[發(fā)明專利]低雜散快速鎖定的鎖相環(huán)電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611198501.0
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106603070B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾銘;王宇濤;林福江
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H03L7/085
• 分類號: H03L7/085
• 代理公司: 北京凱特來知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

本發(fā)明公開了一種低雜散快速鎖定的鎖相環(huán)電路，該鎖相環(huán)電路消除了傳統(tǒng)電荷泵鎖相環(huán)中鑒頻鑒相器延遲失配和電荷泵電流失配引起的雜散，使得無線通信收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的相鄰信道的干擾極大減弱，同時(shí)采用了Dummy采樣器電路，參考雜散有了極大程度的減少；此外，通過增加鎖頻環(huán)路電荷泵的電流可以加快鎖定速度，使得鎖相環(huán)電路整體性能得到全面的提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及射頻集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低雜散快速鎖定的鎖相環(huán)電路。

背景技術(shù)

許多應(yīng)用，例如無線通信系統(tǒng)的上下變頻、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC(Analog-to-Digital Converters)的采樣、高速串行數(shù)據(jù)通信Serdes等，都需要一個(gè)穩(wěn)定的高純度的時(shí)鐘以及本征信號。時(shí)鐘源的頻譜純度對于系統(tǒng)的整體影響重大。對于通信系統(tǒng)而言，為了獲得低噪聲，時(shí)鐘源必須獲得較低的雜散，因?yàn)殡s散會導(dǎo)致相鄰信號的頻譜混疊。對于高速ADC而言，雜散會轉(zhuǎn)換成確定的抖動，降低的信噪比。

在無線通信收發(fā)機(jī)中，鎖相環(huán)電路PLL(Phase-locked Loop)提供精確的本征時(shí)鐘信號，其雜散性能至關(guān)重要。較大的雜散可能會引起相鄰信道間以及上下變頻引起的頻譜混疊。對于傳統(tǒng)的電荷泵鎖相環(huán)，由于電荷泵的各種失配，導(dǎo)致注入環(huán)路濾波器LPF(Low-pass filter)的電流紋波較大，從而導(dǎo)致控制電壓的紋波較大，這使得輸出的雜散較大，從而會影響收發(fā)機(jī)系統(tǒng)的整體性能。

現(xiàn)有的PLL電路為了減少雜散基本是犧牲環(huán)路的帶寬，這樣會引起鎖相環(huán)鎖定時(shí)間的增加以及環(huán)路濾波器LPF面積的增加，這會造成性能變差以及芯片成本增高。所以，低雜散的時(shí)鐘產(chǎn)生電路鎖相環(huán)PLL變成了設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)。

傳統(tǒng)的電荷泵鎖相環(huán)CPPLL(Charge Pump Phase-locked Loop)的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：鑒頻鑒相器PFD、電荷泵CP、環(huán)路濾波器LPF、壓控振蕩器VCO、分頻器Divider。

如圖2所示，傳統(tǒng)電荷泵鎖相環(huán)參考雜散的主要來源就是PFD/CP的各種失配，包括CP靜態(tài)電流失配，上下開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間失配等。這些失配會導(dǎo)致CP輸出電流上存在紋波，該電流注入到環(huán)路濾波器轉(zhuǎn)換成控制電壓的紋波，這個(gè)紋波是以參考信號的周期為周期反復(fù)出現(xiàn)。

假設(shè)CP的輸出電流紋波的基波幅度是i_CP,fref，相應(yīng)的VCO的參考雜散SP_{fref,CP,CPPLL}可以表示為：

其中，F(xiàn)_LF(s)是環(huán)路濾波器的跨阻傳輸函數(shù)，K_VCO是VCO的調(diào)諧增益。

對于一個(gè)二階的環(huán)路濾波器，

其中，f_zero＝1/2πR₁C₁，f_pole＝1/(2πR₁C₁C₂/(C₁+C₂))是環(huán)路濾波器的零點(diǎn)和極點(diǎn)頻率。

所以，VCO的雜散可以近似表示為：

PLL開環(huán)帶寬可以表示為代入上式中，得

由式(4)可知，傳統(tǒng)CPPLL為了得到比較好的參考雜散可以犧牲相位裕度以及帶寬，但這樣會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及鎖定時(shí)間。與此同時(shí)，也可以通過減少電荷泵的電流失配來減少參考雜散，但是由于傳統(tǒng)電荷泵CPPLL的PFD/CP一定存在靜態(tài)失配，這導(dǎo)致控制電壓致紋波肯定是存在的，而且隨著工藝的進(jìn)步會變得更加明顯，因?yàn)橄冗M(jìn)工藝的溝道長度調(diào)制等效應(yīng)更加明顯，這會導(dǎo)致電荷泵CP電流失配更加大。

發(fā)明內(nèi)容