一種低雜譜Sigma-Delta小數-N鎖相環的製作方法

2023-05-31 17:04:31

專利名稱：一種低雜譜Sigma-Delta小數-N鎖相環的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於集成電路中的鎖相環,特別指的是一種低雜譜Sigma-Delta小數-N鎖相環。
背景技術：
如圖2所示，傳統sigma-delta小數-N鎖相環包括鑑相器、壓控振蕩器(VCO)、除法器、和sigma-delta調製器來產生小數分頻輸出(N+δ )，其中N為整數，δ為小數。Sigma-delta調製器把小數輸入產生一系列隨機整數輸出(η, η_1,。。。，-(η_1), _η),這些整數輸出長時間平均值等於小數S。除法器根據Sigma-Delta調製器以不同除數(Ν+η，...，Ν-η)輸出，從而產生整數和小數分頻部分(Ν+δ)。這種結構鎖相環PLL在小數分頻時有很高毛刺(spur)，影響鎖定VCO輸出信號頻譜特性，在應用中引起一系列問題，如增加信號抖動(jitters)，引起鄰頻道混頻交叉幹擾等。文獻I詳細研究了 DSM小數-N鎖相環電荷泵電流源不對稱性引起的毛刺(spur)和DSM調製器隨機輸出導致鑑相器大的位相差加重了電荷泵的影響。sigma-delta小數-N鎖相環PLL在整數N鎖定狀態下，鑑相器參考時鐘(Ref_elk)和反饋時鐘Div_clk上升沿同相位，在小數工作狀態下，由於除法器工作在不同除數(N+n,.., Ν-η)中，反饋時鐘Div_clk上升沿相對參考時鐘Ref_clk上升沿跳前或跳後，η越大，反饋時鐘Div_clk上升沿相對參考時鐘Ref_clk上升沿超前或落後時間越長,這樣電荷泵有較大電流脈衝輸出，濾波器濾波後調整VC0，輸出時鐘頻譜有很大的小數分頻毛刺(spur)，特別是電荷泵上下電流源不對稱，這種電荷泵非線性的影響在小數分頻鎖相環影響更嚴重。特別是電荷泵電流輸出或輸入端電壓接近GND或VCC時，都會引起電荷泵上下電流源嚴重失配。`

發明內容
本發明主要針對上述問題而提出一種sigma-delta小數-N鎖相環結構，可以減小鎖定輸出信號雜譜，減小信號抖動和毛刺(spur)。本發明主要技術要點有下列幾點，第一設計DSM輸出為+1，0，-1，減少反饋時鐘Div_clk上升沿相對參考時鐘Ref_clk上升沿超前或滯後很長時間，這樣電荷泵打開時間較短，控制VCO信號波動幅度小，毛刺SPUR就減小，第二利用反饋控制,增加電荷泵上下電流源對稱性，減小電荷泵電流不對稱引起的毛刺(spur)，電荷泵電流源不對稱性引起的毛刺在sigma-delta PLL中的影響更為嚴重，第三利用有源濾波器，維持電荷泵輸出電壓在VCC/2左右，這樣可以減小電荷泵輸出電壓變化對電荷泵電流的影響。另外，為減小電荷泵開關瞬間引起電荷泵電流的脈衝，電荷泵用差分開關，這樣電荷泵電流源一直開著，電流沒有波動。為此，電荷泵需要差分開關驅動信號，鑑相器輸出信號(CP_UP，CP_DN)經電荷泵前置驅動器後產生所需差分信號。類似的想法也可以應用於VCO採用差分控制的Sigma-Delta小數-N鎖相環，電荷泵是雙電荷泵，輸出是差分控制信號，濾波器是有源差分低通濾波器，電荷泵電流源也用反饋環路控制，反饋環路用兩路差分濾波器VCO控制電壓(Vcl, Vc2)的共模電壓與Vcc/2比較來控制電荷泵上部電流源。本發明的除法器控制部分電路主要有整數部分，小數部分，隨機數據產生器，和DSM組成，隨機數據產生器輸出和小數-N的LSB相加來進一步消除分頻毛刺(SPUR)，根據DSM的輸出(+1，0，-1)，小數輸入(fraction-N)分別減去DSM的模數M (modulus),減去零,或加上DSM的模數M (modulus),然後經需要的低通濾波器濾波後，由比較器(SLICER)判斷輸出為+1，0，或-1。本發明提出的sigma-delta小數-N鎖相環結構可以減小鎖相環鎖定輸出信號小數分頻雜譜，減小鎖定輸出信號抖動和頻譜毛刺(spur)。


