电荷泵锁相环示意图；
图2是带本发明初始化电路的电荷泵锁相环示意图；
图3是本发明电压转电流模块与初始化电路；
图4是带本发明初始化电路的电荷泵锁相环与普通电荷泵锁相环的环路锁定时间对比。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
如图1所示，一种快速锁定的电荷泵锁相环，包括由鉴频鉴相器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器和分频器构成的锁相环路，其中，压控振荡器包括电压转换电流模块与电流控制振荡器模块；在锁相环环路中的压控振荡器上加入有产生初始振荡频率的初始化电路；初始化电路包括设在对称跨导运算放大器和连接到低通滤波器开关的晶体管电路，以及连接在低通滤波器上的传输门TG和反相器INV。
图2为带本发明初始化电路的电荷泵锁相环的结构图。由电流源Ip、电流源In、开关S1和开关S2构成电荷泵，由电阻R1串联电容C1再并联电容C2组成低通滤波器。在鉴频鉴相器与电荷泵之间设有连接到电荷泵开关S1和开关S2的晶体管M1’和M2’。在电荷泵与低通滤波器之间设有连接电源VDD的开关S3，在低通滤波器与电压转换电流模块之间设有连接开关S3的开关S4；电压转换电流模块连接分频器到鉴频鉴相器。
POW_OK为电源上电完成指示信号，当POW_OK为高电平时，电源上电未完成；当POW_OK为低电平时，电源上电完成。初始化电路的连接关系为：晶体管M1漏极与鉴频鉴相器输出UP相连，源级与地相连，栅极与POW_OK信号相连；晶体管M2漏极与鉴频鉴相器输出DOWN相连，源级与地相连，栅极与POW_OK信号相连；开关S3一端为固定电平1/2VDD(VDD为电源电压),一端与低通滤波器上的电压Vc相连；开关S4一端与电压转电流模块相连，一端与低通滤波器上的电压Vc相连。开关S3、开关S4的闭合由POW_OK信号决定，POW_OK为高电平，开关S3闭合，开关S4打开；POW_OK为低电平，开关S3打开，开关S4闭合。
1/2VDD可理解为由辅助电路所产生的电源电压的一半，辅助电路可以为低压差线性稳压器。
在电源上电未完成时，POW_OK为高电平。此时，晶体管M1、M2的栅极都为高电平，将漏极拉低，从而电荷泵关闭，不输出电流。且此时开关S3闭合、开关打开S4，由1/2VDD向低通滤波器中电容充电，直到Vc＝1/2VDD,充电停止。等待电源电压上电完成，POW_OK翻转低电平，开关S3打开，开关S4闭合；晶体管M1、晶体管M2栅极电压翻转为低电平，释放晶体管M1、晶体管M2漏极电压。电荷泵锁相环环路开始正常工作。
图3为电压转电流模块与本发明初始化电路。晶体管M1-M10为常见的对称跨导运算放大器，晶体管M11、M12、M13为开关S3的具体实现电路，传输门TG和反相器INV为开关S4的具体实现电路。
其中，M1与M5、M2与M6、M3与M4、M12与M13、M8与M7的栅极相连对称设置，M9连接1/2VDD，M9连接到与M10的栅极分别连接到M11的源极和漏极，M11的栅极连接到M12与M13的栅极，M12与M13的分别栅极连接到M4的栅极和M8的栅极；M6与M7的漏极和源极共同连接到传输门TG和反相器INV至电流控制振荡器。
当系统上电，电源上电未完成时，POW_OK为高电平，将晶体管M1、晶体管M2的漏极拉低，使得对称跨导运放不工作，此时晶体管M3导通，晶体管M3导通阻抗小，1/2VDD向低通滤波器中电容充电，使得Vc跟踪1/2VDD信号的建立，直到电源电压上电完成，POW_OK翻转低电平,时晶体管M3关断，释放Vc，同时传输门TG打开，电压转电流模块正常工作，输出电流到电流控制振荡器中。
带本发明的初始化电路电荷泵锁相环与普通电荷泵锁相环运行效果差异显著，图4为带本发明初始化电路的电荷泵锁相环与普通电荷泵锁相环的环路锁定时间对比，可见本发明初始化电路可使电荷泵锁相环环路锁定时间减小45％，且不显著增加整体电荷泵锁相环的版图面积。
在电源电压上电时，将压控振荡器的初始控制电压通过开关设置为电源电压的一半，并且通过开关晶体管将鉴频鉴相器输出拉低，使得电荷泵关闭。直到电源电压上电完成时，再释放该控制电压。开关晶体管不将鉴频鉴相器输出拉低，电荷泵正常工作。
本发明原理：
在电荷泵锁相环上电开始工作时，压控振荡器的控制电压是由零电平缓慢上升到使环路锁定的电平。这个过程是鉴频鉴相器、电荷泵输出电流对低通滤波器中的电容充电的过程，所以环路锁定时间较大。在初始时直接将压控振荡器的控制电压钳位为电源电压的一半，因为电荷泵锁相环在系统设计时，为了提高电荷泵的匹配度，在锁频范围内压控振荡器的控制电压需要设置在1/2电源电压附近。等电荷泵锁相环上电完成时，再释放该控制电压，此时再由鉴频鉴相器、电荷泵输出决定压控振荡器的控制电压的大小，从而减小低通滤波器中的电容充电的时间，加快环路锁定速度。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种快速锁定的电荷泵锁相环，包括由鉴频鉴相器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器和分频器构成的锁相环路，其中，压控振荡器包括电压转换电流模块与电流控制振荡器模块；其特征在于：在锁相环环路中的压控振荡器上加入有产生初始振荡频率的初始化电路；所述初始化电路包括设在对称跨导运算放大器和连接到低通滤波器开关的晶体管电路，以及连接在低通滤波器上的传输门TG和反相器INV。
