CN108259006A - 一种二倍频实现装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于通信技术领域，提供一种二倍频实现装置及方法，其中二倍频实现装置包括二分频电路、比较参考电路和二倍频生成电路，通过二倍频电路得到参考信号二分频后的信号，通过比较参考电路将其内部电容充电过程中产生的电压转换为参考电压并输出；通过二倍频电路将其内部电容的电压与参考电压进行比较后立刻输出翻转信号，得到占空比为50％且与参考信号周期相同的时钟信号，并对时钟信号进行延时后再与时钟信号进行异或处理，得到二倍频的时钟信号并通过其时钟信号输出端输出，可以得到精确的倍频信号且结构简单、易于实现。

Description

一种二倍频实现装置及方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其涉及一种二倍频实现装置及方法。

背景技术

随着现代通信技术的迅速发展，通信产业的市场受众面不断扩大，通信系统被广泛应用。无线通信系统射频芯片设计中，频率合成器为混频器生成本振信号，该本振信号的相位噪声指标极为关键，影响整个系统的接收灵敏度、发射误差矢量幅度等性能。频率合成器的环路特性决定了其在合适的带宽下才能同时得到较优的带内相位噪声和远端相位噪声。在输入的参考时钟信号固定时，改善带内相位噪声需要增大电荷泵电流和减小环路带宽，而实际上功耗要求和带外相位噪声指标又限制了其带内相位噪声的改善。目前，较好解决该问题的方法是将其输入的参考时钟信号的频率提高一倍，这样可以降低调制器对带内噪声的影响，甚至可以稍微增加带宽来压制振荡器的噪声影响，以改善远端相位噪声。

目前，通常是通过将时钟信号延迟一定时间后再与延迟信号进行异或得到的输出信号，来现倍频的功能。然而，通过该方法实现倍频功能的前提是输入的时钟信号须是占空比为50％的方波信号，否则得不到精确的倍频时钟信号，只能得到周期性但非倍频的时钟信号。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种二倍频实现装置及方法，可以得到精确的倍频信号且结构简单、易于实现。

本发明实施例的第一方面提供一种二倍频实现装置，其包括二分频电路、比较参考电路和二倍频生成电路；

所述二分频电路的方波输入端接入方波信号，所述二分频电路的参考信号输出端与所述二倍频生成电路的参考信号输入端连接，所述二分频电路的片上复位端接入片上复位信号，所述二分频电路的第一开关控制端和第二开关控制端分别与所述比较参考电路的第一开关受控端和第二开关受控端一一对应连接；

所述比较参考电路的电源端、接地端和衬底电位端分别接电源、地和衬底电位，所述比较参考电路的充电电流支路与所述二倍频生成电路的镜像电流端连接，所述比较参考电路的参考电压输出端与所述二倍频生成电路的参考电压输入端连接；

所述二倍频生成电路的电源端、接地端分别接电源和地，所述二倍频生成电路的复位端接入复位信号，所述二倍频生成电路的片上复位端接入片上复位信号，所述二倍频生成电路的时钟信号输出端连接外部电路；

所述二倍频电路接入所述片上复位信号后，在接入所述方波信号时，将所述方波信号转换为参考信号，并在所述参考信号的每个上升沿使其第二开关控制端输出的同相分频信号产生跳变，每间隔两个所述参考信号周期使第二开关控制端和第一开关控制端分别输出同相分频信号和反相分频信号，得到所述参考信号二分频后的信号；

所述比较参考电路接入偏置电流生成充电电流支路，所述同相分频信号为高电平且所述反相分频信号为低电平时，通过所述充电电流支路为所述比较参考电路内部电容充电，并将其内部电容充电过程中产生的电压转换为参考电压通过所述参考电压输出端输出；

所述二倍频电路接入所述片上复位信号后，在所述参考信号的上升沿，通过其镜像电流端接入所述充电电流支路的电流信号为其内部电容充电，并在其内部电容的充电时间持续二分之一个所述参考信号周期时，将其内部电容的电压与所述参考电压进行比较后立刻输出翻转信号，得到占空比为50％且与所述参考信号周期相同的时钟信号，并对所述时钟信号进行延时后再与所述时钟信号进行异或处理，得到二倍频的时钟信号并通过其时钟信号输出端输出。

在一个实施例中，所述二分频电路包括第一非门、第二非门和第一D触发器；

所述第一非门的输入端为所述二分频电路的方波输入端，所述第一非门的输出端与所述第二非门的输入端连接；

所述第二非门的输出端与所述第一D触发器的时钟信号输入端共接构成所述二分频电路的参考信号输出端；

所述第一D触发器的串行信号端与其反相输出端共接构成所述二分频电路的第一开关控制端，所述第一D触发器同相输出端为所述二分频电路的第二开关控制端，所述第一D触发器的复位端为所述二分频电路的片上复位端；

