CN203734654U - 一种动态无死区饱和输出鉴频鉴相器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公布了一种动态无死区饱和输出的鉴频鉴相器，包括一个两个输入端相连以模拟同相的延迟控制电压产生电路、一个改善鉴频鉴相器输入输出线性特性的主鉴频鉴相器。利用反馈动态调节复位路劲的延迟时间，消除死区并且不受环境变化的影响。采用多级鉴相鉴频，在输入存在频率差时增加鉴频鉴相器的状态数，消除了周期滑失，改善了鉴相鉴频器的输入输出特性。本实用新型通过在鉴频鉴相器的输入信号存在频率差时输出饱和，改善了输如输出的线性度，在输入信号同步时维持最窄的输出脉冲，降低了对电路匹配的要求，消除了死区，改善了零相差附近的线性度。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体集成电路，具体涉及数据通信系统、高速处理器、高速数字电路系统中的信号频率和相位的比较。
背景技术
当前高性能处理器和高速数据通信的发展，在信号频率和相位比较的线性度方面提出了新的挑战。但是在具体电路实现时，由于晶体管本身存在延迟和及其它非理想性，所实现的鉴频鉴相器电路性能受到限制，非线性程度严重。虽然在设计阶段可对电路进行优化，但电路的使用条件千差万别，并且由于环境的动态变化，其性能也随之变化。
发明内容
针对电子系统中信号频率和相位比较对鉴频鉴相器线性度的要求，本发明提出了一种动态饱和输出鉴频鉴相器。
为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
一种动态无死区饱和输出鉴频鉴相器，其特征在于，包括可变延迟单元、产生延迟控制电压的电路和一个饱和输出的鉴频鉴相器。可变延迟单元的延迟时间与鉴频鉴相器的死区相对应，消除了死区的影响，提高灵敏度，改善了零相差时的线性度，同时饱和输出的鉴频鉴相器改善了输入相位差较大时鉴频鉴相器输入输出的线性度。
上述方案中，所述可变延迟单元(180,190)由一个电流饥饿型反相器(10，20,30)和一个反相器(40,50)构成，可变延迟单元的延迟时间与伪反相器(10,20,30)的控制电压成负相关，通过改变控制电压改变延迟单元的延迟时间，进而改变鉴频鉴相器中复位路径的延迟，减小鉴频鉴相器在零相位差时输入输出存在的死区，改善了零相差时的线性度。
所述产生延迟控制电压的电路由一个零相差的鉴相器(200)、一个开关控制的恒流源(210)、并联电容(220)和电阻(230)构成。恒流源(210)对电容(220)充电的起始时刻与结束时刻与鉴频鉴相器(200)在输入无相差时输出的脉冲相对应，电容(220)上的电压即为可变延迟单元的控制电压。该电压动态调节可变延迟单元的延迟时间，调节鉴频鉴相器中复位路径延迟，在环境变化时既克服死区的影响，又不增加鉴频鉴相器在输入零相差时输出的脉冲宽度，减小了电路失配的影响。
所述饱和输出的鉴频鉴相器由2级鉴频鉴相器(240)构成。在存在频率差时启动第二级鉴频鉴相器(100，130)，鉴频鉴相器输出高电平，克服了传统鉴频鉴相器在存在频率差发生的周期滑失，改善了鉴频鉴相器在存在频率差时的线性度。
本发明根据环境的变化动态调节鉴频鉴相器中复位路径的延迟，消除了死区的影响并不额外增加零相位差时输出脉冲的宽度；在存在频率差时启动第二级鉴频鉴相器(100,130)，改善了传统鉴频鉴相器的线性度。
附图说明
图1为可变延迟单元电路结构
图2为第一级鉴频鉴相器的组成单元
图3为第二级鉴频鉴相器的组成单元
图4为饱和输出鉴频鉴相器
图5为延迟控制电压产生电路结构
图6为动态饱和输出鉴频鉴相器
图7为动态饱和输出鉴频鉴相器的输入存在频率差时的工作示意图
