[发明专利]双环路锁相环及其电荷泵

说明书

本公开提供了一种双环路锁相环及其电荷泵，该双环路锁相环在鉴频鉴相器与压控振荡器之间耦合有比例路径和积分路径的电荷泵与环路滤波器，其中，位于比例路径上的电荷泵不仅可通过选通开关控制上电流源提供的充电电流/下电流源提供的放电电流，以改变上电流源和下电流源之间输出节点的电位，同时由于偏置电流源提供的偏置电流是根据扫频斜率和该双环路锁相环特性所预设的期望电流，因此还可跟随扫频斜率变化自适应调节流经该输出节点的电流，以维持该输出节点的电位，由此可有效的弥补现有技术中双环路锁相环工作在扫频模式中产生的电压偏离问题，使得双环路锁相环的系统参数能精准控制，大幅提升该双环路锁相环的稳定性、可靠性。

技术领域

本公开涉及电子电路技术领域，具体涉及一种双环路锁相环及其电荷泵。

背景技术

在集成电路的应用中，时钟系统是芯片设计的一个重要模块，为满足系统不同的时钟需要，通过采用锁相环电路实现。

相关技术的频率合成锁相环，其频率锁定是通过单个环路实现的，该环路由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器、预分频器和频率除法器依次连接而成；首先压控振荡器通过自激振荡产生具有一定频率的振荡信号，该信号经过预分频器和频率除法器后，进入鉴频鉴相器，与参考频率进行比较并产生频率差和相位差信号进入电荷泵；电荷泵根据该频率差值和相位差值来确定摄取电流或泵出电流，并将此电流转换为电压值；电荷泵输出电压经环路滤波器滤波后，进入压控振荡器，通过调节压控振荡器中可变电容的值，使其振荡信号频率发生改变；实际上，整个环路是首先根据频率差将压控振荡器产生的信号频率锁定在所需频带内，然后通过将频率除法器的输出信号频率逐渐逼近参考频率的微调方式，将振荡频率锁定在所需频点处。

这种传统锁相环中，压控振荡器的可变电容覆盖的频率范围非常有限，对于宽频带应用，如ZigBee系统，完全不适用；若采用可变电容阵列进行频带选择，则电容阵列的控制信号与频带需设定为一一对应关系，即预先设定好某数字控制值对应于某频带，当需要该频带振荡信号时，手动输入已设定好的数字码控制字，使其振荡频率处于该频带内，然后通过环路频率微调，最终将信号锁定在该频带内的某个振荡频率处；然而，由于工艺偏差以及电压变化、温漂的影响，实际压控振荡器电路所产生的频率信号与预定值相差甚远，可变电容阵列控制字与频带的一一对应关系将产生较大偏差，要锁定所需振荡频率，就需要更多个环路周期进行频率的逼近，大大延长了锁相环频率锁定时间。

在此基础上提出的改进型的双环路锁相环如图1所示，包括有积分路径120和比例路径130的双路锁相环100，在进行扫频时，积分路径120上的环路滤波器122的输出电压会根据输出频率而变化，比例路径130上的环路滤波器132的输出电压在理想情况下是保持不变，但是实际电路中，一方面由于存在扫频过程中鉴频鉴相器110的输入相位差不为0，使得比例路径130上的环路滤波器132的输出电压会发生变化，偏离其期望值，这个偏离会使得双环路锁相环100的环路参数发生变化，从而恶化锁相环整体性能，甚至出现失锁。

另一方面，目前的双环路锁相环100的电荷泵(以比例路径130上的电荷泵为例)131均采用一般的传统架构，如图2所示。此种架构无法避免扫频过程中比例路径130上的环路滤波器132的输出电压偏离期望值的现象。

发明内容

为了解决上述技术问题，本公开提供了一种双环路锁相环及其电荷泵。

一方面本公开提供了一种用于双环路锁相环的电荷泵，该双环路锁相环在鉴频鉴相器与压控振荡器之间耦合有比例路径和积分路径的电荷泵与环路滤波器，其中，位于比例路径上的电荷泵包括：

上电流源和下电流源，该上电流源和下电流源串联连接于供电端与地之间，通过选通开关控制该上电流源提供的充电电流/下电流源提供的放电电流，以改变该上电流源和下电流源之间输出节点的电位；

偏置电流源，该偏置电流源连接在供电端与前述输出节点之间，用于跟随扫频斜率变化自适应调节流经该输出节点的充电电流/放电电流，以维持该输出节点的电位，