所述方波信号经过所述第一非门和所述第二非门后得到所述参考信号，在所述参考信号的每个上升沿，所述D触发器的同相输出端输出的同相分频信号产生跳变，每间隔两个所述参考信号周期，使所述D触发器的同相输出端和反相输出端分别输出同相分频信号和反相分频信号，得到所述参考信号二分频后的信号。

在一个实施例中，所述比较参考电路包括第一至第五P型场效应管、第一至第三N型场效应管、偏置电流源、第一至第三开关、第一至第三电容、峰值检测电路、第一至第四电阻和运算放大器；

所述第一至第五P型场效应管的源极和衬底以及所述峰值检测电路的电源端和所述运算放大器的电源端共接构成所述比较参考电路的电源端；

所述第一至第四P型场效应管的栅极、所述第一P型场效应管的漏极以及所述偏置电流源的正极共接；

所述第二P型场效应管的漏极与所述第一N型场效应管的栅极和漏极以及所述第二N型场效应管的栅极共接；

所述第三P型场效应管的漏极与所述第四P型场效应管的漏极、所述第一开关的输入端和所述第二开关的输入端共接构成所述充电电流支路；

所述第五P型场效应管的栅极与所述运算放大器的输出端和所述第三电容的正极共接，所述第五P型场效应管的漏极与所述第三电容的负极和所述第二电阻的一端共接；

所述第一至第三N型场效应管的源极、所述第三N型场效应管的栅极和漏极、所述偏置电流源的负极、所述第三开关的输出端、所述第一电容的负极、所述第二电容的负极、所述峰值检测电路的接地端、所述运算放大器的接地端和所述第四电阻的一端共接构成所述比较参考电路的接地端，所述第一至第三N型场效应管的衬底、所述峰值检测电路的衬底端和所述运算放大器的衬底端共接构成所述比较参考电路的衬底电位端；

所述第二N型场效应管的漏极与所述第一开关的输出端连接；

所述第二开关的受控端为所述比较参考电路的第二开关受控端，所述第二开关的输出端与所述第三开关的输入端、所述第一电容的正极和所述峰值检测电路的输入端共接；

所述第三开关为常闭型开关；

所述第二电容的正极与所述第一电阻的一端和所述运算放大器的同相输入端共接；

所述峰值检测电路的输出端接所述第一电阻的另一端；

所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端和所述运算放大器的反相输入端共接；

所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的另一端共接构成所述比较参考电路的参考电压输出端。

在一个实施例中，所述二倍频生成电路包括第六P型场效应管、第七P型场效应管、第四N型场效应管、第二至第四D触发器、第四开关、第五开关、第四至第九电容、比较器、第五至第九电阻、第三至第六非门、第一至第三与门和异或门；

所述第六P型场效应管的源极和衬底、所述第七P型场效应管的源极和衬底、所述比较器的电源端以及所述第二至第四D触发器的串行信号端共接构成所述二倍频生成电路的电源端，所述第六P型场效应管的栅极和所述第七P型场效应管的栅极共接构成所述二倍频生成电路的镜像电流端，所述第六P型场效应管的漏极、所述第七P型场效应管的漏极和所述第四开关的输入端连接；

所述第四N型场效应管的栅极接所述第二D触发器的反相输出端，所述第四N型场效应管的源极、所述第五开关的输出端、所述第四电容的负极、所述比较器的接地端、所述第五电容的负极和所述第六电容的负极共接构成所述二倍频生成电路的接地端，所述第四N型场效应管漏极、所述第四开关的输出端、所述第五开关的输入端、所述第四电容的正极和所述比较器的反相输入端共接；

所述第二D触发器的时钟信号端为所述二倍频生成电路的参考信号输入端，所述第二D触发器的同相输入端与所述第四开关的受控端连接，所述第二D触发器的复位端与所述第二与门的第一输入端和所述第三与门的第一输入端共接构成所述二倍频生成电路的片上信号输入端，所述第二D触发器的复位端和第三与门的输出端连接；

所述第三D触发器的时钟信号端与所述第五电阻的一端、所述第五电容的正极、所述第六电阻的一端和所述第一与门的第一输入端共接，所述第三D触发器的复位端与所述第三与门的输出端连接，所述第三D触发器的同相输出端与所述第五非门的输入端和所述异或门的第一输入端连接；

