CN111294045A - 一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路及方法，该电路包括电荷泵，所述电荷泵包括偏置电路、充电电路、放电电路、充电开关、放电开关和降噪电路，所述降噪电路分别与所述偏置电路、充电电路和放电电路连接，所述降噪电路用于滤除偏置电路产生的噪声；其效果是：用设置的降噪电路，在充电电路、放电电路工作时，将偏置电路和充电或放电电路之间的连线切断，使得偏置电路产生的噪声无法传递，来滤除偏置电路产生的噪声，从而达到降低锁相环输出相位噪声的目的。

Description

一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路及方法
技术领域
本发明涉及电路设计技术领域，具体涉及一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路及方法。
背景技术
随着技术的不断发展，传统锁相环技术已无法满足当今社会的需求，因此出现了电荷泵锁相环的应用技术。
但现有技术中，电荷泵锁相环中的电荷泵，具体结构如图1所示，将鉴频鉴相器的输出信号转化为充电和放电电流信号。充电和放电电流来源于偏置电路，而偏置电路的噪声会经过环路滤波器和压控振荡器，构成锁相环的输出相位噪声的一部分。
发明内容
本发明的目的是提供一种降低电荷泵锁相环相位噪声的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路及方法。
第一方面：本发明实施例提供了一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路，包括电荷泵，所述电荷泵包括偏置电路、充电电路、放电电路、充电开关和放电开关，还包括降噪电路，所述降噪电路分别与所述偏置电路、充电电路和放电电路连接，所述降噪电路用于滤除偏置电路产生的噪声。
作为本发明的一个优选的技术方案，所述降噪电路包括控制开关和滤波电容。
作为本发明的一个优选的技术方案，所述所述控制开关包括第一控制开关和第二控制开关，所述滤波电容包括第一电容C1和第二电容C2；
所述偏置电路与所述充电电路之间设置所述第一控制开关；
所述偏置电路与所述放电电路之间设置所述第二控制开关；
所述第一电容C1的一端与VDD连接，所述第一电容C1的另一端与所述充电电路中的一开关器件的栅极连接；
所述第二电容C2的一端与VSS连接，所述第二电容C2的另一端与所述放电电路中的一开关器件的栅极连接。
作为本发明的一个优选的技术方案，所述偏置电路包括晶体管Mn0、晶体管Mn1和晶体管Mp1；
通过所述晶体管Mn1和Mp1产生第一参考电压，并形成第一参考点Vbp，所述第一参考点Vbp通过所述第一控制开关分别与所述第一电容C1的另一端和所述充电电路中的一开关器件的栅极连接；
通过所述晶体管Mn0接收通过一恒流电流源产生的参考电流后，产生所述第二参考电压,并形成第二参考点Vbn，所述第二参考点Vbn通过所述第二控制开关分别与所述第二电容C2的另一端和所述放电电路中的一开关器件的栅极连接。
第二方面：本发明实施例提供了一种降低电荷泵锁相环相位噪声的方法，应用于第一方面所述的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路，所述方法包括：
为电荷泵提供电源信号VDD、地信号VSS和参考电流；
通过偏置电路产生第一参考电压和第二参考电压；
利用鉴频鉴相器的UP信号控制所述充电开关，鉴频鉴相器的DOWN信号控制所述放电开关，利用外部的系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关；
充电时：
通过鉴频鉴相器的UP信号控制所述充电开关接通，系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关断开；
利用所述第一电容C1将所述第一参考电压加载至充电电路，形成充电电流；
放电时：
通过鉴频鉴相器的DOWN信号控制所述放电开关接通，系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关断开；
利用所述第二电容C2将所述第二参考电压加载至放电电路，形成放电电流。
作为本发明的一个优选的技术方案，所述方法还包括：