2.根据权利要求1所述的快速锁定的电荷泵锁相环，其特征在于：所述电荷泵由电流源Ip、电流源In、开关S1和开关S2构成。
3.根据权利要求1所述的快速锁定的电荷泵锁相环，其特征在于：所述低通滤波器由电阻R1串联电容C1再并联电容C2组成。
4.根据权利要求1所述的快速锁定的电荷泵锁相环，其特征在于：在所述鉴频鉴相器与电荷泵之间设有连接到电荷泵开关S1和开关S2的晶体管M1’和M2，；在电荷泵与低通滤波器之间设有连接电源VDD的开关S3，在低通滤波器与电压转换电流模块之间设有连接开关S3的开关S4；电压转换电流模块连接分频器到鉴频鉴相器。
5.根据权利要求1所述的快速锁定的电荷泵锁相环，其特征在于：所述电压转电流模块和初始化电路包括对称设置的栅极相连的晶体管M1与M5、M2与M6、M3与M4、M12与M13、M8与M7；晶体管M9连接到与M10的栅极分别连接到M11的源极和漏极，M11的栅极连接到M12与M13的栅极，M12与M13的源极分别连接到M4的栅极和M8的栅极；M6与M7的漏极和源极共同连接到传输门TG和反相器INV至电流控制振荡器。
6.根据权利要求5所述的快速锁定的电荷泵锁相环，其特征在于：所述晶体管M9的栅极连接1/2VDD，晶体管M10的栅极连接VC。
7.根据权利要求5所述的快速锁定的电荷泵锁相环，其特征在于：所述晶体管M1与M2的漏极分别连接到其各自的栅极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710339926.7A CN107181487A (zh) | 2017-05-15 | 2017-05-15 | 一种快速锁定的电荷泵锁相环 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710339926.7A CN107181487A (zh) | 2017-05-15 | 2017-05-15 | 一种快速锁定的电荷泵锁相环 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107181487A true CN107181487A (zh) | 2017-09-19 |
Family
ID=59831605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710339926.7A Pending CN107181487A (zh) | 2017-05-15 | 2017-05-15 | 一种快速锁定的电荷泵锁相环 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107181487A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108462489A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-08-28 | 南京胜跃新材料科技有限公司 | 一种锁相环启动电路 |
| CN111010167A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-04-14 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种用于高速接口电路的自适应电荷泵锁相环 |
| CN111510130A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-07 | 电子科技大学 | 一种能够用于同步cot模式开关电源开关频率的锁相环电路 |
| CN111641409A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-09-08 | 成都锐成芯微科技股份有限公司 | 一种电荷泵锁相环电路 |
-
2017
- 2017-05-15 CN CN201710339926.7A patent/CN107181487A/zh active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108462489A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-08-28 | 南京胜跃新材料科技有限公司 | 一种锁相环启动电路 |
