CN1656686A - Pll电路 - Google Patents

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Abstract

一种PLL电路(1)，包含串联连接的电荷泵(10)、环路滤波器(20)和产生输出频率(f)的压控振荡器(30)，所述压控振荡器(30)包含由受环路滤波器(20)产生的第一控制信号(Vt1)控制的可调器件(C1，C2，C1’，C2，C3)，该PLL电路(1)其特征在于，还包括产生泄漏补偿信号(IL)以修正对压控振荡器(30)控制的泄漏补偿电路(40)，该泄漏补偿信号(IL)表示压控振荡器(30)的可调器件中的漏电流。

Description

PLL电路
本发明涉及一种PLL电路，该电路包含串联连接的电荷泵、环路滤波器和产生输出频率的压控振荡器，所述压控振荡器包含有受环路滤波器产生的第一控制信号控制的可调器件。
作为例如用于调谐接收器的基础块，PLL电路是众所周知的。PLL电路的组件常被集成在同一芯片上(所述芯片具有一个面积)。
US-A-6,054,903描述了这样一个制作在集成芯片中的PLL，该PLL包括一个具有第一和第二频率控制输入的VCO和一个VCO输出。第一频率控制输入连接至滤波器节点。将芯片外(off-chip)滤波器的输入连接至该滤波器节点用于连接芯片外环路滤波器。芯片内环路滤波器连接在第一频率控制输入和第二频率控制输入之间，并具有可变时间常数。时间常数控制电路连接至该芯片内环路滤波器以控制该可变时间常数。可以观察到，该PLL对VCO具有相对复杂的控制机制，该控制机制包含用于控制芯片内滤波器的时间常数的环路。该控制环路和芯片内滤波器增加了芯片的面积。集成电容器的实际上限值决定了环路滤波器有比较大的噪声。VCO产生的信号的频谱纯度还进一步受到VCO的可调器件的漏电流的影响。
因此，本发明的目的是减少芯片面积，以获得较为低廉的PLL，以及获得具有高频谱纯度的输出信号。
根据本发明实现了如简介段落中所描述的PLL，其特征在于，该PLL还包括产生泄漏补偿信号的泄漏补偿电路，以修正对压控振荡器的控制，该泄漏补偿信号指示了可调器件中的漏电流。
在泄漏信号的影响下，VCO输出频率的频谱纯度，也就是输出频率的谐波含量，依赖于诸如温度和传播过程(process spread)的因素。因此期望的是减少这种依赖性。利用产生泄漏补偿信号的泄漏补偿电路可以实现这个目的，该泄漏补偿信号代表VCO的可调元件中所估计的漏电流。
在本发明的一个实施例中，PLL还包含一个加法器，将泄漏补偿信号和环路滤波器产生的第二输出信号相加，所述加法器产生用于压控振荡器的第二控制信号。通常情况下，VCO受环路滤波器中产生的控制电压控制，该控制电压通过对作为环路滤波器一部分的电容中的电荷泵的电流进行积分产生。为了减少并尽可能的消除温度和传播过程(process spread)产生的影响，将泄漏补偿信号与环路滤波器的第二输出信号相加。加法器可以是电压加法器、电流加法器、电荷加法器或者它们的组合。可以观察到，如果是电流加法器，则该加法器就是一个简单的电流节点。
在本发明的另一个实施例中，环路滤波器是一个三阶超前-滞后RC滤波器。当PLL没有锁定时，连接在滤波器上的电荷泵就会产生周期性的、具有与比较频率相同的重复频率的脉冲型电流信号。当PLL锁定时，电荷泵提供的平均电流基本上为零。然而，当可调器件从环路滤波器获得电流时，VCO的频率发生改变，并且PLL通过注入电流以补偿由于泄漏而损失的电荷而起作用。作为周期性充放电电流的结果，VCO控制电压值通过比较频率得到了调节。环路滤波器需要衰减具有重复频率和高次谐波的电荷泵信号以获得控制VCO的稳定信号。环路滤波器的复转移函数的极点-零点位置决定了基本具有比较频率的高频信号的衰减。阶次越高，衰减越大。阶次越高，保持PLL回路的稳定性越困难。三阶滤波器是实际情况中的衰减、成本和PLL环路稳定性的折衷。
在本发明的一个实施例中，VCO包含多个压控振荡器，每个压控振荡器包含一个LC谐振电路，每个LC谐振电路又包含与第一可控电容器对和第二可控电容器对并联连接的电感器，所述电容器对分别由第一控制信号和第二控制信号控制。VCO的一种可能实施方案包含一对交叉连接的晶体管，这对晶体管还连接到LC谐振电路。因此，VCO包含多个VCO，每个VCO包含一个LC谐振电路和一对交叉连接的晶体管。LC谐振电路包括可能是变容二极管的受控电容器，所述变容二极管成对连接。每一个变容二极管有一个阴极、一个阳极，且通过电阻器施加控制电压以使该二极管被反向偏置。第一控制信号和第二控制信号分别加在第一可控电容器对和第二可控电容器对上。
第一可控电容器对和第二可控电容器对为变容二极管，所述变容二极管分别具有与第一面积和第二面积相关的最大电容。
在本发明的另外一个实施例中，泄漏补偿信号由电流发生器产生，该电流发生器包括其面积基本上与第一面积和第二面积之和成比例的第三可控电容器对。第三可控电容器对基本上与在振荡电路中使用的第一和第二可控电容器对的性能一致。因此，电流发生器产生泄漏补偿信号，该泄漏补偿信号如同在LC谐振电路中使用的可控电容器的漏电流那样，以相同的方式依赖于传播过程和温度。这样，泄漏补偿信号可以用来补偿漏电流(该漏电流影响VCO产生的频率)。
附图说明