无UP信号和DOWN信号时，系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关接通，通过所述偏置电路对所述第一电容C1和第二电容C2充电。
作为本发明的一个优选的技术方案，所述方法还包括：
电荷泵锁相环稳定，UP信号和DOWN信号同步时：
系统时钟信号控制所述第一控制开关和第二控制开关断开，将所述偏置电路与所述放电电路和充电电路断开；
同时，通过所述第一电容C1将所述第一参考电压加载至充电电路，利用所述第二电容C2将所述第二参考电压加载至放电电路。
作为本发明的一个优选的技术方案，所述通过偏置电路产生第一参考电压和第二参考电压，具体包括：
所述偏置电路包括晶体管Mn0、晶体管Mn1和晶体管Mp1；
通过所述晶体管Mn1和Mp1产生所述第一参考电压，并形成第一参考点Vbp；
通过所述晶体管Mn0接收所述参考电流后，产生所述第二参考电压,并形成第二参考点Vbn。
采用上述技术方案，具有以下优点：本发明提出的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路及方法，利用设置的降噪电路，在充电电路、放电电路工作时，通过控制开关将偏置电路和充电或放电电路之间的连线切断，使得偏置电路产生的噪声无法传递，来滤除偏置电路产生的噪声，从而达到降低锁相环输出相位噪声的目的。
附图说明
图1为现有技术中的一种电荷泵的电路的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种降低电荷泵锁相环中电荷泵的电路的结构图；
图3为本发明实施例提供的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参照图2所示，本发明实施例提供了一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路，包括电荷泵，所述电荷泵包括偏置电路、充电电路、放电电路、充电开关、放电开关和降噪电路，所述降噪电路分别与所述偏置电路、充电电路和放电电路连接，所述降噪电路用于滤除偏置电路产生的噪声。
具体地，电荷泵锁相环的相关结构，本领域技术人员应当了解，在此不做赘述，基于本发明的创新点；所述降噪电路包括控制开关和滤波电容；应用时，除了采用本实例电路的开关电容结构，也可采用其它结构的滤波器，在此不做赘述。
所述所述控制开关包括第一控制开关和第二控制开关，所述滤波电容包括第一电容C1和第二电容C2；第一控制开关用S3表示，第二控制开关用S4表示，其控制信号用clk表示，即系统的时钟信号，S3和S4由同一个信号clk控制，其频率为24MHz，当然也可采用其它频率的时钟信号，其满足相应的约束条件即可；
所述偏置电路与所述充电电路之间设置所述第一控制开关；
所述偏置电路与所述放电电路之间设置所述第二控制开关；
所述第一电容C1的一端与VDD连接，所述第一电容C1的另一端与所述充电电路中的一开关器件的栅极连接；
所述第二电容C2的一端与VSS连接，所述第二电容C2的另一端与所述放电电路中的一开关器件的栅极连接。
具体地，所述偏置电路包括晶体管Mn0、晶体管Mn1和晶体管Mp1，所述充电电路包括晶体管Mp2，所述放电电路包括晶体管Mn2；
通过所述晶体管Mn1和Mp1产生第一参考电压，并形成第一参考点Vbp，所述第一参考点Vbp通过所述第一控制开关分别与所述第一电容C1的另一端和所述晶体管Mp2的栅极连接；
通过所述晶体管Mn0接收通过一恒流电流源产生的参考电流后，产生所述第二参考电压,并形成第二参考点Vbn，所述第二参考点Vbn通过所述第二控制开关分别与所述第二电容C2的另一端和所述晶体管Mn2的栅极连接；从图2中可以看出，所述晶体管Mn0的栅极与所述晶体管Mn2的栅极也连接在一起。
在本发明实施例中，利用设置的降噪电路，在充电电路、放电电路工作时，通过控制开关将偏置电路和充电或放电电路之间的连线切断，使得偏置电路产生的噪声无法传递，来滤除偏置电路产生的噪声，从而达到降低锁相环输出相位噪声的目的；并且采用较少硬件开销，达到降低电荷泵锁相环的相位噪声，提高锁相环的性能。
如图3所示，基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种降低电荷泵锁相环相位噪声的方法，应用于第一方面所述的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路，所述方法包括：