| CN108462489B (zh) * | 2018-05-30 | 2023-09-29 | 山东泉景胜跃信息技术有限公司 | 一种锁相环启动电路 |
| CN111010167A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-04-14 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种用于高速接口电路的自适应电荷泵锁相环 |
| CN111010167B (zh) * | 2019-11-13 | 2023-10-03 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种用于高速接口电路的自适应电荷泵锁相环 |
| CN111510130A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-07 | 电子科技大学 | 一种能够用于同步cot模式开关电源开关频率的锁相环电路 |
| CN111510130B (zh) * | 2020-05-15 | 2023-03-03 | 电子科技大学 | 一种能够用于同步cot模式开关电源开关频率的锁相环电路 |
| CN111641409A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-09-08 | 成都锐成芯微科技股份有限公司 | 一种电荷泵锁相环电路 |
| CN111641409B (zh) * | 2020-05-18 | 2024-03-08 | 成都锐成芯微科技股份有限公司 | 一种电荷泵锁相环电路 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107181487A (zh) | 一种快速锁定的电荷泵锁相环 | |
| CN101106375B (zh) | 锁相回路装置以及电流补偿方法 | |
| CN104113303B (zh) | 50%占空比时钟产生电路 | |
| CN101159433B (zh) | 一种快速锁定的锁相环电路 | |
| CN105099159B (zh) | 一种用于dc‑dc变换器的快速启动电路 | |
| JPH03235512A (ja) | 電圧制御発振回路 | |
| US9155164B2 (en) | HF system for high-frequency lamp | |
| CN103248223A (zh) | 时钟电路以及升压稳压器 | |
| CN105656479B (zh) | 一种宽锁定范围低压控振荡器增益的锁相环电路 | |
| CN105610436B (zh) | 一种具备自适应加速锁定结构的电荷泵锁相环 | |
| US8593188B2 (en) | Apparatus to remove the loop filter resistor noise in charge-pump PLL | |
| US7990192B2 (en) | Phase locked loop and method for charging phase locked loop | |
| CN103259536B (zh) | 消除电荷泵锁相环路中环路滤波电阻器噪声的装置 | |
| CN105846817A (zh) | 一种带增益控制的下采样型鉴相器及电荷泵电路 | |
| TWI434168B (zh) | 時脈資料回復電路 | |
| CN204031123U (zh) | 一种应用于锁相环中的基于采样技术的鉴相器和电荷泵电路 | |
| CN107769545A (zh) | 一种用于pll中带电容漏电补偿的电荷泵电路 | |
| JP3748414B2 (ja) | 位相同期ループ回路 | |
| WO2015143980A1 (zh) | 电荷泵的实现电路 | |
| CN106209082B (zh) | 锁相环电路 | |
| CN104935333A (zh) | 一种高速低压鉴频鉴相器电路 | |
| CN108988853A (zh) | 数字辅助锁定电路 | |
| CN101098140B (zh) | 快速锁定的鉴频鉴相器 | |
| CN104283553B (zh) | 一种帮助随温度变化而失锁的频率源电路再次锁定的自校准系统 | |
| CN208128224U (zh) | 低功耗锁相环频率综合器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170919 |