所述第四D触发器的复位端与所述第二与门的输出端连接，所述第四D触发器的反相输出端与所述第五开关的受控端和所述第三与门的第二输入端共接；

所述第七至第九电容的负极、所述第九电阻的一端和所述第九电容的正极共接构成所述二倍频生成电路的输出端所述共接；

所述第五电阻的另一端与所述比较器的输出端连接；

所述第六电阻的另一端与所述第六电容的正极和所述第三非门的输入端共接；

所述第七电阻的一端与所述第五非门的输出端连接，所述第七电阻的另一端与所述第七电容的正极和所述第六非门的输入端共接；

所述第八电阻的一端与所述第六非门的输出端连接，所述第八电阻的另一端与所述第八电容的正极和所述异或门的第二输入端连接；

所述第九电阻的另一端与所述异或门的输出端连接；

所述第三非门的输出端与所述第一与门的第二输入端连接；

所述第四非门的输入端和输出端分别与所述第一与门的输出端和所述第二与门的第二输入端一一对应连接。

本发明实施例第二方面提供一种基于上述的二倍频实现装置的二倍频实现方法，所述方法包括：

通过所述二倍频电路接入所述片上复位信号后，在接入所述方波信号时，将所述方波信号转换为参考信号，并在所述参考信号的每个上升沿使其第二开关控制端输出的同相分频信号产生跳变，每间隔两个所述参考信号周期使第二开关控制端和第一开关控制端分别输出同相分频信号和反相分频信号，得到所述参考信号二分频后的信号；

通过所述比较参考电路接入偏置电流生成充电电流支路，所述同相分频信号为高电平且所述反相分频信号为低电平时，通过所述充电电流支路为所述比较参考电路内部电容充电，并将其内部电容充电过程中产生的电压转换为参考电压通过所述参考电压输出端输出；

通过所述二倍频电路接入所述片上复位信号后，在所述参考信号的上升沿，通过其镜像电流端接入所述充电电流支路的电流信号为其内部电容充电，并在其内部电容的充电时间持续二分之一个所述参考信号周期时，将其内部电容的电压与所述参考电压进行比较后立刻输出翻转信号，得到占空比为50％且与所述参考信号周期相同的时钟信号，并对所述时钟信号进行延时后再与所述时钟信号进行异或处理，得到二倍频的时钟信号并通过其时钟信号输出端输出。

本发明实施例通过提供一种包括二分频电路、比较参考电路和二倍频生成电路的二倍频实现装置，通过二倍频电路接入片上复位信号后，在接入方波信号时，将方波信号转换为参考信号，并在参考信号的每个上升沿使其第二开关控制端输出的同相分频信号产生跳变，每间隔两个参考信号周期使第二开关控制端和第一开关控制端分别输出同相分频信号和反相分频信号，得到参考信号二分频后的信号；通过比较参考电路接入偏置电流生成充电电流支路，同相分频信号为高电平且反相分频信号为低电平时，通过充电电流支路为比较参考电路内部电容充电，并将其内部电容充电过程中产生的电压转换为参考电压通过参考电压输出端输出；通过二倍频电路接入片上复位信号后，在参考信号的上升沿，通过其镜像电流端接入充电电流支路的电流信号为其内部电容充电，并在其内部电容的充电时间持续二分之一个参考信号周期时，将其内部电容的电压与参考电压进行比较后立刻输出翻转信号，得到占空比为50％且与参考信号周期相同的时钟信号，并对时钟信号进行延时后再与时钟信号进行异或处理，得到二倍频的时钟信号并通过其时钟信号输出端输出，可以得到精确的倍频信号且结构简单、易于实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的实施例提供的二分频电路的电路结构示意图；

图2是本发明的实施例提供的比较参考电路的电路结构示意图；

图3是本发明的实施例提供的二倍频生成电路的电路结构示意图；

图4是本发明的实施例提供的二分频实现装置的信号波形图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

如图1至3所示，本实施例提供一种二倍频实现装置100，其包括二分频电路10、比较参考电路20和二倍频生成电路30。

如图1至3所示，本实施例所提供的二倍频实现装置100中各电路之间的连接关系如下：

二分频电路10的方波输入端接入方波信号Fr，二分频电路10的参考信号输出端Fr_i与二倍频生成电路30的参考信号输入端Fr_i连接，二分频电路10的片上复位端RSTN接入片上复位信号，二分频电路10的第一开关控制端Fr2_b和第二开关控制端Fr2分别与比较参考电路20的第一开关受控端Fr2_b和第二开关受控端Fr2一一对应连接；

比较参考电路20的电源端AVDD、接地端AVSS和衬底电位端AVSUB分别接电源、地和衬底电位，比较参考电路20的充电电流支路VBP与二倍频生成电路的镜像电流端VBP连接，比较参考电路20的参考电压输出端VCB与二倍频生成电路30的参考电压输入端VCB连接；

二倍频生成电路30的电源端AVDD、接地端AVSS分别接电源和地，二倍频生成电路30的复位端RST接入复位信号，二倍频生成电路30的片上复位端RSTN接入片上复位信号，二倍频生成电路30的时钟信号输出端CK_DOUBLE连接外部电路。

本实施例所提供的二倍频实现装置的工作原理如下：

二倍频电路接入片上复位信号后，在接入方波信号时，将方波信号转换为参考信号，并在参考信号的每个上升沿使其第二开关控制端输出的同相分频信号产生跳变，每间隔两个参考信号周期使第二开关控制端和第一开关控制端分别输出同相分频信号和反相分频信号，得到参考信号二分频后的信号；其中，同相分频信号和反相分频信号用于控制比较参考电路中的充放电开关的开或关；