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
首先分析影响鉴频鉴相器线性度的因素。在零相位差附近，由于电路的非理想性，存在死区，虽然可通过插入延迟单元予以解决，但如果延迟时间过长，限制了鉴频鉴相器的工作速度，更重要的是由于鉴频鉴相器驱动的电路的非理想性，导致最终的鉴频鉴相结果恶化。
传统鉴频鉴相器的电路的状态只有3个，存在频率差时状态频繁跳变，输入输出呈现严重的非线性。
本实用新型基于以上分析，采用反馈控制鉴频鉴相器(200,240)复位路径的延迟，在主鉴频鉴相器(240)中增加一级鉴频鉴相器。在零相位差附近鉴频鉴相器中复位路径的延迟最小，且随环境的变化动态变化，鉴频鉴相器输入输出的线性度不受环境变化的影响；在鉴频鉴相器的输入存在频率差时，主鉴频鉴相器中的第二级鉴频鉴相器(100,130)开始工作，克服存在频率差时输入输出的非线性。
图1为可变延迟单元，可变延迟单元由电流饥饿型反相器(10,20,30)和标准反相器(10，20,30)构成。对信号进行延迟，减缓复位动作时，需要的是对复位信号的上升沿进行延迟，与下降沿无关。电路的工作可以看作以时间常数对节点A充电或放电，在放电过程中，降低控制电压将增加从节点A看到的电阻值，减缓转换过程，增加了A点的下降时间也就延迟了输出的上升沿。第2个反相器(10,20,30)的输出具有通常的上升和下降时间。整个电路只是对输入信号进行了延迟，没有破坏输入信号的特性。
图2为第一级鉴频鉴相器的组成单元(CellA)(110，120)，由D触发器(60)、二输入与门(80)和三输入与门(70)构成，D触发器(60)的输入接电源，二输入与门(80)的输出接D触发器(60)的复位端，三输入与门(70)的输出接D触发器(60)的置位端。
图3为第二级鉴频鉴相器的组成单元(CellB)(100,130)，基本单元为一具有复位功能的D触发器(90)，且复位时低有效。
图4为饱和输出鉴频鉴相器，由两个CellA单元(110，120)、两个CellB单元(100,130)，四个与非门(140，150,160,170)和两个可变延迟单元(180,190)构成。在每个Cell A(110，120)到对方的复位路径上都有一一个可控延迟单元(180,190)，这两个单元完全相同，使用同一个控制电压。
图5为延迟控制电压产生电路结构，由一个零相差的鉴相器(200)、一个开关控制的恒流源(210)、并联电容(220)和电阻(230)构成。延迟控制电压产生电路的两个输入都与鉴频鉴相器(200)的参考输入相连，模拟了零相位差时鉴频鉴相器的工作状态，使用其输出与一个恒流源(210)、电阻(230)和电容(220)构成反馈回路，动态调节复位路径的延迟时间。对电容(220)和电阻(230)网络充电的开关由零相位差时鉴频鉴相器(200)的输出控制，恒流源(210)对电容(220)充电的起始时刻与结束时刻与鉴频鉴相器(200)在输入无相差时输出的脉冲相对应，电容上(220)的电压即为可变延迟单元(180,190)的控制电压。当鉴频鉴相器(200,240)中延迟单元(180,190)的延迟较大时，鉴频鉴相器(200)在输入无相差时输出的脉冲较宽，恒流源(210)对电容(220)的充电时间较长，而通过电阻(230)放电的时间较短，电容(220)上的电压升高，通过负反馈减小延迟单元(180,190)的延迟，反之类似。在消除死区的前提下维持最窄的输出脉冲，使得延迟最小，提高了鉴频鉴相器(200,240)的速度，减小了电路失配的影响和对负载电路匹配性的要求，提高了整体电路的线性度。
