FR2865586A1 - Detecteur de phase/frequence de boucle a phase asservie avec pompe a charge de sortie completement differentielle - Google Patents

Detecteur de phase/frequence de boucle a phase asservie avec pompe a charge de sortie completement differentielle Download PDF

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Abstract

Le courant de charge d'une pompe à charge d'une boucle à phase asservie est égalisé par commande de l'une des sources de courant continu (20, 21) au moyen d'un signal de réaction obtenu à partir d'un filtre de boucle à phase asservie complètement différentiel (34) associé à un détecteur de phase (10).

Description

La présente invention concerne le domaine des boucles à phase asservie
(PLL) et, plus particulièrement, un procédé d'égalisation du courant de charge dans une pompe à charge d'une boucle à phase asservie comportant deux sources de courant continu.
Une PLL emploie typiquement un détecteur de phase, un filtre en boucle, un oscillateur commandé par tension (VCO) et une boucle de réaction de façon à produire un signal de sortie à partir d'un signal de référence. Lorsque des PLL sont intégrées sur des circuits intégrés CMOS avec un filtre en boucle incorporé à la puce ou non incorporé à la puce, il faut utiliser une tension de commande complètement différentielle pour l'oscillateur commandé par tension VCO afin d'éviter l'injection de bruit. Il peut sinon se produire des réponses parasites non voulues ou un bruit de phase dégradé.
De façon générale, pour simplifier, lorsqu'on utilise un filtre en boucle non incorporé à la puce, il est fait usage d'une tension de commande asymétrique. Alors qu'une tension de commande asymétrique ne dégracle pas les performances lorsqu'on utilise un filtre en boucle non incorporé à la puce, dans le cas où on utilise un filtre en boucle incorporé à la puce ou bien lorsque des courants de pompe à charge minimisés sont nécessaires, cette approche ne peut pas être employée.
Une possibilité consiste à utiliser une approche par tension de commande complètement différentielle, comme représenté sur la figure 1, mais cette approche n'est pas couramment employée, parce que les sources de courant de source et de puits (absorption) utilisées dans la pompe à charge ne peuvent pas être égales sauf s'il est employé un système cle régulation automatique de la commande de tension en mode commun parce que les deux sources de courant d'un dispositif à semiconducteur ne sont jamais égales en raison de variations de traitement et d'autres inégalités.
Pour éviter les variations de traitement, on utilise ordinairement des sources de courant commutées, comme représenté sur la figure 2. Pour assurer que les sources de courant sont toujours saturées, c'est-à-dire activées, deux commutateurs supplémentaires court-circuitent les sources de courant à impédance élevée sur une source de tension de faible impédance qui, dans la variante à une seule sortie, suit la tension présente sur la sortie.
Selon l'invention, il est proposé un procédé d'égalisation du courant cle charge dans une pompe à charge d'une boucle à phase asservie comportant deux sources de courant continu, le procédé comprenant les opérations qui consistent à produire un filtre en boucle à phase asservie complètement différentiel, et à commander l'une desdites sources de courant continu au moyen d'un signal de réaction obtenu à partir de la tension en mode commun dudit filtre en boucle en phase asservie complètement différentiel.
L'invention résout le problème relatif au fait que deux sources de courant d'un dispositif à semiconducteur ne sont jamais égales en raison des variations de traitement et d'autres inégalités. Le problème de l'existence de sources de courant inégales empêche l'utilisation d'un filtre en boucle et d'une pompe à charge complètement différentiels, puisque toute différence dans les courants de source (courant fourni) et de puits (courant absorbé) déplace le filtre en boucle complètement différentiel, lequel flotte par rapport à la référence de terre électrique, vers l'alimentation positive ou vers l'alimentation négative, ce qui entraîne des performances dégradées et une plus grande sensibilité au bruit.
Selon un mode de réalisation préféré, l'invention comprend un détecteur de phase/fréquence ayant un signal de commande non chevauchant, qui commande une pompe à charge complètement différentielle au moyen d'une commande en mode commun active qui n'est connectée sur le filtre en boucle que pendant que la charge est effectuée et, sinon, non. Ce montage ne dégrade pas les performances du signal de sortie du VCO par des bruits de phase et des parasites comme le font d'autres procédés utilisant des pompes à charge et des commandes en mode commun.
L'invention se rapporte plus particulièrement à la commande d'injection de charge sans erreur dans le filtre en boucle et la commande de la tension en mode commun d'un filtre en boucle complètement différentiel et d'un filtre en boucle flottant par rapport à la terre ou une tension de référence. L'invention utilise de préférence une commande en mode commun ne dégradant pas le bruit de phase et une commande en commutation, en éliminant l'injection de charge erronée du filtre en boucle.
Selon un autre aspect, l'invention propose une boucle à phase asservie comprenant un détecteur de phase, un filtre en boucle complèternent différentiel, une pompe à charge ayant deux sources de courant continu qui servent à injecter la charge dans ledit filtre complèternent différentiel; et une boucle de réaction servant à commander l'une desdites sources de courant au moyen d'un signal de réaction obtenu depuis une tension en mode commun dudit filtre en boucle complètement différentiel.