参照附图，通过下面对本发明的典型实施例的描述，本发明的上述和其它特征及其优点将会显而易见，其中
图1图示了根据本发明的PLL；
图2图示了根据本发明实施例的PLL中所应用的一个环路滤波器；
图3图示出了根据本发明的实施例，连接到多个谐振电路的一个泄漏补偿电路；
图1所示为根据本发明的PLL。PLL电路1包含串联耦合的电荷泵10、环路滤波器20和压控振荡器(VCO)30，以控制压控振荡器30产生的输出频率f。VCO 30由环路滤波器20产生的第一控制信号Vt1和第二控制信号Vt2控制。PLL电路1还包含泄漏补偿电路40，以产生指示压控振荡器的可调器件中漏电流的泄漏补偿信号IL。现代技术中，电荷泵10至少和VCO 30集成在同一芯片上。VCO 30包含有诸如可变电容器、可变电感器和可变电阻器的可调元件以产生振荡频率f，这些可调元件还被集成在同一芯片上。可调元件由控制信号控制，该控制信号是DC信号并且可以是如电压、电流、电荷的电信号，也可是如光学信号的非电信号。
环路滤波器(LPF)20产生第一输出信号Vt1和第二输出信号Vc，第一输出信号Vt1与施加到VCO的第一控制信号Vt1相同。这些输出信号取决于电荷泵的输出信号ICP的大小，所述电荷泵输出信号取决于VCO 30的输出频率f和相位。
为产生泄漏补偿信号IL，设计了泄漏补偿电路40，所述泄漏补偿信号表示对VCO频谱纯度的修正，该修正取决于工艺过程和温度的变化。为了获得泄漏补偿的合理的估计，将泄漏补偿电路40与VCO30集成在同一芯片上。泄漏补偿信号IL在加法器50中与第二信号Vc相加，该加法器产生第二控制信号Vt2。第二控制信号Vt2表示了决定VCO 30信号的较好频谱纯度的泄漏补偿信号IL和电荷泵的输出信号ICP。
图2所示是根据本发明的一个实施例的PLL中使用的环路滤波器(LPF)20。LPF 20仅由电阻器R1、R2、R3和电容器Cp1，Cp2，Cp3组成。优选LPF 20是芯片外滤波器，也就是其没有同VCO30、电荷泵10和泄漏补偿电路40集成在同一个芯片上。由于转移特性，也就是环路滤波器的转移函数的极点和零点可以通过更换电阻器和/或电容器而很容易地改变，因此芯片外滤波器在应用中具有提高灵活性的优势。LPF 20的极点和零点由滤波电阻器和电容器的乘积决定，因此电阻器和/或电容器值的变化决定了LPF 20转移函数的极点-零点位置的变化。第一控制信号Vt1和第二信号Vc是第三电容器Cp3和第二电容器Cp2上的电压。这些电容器接地，即它们连接在公用的参考电压上，该参考电压与可控调谐元件的参考接线端相连。通过相对于参考接线端的滤波，控制电压上的任何混杂物对VCO的频率产生最小的影响。因而，如图2所示结构的LPF 20其优点在于，产生噪声相对较低的控制信号。因此，就获得了VCO 20产生的高频谱纯度的信号。
图3所示是根据本发明一个实施例的连接到多个谐振电路TC1、TC2的泄漏补偿电路40。VCO 30包含多个LC谐振电路TC1、TC2，每一个谐振电路包括与第一可控电容器对C1、C1’和第二可控电容器对C2、C2’并联连接的电感器L1、L1’。这些可控电容器对分别由第一控制信号Vt1和第二控制信号控制Vt2控制。第一可控电容器对C1、C1’和第二可控电容器对C2、C2’为分别具有第一面积A1和第二面积A2的变容二极管。示例性地，第一面积是参考面积x的3倍即3x，第二面积是8x。LC谐振电路TC1、TC2的调谐特性取决于这些面积。根据集成电路制作工艺中的变化和温度变化，存在流经变容二极管C1、C1’、C2、C2’的漏电流，所述漏电流反过来又分别影响谐振电路TC1和TC2产生的频率的频谱纯度。因此为补偿漏电流，提供了一个产生泄漏补偿信号IL的泄漏补偿电路40。泄漏补偿信号IL是由包括第三可控电容器对(C3)的电流发生器所产生的电流，该第三可控电容器对(C3)的面积基本上等于第一面积A1和第二面积A2之和即11x。第三可控电容器对与在谐振电路TC1和TC2中所用的受控电容器的类型相同，即变容二极管C3。变容二极管C3的面积等于第一面积和第二面积之和即11x。这个特性决定了变容二极管C3的漏电流基本上分别与变容二极管C1、C2和C1’、C2’的漏电流成比例。第三变容二极管对C3被连接至电流发生器，该电流发生器包括连接作为二极管的第二晶体管T2和第一晶体管T1。第二控制信号IL由第一晶体管T1产生，所述电流基本上与变容二极管C3的漏电流成比例。可以观察到，在包含更多谐振电路的应用中，诸如收发机、调谐器，第二控制信号IL需要补偿谐振电路中的所有漏电流。因此，假定一个谐振回路中的漏电流是ILi，i＝1...N，那么IL基本上等于ILi(i＝1...N)之和。
可以观察到，通过电容器Cp2减小了泄漏补偿电路所产生的噪声，所述电容器直接与参考端相连。
从图3中，进一步观察到加法器50是一个简单电流节点，但是并不排除诸如电压加法器、光加法器的其它类型加法器的使用。
应注意的是，本发明的保护范围并不限于这里所描述的实例。本发明的范围也不受权利要求书中引用的参考数字限制。词语“包含”并没有把不同于权利说明书中的其它部件排除在外。元件前面的词语‘一个’并不排除多个元件的情况。本发明的部分的构成装置可以是专用硬件的形式，也可以是可编程处理器的形式。本发明的特征存在于每一个新特性或者这些特性的结合中。