比较参考电路接入偏置电流生成充电电流支路，同相分频信号为高电平且反相分频信号为低电平时，通过充电电流支路为比较参考电路内部电容充电，并将其内部电容充电过程中产生的电压转换为参考电压通过参考电压输出端输出；

二倍频电路接入片上复位信号后，在参考信号的上升沿，通过其镜像电流端接入充电电流支路的电流信号为其内部电容充电，并在其内部电容的充电时间持续二分之一个参考信号周期时，将其内部电容的电压与参考电压进行比较后立刻输出翻转信号，得到占空比为50％且与参考信号周期相同的时钟信号，并对时钟信号进行延时后再与时钟信号进行异或处理，得到二倍频的时钟信号并通过其时钟信号输出端输出。

如图1所示，在本实施例中的二分频电路10具体包括第一非门N1、第二非门N2和第一D触发器D1。

如图1所示，本实施例所提供的二分频电路10中各器件的之间的连接关系如下：

第一非门N1的输入端为二分频电路10的方波输入端Fr，第一非门N1的输出端与第二非门N2的输入端连接；

第二非门N2的输出端与第一D触发器D2的时钟信号输入端共接构成二分频电路10的参考信号输出端Fr_i；

第一D触发器D1的串行信号端与其反相输出端共接构成二分频电路的第一开关控制端Fr2_b，第一D触发器D1同相输出端为二分频电路10的第二开关控制端Fr2，第一D触发器D1的复位端为二分频电路10的片上复位端RSTN；

本实施例所提供的二分频电路10的工作原理如下：

方波信号经过第一非门和第二非门后得到参考信号，在参考信号的每个上升沿，D触发器的同相输出端输出的同相分频信号产生跳变，每间隔两个参考信号周期，使D触发器的同相输出端和反相输出端分别输出同相分频信号和反相分频信号，得到参考信号二分频后的信号。

如图2所示，本实施例中的比较参考电路20包括：

第一至第五P型场效应管，分别表示为PM1至PM5；

第一至第三N型场效应管，分别表示为NM1至NM3；

偏置电流源IB；

第一至第三开关，分别表示为S1至S3；

第一至第三电容，分别表示为C1至C3；

峰值检测电路21；

第一至第四电阻，分别表示为R1至R4；以及

运算放大器22。

如图2所示，本实施例所提供的比较参考电路20中各器件之间的连接关系如下：

第一至第五P型场效应管PM1至PM5的源极和衬底以及峰值检测电路21的电源端和运算放大器22的电源端共接构成比较参考电路20的电源端AVDD；

第一至第四P型场效应管PM1至PM4的栅极、第一P型场效应管PM1的漏极以及偏置电流源IB的正极共接；

第二P型场效应管PM2的漏极与第一N型场效应管NM1的栅极和漏极以及第二N型场效应管NM2的栅极共接；

第三P型场效应管PM3的漏极与第四P型场效应管PM4的漏极、第一开关S1的输入端和第二开关S2的输入端共接构成充电电流支路VBP；

第五P型场效应管PM5的栅极与运算放大器22的输出端和第三电容C3的正极共接，第五P型场效应管PM5的漏极与第三电容C3的负极和第二电阻R2的一端共接；

第一至第三N型场效应管NM1至NM3的源极、第三N型场效应管NM3的栅极和漏极、偏置电流源IB的负极、第三开关S3的输出端、第一电容C1的负极、第二电容C2的负极、峰值检测电路21的接地端、运算放大器22的接地端和第四电阻R4的一端共接构成比较参考电路10的接地端，第一至第三N型场效应管NM1至NM3的衬底、峰值检测电路21的衬底端和运算放大器22的衬底端共接构成比较参考电路10的衬底电位端AVSUB；

第二N型场效应管NM2的漏极与第一开关S1的输出端连接；

第二开关S2的受控端Fr2为比较参考电路20的第二开关受控端Fr2，第二开关S2的输出端与第三开关S3的输入端、第一电容C1的正极和峰值检测电路21的输入端共接；

第三开关S3为常闭型开关；

第二电容C2的正极与第一电阻R1的一端和运算放大器22的同相输入端共接；

峰值检测电路21的输出端接第一电阻R1的另一端；

第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端和运算放大器21的反相输入端共接；

第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的另一端共接构成比较参考电路20的参考电压输出端VCB。