S101,为电荷泵提供电源信号VDD、地信号VSS和参考电流。
具体地，所述电源信号VDD、地信号VSS和参考电流在本实施例中通过一恒流电流源提供，参考电流还可来自限流电阻等方式，在此只是对此进行举例，并不是对其进行限制。
S102,通过偏置电路产生第一参考电压和第二参考电压。
具体地，所述偏置电路包括晶体管Mn0、晶体管Mn1和晶体管Mp1；
通过所述晶体管Mn1和Mp1产生所述第一参考电压，并形成第一参考点Vbp；
通过所述晶体管Mn0接收所述参考电流后，产生所述第二参考电压,并形成第二参考点Vbn。
S103,利用鉴频鉴相器的UP信号控制充电开关，鉴频鉴相器的DOWN信号控制放电开关，利用外部的系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关。
具体地，第一控制开关用S3表示，第二控制开关用S4表示，其控制信号用clk表示，即系统的时钟信号，S3和S4由同一个信号clk控制，其频率为24MHz，当然也可采用其它频率的时钟信号，其满足相应的约束条件即可，所述约束条件为：需要在电荷泵锁相环(PLL)参考时钟高电平时，clk为低电平，即所述参考时钟的反向时钟，保证up/down信号高电平(也就是参考时钟上升沿附近)时，clk是低电平即可；例如，为所述参考时钟的倍数。
S104,充电时：
通过鉴频鉴相器的UP信号控制所述充电开关接通，系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关断开。
具体地，使得所述第一参考点Vbp与所述晶体管Mp2的栅极连接断开，所述第二参考点Vbn与所述晶体管Mn2的栅极连接断开。
S105,利用所述第一电容C1将所述第一参考电压加载至充电电路，形成充电电流。
具体地，所述充电电路包括晶体管Mp2，将所述第一电容C1的一端与VDD连接，所述第一电容C1的另一端与所述晶体管Mp2的栅极连接，利用电容的电压不能突变的特性。
S106,放电时：
通过鉴频鉴相器的DOWN信号控制所述放电开关接通，系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关断开。
具体地，所述放电电路包括晶体管Mn2，使得所述第一参考点Vbp与所述晶体管Mp2的栅极连接断开，所述第二参考点Vbn与所述晶体管Mn2的栅极连接断开。
S107,利用所述第二电容C2将所述第二参考电压加载至放电电路，形成放电电流。
具体地，利用电容的电压不能突变的特性，将所述第二电容C2的一端与VSS连接，所述第二电容C2的另一端与所述晶体管Mn2的栅极连接。
进一步地，所述方法还包括：
无UP信号和DOWN信号时，系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关接通，通过所述偏置电路对所述第一电容C1和第二电容C2充电。
此时，所述第一参考点Vbp通过所述第一控制开关与所述晶体管Mp2的栅极连接；同时，将所述第二参考点Vbn通过所述第二控制开关与所述晶体管Mn2的栅极连接，以保证电流镜像功能；
这样处理，是为了保证所述Mp2和Mn2的栅极电压能通过所述第一电容C1和第二电容C2能进行保持，其中，第一电容C1用于保持Mp2的栅极电压，第二电容C2用于保持Mn2的栅极电压。
进一步地，所述方法还包括：
电荷泵锁相环稳定，UP信号和DOWN信号同步时：
系统时钟信号控制所述第一控制开关和第二控制开关断开，将所述偏置电路与所述放电电路和充电电路断开；
同时，通过所述第一电容C1将所述第一参考电压加载至充电电路，利用所述第二电容C2将所述第二参考电压加载至放电电路。
这是考虑到实际应用时情况，从上述可知，无论处于哪种状态，偏置电路中的Mn0、Mn1和Mp1的噪声，均由于控制开关的断开，将偏置电路和充电或放电电路之间的连线切断，使其不会传播到电荷泵的输出，从而起到了降低电荷泵噪声的作用。
通过上述方法，在原有电荷泵的基础上进行了改造，降低偏置电路噪声的方式来降低电荷泵锁相环的相位噪声，采用较少硬件开销，达到降低电荷泵锁相环的相位噪声，提高锁相环的性能。
