CN204465508U - 一种高速锁相环电荷泵电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高速锁相环电荷泵电路，包括：鉴相器、开关电容电路、环路滤波器和压控振荡器，所述开关电容电路的前端与鉴相器连接，后端与环路滤波器和压控振荡器连接，所述开关电容电路中包含有两个开关电容，所述鉴相器产生两路相位控制信号，所述开关电容电路根据鉴相器的输出和固定相同的充放电时间，取不同的充电电流和放电电流以控制压控振荡器的输入电压，当锁相环稳定锁定时，通过调整充放电电流来控制充电电流和放电电流相等。通过上述方式，本实用新型提供的高速锁相环电荷泵电路，在锁相环稳定的情况下不会对压控振荡器的输入产生影响从而避免和输入相关的干扰。设计中用开关电容实现相位到电流的转换。

Description

一种高速锁相环电荷泵电路

技术领域

本实用新型涉及一种锁相环的内部电路，特别是涉及一种高速锁相环电荷泵电路。

背景技术

请参阅图1-图4，现有技术的锁相环电荷泵电路在对环路滤波器进行充放电以调整压控振荡器的输入电压的时，采取的方式是取相同的充电和放电电流值，根据鉴相器的输出，取不同的充电和放电时间，以达到调整压控振荡器输入电压的目的。这种方式，由于充电和放电电流在设计时很难做到完全匹配相等，会导致在锁相环锁定的情况下产生和输入相关的干扰，输出时钟频谱上表现为和输入相关的毛刺（reference spur）。

在图2中，理想情况下PLL锁定时，充放电电荷需相等，即总电荷变化为0以保证VCO的输出稳定。

在图3中，实际情况中，由于充放电电流不一致，导致充放电时间不一样。

在图4中，由于充放电电流时间不一致，导致VCOin产生扰动，输出时钟频谱产生和输入相关的毛刺。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是如何提供一种高速锁相环电荷泵电路，在锁相环稳定的情况下不会对压控振荡器的输入产生影响从而避免和输入相关的干扰。设计中用开关电容实现相位到电流的转换。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种高速锁相环电荷泵电路，包括：用于得到相位差的鉴相器、用于将相位差转换为成比例电流的开关电容电路、环路滤波器和压控振荡器，所述开关电容电路的前端与鉴相器连接，后端与环路滤波器和压控振荡器连接。

所述开关电容电路中包含有两个开关电容，所述鉴相器产生两路相位控制信号，根据相位信号实现开关电容充电或放电，所述开关电容电路根据鉴相器的输出和固定相同的充放电时间，取不同的充电电流和放电电流以控制压控振荡器的输入电压，当锁相环稳定锁定时，通过调整充放电电流来控制充电电流和放电电流相等。

在一个较佳实施例中，所述的开关电容电路中包含有两路电流源，分别为第一电流源和第二电流源，所述的两路电流源之间为并联。

在一个较佳实施例中，所述的两路相位控制信号分别为第一控制信号up和第二控制信号dn，鉴相器将两路相位控制信号分别输入开关电容电路以控制第一电流源和第二电流源。

在一个较佳实施例中，所述开关电容电路控制开关电容的充、放电，且产生第一控制信号up和第二控制信号dn的电平，所述电平分别为第一控制电平Vup和第二控制电平Vdn。

在一个较佳实施例中，所述电容控制电路通过第一控制信号up和第二控制信号dn的低状态使开关电容状态为空，且通过开关电容放电令第一控制电平Vup和第二控制电平Vdn均为零。

在一个较佳实施例中，电容控制电路在开关电容充电状态下，第一控制电平Vup和第二控制电平Vdn通过场效应管转换为低通滤波器的充放电电流；且第一控制信号up和第二控制信号dn通过控制各自的充电时间以得到第一控制电平Vup和第二控制电平Vdn。

在一个较佳实施例中，通过鉴相器令第一控制信号up和第二控制信号dn同时变低，且通过复位信号，以相同的时间对低通滤波器进行充放电。

本实用新型的有益效果是：采取固定充放电时间即充放电时间完全相同，根据鉴相器的输出，取不同的充电和放电电流以达到调整压控振荡器输入电压的目的；由于充放电时间固定，锁相环稳定锁定时，其负反馈系统会自动调整充放电电流，使得充电电流和放电电流相等。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1是本实用新型中背景技术中一较佳实施例的环路振荡器电荷泵电路结构图；

