CN108988853A - 数字辅助锁定电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及射频集成电路设计领域，具体涉及一种数字辅助锁定电路，包括：锁定检测电路和控制电路，所述锁定检测电路用于检测参考信号与来自分频电路的反馈信号之间的相位差，并将相位差信号发送至所述控制电路；所述控制电路电连接至所述分频电路，以接收所述分频电路发送的目标分频信号；所述控制电路电连接至所述锁定检测电路，以接收所述锁定检测电路发送的相位差信号。该电路通过减少锁相环反馈‑调整的次数，能够有效减小锁相环环路锁定的时间，实现使锁相环快速锁定的功能。

Description

数字辅助锁定电路

技术领域

本发明涉及射频集成电路设计领域，具体涉及一种锁相环的数字辅助锁定电路。

背景技术

锁相环可产生精准的时钟信号或者频率信号，所以广泛应用于时钟产生器，无线通信系统，时钟/数据恢复电路等电路系统中。基于锁相环的频率合成器更是广泛的应用于射频收发系统当中。这些需求都促进了锁相环电路的研究和发展。

锁相环的锁定时间是表征锁相环性能的重要参数，锁定时间的长短直接影响到收发系统的响应时间，锁定时间过长会导致系统中模块工作时间的延长，进而导致系统功耗过大。

因此，减小锁相环的锁定时间成为一个急需解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本申请提供了一种数字辅助锁定电路，包括：锁定检测电路和控制电路，锁定检测电路用于检测参考信号与来自分频电路的反馈信号之间的相位差，并将检测到的相位差信号发送至控制电路；

控制电路电连接至分频电路，以接收分频电路发送的目标分频信号；控制电路电连接至锁定检测电路，以接收锁定检测电路发送的相位差信号。

在一个实施例中，控制电路电连接至可控压控振荡器，根据目标分频信号调节可控压控振荡器中连通的电容数量。

在一个实施例中，控制电路电连接至可控电荷泵电路，根据相位差信号调节可控电荷泵电路中连通的电流源数量。

本申请还提供了一种锁相环电路，包括：鉴相器、可控电荷泵电路、滤波电路、可控压控振荡器、分频电路、控制电路和锁定检测电路；

鉴相器、可控电荷泵电路、滤波电路、可控压控振荡器、分频电路依次电连接，控制电路分别电连接至可控电荷泵电路、可控压控振荡器、锁定检测电路和分频电路，分频电路分别电连接至鉴相器和锁定检测电路，鉴相器和锁定检测电路分别设置有接收参考信号的输入端。

在一个实施例中，锁定检测电路包括：第一D触发器、第二D触发器、第一延时模块、第二延时模块和与门模块；

反馈信号经第一延时模块输入第一D触发器的信号输入端和第二D触发器的信号输入端，参考信号输入第一D触发器的时钟输入端，以及参考信号经第二延时模块输入第二D触发器的时钟输入端；

第一D触发器的低电平输出端和第二D触发器的高电平输出端分别连接与门模块的输入端。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明提供了一种应用于锁相环的数字辅助锁定电路，该数字辅助锁定电路中设置有锁定检测电路和控制电路部分,锁定检测电路可处理反馈回路信号和参考信号，控制电路预先控制可控压控振荡器和可控电荷泵模块。该数字辅助锁定电路通过反馈分频器分频大小值预先控制可控压控振荡器中接入的开关电容个数，减少锁相环反馈-调整的次数，能够有效减小锁相环环路锁定的时间，达到预先控制锁相环电路响应的目的，从而使锁相环快速锁定。

进一步地，控制电路还能通过控制电荷泵上拉下拉电流源打开个数，从而调节负载电容的充电速度,打开开关个数越多，充电越快,从而更快达到预期输出电压。进一步减小环路的锁定时间。

进一步地，相比于传统锁相环,仅仅利用反馈电压V_CTRL来达到目标振荡频率,本发明利用两步辅助调节,使电路预先达到目标振荡位置附近,大大的减小了锁相环锁定时间，使锁相环具有很快的响应速度。该电路结构简单，避免了环境改变和工艺偏差存在的时候，锁定错误的发生。

可以理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施方式和例子)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1为本发明实施方式中一种数字辅助锁定电路图；

