[发明专利]一种低杂谱Sigma‑Delta小数‑N锁相环

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于集成电路中的锁相环，特别指的是一种低杂谱Sigma-Delta小数-N锁相环。

背景技术

如图2所示，传统Sigma-Delta小数-N锁相环包括鉴相器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器(VCO)、除法器、和Sigma-Delta调制器(或称为Delta-Sigma调制器，简称DSM)来产生小数分频输出(N+δ)，其中N为整数，δ为小数。Sigma-Delta调制器把小数输入产生一系列随机整数输出(n，n-1，…，-(n-1)，-n)，这些整数输出长时间平均值等于小数δ。除法器根据Sigma-Delta调制器以不同除数(N+n，…，N-n)输出，从而产生整数和小数分频部分(N+δ)。这种结构锁相环PLL在小数分频时有很高毛刺(spur)，影响锁定VCO输出信号频谱特性，在应用中引起一系列问题，如增加信号抖动(jitters)，引起邻频道混频交叉干扰等。文献【1】详细研究了Sigma-Delta调制器小数-N锁相环电荷泵电流源不对称性引起的毛刺(spur)和Sigma-Delta调制器调制器随机输出导致鉴相器大的位相差加重了电荷泵的影响。

Sigma-Delta小数-N锁相环PLL在整数N锁定状态下，鉴相器参考时钟(Ref_clk)和反馈时钟Div_clk上升沿同相位，在小数工作状态下，由于除法器工作在不同除数(N+n，..，N-n)中，反馈时钟Div_clk上升沿相对参考时钟Ref_clk上升沿跳前或跳后，n越大，反馈时钟Div_clk上升沿相对参考时钟Ref_clk上升沿超前或落后时间越长，这样电荷泵有较大电流脉冲输出，滤波器滤波后调整VCO，输出时钟频谱有很大的小数分频毛刺(spur)，特别是电荷泵上下电流源不对称，这种电荷泵非线性的影响在小数分频锁相环影响更严重。特别是电荷泵电流输出或输入端电压接近GND或VCC时，都会引起电荷泵上下电流源严重失配。

发明内容

本发明主要针对上述问题而提出一种低杂谱Sigma-Delta小数-N锁相环结构，可以减小锁定输出信号杂谱，减小信号抖动和毛刺(spur)。

为了实现上述的目的，本发明主要技术方案如下：

一种低杂谱Sigma-Delta小数-N锁相环，包括鉴相器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器、除法器、除法器控制部；除法器控制部与除法器相连接。还包括电荷泵前置驱动器、电荷泵反馈控制器。鉴相器、电荷泵前置驱动器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器、除法器次序循环连接。电荷泵前置驱动器用于对鉴相器输出的充电驱动控制信号CP_UP、放电驱动控制信号CP_DN进行降压，并产生充电差分控制信号UP、UPB、放电差分控制信号DN、DNB。电荷泵包含第一电荷泵、第二电荷泵。第一电荷泵与第二电荷泵的结构相同：a.均包含上电流源、下电流源、第一充电开关、第二充电开关、第一放电开关、第二放电开关；b.上电流源依次经过第一充电开关、第一放电开关与下电流源相连接；c.并且上电流源依次经过第二充电开关、第二放电开关与下电流源相连接；d.第一充电开关、第二充电开关分别由充电差分控制信号UP、UPB控制；e.第一放电开关、第二放电开关分别由放电差分控制信号DN、DNB控制。第一电荷泵的第一充电开关和第一放电开关的公共结点接恒定的VCC/2电平；并且第二电荷泵的第二充电开关和第二放电开关的公共结点接恒定的VCC/2电平。第一电荷泵的第二充电开关和第二放电开关的公共结点与低通滤波器相连接；并且第二电荷泵的第一充电开关和第一放电开关的公共结点与低通滤波器相连接。低通滤波器(LPF)经过电荷泵反馈控制器分别连接第一电荷泵、第二电荷泵的上电流源。

进一步地，除法器控制部包含Sigma-Delta调制器。Sigma-Delta调制器输出为+1，0，-1，减少反馈时钟Div_clk上升沿相对参考时钟Ref_clk上升沿超前或滞后很长时间，这样电荷泵打开时间较短，控制VCO信号波动幅度小，毛刺SPUR就减小。