下面結合附圖對本發明作進一步的說明。圖1是本發明電路示意圖。圖2是原有技術的電路對照圖。圖3是本發明電荷泵電路示意圖。圖4是本發明VCO採用差分濾波器控制鎖相環電路示意圖。圖5是本發明差分雙荷電荷泵電路示意圖。圖6是本發明電荷泵前置驅動器電路示意圖。圖7是本發明環路除法器小數控制部分電路示意圖。圖8是本發明調製器電路示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明主要技術要點有下列幾點，第一設計DSM輸出為+1，0，-1，減少反饋時鐘Div_clk上升沿相對參考時鐘Ref_clk上升沿超前或滯後很長時間,這樣電荷泵打開時間較短，控制VCO信號波動幅度小，毛刺SPUR就減小，第二利用反饋控制，增加電荷泵上下電流源對稱性，減小電荷泵電流不對稱引起的毛刺(spur)，電荷泵電流源不對稱性引起的毛刺在sigma-delta PLL中的影響更為嚴重，第三利用有源濾波器，維持電荷泵輸出電壓在VCC/2左右，這樣可以減小電荷泵輸出電壓變化對電荷泵電流的影響。另外，為減小電荷泵開關瞬間引起電荷泵電流的脈衝，電荷泵用差分開關，如圖3所示，這樣電荷泵電流源一直開著，電流沒有波動。為此，電荷泵需要差分開關驅動信號，如圖6所示，鑑相器輸出信號(CP_UP，CP_DN)經電荷泵前置驅動器後產生所需差分信號。類似的想法也可以應用於VCO採用差分控制的Sigma-Delta小數-N鎖相環，如圖4_5所示，電荷泵是雙電荷泵，輸出是差分控制信號，濾波器是有源差分低通濾波器，電荷泵電流源也用反饋環路控制，反饋環路用兩路差分濾波器VCO控制電壓(Vcl，Vc2)的共模電壓與Vcc/2比較來控制電荷泵上部電流源，圖5是差分雙電荷泵示意圖。本發明的除法器控制部分電路如圖7所示，主要有整數部分，小數部分，隨機數據產生器，和DSM組成，隨機數據產生器輸出和小數-N的LSB相加來進一步消除分頻毛刺(SI3UR)，圖8示出了 DSM的可能結構圖，根據DSM的輸出(+1，
0,-1),小數輸入(fraction-N)分別減去DSM的模數M(modulus),減去零,或加上DSM的模數MOiiodulus)，然後經需要的低通濾波器濾波後，由比較器(SLICER)判斷輸出為+1，0，或-1。
文獻:[I].Hyungki Huh，yido Koo，etc，「Comparison Frequency Doubling andCharge Purmp Matching Teehmiqme for Dual bamd Δ Σ fractional—N FrequencySynthesizer」，IEEE JSSC，v.40，n.11，p2228_2335。
權利要求
1.一種低雜譜Sigma-Delta小數-N鎖相環,其特徵是通過一種sigma-delta小數-N鎖相環結構，來減小鎖定輸出信號雜譜，減小信號抖動和毛刺(spur)。
2.由權利要求1所述的一種低雜譜Sigma-Delta小數-N鎖相環,其特徵是設計DSM輸出為+1，0，-1,減少反饋時鐘Div_clk上升沿相對參考時鐘Ref_clk上升沿超前或滯後很長時間，這樣電荷泵打開時間較短，控制VCO信號波動幅度小，毛刺SPUR就減小。
3.由權利要求1所述的一種低雜譜Sigma-Delta小數-N鎖相環,其特徵是利用反饋控制，增加電荷泵上下電流源對稱性，減小電荷泵電流不對稱引起的毛刺(spur)，電荷泵電流源不對稱性引起的毛刺在sigma-delta PLL中的影響更為嚴重。
4.由權利要求1所述的一種低雜譜Sigma-Delta小數-N鎖相環，其特徵是利用有源濾波器，維持電荷泵輸出電壓在VCC/2左右，這樣可以減小電荷泵輸出電壓變化對電荷泵電流的影響。
5.由權利要求1所述的一種低雜譜Sigma-Delta小數-N鎖相環,其特徵是為減小電荷泵開關瞬間引起電荷泵電流的脈衝，電荷泵用差分開關，這樣電荷泵電流源一直開著，電流沒有波動。
全文摘要
一種低雜譜Sigma-Delta小數-N鎖相環，設計DSM輸出為+1，0，-1，減少反饋時鐘Div_clk上升沿相對參考時鐘Ref_clk上升沿超前或滯後很長時間，這樣電荷泵打開時間較短，控制VCO信號波動幅度小，毛刺SPUR就減小，用反饋控制，增加電荷泵上下電流源對稱性，減小電荷泵電流不對稱引起的毛刺(spur)，電荷泵電流源不對稱性引起的毛刺在sigma-delta PLL中的影響更為嚴重，利用有源濾波器，維持電荷泵輸出電壓在VCC/2左右，這樣可以減小電荷泵輸出電壓變化對電荷泵電流的影響。
文檔編號H03L7/08GK103107806SQ201110362220
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者孫茂友, 楊校輝 申請人:孫茂友, 楊校輝