本实施例所提供的比较参考电路的工作原理如下：

图2中AVDD、AVSS和AVSUB分别为电源、地和衬底电位，其中AVDD接稳压器件输出的1.2v电压或其它合理电压值的电压。其它电路生成的偏置电流IB通过P型场效应镜像管之后得到充电电流支路和N型场效应管偏置电流支路，N型场效应管偏置电流支路通过N型场效应管镜像生成放电电流支路，开关S1串接了一N型场效应管充电电流支路和一N型场效应管放电电流支路，串接的充放电电流大小相同，开关S1的开或关由Fr2_b信号控制，当Fr2_b信号处于高电平时，S1闭合，而当Fr2_b信号处于低电平时，S1关断。开关S2串接了另一N型场效应管充电电流支路和开关S3上端，开关S3下端直接连接到地且串接了一N型场效应管的漏端，该N型场效应管的源极和漏极相接，不形成通常的偏置电流源，仅作N型场效应电流偏置管在版图上的辅助管，以增加电流镜的匹配度。开关S3处于常闭合状态，其尺寸大小和S2开关一致，可看成有源电阻。开关S2的开或关Fr2信号控制，当Fr2信号处于高电平时，S2闭合，对电容C1进行充电，而当Fr2信号处于低电平时，S2关断，对电容C1进行经过闭合开关S3放电。电容C1的充放电支路连接有一辅助的充放电路，即开关S1所在充放电支路，第三P型场效应管PM3管的漏极和第四P型场效应管PM4管的漏极是相连，当S2关断时，第四P型场效应管PM4漏端电压并不是高电位，因为S2关断时，S2的反相信号必使开关S1闭合，这样第三P型场效应管PM3管和第二N型场效应管NM2管形成一条电荷泄放通路，第四P型场效应管PM4管的漏极不存在积累大量的电荷，处于合理的较低电位，从而大大减小了“电荷共享”效应。

本实施例将电容C1的充电过程中产生的电压用来作比较信号，通过一个常闭开关S3形成的有源电阻连接到地，实现放电过程中电容C1上电荷能够快速泄放掉，简单有效。

如图3所示，本实施例中的二倍频生成电路30具体包括：

第六P型场效应管PM6；

第七P型场效应管PM7；

第四N型场效应管NM4；

第二至第四D触发器，分别表示为D2至D4；

第四开关S4；

第五开关S5；

第四至第九电容，分别表示为C4至C9；

比较器31；

第五至第九电阻，分别表示为R5至R9；

第三至第六非门，分别表示为N3至N6；

第一至第三与门，分别表示为A1至A3；以及

异或门。

如图3所示，本实施例所提供的二倍频生成电路30中各器件之间的连接关系如下：

第六P型场效应管PM6的源极和衬底、第七P型场效应管PM7的源极和衬底、比较器31的电源端以及第二至第四D触发器D2至D4的串行信号端共接构成二倍频生成电路30的电源端AVDD，第六P型场效应管PM6的栅极和第七P型场效应管PM7的栅极共接构成二倍频生成电路30的镜像电流端VBP，第六P型场效应管PM6的漏极、第七P型场效应管PM7的漏极和第四开关S4的输入端连接；

第四N型场效应管NM4的栅极接第二D触发器D2的反相输出端，第四N型场效应管PM4的源极、第五开关S5的输出端、第四电容C4的负极、比较器31的接地端、第五电容C5的负极和第六电容C6的负极共接构成二倍频生成电路30的接地端AVSS，第四N型场效应管NM4漏极、第四开关S4的输出端、第五开关S5的输入端、第四电容C4的正极和比较器31的反相输入端共接；

第二D触发器D2的时钟信号端为二倍频生成电路30的参考信号输入端Fr_i，第二D触发器D2的同相输入端与第四开关S4的受控端连接，第二D触发器D2的复位端与第二与门A2的第一输入端和第三与门A3的第一输入端共接构成二倍频生成电路30的片上信号输入端RSTN，第二D触发器D2的复位端和第三与门A3的输出端连接；

第三D触发器D3的时钟信号端与第五电阻R5的一端、第五电容C5的正极、第六电阻R6的一端和第一与门A1的第一输入端共接，第三D触发器D3的复位端与第三与门A3的输出端连接，第三D触发器D3的同相输出端与第五非门N5的输入端和异或门的第一输入端连接；

第四D触发器D4的复位端与第二与门A2的输出端连接，第四D触发器D4的反相输出端与第五开关S5的受控端和第三与门A3的第二输入端共接；

第七至第九电容C7至C9的负极、第九电阻R9的一端和第九电容C9的正极共接构成二倍频生成电路30的输出端共接；

第五电阻R5的另一端与比较器31的输出端连接；

第六电阻R5的另一端与第六电容C6的正极和第三非门N3的输入端共接；

第七电阻R7的一端与第五非门N5的输出端连接，第七电阻R7的另一端与第七电容C7的正极和第六非门N6的输入端共接；

第八电阻R8的一端与第六非门N6的输出端连接，第八电阻R8的另一端与第八电容C8的正极和异或门的第二输入端连接；

第九电阻R9的另一端与异或门的输出端连接；

第三非门N3的输出端与第一与门A1的第二输入端连接；

第四非门N4的输入端和输出端分别与第一与门A1的输出端和第二与门A2的第二输入端一一对应连接。

本实施例所提供得到二倍频生成电路的工作原理如下：

二倍频生成电路利用由参考信号Fr_i控制的与比较参考电路中大小相同的充电电流对相同大小的电容C4进行充电，当充电时间达到二分之一的参考信号周期时，该电容C4上电压VCH与参考电压VCB比较后立刻输出翻转信号，得到与参考信号周期相同且占空比为50％的时钟信号，该时钟信号延时一定时间后再与该时钟信号进行异或处理，得到二倍频的时钟信号并输出。

