[发明专利]一种基于跨导运算放大器的锁相环低通滤波器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，尤其是一种基于跨导运算放大器的锁相环低通滤波器。

背景技术

PLL(Phase-LockedLoop,锁相环)电路是一种利用反馈技术，将输入相位和输出相位进行比较从而得到稳定的输出信号的系统。它被广泛应用于电子信息系统中。

现代无线通信中广泛采用了电荷泵锁相环。图1为现有技术中电荷泵锁相环的结构框图，包括鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)、分频器(Divider)。其中，鉴频鉴相器比较输入的参考信号fref和反馈信号fdiv，输出包含了相位差的Up信号和Down信号。电荷泵提取出输入的相位差信号，输出一个跟输入相位差成线性比例的电流信号给环路滤波器。环路滤波器滤去此电流信号中的高频分量，得到一个低频的电压信号Vout。压控振荡器再根据该电压信号Vout输出确定的高频信号fout。分频器提取此高频信号fout，输出一个反馈信号fdiv给鉴频鉴相器。这样，最终可以得到稳定的输出信号fout，且输出信号fout满足关系式fout＝N*fref，N为分频器的分频比。

对于减小相位噪声和确保环路的稳定性而言，锁相环的环路带宽是一个重要的设计参数。在电感电容型压控振荡器中，为了确保较低的调谐增益和较宽的频率范围，通常采用电容阵列来实现频率范围的调节，如图2所示。图3为接入不同的电容时压控振荡器输出的频率随控制电压变化的关系曲线。

由图4可知，环路滤波器主要用于实现电荷泵输入的电荷平均分布，以输出稳定的电压值，这样表现为一种滤波的功能。其中，应用较广泛的环路滤波器为如图5所示的无源型滤波器，由电阻阵列和电容阵列构成，结构简单，无功耗。但是这种结构有两个缺点，第一是其所采用的电容阵列占用的芯片面积较大；第二是无法线性调节接入电路的电阻值和电容值，这为改变环路带宽带来很大的困难，不易在压控振荡器的增益变化或分频器的分频比变化时保持环路的带宽恒定，不够稳定。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种芯片面积小和能线性调节环路带宽的，基于跨导运算放大器的锁相环低通滤波器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于跨导运算放大器的锁相环低通滤波器，包括：

第一跨导运算放大器和第一电容，用于对鉴频鉴相器输入的Up信号和Down信号的相位差值进行积分运算，得到积分运算后的电压信号；

第二跨导运算放大器和第二电容，用于对积分运算后的电压信号进行放大，得到第一电流信号和第二电流信号；

第三跨导运算放大器，用于对第二电流信号进行放大，得到第三电流信号；

第四跨导运算放大器，用于将和电流信号转换为低频电压信号进行输出，所述和电流信号为第一电流信号与第三电流信号之和；

所述第一跨导运算放大器的正相输入端与鉴频鉴相器的Up信号输出端连接，所述第一跨导运算放大器的负相输入端与鉴频鉴相器的Down信号输出端连接；所述第一跨导运算放大器的输出端分别与第一电容的一端和第二跨导运算放大器的正相输入端连接，所述第一电容的另一端接信号地；

所述第二跨导运算放大器的第一输出端与该锁相环低通滤波器的输出端连接，所述第二跨导运算放大器的第二输出端分别与第三跨导运算放大器的正相输入端、第二跨导运算放大器的负相输入端以及第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端接信号地；

所述第三跨导运算放大器的负相输入端接信号地，所述第三跨导运算放大器的输出端接与该锁相环低通滤波器的输出端连接；

所述第四跨导运算放大器的正相输入端接信号地，所述第四跨导运算放大器的负相输入端与该锁相环低通滤波器的输出端连接,所述第四跨导运算放大器的输出端构成该锁相环低通滤波器的输出端。

进一步，所述第一跨导运算放大器、第二跨导运算放大器、第三跨导运算放大器和第四跨导运算放大器均设有控制端，所述第一跨导运算放大器、第二跨导运算放大器、第三跨导运算放大器和第四跨导运算放大器的跨导值均根据控制端的电流大小线性变化。

进一步，所述第一电流信号与第二电流信号的大小相等且方向相同。

进一步，所述第二跨导运算放大器的跨导值为第三跨导运算放大器跨导值的n倍，所述第一电容的电容值和第二电容的电容值相等，其中，n为正整数。

进一步，所述第二跨导运算放大器的跨导值为第三跨导运算放大器跨导值的12倍。