CN115021748A - 一种快速启动的八相位锁相环 - Google Patents
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Abstract
一种快速启动的八相位锁相环,包括快速启动模块、鉴频鉴相器,第一电荷泵,低通滤波器,振荡器和分频器;快速启动模块将驱动MOS管的栅压泵到目标电压附近,为振荡器提供起振电流;鉴频鉴相器对输入参考时钟CLKREF和分频器输出时钟进行鉴频鉴相,输出充放电脉冲信号到第一电荷泵;第一电荷泵根据输入的充放电脉冲信号,对滤波电容进行充电和放电;低通滤波器将滤波电容上的电压信号转换成电流信号后,输出到振荡器;振荡器输出时钟信号;分频器将振荡器输出的时钟信号进行分频后输入到鉴频鉴相器。快速启动模块能够迅速提供大电流,驱动振荡器起振,振荡器锁定后可以直接产生八相时钟,无需额外的延迟锁相环电路。
Description
技术领域
本发明涉及一种锁相环和时钟产生电路。
背景技术
为了实现系统的小型化,SOC(System On Chip)将多个子电路模块集成到一颗芯片上,SOC芯片工作模式较多,为了节约能耗,通常会使暂时用不到的模块进入低功耗模式;芯片模式切换后,用到的模块又需要快速唤醒。锁相环电路为子电路提供时钟信号,是电路正常工作的前提,唤醒的优先级最高。
现有的技术是子电路中的锁相环模块从低功耗模式唤醒时,运算放大器需要对驱动MOS管的栅端进行充电,限制于运算放大器的驱动能力,驱动MOS管的栅端电压爬升较慢,锁相环需要一定的启动时间,影响系统的实时性;此外,传统的锁相环只能产生四相时钟,若产生八相时钟需要额外的延迟锁相环电路,增加了设计复杂度和芯片面积。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:本发明提供了一种快速启动的八相位锁相环,能够快速唤醒,无需延迟锁相环就可以产生八相位时钟,兼具快启动和低功耗设计的优点,适用于低功耗设计中快速唤醒时钟电路。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:一种快速启动的八相位锁相环,包括快速启动模块、鉴频鉴相器,第一电荷泵,低通滤波器,振荡器和分频器;
快速启动模块将驱动MOS管的栅压泵到目标电压附近,为振荡器提供起振电流,实现电路的启动;
鉴频鉴相器对输入参考时钟CLKREF和分频器输出时钟进行鉴频鉴相,输出充放电脉冲信号到第一电荷泵;
第一电荷泵根据输入的充放电脉冲信号,对低通滤波器中的滤波电容进行充电和放电;
低通滤波器将滤波电容上的电压信号转换成电流信号后,输出到振荡器;
振荡器接收低通滤波器的电流信号和快速启动模块的起振电流,振荡器输出时钟信号;
分频器将振荡器输出的时钟信号进行分频后输入到鉴频鉴相器。
进一步的,所述快速启动模块包括驱动MOS管、运算放大器、第二电荷泵和电阻R3,第二电荷泵通过电阻R3连接至驱动MOS管的栅端,驱动MOS管的漏端接电源VDD,驱动MOS管的源端连接运算放大器的负输入端,运算放大器端输出端连接驱动MOS管的栅端;驱动MOS管的源端输出驱动MOS管的V_VCO信号。所述快速启动模块在使能信号打开后,第二电荷泵把驱动MOS管的栅压VG泵到目标电压附近,通过运算放大器使驱动MOS管的源端电压VS等于运算放大器的正输入电压VREF,最终确定MOS管栅压VG的大小,电压VG和电压VS之间的电压差决定了驱动MOS管中流过电流的大小,实现锁相环电路的启动。
进一步的,所述低通滤波器包括电容C1、电容C2、电阻R1、MOS管M1,MOS管M1的漏端输出低通滤波器的V_VCO信号,MOS管M1的源端连接电阻R2后接地;电容C1与电阻R1串联后与电容C2并联;电容C2一端连接MOS管M1栅端和第一电荷泵,另一端接地。所述第一电荷泵对电容C2、电阻R1和电容C1组成的二阶低通滤波器进行充放电,决定了MOS管M1栅端电压V_CTL的大小,进而决定了流过MOS管M1中的电流大小。
进一步的,所述振荡器包括反相器I1~I16,反相器I1~I16的电源端接驱动MOS管和低通滤波器的V_VCO信号,反相器I1、I10的输入端与反相器I8、I9的输出端OUT1相连,反相器I2、I12的输入端与反相器I1、I11的输出端OUT2相连,反相器I3、I14的输入端与反相器I2、I13的输出端OUT3相连,反相器I4、I16的输入端与反相器I3、I15的输出端OUT4相连,反相器I5、I9的输入端与反相器I4、I10的输出端OUT5相连,反相器I6、I11的输入端与反相器I5、I12的输出端OUT6相连,反相器I7、I13的输入端与反相器I6、I14的输出端OUT7相连,反相器I8、I15的输入端与反相器I7、I16的输出端OUT8相连。
