[發明專利]自偏置鎖相環和鎖相方法

有效

• 申請號: 200810037055.4
• 申請日: 2008-05-04
• 公開（公告）號: CN101572549A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 符志崗
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H03L7/18
• 分類號: H03L7/18;H03L7/093;H03L7/099;H03L1/00;H03K19/0185
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 吳靖靚;李 麗

1.一種自偏置鎖相環，其特征在于，包括：

鑒頻鑒相器，檢測輸入信號和反饋信號的頻差和相差，產生脈沖控制信 號；

電荷泵，根據所述鑒頻鑒相器輸出的脈沖控制信號產生充電或放電電流， 所述充電電流或放電電流等于輸入電荷泵的第一控制電流；

環路濾波器，包括濾波單元，輸出第一控制電壓，在電荷泵輸出充電電 流時升高濾波單元兩端的第一控制電壓，在電荷泵輸出放電電流時降低濾波 單元兩端的第一控制電壓，其中，濾波單元包括由第一控制電壓和第二控制 電壓控制的電阻，所述第二控制電壓根據第一控制電壓和輸入環路濾波器的 第二控制電流調整；

壓控振蕩器，包括帶對稱負載的振蕩單元，所述對稱負載由第一控制電 壓控制，在第一控制電壓升高時加快輸出信號的振蕩頻率，在第一控制電壓 降低時減慢輸出信號的振蕩頻率，所述壓控振蕩器還根據所述環路濾波器輸 出的第一控制電壓產生偏置電流和提供給所述振蕩單元的偏置電壓；

分頻器，將壓控振蕩器的輸出信號進行分頻，產生輸入所述鑒頻鑒相器 的反饋信號；

偏置電流轉換器，將壓控振蕩器產生的偏置電流轉換成輸入電荷泵的第 一控制電流和輸入環路濾波器的第二控制電流，其中，第一控制電流等于偏 置電流與常數的比值，第二控制電流等于偏置電流與分頻器的分頻數的比值； 其中，

所述環路濾波器還包括濾波偏置單元，所述第二控制電壓根據第一控制 電壓和輸入環路濾波器的第二控制電流調整是由所述濾波偏置單元實現的， 所述濾波偏置單元包括電壓跟隨器、第一電流源及并聯的第一PMOS管和第 二PMOS管，其中，電壓跟隨器的一個輸入為第一控制電壓，另一個輸入與 電壓跟隨器的輸出連接并與第一PMOS管和第二PMOS管的源極連接；第一 PMOS管和第二PMOS管的柵極、漏極電壓為第二控制電壓，第一PMOS管 和第二PMOS管的漏源極電流由第一電流源提供，所述第一電流源的電流為 所述偏置電流轉換器輸出的第二控制電流；

所述濾波單元還包括電容和第二電流源，所述濾波單元的電阻包括并聯 的第三PMOS管和第四PMOS管，而電容包括第一電容和第二電容，其中， 第一電容的一端與第三PMOS管和第四PMOS管的漏極連接；第二電容的一 端與第三PMOS管和第四PMOS管的源極連接，而另一端與第一電容的另一 端連接，并連接第一電壓；第三PMOS管和第四PMOS管的源極電壓為第一 控制電壓，柵極電壓為第二控制電壓；第二電流源連接第二電容的兩端，所 述第二電流源的電流為所述電荷泵輸出的充電或放電電流；

所述帶對稱負載的振蕩單元包括至少兩個串接的帶對稱負載的差分緩沖 延時級，其中，后一級差分緩沖延時級的正極輸入與前一級差分緩沖延時級 的負極輸出連接，后一級差分緩沖延時級的負極輸入與前一級差分緩沖延時 級的正極輸出連接，第一級差分緩沖延時級的正極輸入與最后一級差分緩沖 延時級的正極輸出連接，第一級差分緩沖延時級的負極輸入與最后一級差分 緩沖延時級的負極輸出連接；

所述壓控振蕩器還包括壓控振蕩偏置單元，所述根據第一控制電壓產生 偏置電流和提供給所述振蕩單元的偏置電壓是由所述壓控振蕩偏置單元實現 的，其中，

所述帶對稱負載的差分緩沖延時級包括由第一NMOS管和第二NMOS管 構成的第一對稱負載、第三NMOS管和第四NMOS管構成的第二對稱負載、 第五PMOS管、第六PMOS管和第七PMOS管，其中，第一NMOS管的柵 極、漏極和第二NMOS管的漏極連接，并連接第五PMOS管的漏極；第五 PMOS管的源極與第七PMOS管的漏極連接；第三NMOS管、第四NMOS 管、第六PMOS管與第二NMOS管、第一NMOS管、第五PMOS管為對稱 結構；第二NMOS管和第三NMOS管的柵極電壓為第一控制電壓，第七PMOS 管的柵極電壓為偏置電壓，第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管 和第四NMOS管的源極電壓為第一電壓，第七PMOS管的源極電壓為第二電 壓；第五PMOS管的柵極為正極輸入，第六PMOS管MP6的柵極為負極輸入， 第五PMOS管漏極、第一NMOS管的柵極、漏極和第二NMOS管的漏極為 負極輸出，第六PMOS管漏極、第四NMOS管的柵極、漏極和第三NMOS 管的漏極為正極輸出；

所述壓控振蕩偏置單元包括并聯的第五NMOS管和第六NMOS管、第八 PMOS管及第九PMOS管，其中，第五NMOS管的漏極和第六NMOS管的 漏極連接，并連接第八PMOS管的漏極；第八PMOS管的源極和第九PMOS 管的漏極、柵極連接；第五NMOS管和第六NMOS管的源極電壓，第八PMOS 管的柵極電壓為第一電壓，第九PMOS管的源極電壓為第二電壓，第五NMOS 管和第六NMOS管的柵極電壓為第一控制電壓，第九PMOS管的柵極、漏極 電壓為偏置電壓，第五NMOS管和第六NMOS管的漏源極電流為偏置電流。

2.根據權利要求1所述的自偏置鎖相環，其特征在于，所述偏置電流轉換 器包括：

第一電流鏡，輸入偏置電流，輸出第一控制電流，所述第一電流鏡的輸 出電流為輸入電流的1/x倍，x為常數；

第二電流鏡，輸入偏置電流，輸出第二控制電流，所述第二電流鏡的輸出電 流為輸入電流的1/N倍，N為分頻器的分頻數。