[发明专利]一种高性能小面积窄带锁相环

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路中用于频率控制的窄带锁相环，特别指的是一种可以集成到一个芯片的具有高性能小面积窄带锁相环。

背景技术

如图(1)，现有的用于集成电路中频率控制的锁相环，是通过鉴相器比较反馈回的震荡信号Div_Clk的相位和参数时钟Ref_Clk的相位，输出一个比较结果UP、DN信号，根据UP、DN信号，电荷泵送出或吸收一个电流脉冲I1到低通滤波器，这个电流给滤波器的电容充电或放电，滤波器的输出电压VCNTL用于控制压控震荡器VCO，VCO输出信号经过除法器送反馈信号Div_Clk到鉴相器用于位相比较，来确定压控震荡器VCO的震荡快慢，从而进行进一步的调整。对于以上锁相环中的低通滤波器而言，其电容C1比较大，对于窄带锁相环滤波器而言，因其带宽比较窄，所用电容C1在100PF以上，因电容占有很大芯片面积，窄带锁相环低通滤波器很难集成到一个芯片上。

发明内容

为了解决以上技术中存在的问题本发明提出了以下技术解决方案。

如图(2)，本发明由鉴相器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器和除法器构成，是通过鉴相器比较反馈回的震荡信号DIV、CLK的相位和参数时钟REF-CLK的相位，将比较结果以UP、DN信号输出，根据UP、DN信号，电荷泵分别送出或吸收两个电流脉冲I1和I2到低通滤波器，其中一路电流脉冲I1流经R1和C2；另一路电流脉冲I2经C1，两路电压相加后等效于原来锁相环滤波器的输出电压VCNTL用于控制压控震荡器VCO，VCO输出信号经过除法器送反馈信号DIV-CLK到鉴相器用于位相比较，来确定压控震荡器VCO的震荡快慢。如果电流脉冲I2比I1减小10倍，即I2＝I1/10，那么电容C1A同样可以减小10倍，即C1A＝C1/10，这样C1A的输出电压和原来C1的电压一样而电容值C1A减少了10倍，这样如果电容C1A集成到芯片上就会只占用原来电容1/10的面积，有效的减小了芯片面积。

采用上述方法要得到大比率缩小电容面积，电荷泵电流I2要很小，这样一方面电流I2很难控制，另一方面在维持相同环路带宽条件下环路噪音变差，为此本发明可改进如图(3)。这样电荷泵输出两个基本相同的电流I1和I2＝9/10×I1，而电容C1A同样可以减小10倍，低通滤波器也能输出相同的VCO压控电压VCNTL，这样有效的减小了低通滤波器电容面积而鉴相环PLL环路输出噪音特性不受影响，使得低频窄带锁相环完全可以集成到一个芯片上。

另外，在环路正常工作时，VCO控制电压VCNTL可在0至VDDA范围内变化，电荷泵电流I2和I1一个是输出时，另一个是吸收，电流值随Vcntl变化。采用本发明图(3)方法，电荷泵电流I2和I1的比率随VCO控制电压VCNTL的变化而变大或变小，为了保持电流I2和I1的比率不随VCO控制电压VCNTL的变化而变化，本发明可改进如图(4)所示，通过用有源滤波器，电荷泵输出电压可保持在电荷泵供电电压一半(VDDA/2)不变，而VCO控制电压VCNTL变化不再影响I2和I1。

如图(5)所示，当UP是高电频，DN是低电频时，电荷泵输出充电电流I1和输入放电电流I2，电荷泵输出端电压控制在VDDA/2附近。如图(6)所示，当UP是低电频，DN是高电频时，电荷泵输出充电电流I2和输入放电电流I1，电荷泵输出端电压控制在VDDA/2附近。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图(1)是现有的锁相环电路示意图。

图(2)是由两路等效滤波器来取代低通滤波器示意图。

图(3)是用等效滤波器取代低通滤波器电路示意图。

图(4)是本发明采用有源低通滤波器电路示意图。

图(5)是本发明高UP、低DN时的电路示意图。

图(6)是本发明低UP、高DN时的电路示意图。

具体实施方式

本发明最终如图4所示，由鉴相器1、电荷泵2、低通滤波器3、压控振荡器4和除法器5构成，鉴相器比较反馈回的震荡信号Div_Clk的相位和参数时钟Ref_Clk的相位，将比较结果以UP、DN信号输出，根据UP、DN信号，电荷泵分别送出和吸收两个电流脉冲I1和I2到低通滤波器，其中电流脉冲I1流经R1和C2，电流脉冲差(I1-I2)流经C1，并给C1进行充放电。当UP是高电平，DN是低电平时，电荷泵输出充电电流I1和输入放电电流I2，电荷泵输出端电压控制在VDDA/2附近；当UP是低电平，DN是高电平时，电荷泵输出充电电流I2和输入放电电流I1，电荷泵输出端电压控制在VDDA/2附近，这样，不管UP和DN是高电平还是低电平，电荷泵输出端电压控制在VDDA/2附近，电荷泵电流I1和I2大小不随VCO控制电压变化，电荷泵电流比率I1/(I1-I2)可以设定在很大的数值而不随Vcntl变花，滤波电容C1可以减小到很小数值。因此，低通滤波器集成到芯片上占用很小面积，使得高性能窄带锁相环可以全集成到一个芯片上。