如图3所示，第六P型场效应管PM6和第六P型场效应管PM7分别与图2中的第三P型场效应管PM3管和第四P型场效应管PM4的尺寸一致，它们的栅极相接并与VBP相连，形成镜像电流，再与开关S4串接，该开关S4又经由开关S5串接到地，开关S4和开关S5分别由一D触发器D2的正相输出端输出的EN信号和反相输出端输出的ENB信号控制。该D触发器D2主要实现的功能是通过片上复位信号RSTN将D触发器D2复位，EN信号关断开关S4，同时ENB信号将第四N型场效应管NM4管打开，使电容C4的电荷泄漏干净，之后在参考信号Fr_i上升沿时，将高电平信号写入D触发器D2，D触发器D2输出的EN信号一直为高电平，使开关S4常闭合，ENB信号使第四N型场效应管NM4常关断，这样使电容C4充电初始态从0电位开始，可避免功能错误。特别地，开关S4常闭合后，第七N型场效应管PM7的漏极不存在“电荷共享”问题。开关S5尺寸较大，在复位信号RST处于高电平时，能迅速将电容C4上的电荷泄漏干净；在复位信号RST处于低电平时，电流开始对电容C4充电，当VCH电压的电平超过VCB参考电压的电平时，比较器31的输出信号立刻翻转，该输出信号经过了一阶滤波消除高频抖动后，发送给一D触发器D4的时钟信号端，同时其经过电阻R6和电容C6延迟后反相，再同它自身作与非逻辑得到的信号RSTN_CMP，信号RSTN_CMP与片上复位信号RSTN与逻辑后生成D触发器D4的复位信号RSTN_DFF3，该复位信号RSTN_DFF3使复位信号RST保持高电平，并将电容C4的电荷泄漏干净，并使VCH电压维持在低电平，直到参考信号Fr_i处于上升沿时，高电平被子写入D触发器D4的同相输出端，同时复位信号RST恢复低电平，开关S5断开，开始又一轮的充电过程。

这样充电放电的往复过程形成了周期性的信号VCMP和复位信号RST，其中信号VCMP的上升沿跳变将高电平写入D触发器D3的同相输出端，而复位信号RST经过与门后又使D触发器D3的同相输出端恢复低电平，这样可使CK_OUT端产生周期性的时钟信号，且占空比为50％。

由图4所示的信号波形图可以看出：在参考信号Fr_i的上升沿使信号Fr2产生翻转，同时使VCH电压开始升高并使时钟信号CK_OUT跳变为低电平，经过半个参考信号的时钟周期后，VCH电压迅速下降，同时时钟信号CK_OUT跳变为高电平，时钟信号CK_OUT的高电平时间长度为半个参考信号的时钟周期，即占空比为50％。时钟信号CK_OUT经由反相器和电阻电容一阶滤波器构成的延迟电路得到延迟的时钟信号CK_OUT_DE后，再同自身异或得到时钟信号CK_DOUBLE，即参考信号的二倍频信号，其再经过简单的一阶RC滤波输出至外部电路。

本发明实施例还提供一种基于上述的二倍频实现装置的二倍频实现方法，所述方法包括：

通过所述二倍频电路接入所述片上复位信号后，在接入所述方波信号时，将所述方波信号转换为参考信号，并在所述参考信号的每个上升沿使其第二开关控制端输出的同相分频信号产生跳变，每间隔两个所述参考信号周期使第二开关控制端和第一开关控制端分别输出同相分频信号和反相分频信号，得到所述参考信号二分频后的信号；

通过所述比较参考电路接入偏置电流生成充电电流支路，所述同相分频信号为高电平且所述反相分频信号为低电平时，通过所述充电电流支路为所述比较参考电路内部电容充电，并将其内部电容充电过程中产生的电压转换为参考电压通过所述参考电压输出端输出；

通过所述二倍频电路接入所述片上复位信号后，在所述参考信号的上升沿，通过其镜像电流端接入所述充电电流支路的电流信号为其内部电容充电，并在其内部电容的充电时间持续二分之一个所述参考信号周期时，将其内部电容的电压与所述参考电压进行比较后立刻输出翻转信号，得到占空比为50％且与所述参考信号周期相同的时钟信号，并对所述时钟信号进行延时后再与所述时钟信号进行异或处理，得到二倍频的时钟信号并通过其时钟信号输出端输出。