进一步的,所述振荡器的振荡频率由驱动MOS管和低通滤波器共同决定,流过驱动MOS管和MOS管M1之间的电流之差是输出给振荡器的电流,振荡器的振荡频率与流过振荡器的电流大小成正比。所述快速启动模块完成启动后,驱动MOS管输出电流是定值,当低通滤波器中流过电流增加时,振荡器中流过电流减少,振荡器频率降低,当低通滤波器中流过电流减少时,振荡器中流过电流增加,振荡器频率上升。
进一步的,所述振荡器直接输出八相时钟。所述八相时钟相位分别为0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°和315°。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)本发明提供了一种快速启动的锁相环,使用简单的电荷泵电路,在锁相环启动时,对驱动MOS管的栅端进行充电,快速提供锁相环振荡需要的电流,大大缩短了锁相环启动时间。
(2)本发明采用的振荡器无需额外的延迟锁相环电路,即可产生八相位时钟。
附图说明
图1为本发明系统总体结构框图;
图2为本发明快速启动模块示意图;
图3为本发明低通滤波器示意图;
图4为本发明振荡器示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
如图1所示为系统总体结构框图,一种快速启动的八相位锁相环:包括快速启动模块、鉴频鉴相器,第一电荷泵,低通滤波器,振荡器和分频器;
快速启动模块:将驱动MOS管的栅压泵到目标电压附近,为振荡器提供起振电流,实现电路的快速启动;
鉴频鉴相器:对输入参考时钟CLKREF和分频器输出时钟进行鉴频鉴相,输出充放电脉冲信号到第一电荷泵;
第一电荷泵:根据输入的充放电脉冲信号,对滤波电容进行充电和放电;
低通滤波器:滤波电容上的电压信号转换成电流信号后,输出到振荡器;
振荡器:接收低通滤波器的电流信号和快速启动模块的起振电流,驱动MOS管和低通滤波器共同决定流过振荡器的电流大小,该电流大小决定振荡器的震荡频率;
分频器:将振荡器输出的时钟信号进行分频后输入到鉴频鉴相器;
如图2所示为快速启动模块示意图,由图2可知,快速启动模块包括驱动MOS管、运算放大器、第二电荷泵(即电荷泵2)和电阻R3,第二电荷泵通过电阻R3连接至驱动MOS管的栅端,驱动MOS管的漏端接电源VDD,驱动MOS管的源端连接运算放大器的负输入端,运算放大器端输出端连接驱动MOS管的栅端;驱动MOS管的源端输出驱动MOS管的V_VCO信号;第二电荷泵快速把驱动MOS管的栅端电压VG泵到目标电压附近,然后运算放大器使驱动MOS管的源端电压VS等于运算放大器的正输入电压VREF,最终确定MOS管栅压VG的大小,VG和VS之间的电压差决定了驱动MOS管中流过电流的大小。
如图3所示为低通滤波器示意图,由图3可知,低通滤波器包括电容C1、电容C2、电阻R1、MOS管M1,MOS管M1的漏端输出低通滤波器的V_VCO信号,MOS管M1的源端连接电阻R2后接地;电容C1与电阻R1串联后与电容C2并联;电容C2一端连接MOS管M1栅端和第一电荷泵,另一端接地;第一电荷泵对电容C2、电阻R1和电容C1组成的二阶低通滤波器进行充放电,决定了MOS管M1栅端电压V_CTL的大小,进而决定了流过MOS管M1中的电流大小。
如图4所示,为振荡器模块示意图,由图4可知,流过驱动MOS管和MOS管M1之间的电流之差就是输出给振荡器的电流,振荡器的振荡频率与流过振荡器的电流大小成正比,振荡器由16个反相器组成,反相器的连接关系如图4所示,反相器I1~I16的电源端接驱动MOS管和低通滤波器的V_VCO信号,反相器I1、I10的输入端与反相器I8、I9的输出端OUT1相连,反相器I2、I12的输入端与反相器I1、I11的输出端OUT2相连,反相器I3、I14的输入端与反相器I2、I13的输出端OUT3相连,反相器I4、I16的输入端与反相器I3、I15的输出端OUT4相连,反相器I5、I9的输入端与反相器I4、I10的输出端OUT5相连,反相器I6、I11的输入端与反相器I5、I12的输出端OUT6相连,反相器I7、I13的输入端与反相器I6、I14的输出端OUT7相连,反相器I8、I15的输入端与反相器I7、I16的输出端OUT8相连;流过反相器电源端V_VCO的电流越大,反相器的翻转速度越快,当振荡器锁定时,OUT1~OUT8输出八相位时钟,八相时钟相位分别为0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°和315°。
