[发明专利]锁相环及其压控振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及锁相环，尤其涉及一种自动频率控制的压控振荡器及包含该压控振荡器的锁相环。

背景技术

在现有技术中，常用的锁相环电路如图1所示，压控振荡器14产生输出信号fo，它的频率受调谐电压Vctrl控制，可编程分频器11根据接收到的分频数控制信号对输出信号fo进行分频后产生反馈信号fb，反馈信号fb被传送给鉴频鉴相器12(反馈信号fb的频率等于fo/N，其中N为可编程分频器11的分频倍数)，鉴频鉴相器12将反馈信号fb和参考时钟fr进行相位和频率比较，根据比较的结果来控制电荷泵13对调谐电压Vctrl进行充电或者放电，调谐电压Vctrl再来控制压控振荡器14，最终使得fb＝fr，即压控振荡器14的输出信号fo的频率等于N×fr(其中N为可编程分频器11的分频倍数，fr为参考时钟的频率)。

在很多应用场合，常要求锁相环具有宽的频率锁定范围，即要求压控振荡器具有宽的调谐范围，即其输出信号频率能覆盖较宽的频段。随着工艺技术的发展，芯片电源电压不断下降，调谐电压范围也不断减小。宽的调谐范围和小的调谐电压将导致比较大的压控振荡器增益，这样将会使压控振荡器更容易受到外界干扰的影响，相位噪声性能恶化，进而影响锁相环的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种锁相环及其压控振荡器，能够扩大锁相环频率锁定范围而不影响相位噪声性能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种压控振荡器，包括：

压控振荡器组合模块，所述压控振荡器组合模块包含两个或更多个子振荡器以及与各个子振荡器的输出端相连的选择开关，其中各个子振荡器具有不同的输出信号频段，且相邻的两个频段之间具有交叠；

电压控制装置，接收外部的调谐电压并生成窗口上限电压和窗口下限电压，由充电控制信号控制，将所述调谐电压、窗口上限电压、窗口下限电压其中之一作为控制电压输出至所述压控振荡器组合模块中的各个子振荡器，以控制各子振荡器的输出信号频率；

电压监测模块，监测所述电压控制装置输出的控制电压，在所述控制电压大于所述窗口上限电压或小于所述窗口下限电压时产生触发信号；

自动频率控制单元，接收所述压控振荡器组合模块产生的对外输出信号、以及外部的目标频率、参考时钟，由所述电压监测装置产生的触发信号触发，产生控制所述选择开关选择其中一个子振荡器的输出信号作为对外输出信号的子振荡器选择信号以及所述充电控制信号，直至所述目标频率落入当前被选择的子振荡器的输出信号频段内。

可选地，所述压控振荡器还包括：

预分频器，所述对外输出信号经由所述预分频器分频后输入至所述自动频率控制单元。

可选地，所述压控振荡器组合模块还包括连接在各个子振荡器的输出端的数控电容阵列，所述自动频率控制单元由所述触发信号触发还产生对所述数控电容阵列的等效电容值进行调节的电容选择信号。

可选地，所述数控电容阵列包括并联的多个数控电容单元，其中每个数控电容单元包括：

第一电容，一个极板连接所述子振荡器的正相输出端；

第一MOS晶体管，其漏极连接所述第一电容的另一个极板，源极接地，栅极接收所述电容选择信号；

第二电容，一个极板连接所述子振荡器的反相输出端；

第二MOS晶体管，其漏极连接所述第二电容的另一个极板，源极接地，栅极接收所述电容选择信号。

可选地，所述自动频率控制单元包括：

频率计算模块，由所述触发信号触发，根据所述参考时钟和经由所述预分频器分频后的对外输出信号计算所述对外输出信号的频率；

频率比较模块，由所述触发信号触发，将所述输出信号的频率与所述目标频率进行比较；

子频段搜索模块，由所述触发信号触发，根据所述频率比较模块输出的比较结果产生所述子振荡器选择信号、电容选择信号和充电控制信号，以对各个子振荡器进行选择、调节所述数控电容阵列的等效电容、切换所述电压控制装置输出的控制电压，直至所述目标频率落入当前被选择的子振荡器在数控电容阵列当前的等效电容值下的子频段内。