以上所述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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种二倍频实现装置，其特征在于，包括二分频电路、比较参考电路和二倍频生成电路；

所述二分频电路的方波输入端接入方波信号，所述二分频电路的参考信号输出端与所述二倍频生成电路的参考信号输入端连接，所述二分频电路的片上复位端接入片上复位信号，所述二分频电路的第一开关控制端和第二开关控制端分别与所述比较参考电路的第一开关受控端和第二开关受控端一一对应连接；

所述比较参考电路的电源端、接地端和衬底电位端分别接电源、地和衬底电位，所述比较参考电路的充电电流支路与所述二倍频生成电路的镜像电流端连接，所述比较参考电路的参考电压输出端与所述二倍频生成电路的参考电压输入端连接；

所述二倍频生成电路的电源端、接地端分别接电源和地，所述二倍频生成电路的复位端接入复位信号，所述二倍频生成电路的片上复位端接入片上复位信号，所述二倍频生成电路的时钟信号输出端连接外部电路；

所述二倍频电路接入所述片上复位信号后，在接入所述方波信号时，将所述方波信号转换为参考信号，并在所述参考信号的每个上升沿使其第二开关控制端输出的同相分频信号产生跳变，每间隔两个所述参考信号周期使第二开关控制端和第一开关控制端分别输出同相分频信号和反相分频信号，得到所述参考信号二分频后的信号；

所述比较参考电路接入偏置电流生成充电电流支路，所述同相分频信号为高电平且所述反相分频信号为低电平时，通过所述充电电流支路为所述比较参考电路内部电容充电，并将其内部电容充电过程中产生的电压转换为参考电压通过所述参考电压输出端输出；

所述二倍频电路接入所述片上复位信号后，在所述参考信号的上升沿，通过其镜像电流端接入所述充电电流支路的电流信号为其内部电容充电，并在其内部电容的充电时间持续二分之一个所述参考信号周期时，将其内部电容的电压与所述参考电压进行比较后立刻输出翻转信号，得到占空比为50％且与所述参考信号周期相同的时钟信号，并对所述时钟信号进行延时后再与所述时钟信号进行异或处理，得到二倍频的时钟信号并通过其时钟信号输出端输出。

2.如权利要求1所述的二倍频实现装置，其特征在于，所述二分频电路包括第一非门、第二非门和第一D触发器；

所述第一非门的输入端为所述二分频电路的方波输入端，所述第一非门的输出端与所述第二非门的输入端连接；

所述第二非门的输出端与所述第一D触发器的时钟信号输入端共接构成所述二分频电路的参考信号输出端；

所述第一D触发器的串行信号端与其反相输出端共接构成所述二分频电路的第一开关控制端，所述第一D触发器同相输出端为所述二分频电路的第二开关控制端，所述第一D触发器的复位端为所述二分频电路的片上复位端；

所述方波信号经过所述第一非门和所述第二非门后得到所述参考信号，在所述参考信号的每个上升沿，所述D触发器的同相输出端输出的同相分频信号产生跳变，每间隔两个所述参考信号周期，使所述D触发器的同相输出端和反相输出端分别输出同相分频信号和反相分频信号，得到所述参考信号二分频后的信号。

3.如权利要求1所述的二倍频实现装置，其特征在于，所述比较参考电路包括第一至第五P型场效应管、第一至第三N型场效应管、偏置电流源、第一至第三开关、第一至第三电容、峰值检测电路、第一至第四电阻和运算放大器；

所述第一至第五P型场效应管的源极和衬底以及所述峰值检测电路的电源端和所述运算放大器的电源端共接构成所述比较参考电路的电源端；

所述第一至第四P型场效应管的栅极、所述第一P型场效应管的漏极以及所述偏置电流源的正极共接；

所述第二P型场效应管的漏极与所述第一N型场效应管的栅极和漏极以及所述第二N型场效应管的栅极共接；

所述第三P型场效应管的漏极与所述第四P型场效应管的漏极、所述第一开关的输入端和所述第二开关的输入端共接构成所述充电电流支路；

所述第五P型场效应管的栅极与所述运算放大器的输出端和所述第三电容的正极共接，所述第五P型场效应管的漏极与所述第三电容的负极和所述第二电阻的一端共接；

所述第一至第三N型场效应管的源极、所述第三N型场效应管的栅极和漏极、所述偏置电流源的负极、所述第三开关的输出端、所述第一电容的负极、所述第二电容的负极、所述峰值检测电路的接地端、所述运算放大器的接地端和所述第四电阻的一端共接构成所述比较参考电路的接地端，所述第一至第三N型场效应管的衬底、所述峰值检测电路的衬底端和所述运算放大器的衬底端共接构成所述比较参考电路的衬底电位端；