图2是本实用新型中背景技术中一较佳实施例的理想状态下电荷泵的充放电原理图；

图3是本实用新型的背景技术中一较佳实施例的实际情况下电荷泵的充放电原理图；

图4是本实用新型的背景技术中一较佳实施例的时钟频谱图。

图5是本实用新型中一种高速锁相环电荷泵电路一较佳实施例的环路振荡器电路结构图；

图6是本实用新型中一种高速锁相环电荷泵电路一较佳实施例的开关信号时序图；

图7是本实用新型的一种高速锁相环电荷泵电路一较佳实施例的充放电原理图；

图8是本实用新型的一种高速锁相环电荷泵电路一较佳实施例的锁相环工作原理图。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图5-图8，在本实用新型的一个具体实施例中提供一种小型的高速锁相环电荷泵电路，所述的高速锁相环电荷泵电路包括：用于得到相位差的鉴相器、用于将相位差转换为成比例电流的开关电容电路、环路滤波器和压控振荡器，所述开关电容电路的前端与鉴相器连接，后端与环路滤波器和压控振荡器连接。

所述开关电容电路中包含有两个开关电容，所述鉴相器产生两路相位控制信号，根据相位信号实现开关电容充电或放电。

所述开关电容电路根据鉴相器的输出和固定相同的充放电时间，取不同的充电电流和放电电流以控制压控振荡器的输入电压，当锁相环稳定锁定时，通过调整充放电电流来控制充电电流和放电电流相等。

因为锁相环由五大部分组成，鉴相器（PFD），电荷泵（CHPP），环路滤波器（LPF）压控振荡器（VCO）和反馈分频器（1/N）。输入时钟（Refin）和反馈时钟（Bakin）经过鉴相器得到相位差，相位差经过CHPP转换为与相位差成比例的电流，该电流经过LPF得到VCO的输入VCOin, VCOin控制VCO的输出频率，VCO的输出为PLL的输出时钟，同时该输出经过反馈分频器反馈回鉴相器。理想情况下，当系统稳定时，相位差等于0，输入时钟频率*N=输出时钟频率，实现PLL的倍频功能。

也就是说在本实施例中采取固定充放电时间，即充放电时间完全相同，并根据鉴相器的输出，取不同的充电和放电电流以达到调整压控振荡器输入电压的目的。由于充放电时间固定，锁相环稳定锁定时，其负反馈系统会自动调整充放电电流，使得充电电流和放电电流相等。这样在锁相环稳定的情况下不会对压控振荡器的输入产生影响从而避免和输入相关的干扰。设计中用开关电容实现相位到电流的转换。

所述的开关电容电路中包含有两路电流源，分别为第一电流源和第二电流源，所述的两路电流源之间为并联，所述的两路相位控制信号分别为第一控制信号up和第二控制信号dn，鉴相器将两路相位控制信号分别输入开关电容电路以控制第一电流源和第二电流源。

所述第一控制信号up和第二控制信号dn均为低时，所述开关电容电路的状态为空，于是所述开关电容放电，所述第一控制信号up和第二控制信号dn的电平：第一控制电平Vup和第二控制电平Vdn均为零。

当第一控制信号up和第二控制信号dn中任意一个信号为高时，开关电容充电，并根据第一控制信号up和第二控制信号dn的长短控制各自的充电时间得到相应的第一控制电平Vup和第二控制电平Vdn。其中两个开关电容都是通过电源进行充电，第一控制电平Vup和第二控制电平Vdn通过场效应管转换为低通滤波器的充放电电流。

当第一控制信号up和第二控制信号dn的信号均从高变低后，复位信号变高，同时，以相同的时间对低通滤波器进行充放电。

当锁相环系统锁定时，其负反馈特性使得每个鉴相周期时间内电荷泵对低通滤波器的充电和放电电荷须相等，即总的电荷变化为0。      本设计由于充放电时间固定相等，为保证充放电电荷相等，其通过负反馈自动调整充放电电流使之相等。这样锁相环锁定时，充放电的时间和电流均相等，使得低压振荡器VCO输入电平无扰动，VCO的输出稳定，不产生毛刺。