La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à permettre une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 représente un détecteur de phase/fréquence et une pompe à charge de sortie complètement différentielle ayant des sources 15 de courant commutées selon la technique antérieure; la figure 2 montre un détecteur de phase/fréquence et une pompe de charge à une seule sortie ayant des sources de courant commutées selon la technique antérieure; la figure 3 représente un mode de réalisation préféré de l'invention, qui comporte un détecteur de phase/fréquence et une pompe à charge de sortie complètement différentielle ayant des sources de courant de commutation ne se chevauchant pas et une commande en mode commun active, à charge capacitive seulement; la figure 4 représente un mode de réalisation préféré de l'invention comportant seulement le filtre à détecteur de tension en mode commun ayant des entrées mises en tampon et une sortie filtrée par un réseau RC: ; et la figure 5 montre un mode de réalisation préféré de l'invention, qui ne comporte que la boucle de régulation de courant.
Sur les dessins, des parties identiques sont désignées par des numéros de référence identiques.
On se reporte maintenant à la figure 3, qui montre un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention pour égaliser les sources de courant cle charge positive et négative d'une pompe à charge de PLL (boucle à phase asservie).
Le mode de réalisation comprend un détecteur de phase 10, qui comporte deux compteurs ascendant-descendant 11, 17 et une porte NON-ET:13. Un dispositif 19 de commande de commutateurs non chevauchants commande des commutateurs 28, 29, 30, 31, 32 et 33.
La fonction du schéma non chevauchant est d'empêcher que le filtre en boucle complètement différentiel 34 ne soit mis en court-circuit pendant la commutation, ce qui peut provoquer une injection de charge erronée. Le filtre en boucle 34 commande typiquement un oscillateur commandé par tension (non représenté).
La boucle à phase asservie, notée PLL, possède une source de courant positif 20, qui est non régulée et constante. Une source de courant négatif 21 est placée dans une boucle 100 de régulation d'échantillons formée par un filtre-détecteur de tension en mode commun 22, un soustracteur de tension 24, un amplificateur 25 et un limiteur 26.
La boucle de régulation 100 modifie l'intensité de la source de courant négatif 21 de façon que la tension en mode commun des noeuds vcp et vcn soit égale à la tension de référence en mode commun vcm_ref qui est produite par une source de tension 23.
L'ensemble de commutateurs 28 à 33 assure l'opération de commutation des sources de courant soit sur l'un des noeuds vcp et vcn, soit sur un noeud commun amené jusqu'à une tension égale à la tension de référence de mode commun par un tampon 27 en fonction du signal de sortie du détecteur de phase/fréquence 10.
La fonction du tampon 27 est d'assurer que les sources de courant 20 et 21 sont toujours activées afin d'éliminer la charge, dépendant du temps, du filtre en boucle complètement différentiel 34.
L'opération de commutation amène la boucle à être une boucle échantillonnée. Ceci nécessite que la largeur de bande de la boucle de régulation de courant soit beaucoup plus basse que la fréquence d'échantillonnage définie par la fréquence du signal de fréquence de référence. En pratique, ceci n'est pas une limitation significative.
La figure 4 représente de manière plus détaillée un mode de réalisation préféré du filtre détecteur de tension en mode commun 22. Quatre tampons d'entrée d'impédance élevée 35 à 38, ayant un gain de 1, isolent les noeuds vcp et vcn vis-à-vis du réseau de filtres RC qui est constitué des résistances 39, 40, 41, 42, 45 et 46 et des condensateurs 43, 44, qui effectue deux tâches, à savoir: a) détecter la tension en mode commun vcm (vcp + vcn) b) effectuer le filtrage passe-bas de la tension en mode commun afin de retirer tout contenu de fréquence de signal différentiel.
La figure 5 représente de manière détaillée un mode de réalisation préféré de la boucle de régulation de courant. Ici, le générateur de tension de référence 23 est formé d'un diviseur résistif 40 et 49 qui fournit la tension de référence vcm_ref à un amplificateur opérationnel, parfois appelé opamp, qui est configuré comme un circuit suiveur de tension 75 et un amplificateur opérationnel de transconductance 50, ci- après appelé OTA.
La boucle de régulation de courant est constituée par le filtre détecteur de tension en mode commun 22, comprenant le mode de réalisation représenté sur la figure 4, l'OTA, un circuit 27 limiteur de courant qui comprend quatre sources de courant 51, 52, 57 et 58 et quatre dispositifs MOS 53 à 56.
Egalement compris dans la boucle de régulation, il y a un point d'addition de courants 74 où le courant de référence nominal de la source de courant négatif IcPn _refo produit par le dispositif PMOS 61 et le courant de régulation Ifeg sont additionnés, ce qui donne le courant de référence régulé IcPn_refÉ La boucle comporte également des dispositifs MOS 60, 62, 63, 64, 65, 68, 69, 70, 71, une source de courant 66 et des sources de tension 59 et 67.
La boucle de régulation est fermée par le fait que les courants ICPp et ICP chargent le filtre en boucle complètement différentiel 34, où la tension de mode commun est détectée et filtrée par le filtre détecteur de tension en mode commun 72 ci-dessus désigné, dont le signal de sortie est envoyé à l'entrée opposée de ce que l'on a appelé ci-dessus II'OTA.
Comme noté précédemment, pour éliminer une charge erronée du filtre en boucle, les signaux de commande de commutation commandant les commutateurs des sources de courant sont produits à partir des signaux de sortie du détecteur de phase/fréquence, notés up et dwn, par le schéma non chevauchant 19.
Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du procédé et du dispositif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