图2为本发明实施方式中一种锁定检测电路图；

图3为本发明实施方式中一种可控压控振荡器的电路图；

图4为本发明实施方式中一种可控电荷泵电路图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本申请实施方式涉及一种数字辅助锁定电路，图1为本发明实施方式中一种数字辅助锁定电路图。如图1所示，该数字辅助锁定电路包括：

锁定检测电路和控制电路，锁定检测电路用于检测参考信号与来自分频电路的反馈信号之间的相位差，并将该相位差信号发送至控制电路；

控制电路电连接至分频电路，以接收分频电路发送的目标分频信号；控制电路电连接至锁定检测电路，以接收锁定检测电路发送的相位差信号；

控制电路电连接至可控压控振荡器，根据目标分频信号调节可控压控振荡器中连通的电容数量；

控制电路电连接至可控电荷泵电路，根据相位检差号调节可控电荷泵电路中连通的电流源数量。

电路工作时，控制电路接收分频电路发送的目标分频信号，并根据该目标分频信号向可控压控振荡器发送信号，以调节可控压控振荡器中接入电路的电容数量；锁定检测电路检测参考信号和反馈信号的相位差，并将该相位差信号发送至控制电路，控制电路根据该相位差信号调节电荷泵电路中接入电路的电流源数量，从而使可控压控振荡器接近目标频率。

在一个实施例中，一种锁相环电路包括：鉴相器、可控电荷泵电路、滤波电路、可控压控振荡器、分频电路、控制电路、锁定检测电路，鉴相器、可控电荷泵电路、滤波电路、可控压控振荡器、分频电路依次电连接，控制电路分别电连接至可控电荷泵电路、可控压控振荡器、锁定检测电路和分频电路，分频电路分别电连接至鉴相器和锁定检测电路，鉴相器和锁定检测电路分别设置有接收参考信号的输入端。

电路工作时，在锁相环锁定之前，分频电路将目标分频信号发送给控制电路，控制电路根据目标输出频率与压控振荡器中电容的对应关系，通过控制通路A调节可控压控振荡器开关电容阵列打开个数。打开的开关越多,接入压控振荡器中的电容值越大，震荡频率越低。相当于预先调节压控振荡器X和Y点之间接入电容，通过预先调节来粗略控制振荡频率范围。然后锁相环电路进入正常震荡-反馈-锁定的过程当中，此时锁定检测电路检测参考频率和反馈频率相位差是否在一个“T”时间之内，其中“T”时间为根据电路实际确定的一个延迟单元延迟时间。如果在一个“T”时间之外，认为锁相环离锁定还需较长时间，控制电路通过控制回路B调节可控电荷泵电流源打开个数，加速达到目标V_CTRL。若锁定检测电路发现参考频率和反馈频率相位差在一个“T”时间之内，则调节可控电荷泵电流源只打开一路，此时整个电路相当于传统锁相环，此为第二步辅助调。

此后电路利用环路反馈调节V_CTRL达到最终锁定值，V_CTRL控制可变电容C_v1和C_v2使压控振荡器达到目标频率。通过对电容数量和电流源数量的两步辅助调节，使电路预先达到目标振荡位置附近，大大的减小了锁相环锁定时间。

在一个实施例中，参考时钟频率为500MHz，分频比为24，当目标输出频率为12GHz时，控制电路通过控制通路A调节接入X点和Y点之间的电容为5个50Pf的电容；在一个实施例中，分频比为20，当目标输出频率为10GHz时，控制电路通过控制通路A调节接入X点和Y点之间的电容为8个50Pf的电容。

在一个实施例中，锁定检测电路如图2所示，该锁定检测电路包括第一D触发器、第二D触发器、第一延时模块、第二延时模块和与门模块；反馈信号经第一延时模块输入第一D触发器第二D触发器的输入端，参考信号输入第一D触发器的时钟输入端，以及参考信号经第二延时模块输入第二D触发器的时钟输入端；所述第一D触发器的低电平输出端和所述第二D触发器。的高电平输出端分别连接所述与门模块的输入端。优选地，第一延时模块为“T”延时模块，第二延时模块为“2T”延时模块。