Claims (6)

1.一种PLL电路，包含串联连接的电荷泵、环路滤波器和产生输出频率的压控振荡器，所述压控振荡器包含有受环路滤波器产生的第一控制信号控制的可调器件，该PLL电路其特征在于：还包括产生泄漏补偿信号以修正对压控振荡器控制的泄漏补偿电路，该泄漏补偿信号表示压控振荡器的可调器件中的漏电流。
2.根据权利要求1中所述的PLL电路，还包含将泄漏补偿信号和环路滤波器产生的第二输出信号相加的加法器，所述加法器产生用于压控振荡器的第二控制信号。
3.根据前述权利要求任一项所述的PLL电路，其中环路滤波器是三阶超前-滞后RC滤波器。
4.根据权利要求2或3中所述的PLL电路，其中VCO包含多个压控振荡器，每一个压控振荡器包含LC谐振电路，其中每一个LC谐振电路包括与第一可控电容器对和第二可控电容器对并联连接的电感器，所述可控电容器对分别由第一控制信号和第二控制信号所控制。
5.根据权利要求4所述的PLL电路，其中第一可控电容器对和第二可控电容器对是分别具有第一面积和第二面积的变容二极管。
6.根据权利要求5所述的PLL电路，其中泄漏补偿信号由电流发生器产生，该电流发生器包含有其面积上基本与第一和第二面积之和成比例的第三可控电容器对。
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