Claims (22)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'égalisation du courant de charge dans une pompe à charge d'une boucle à phase asservie comportant deux sources de courant continu, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes: produire un filtre de boucle à phase asservie complètement différentiel; et commander l'une desdites sources de courant continu au moyen d'un courant de réaction obtenu à partir d'une tension en mode commun cludit filtre de boucle à phase asservie complètement différentiel.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal de réaction est produit par un filtre détecteur qui détecte la tension en mode commun dudit amplificateur complètement différentiel et effectue un filtrage passe-bas sur la tension de mode commun afin d'éliminer toute composante de signal différentiel.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le filtre détecteur est un filtre à charge capacitive qui reçoit des signaux de sortie de ladite pompe à charge au titre de ses signaux d'entrée.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites sources de courant continu sont dotées de commutateurs dont les signaux de commande sont produits par un dispositif de commande de signaux non chevauchants.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que 25 lesdits signaux de commande sont produits à partir de signaux de sortie ascendant/descendant dudit détecteur de phase.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal de réaction est obtenu à partir de ladite tension de commande en mode commun et d'une tension de référence.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit signal de réaction amène la valeur de ladite première source de courant continu à assurer que la tension de commande en mode commun est égale à ladite tension de référence.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite 35 tension de commande en mode commun est soustraite de ladite tension de référence.
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9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite tension de référence est produite par un diviseur résistif.
10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite boucle de réaction est une boucle échantillonnée.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la largeur de bande de ladite boucle échantillonnée est inférieure à la fréquence d'échantillonnage définie par la fréquence d'un signal de fréquence de référence.
12. Boucle à phase asservie, caractérisée en ce qu'elle 10 comprend: un détecteur de phase (10) ; un filtre de boucle complètement différentiel (34) ; une pompe à charge ayant deux sources de courant continu (20, 21) servant à injecter la charge dans ledit filtre complètement différentiel; et une boucle de réaction servant à commander l'une desdites sources de courant au moyen d'un signal de réaction déduit d'une tension en mode commun dudit filtre de boucle complètement différentiel.
13. Boucle à phase asservie selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une source de référence de tension (23), ledit signal de réaction commandant ladite première source de courant de façon que ladite tension en mode commun soit égale à ladite tension de référence.
14. Boucle à phase asservie selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite boucle de réaction comporte un filtre de réaction recevant des signaux d'entrée de la part desdites sources de courant (20, 21).
15. Boucle à phase asservie selon la revendication 14, caractérisée en ce que le filtre de réaction est complètement capacitif.
16. Boucle à phase asservie selon la revendication 15, caractérisée en ce que ledit filtre de réaction complètement capacitif comprend un réseau de résistances et de condensateurs (39 à 46).
17. Boucle à phase asservie selon la revendication 16, caractérisée en ce que ledit filtre de réaction comprend en outre des tampons d'entrée d'impédance élevée servant à isoler l'amplificateur complètement différentiel vis-à-vis dudit réseau de résistance et de condensateurs (39 à 46).
18. Boucle à phase asservie selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite source de référence de tension (23) est un diviseur de tension résistif (48, 49).
19. Boucle à phase asservie selon la revendication 18, caractérisée en ce que ladite boucle de réaction comporte en outre un limiteur de courant (26).
20. Boucle à phase asservie selon la revendication 19, 10 caractérisée en ce que ledit limiteur de courant (26) comporte un réseau de sources de courant et de dispositifs MOS.
21. Boucle à phase asservie selon la revendication 20, caractérisée en ce que ladite boucle de réaction comporte un amplificateur de transconductance (50) recevant la tension de référence de la part dudit diviseur de tension résistif.
22. Boucle à phase asservie selon la revendication 12, caractérisée en ce que ledit filtre en boucle comporte un tampon (27) destiné à assurer que les sources de courant continu sont toujours actives de façon à éliminer la charge dépendant du temps du filtre de boucle complètement différentiel.
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 014, no. 154 (E - 0907) 23 March 1990 (1990-03-23) *

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