所述第二N型场效应管的漏极与所述第一开关的输出端连接；

所述第二开关的受控端为所述比较参考电路的第二开关受控端，所述第二开关的输出端与所述第三开关的输入端、所述第一电容的正极和所述峰值检测电路的输入端共接；

所述第三开关为常闭型开关；

所述第二电容的正极与所述第一电阻的一端和所述运算放大器的同相输入端共接；

所述峰值检测电路的输出端接所述第一电阻的另一端；

所述第二电阻的另一端与所述第三电阻的一端和所述运算放大器的反相输入端共接；

所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的另一端共接构成所述比较参考电路的参考电压输出端。

4.如权利要求1所述的二倍频实现装置，其特征在于，所述二倍频生成电路包括第六P型场效应管、第七P型场效应管、第四N型场效应管、第二至第四D触发器、第四开关、第五开关、第四至第九电容、比较器、第五至第九电阻、第三至第六非门、第一至第三与门和异或门；

所述第六P型场效应管的源极和衬底、所述第七P型场效应管的源极和衬底、所述比较器的电源端以及所述第二至第四D触发器的串行信号端共接构成所述二倍频生成电路的电源端，所述第六P型场效应管的栅极和所述第七P型场效应管的栅极共接构成所述二倍频生成电路的镜像电流端，所述第六P型场效应管的漏极、所述第七P型场效应管的漏极和所述第四开关的输入端连接；

所述第四N型场效应管的栅极接所述第二D触发器的反相输出端，所述第四N型场效应管的源极、所述第五开关的输出端、所述第四电容的负极、所述比较器的接地端、所述第五电容的负极和所述第六电容的负极共接构成所述二倍频生成电路的接地端，所述第四N型场效应管漏极、所述第四开关的输出端、所述第五开关的输入端、所述第四电容的正极和所述比较器的反相输入端共接；

所述第二D触发器的时钟信号端为所述二倍频生成电路的参考信号输入端，所述第二D触发器的同相输入端与所述第四开关的受控端连接，所述第二D触发器的复位端与所述第二与门的第一输入端和所述第三与门的第一输入端共接构成所述二倍频生成电路的片上信号输入端，所述第二D触发器的复位端和第三与门的输出端连接；

所述第三D触发器的时钟信号端与所述第五电阻的一端、所述第五电容的正极、所述第六电阻的一端和所述第一与门的第一输入端共接，所述第三D触发器的复位端与所述第三与门的输出端连接，所述第三D触发器的同相输出端与所述第五非门的输入端和所述异或门的第一输入端连接；

所述第四D触发器的复位端与所述第二与门的输出端连接，所述第四D触发器的反相输出端与所述第五开关的受控端和所述第三与门的第二输入端共接；

所述第七至第九电容的负极、所述第九电阻的一端和所述第九电容的正极共接构成所述二倍频生成电路的输出端所述共接；

所述第五电阻的另一端与所述比较器的输出端连接；

所述第六电阻的另一端与所述第六电容的正极和所述第三非门的输入端共接；

所述第七电阻的一端与所述第五非门的输出端连接，所述第七电阻的另一端与所述第七电容的正极和所述第六非门的输入端共接；

所述第八电阻的一端与所述第六非门的输出端连接，所述第八电阻的另一端与所述第八电容的正极和所述异或门的第二输入端连接；

所述第九电阻的另一端与所述异或门的输出端连接；

所述第三非门的输出端与所述第一与门的第二输入端连接；

所述第四非门的输入端和输出端分别与所述第一与门的输出端和所述第二与门的第二输入端一一对应连接。

5.一种基于权利要求1至4任一项所述的二倍频实现装置的二倍频实现方法，其特征在于，所述方法包括：

通过所述二倍频电路接入所述片上复位信号后，在接入所述方波信号时，将所述方波信号转换为参考信号，并在所述参考信号的每个上升沿使其第二开关控制端输出的同相分频信号产生跳变，每间隔两个所述参考信号周期使第二开关控制端和第一开关控制端分别输出同相分频信号和反相分频信号，得到所述参考信号二分频后的信号；

通过所述比较参考电路接入偏置电流生成充电电流支路，所述同相分频信号为高电平且所述反相分频信号为低电平时，通过所述充电电流支路为所述比较参考电路内部电容充电，并将其内部电容充电过程中产生的电压转换为参考电压通过所述参考电压输出端输出；

通过所述二倍频电路接入所述片上复位信号后，在所述参考信号的上升沿，通过其镜像电流端接入所述充电电流支路的电流信号为其内部电容充电，并在其内部电容的充电时间持续二分之一个所述参考信号周期时，将其内部电容的电压与所述参考电压进行比较后立刻输出翻转信号，得到占空比为50％且与所述参考信号周期相同的时钟信号，并对所述时钟信号进行延时后再与所述时钟信号进行异或处理，得到二倍频的时钟信号并通过其时钟信号输出端输出。