图6为动态饱和输出鉴频鉴相器，因为死区只在零相位差附近出现，为了简化电路，仅由CellA单元(110，120)构成PFD1(200)，与反馈回路一起产生可变延迟单元(180,190)的控制电压。PFD2(240)对输入参考时钟和反馈信号进行鉴相鉴频，PFD1(200)根据环路的工作状态产生一延迟控制电压，控制PFD2(240)中复位信号的延迟时间。
在动态饱和输出鉴频鉴相器工作过程中，如果Vdelay降低，PFD1(200)中复位路径的延迟增加，将提高延迟产生电路输出脉冲的宽度，增大Vdelay，使其恢复到稳态值。增大电容(220)值，降低由电容(220)和电阻(230)构成的低通滤波器的截止频率，可以减小Vdelay的抖动，但这将占用大量的芯片面积。在具体实现时，通过降低偏置电流，增大电阻(230)降低电容(220)的值，也可以使用高阶滤波器来消除Vdelay线上的抖动。
动态饱和输出鉴频鉴相器在鉴频阶段，即相位差大于360度时，第二级鉴频鉴相器(100,130)启动，鉴频鉴相器(240)由3个状态变为5个状态，而且改变了鉴频鉴相器的状态转换，扩展鉴相鉴频器的工作范围，鉴频鉴相器(240)的输入输出特性不再是三角波，而是近似于线性，改善输入输出的非线性，提高鉴相鉴频性能。
动态饱和输出鉴频鉴相器的输入只存在相位差不存在频率差时，即相位差小于360度时，第二级鉴频鉴相器不工作，鉴频鉴相器维持3个状态，与传统鉴频鉴相器的工作情况相同。此时由于额外电路不工作，动态饱和输出鉴频鉴相器的功耗几乎与传统鉴频鉴相器的功耗相同，而且其输入输出特性相同，传输函数一致。
图7为动态饱和输出鉴频鉴相器的输入存在频率差时的工作原理图，输出UP持续为高，产生饱和输出，累积相位线性增加。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，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的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (3)
1.一种动态无死区饱和输出的鉴频鉴相器，包括参考信号输入源、信号输入源、主鉴频鉴相器、可变延迟单元、产生延迟控制电压电路，其特征在于：所述主鉴频鉴相器和产生延迟控制电压电路并行工作；延迟控制电压电路产生的电压反馈控制主鉴频鉴相器和产生延迟控制电压电路中的可变延迟单元。
2.如权利要求1所述一种动态无死区饱和输出的鉴频鉴相器，其特征在于：所述产生延迟控制电压电路由鉴频鉴相器、恒流源、电阻电容并联网络构成；所述产生延迟控制电压中的鉴频鉴相器的两个输入都与参考信号输入源相连；所述产生延迟控制电压中的恒流源的开关由鉴频鉴相器的输出控制，所述可变延迟单元接在鉴频鉴相器的反馈路径上。
3.如权利要求1所述一种动态无死区饱和输出的鉴频鉴相器，其特征在于：主鉴频鉴相器包括一级鉴频鉴相器、二级鉴频鉴相器和可变延迟单元，所述一级鉴频鉴相器的输出接二级鉴频鉴相器的输入，二级鉴频鉴相器的输出反馈回一级鉴频鉴相器的输入，所述一级鉴频鉴相器和二级鉴频鉴相器的输出经过逻辑运算后输出，所述可变延迟单元接在反馈路径上。
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| CN107340065A (zh) * | 2017-07-12 | 2017-11-10 | 浙江工业大学 | 用于冷原子干涉型重力仪中拉曼光锁相的鉴频鉴相器 |
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| CN107340065B (zh) * | 2017-07-12 | 2023-05-23 | 浙江工业大学 | 用于冷原子干涉型重力仪中拉曼光锁相的鉴频鉴相器 |
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