所述振荡器的振荡频率由驱动MOS管和低通滤波器共同决定,电路完成启动后,驱动MOS管输出电流是定值,当低通滤波器中流过电流增加时,振荡器中流过电流减少,振荡器频率降低,当低通滤波器中流过电流减少时,振荡器中流过电流增加,振荡器频率上升。本发明采用基于多个反相器的VCO结构,振荡器可以直接输出八相625MHz的时钟,无需额外的延迟锁相环电路,即可产生八相位时钟。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种快速启动的八相位锁相环,其特征在于:包括快速启动模块、鉴频鉴相器,第一电荷泵,低通滤波器,振荡器和分频器;
快速启动模块将驱动MOS管的栅压泵到目标电压附近,为振荡器提供起振电流,实现电路的启动;
鉴频鉴相器对输入参考时钟CLKREF和分频器输出时钟进行鉴频鉴相,输出充放电脉冲信号到第一电荷泵;
第一电荷泵根据输入的充放电脉冲信号,对低通滤波器中的滤波电容进行充电和放电;
低通滤波器将滤波电容上的电压信号转换成电流信号后,输出到振荡器;
振荡器接收低通滤波器的电流信号和快速启动模块的起振电流,振荡器输出时钟信号;
分频器将振荡器输出的时钟信号进行分频后输入到鉴频鉴相器。
2.根据权利要求1所述的一种快速启动的八相位锁相环,其特征在于:所述快速启动模块包括驱动MOS管、运算放大器、第二电荷泵和电阻R3,第二电荷泵通过电阻R3连接至驱动MOS管的栅端,驱动MOS管的漏端接电源VDD,驱动MOS管的源端连接运算放大器的负输入端,运算放大器端输出端连接驱动MOS管的栅端;驱动MOS管的源端输出驱动MOS管的V_VCO信号。
3.根据权利要求2所述的一种快速启动的八相位锁相环,其特征在于:所述快速启动模块在使能信号打开后,第二电荷泵把驱动MOS管的栅压VG泵到目标电压附近,通过运算放大器使驱动MOS管的源端电压VS等于运算放大器的正输入电压VREF,最终确定MOS管栅压VG的大小,电压VG和电压VS之间的电压差决定了驱动MOS管中流过电流的大小,实现锁相环电路的启动。
4.根据权利要求1所述的一种快速启动的八相位锁相环,其特征在于:所述低通滤波器包括电容C1、电容C2、电阻R1、MOS管M1,MOS管M1的漏端输出低通滤波器的V_VCO信号,MOS管M1的源端连接电阻R2后接地;电容C1与电阻R1串联后与电容C2并联;电容C2一端连接MOS管M1栅端和第一电荷泵,另一端接地。
5.根据权利要求4所述的一种快速启动的八相位锁相环,其特征在于:所述第一电荷泵对电容C2、电阻R1和电容C1组成的二阶低通滤波器进行充放电,决定了MOS管M1栅端电压V_CTL的大小,进而决定了流过MOS管M1中的电流大小。
6.根据权利要求3或5所述的一种快速启动的八相位锁相环,其特征在于:所述振荡器包括反相器I1~I16,反相器I1~I16的电源端接驱动MOS管和低通滤波器的V_VCO信号,反相器I1、I10的输入端与反相器I8、I9的输出端OUT1相连,反相器I2、I12的输入端与反相器I1、I11的输出端OUT2相连,反相器I3、I14的输入端与反相器I2、I13的输出端OUT3相连,反相器I4、I16的输入端与反相器I3、I15的输出端OUT4相连,反相器I5、I9的输入端与反相器I4、I10的输出端OUT5相连,反相器I6、I11的输入端与反相器I5、I12的输出端OUT6相连,反相器I7、I13的输入端与反相器I6、I14的输出端OUT7相连,反相器I8、I15的输入端与反相器I7、I16的输出端OUT8相连。
7.根据权利要求6所述的一种快速启动的八相位锁相环,其特征在于:所述振荡器的振荡频率由驱动MOS管和低通滤波器共同决定,流过驱动MOS管和MOS管M1之间的电流之差是输出给振荡器的电流,振荡器的振荡频率与流过振荡器的电流大小成正比。
8.根据权利要求7所述的一种快速启动的八相位锁相环,其特征在于:所述快速启动模块完成启动后,驱动MOS管输出电流是定值,当低通滤波器中流过电流增加时,振荡器中流过电流减少,振荡器频率降低,当低通滤波器中流过电流减少时,振荡器中流过电流增加,振荡器频率上升。
9.根据权利要求8所述的一种快速启动的八相位锁相环,其特征在于:所述振荡器直接输出八相时钟。
10.根据权利要求9所述的一种快速启动的八相位锁相环,其特征在于:所述八相时钟相位分别为0°,45°,90°,135°,180°,225°,270°和315°。
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