[發明專利]一種恒定環路帶寬的寬帶鎖相環

有效

• 申請號: 201711126350.2
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107911114B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 張吉利;李宇;楊家琪;閆旭;林福江
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H03L7/18
• 分類號: H03L7/18;H03L7/099
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;盧紀

本發明公開了一種恒定環路帶寬的寬帶鎖相環，包括電荷泵鎖相環(1)和全數字自動校準電路(2)。電荷泵鎖相環(1)包括鑒頻鑒相器(3)、可編程電荷泵(4)、環路濾波器(5)、壓控振蕩器(6)、反饋分頻器(7)、第一開關(8)和第二開關(9)。全數字自動校準電路(2)包括頻率檢測器(10)、時序控制單元(11)、鎖相環環路帶寬校準電路(12)、壓控振蕩器頻率校準電路(13)和壓控振蕩器控制電壓產生電路(14)。本發明通過使用多相位檢測的方式可以快速測量壓控振蕩器的頻率并用于壓控振蕩器的頻率校準和鎖相環環路帶寬的校準，全數字自動校準電路可以有效的保證鎖相環在寬頻率范圍內環路帶寬的穩定，并有效的克服工藝、電壓、溫度等因素的影響。

技術領域

本發明涉及鎖相環技術領域，具體涉及一種恒定環路帶寬的寬帶鎖相環。

背景技術

鎖相環技術被廣泛的應用在集成電路中作為數字電路中的時鐘源或收發機系統中的本振信號。對于不同的應用，如微處理器、數據轉換器、芯片接口等，對鎖相環電路提出不同的要求，如工作頻率。針對不同的應用定制化設計每一個鎖相環顯然是耗時耗財的，因此設計寬帶的鎖相環電路是很有必要的。

在壓控振蕩器(VCO)設計時通常會使用粗調和細調結合的方式實現寬頻帶輸出，如圖1所示，同時獲得較低的VCO增益以降低其對噪聲的敏感度。一個傳統的電荷泵鎖相環如圖2所示，其開環增益可以表示為：

其中I_CP是電荷泵的增益，LF(s)是環路濾波器的阻抗，K_VCO是VCO的增益，N是鎖相環的倍頻系數。閉環的帶寬與I_CP、K_VCO和N成比例，表示為：

從公式(2)可以看出，鎖相環設計中的電路參數影響著環路帶寬的大小。對于單一頻率而言，可以通過調整這些參數獲得想要的環路帶寬來保證系統穩定性和抖動等性能。然后，寬輸出頻率范圍鎖相環的設計比較困難，主要是因為VCO的增益隨著工作頻率，工藝，電壓和溫度等參數變化。環路帶寬的變化直接影響著鎖相環的性能，如鎖定時間、相位噪聲等。

本發明提出了一種恒定環路帶寬的寬帶鎖相環。頻率檢測器測量VCO的工作頻率，用于壓控振蕩器頻率校準和鎖相環環路帶寬校準。通過使用壓控振蕩器頻率校準電路和結合了粗調和細調方式的壓控振蕩器，鎖相環在獲得寬輸出頻率范圍的同時，可以將壓控振蕩器的輸入調諧電壓限定在一定的范圍，減小壓控振蕩器在單根調諧曲線上的增益變化。鎖相環環路帶寬校準電路在片檢測壓控振蕩器工作的調諧曲線的增益大小，并相應調整可編程電荷泵的輸出電路大小，保證鎖相環環路帶寬恒定。

發明內容

為了解決寬輸出范圍電荷泵鎖相環中，由于工作頻率、工藝、電壓和溫度(PVT)的影響導致的環路帶寬變化，本發明提供了一種恒定環路帶寬的寬帶鎖相環。它具有校準電路由數字電路實現、校準速度快、校準精度高、抗PVT影響等特點。