最后需要说明的是，以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路，包括电荷泵，所述电荷泵包括偏置电路、充电电路、放电电路、充电开关和放电开关，其特征在于，还包括降噪电路，所述降噪电路分别与所述偏置电路、充电电路和放电电路连接，所述降噪电路用于滤除偏置电路产生的噪声。
2.根据权利要求1所述的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路，其特征在于，所述降噪电路包括控制开关和滤波电容。
3.根据权利要求2所述的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路，其特征在于，所述控制开关包括第一控制开关和第二控制开关，所述滤波电容包括第一电容C1和第二电容C2；
所述偏置电路与所述充电电路之间设置所述第一控制开关；
所述偏置电路与所述放电电路之间设置所述第二控制开关；
所述第一电容C1的一端与VDD连接，所述第一电容C1的另一端与所述充电电路中的一开关器件的栅极连接；
所述第二电容C2的一端与VSS连接，所述第二电容C2的另一端与所述放电电路中的一开关器件的栅极连接。
4.根据权利要求3所述的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路，其特征在于，所述偏置电路包括晶体管Mn0、晶体管Mn1和晶体管Mp1；
通过所述晶体管Mn1和Mp1产生第一参考电压，并形成第一参考点Vbp，所述第一参考点Vbp通过所述第一控制开关分别与所述第一电容C1的另一端和所述充电电路中的一开关器件的栅极连接；
通过所述晶体管Mn0接收通过一恒流电流源产生的参考电流后，产生所述第二参考电压,并形成第二参考点Vbn，所述第二参考点Vbn通过所述第二控制开关分别与所述第二电容C2的另一端和所述放电电路中的一开关器件的栅极连接。
5.一种降低电荷泵锁相环相位噪声的方法，其特征在于，应用于权利要求4所述的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的电路，所述方法包括：
为电荷泵提供电源信号VDD、地信号VSS和参考电流；
通过偏置电路产生第一参考电压和第二参考电压；
利用鉴频鉴相器的UP信号控制所述充电开关，鉴频鉴相器的DOWN信号控制所述放电开关，利用外部的系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关；
充电时：
通过鉴频鉴相器的UP信号控制所述充电开关接通，系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关断开；
利用所述第一电容C1将所述第一参考电压加载至充电电路，形成充电电流；
放电时：
通过鉴频鉴相器的DOWN信号控制所述放电开关接通，系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关断开；
利用所述第二电容C2将所述第二参考电压加载至放电电路，形成放电电流。
6.根据权利要求5所述的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的方法，其特征在于，所述方法还包括：
无UP信号和DOWN信号时，系统时钟信号控制第一控制开关和第二控制开关接通，通过所述偏置电路对所述第一电容C1和第二电容C2充电。
7.根据权利要求5所述的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的方法，其特征在于，所述方法还包括：
电荷泵锁相环稳定，UP信号和DOWN信号同步时：
系统时钟信号控制所述第一控制开关和第二控制开关断开，将所述偏置电路与所述放电电路和充电电路断开；
同时，通过所述第一电容C1将所述第一参考电压加载至充电电路，利用所述第二电容C2将所述第二参考电压加载至放电电路。
8.根据权利要求5所述的一种降低电荷泵锁相环相位噪声的方法，其特征在于，所述通过偏置电路产生第一参考电压和第二参考电压，具体包括：
所述偏置电路包括晶体管Mn0、晶体管Mn1和晶体管Mp1；
通过所述晶体管Mn1和Mp1产生所述第一参考电压，并形成第一参考点Vbp；
通过所述晶体管Mn0接收所述参考电流后，产生所述第二参考电压,并形成第二参考点Vbn。
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