当反馈信号和参考信号的相位差对应的时间大于等于“T”时间时，电路输出Lout为低；当反馈信号和参考信号的相位差对应的时间小于“T”时间时，电路输出Lout为高。若其相位差在“T”时间之内，可认为电路处于即将锁定状态，数字辅助锁定电路粗调结束，环路利用本身锁定机制继续锁定。

在一个实施例中，一种可控压控振荡器的开关电容如图3所示，可控压控振荡器电路包括由数字辅助锁定电路控制的可控电容阵列差分负阻管和LC谐振腔，可实现将电荷泵输出电压转变为相应频率震荡的功能。

其中M₁～M₄为互补差分负阻管，其作用为给LC谐振电路产生一个负的输入阻抗，使得振荡产生时，其幅度能够保持。L₁为电感，为震荡回路提供电感。可变电容阵列中设置有开关b₁～b_n，用于根据控制电路发送的信号来控制接入电路X和Y点之间的电容值，使压控振荡器产生与参考频率接近的目标频率。

在一个实施例中，一种可控制电荷泵电路如图4所示，包括多个可控电荷泵、多个上拉开关U₁～U_n，以及多个下拉开关D₁～D_n；每个电荷泵单元包括一个上拉电流源和一个下拉电流源，以及一个上拉开关U_X和一个下拉开关D_X。上拉开关控制U₁、U₂～U_n这n个上拉电流源开关，下拉开关控制D₁、D₂～D_n这n个下拉电流源开关。

每个阵列模块由上拉电流源和与之对应的下拉电流源电路构成。可实现将前级上拉或者下拉电压信号转换成电流。电流注入负载电容，形成电压信号V_CTRL，控制后级压控振荡器。

控制电路控制接入电路的电荷泵单元的数量，上拉、下拉信号控制电荷泵单元产生流入或者流出负载电容的电流，从而控制负载电容中总的电荷数量，达到控制V_ctrl的目的，V_ctrl输出到后级压控振荡器，调节C_v1和C_v2两个可变电容，从而调节压控振荡器的振荡频率。

可以理解，本发明所提出的数字辅助锁定电路可应用于任何LC锁相环电路中，对本专利提出的结构进行简易变化，如替换数字逻辑门，替换可控电荷泵电流源阵列结构，替换可控压控振荡器开关电容结构，替换上拉下拉电流源模块，皆认为在本专利权利保护范围之内。

需要说明的是，在本申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种数字辅助锁定电路，其特征在于，包括：锁定检测电路和控制电路，所述锁定检测电路用于检测参考信号与来自分频电路的反馈信号之间的相位差，并将检测到的相位差信号发送至所述控制电路；

所述控制电路电连接至所述分频电路，以接收所述分频电路发送的目标分频信号；所述控制电路电连接至所述锁定检测电路，以接收所述锁定检测电路发送的相位差信号。

2.根据权利要求1所述的数字辅助锁定电路，其特征在于，所述控制电路电连接至可控压控振荡器，根据所述目标分频信号调节所述可控压控振荡器中连通的电容数量。

3.根据权利要求2所述的数字辅助锁定电路，其特征在于，所述控制电路电连接至可控电荷泵电路，根据所述相位差信号调节所述可控电荷泵电路中连通的电流源数量。

4.一种锁相环电路，其特征在于，包括：鉴相器、可控电荷泵电路、滤波电路、可控压控振荡器、分频电路、控制电路和锁定检测电路；

所述鉴相器、所述可控电荷泵电路、所述滤波电路、可控压控振荡器、分频电路依次电连接，所述控制电路分别电连接至所述可控电荷泵电路、所述可控压控振荡器、所述锁定检测电路和所述分频电路，所述分频电路分别电连接至所述鉴相器和所述锁定检测电路，所述鉴相器和所述锁定检测电路分别设置有接收参考信号的输入端。

5.根据权利要求4所述的锁相环电路，其特征在于，所述锁定检测电路包括：第一D触发器、第二D触发器、第一延时模块、第二延时模块和与门模块；

反馈信号经所述第一延时模块输入所述第一D触发器的信号输入端和所述第二D触发器的信号输入端，参考信号输入所述第一D触发器的时钟输入端，以及所述参考信号经所述第二延时模块输入所述第二D触发器的时钟输入端；

所述第一D触发器的低电平输出端和所述第二D触发器的高电平输出端分别连接所述与门模块的输入端。