本设计使用开关电容电路将PFD输出的相位信号转换为电流信号。当up和dn信号均为低的时候，本CHPP处于idle状态，开关电容放电，Vup和Vdn电平为0。当up和dn信号任一为高时，开关电容处于充电状态，并根据up和dn信号的长短控制各自的充电时间得到相应的Vup和Vdn电平。由于两个开关电容都是从电源充电。Vup和Vdn电平再通过MOS管转换成对LPF的充放电电流。当up和dn信号均从高变到低后（PFD的性质使up和dn信号同时变低），rst信号变高，以相同的时间对LPF进行充放电。

PLL系统锁定时，其负反馈特性使得每个鉴相周期时间内CHPP对LPF的充电和放电电荷须相等，即总的电荷变化为0。本设计由于充放电时间固定相等，为保证充放电电荷相等，其通过负反馈自动调整充放电电流使之相等。这样PLL锁定时，充放电的时间和电流均相等，使得VCO输入电平无扰动，VCO的输出稳定，不产生reference spur。

在图7中，因为充放电时间固定相等，PLL锁定时为保证充放电电荷相等，其通过负反馈自动调整充放电电流使之相等。VCOin无扰动，VCO的输出稳定，无reference spur。

因此，本实用新型的有益效果是：

（1）采取固定充放电时间即充放电时间完全相同，根据鉴相器的输出，取不同的充电和放电电流以达到调整压控振荡器输入电压的目的；由于充放电时间固定，锁相环稳定锁定时，其负反馈系统会自动调整充放电电流，使得充电电流和放电电流相等；

（2）在锁相环稳定的情况下不会对压控振荡器的输入产生影响从而避免和输入相关的干扰。设计中用开关电容实现相位到电流的转换；

（3）避免了PLL锁定时，CHPP对VCOin的干扰，从而避免了reference spur,更好的保证输出时钟的性能。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种高速锁相环电荷泵电路，其特征在于，包括：用于得到相位差的鉴相器、用于将相位差转换为成比例电流的开关电容电路、环路滤波器和压控振荡器，所述开关电容电路的前端与鉴相器连接，后端与环路滤波器和压控振荡器连接，所述开关电容电路中包含有两个开关电容，所述鉴相器产生两路相位控制信号，根据相位信号实现开关电容充电或放电，所述开关电容电路根据鉴相器的输出和固定相同的充放电时间，取不同的充电电流和放电电流以控制压控振荡器的输入电压，当锁相环稳定锁定时，通过调整充放电电流来控制充电电流和放电电流相等。

2.根据权利要求1所述的高速锁相环电荷泵电路，其特征在于，所述的开关电容电路中包含有两路电流源，分别为第一电流源和第二电流源，所述的两路电流源之间为并联。

3.根据权利要求2所述的高速锁相环电荷泵电路，其特征在于，所述的两路相位控制信号分别为第一控制信号up和第二控制信号dn，鉴相器将两路相位控制信号分别输入开关电容电路以控制第一电流源和第二电流源。

4.根据权利要求3所述的高速锁相环电荷泵电路，其特征在于，所述开关电容电路控制开关电容的充、放电，且产生第一控制信号up和第二控制信号dn的电平，所述电平分别为第一控制电平Vup和第二控制电平Vdn。

5.根据权利要求4所述的高速锁相环电荷泵电路，其特征在于，所述开关电容电路通过第一控制信号up和第二控制信号dn的低状态使开关电容状态为空，且通过开关电容放电令第一控制电平Vup和第二控制电平Vdn均为零。

6.根据权利要求4所述的高速锁相环电荷泵电路，其特征在于，开关电容电路在开关电容充电状态下，第一控制电平Vup和第二控制电平Vdn通过场效应管转换为低通滤波器的充放电电流；且第一控制信号up和第二控制信号dn通过控制各自的充电时间以得到第一控制电平Vup和第二控制电平Vdn。

7.根据权利要求6所述的高速锁相环电荷泵电路，其特征在于，通过鉴相器令第一控制信号up和第二控制信号dn同时变低，且通过复位信号，以相同的时间对低通滤波器进行充放电。