[發明專利]小數分頻器和小數分頻鎖相環

在審

• 申請號: 201310530198.X
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN104601171A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 王博;司龍;梅丁蕾
• 申請（專利權）人: 上海凌陽科技有限公司
• 主分類號: H03L7/18
• 分類號: H03L7/18
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術領域

本發明涉及一種小數分頻器以及一種小數分頻鎖相環。

背景技術

鎖相環（PLL，Phase?Locked?Loop）是一種利用反饋（Feedback）控制原理實現的頻率及相位的同步技術，其作用是將電路輸出的時鐘與其外部的參考時鐘保持同步。因其具有保持時鐘同步的鎖頻作用，鎖相環廣泛地應用于信號傳輸領域。

鎖相環可以將一個高穩定度和高精度的標準頻率信號經過加減乘除等四則運算以及倍頻、分頻和混頻等操作手段，產生相同穩定度的大量離散頻率。如圖1所示，為鎖相環的基本電路結構。其主要由鑒相器PD（Phase?Detector）、環路低通濾波器LPF（Low?Pass?Filter）和壓控振蕩器VCO（Voltage?Controlled?Oscillator）組成，輸入信號f_R進入鑒相器PD并經過環路低通濾波器LPF以及壓控振蕩器VCO產生輸出信號f_O，同時輸出信號f_O反饋給鑒相器PD。其中，鑒相器PD的作用是鑒別輸入信號f_R以及反饋回來的輸出信號f_O之間的相差，使得鑒相器PD的輸出電壓與輸入信號f_R和輸出信號f_O之間的相位差具有一確定關系；環路低通濾波器LPF用于對從鑒相器PD輸入的信號進行濾波，以便在其輸出端對原始信號進行精確的估計，環路濾波的階數和噪聲帶寬決定了環路低通濾波器LPF對信號的動態響應，在鎖相環中，環路濾波器一般可采用圖1中所示的環路低通濾波器LPF，其作用為在鑒相器PD的輸出端衰減高頻誤差分量，以提高抗干擾性能，在環路跳出鎖定狀態時，提高環路以短期存儲，并迅速恢復信號；壓控振蕩器VCO根據從環路低通濾波器LPF輸入的信號，產生輸出信號f_O，其中輸出信號f_O的頻率與壓控振蕩器VCO根據從環路低通濾波器LPF輸入的信號的電壓具有對應關系。輸入信號f_R經過如圖1所示的鎖相環后即可產生所需要的并與輸入信號f_R相關的輸出信號f_O，因為鎖相環的存在使得輸出信號f_O與輸入信號f_R之間具有頻率以及相位上的相關性。

頻率合成器是利用一個或多個標準信號，通過各種技術途徑產生大量離散頻率信號的設備，廣泛地應用于儀器儀表、遙控遙測通信、雷達、電子對抗、導航以及廣播電視等各個領域。

在頻率合成器中，鎖相環頻率合成器是目前比較普遍應用的一種頻率合成器，其基本原理是把壓控振蕩器VCO的輸出信號f_O與作為基準信號的諧波的輸入信號f_R，在鑒相器PD中進行相位比較，當輸出信號f_O與作為基準信號的諧波的輸入信號f_R兩者接近時，鎖相環的環路就自動把壓控振蕩器VCO的輸出信號f_O的頻率鎖到這個作為基準信號的諧波的輸入信號f_R的頻率上。

數字式頻率鎖相環，是對鎖相環頻率合成器的一種改進形式。如圖2所示，經過壓控振蕩器VCO后的輸出信號f_O在反饋給鑒相器PD之前進行N次分頻，之后再與基準信號f_R（即輸入信號f_R）在鑒相器PD中進行比較，當環路鎖定時，壓控振蕩器VCO的輸出信號f_O頻率f與基準信號f_R頻率（基準頻率fr）的關系為f=Nfr，其中N為整數，其輸出頻率f是基準頻率fr的整數倍，這種鎖相環頻率合成器也可稱為整數分頻器鎖相環頻率合成器。

在上述兩種鎖相環結構中，基準頻率fr一般是由恒溫晶振振蕩器（OCXO，Oven?Controlled?Crystal?Oscillator）、溫補晶振（TCXO，Temperature?Compensate?X'tal(crystal)Oscillator）、數字溫補晶振（DCXO）等，具有較高的頻率穩定度。

頻率鎖相環分為整數分頻鎖相環和小數分頻鎖相環兩種。

如圖3所示，為整數分頻鎖相環的電路結構示意圖。整數分頻鎖相環包括依次連接的鑒相鑒頻率器PFD、電荷泵CP、環路低通濾波器LPF、壓控振蕩器VCO，還包括作為分頻器（divider）的除法器I/M，輸入信號進入鑒相鑒頻率器PFD，輸出信號從壓控振蕩器VCO輸出，并且輸出信號通過除法器I/M反饋給鑒相鑒頻率器PFD。經過該整數分頻鎖相環的信號，其輸出頻率和輸入頻率的關系為