Pll濾波器的製作方法

2023-05-28 15:53:56 2

專利名稱：Pll濾波器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子電路，特別涉及一種射頻PLL濾波器。
背景技術：
隨著無線通信系統的大量應用，空間中同時存在各種頻率、各種應用 的無線通信信號。為了保證各個通信系統之間不會互相干擾，所有的通信 標準都對通信系統發射出的信號頻譜有嚴格的限定。對於無線發射系統來 說，發射信號的遠端噪聲功率是一個苛刻的指標。以GSM系統為例，標準 規定發射頻譜，在離發射信號20麗Z位置的噪聲能量要低於-162dBc/Hz， 但是對於普通的上調製混頻器，其20MHZ地方的底噪聲就已經高達 -140 -150dBc/Hz，如果不加入額外的濾波器，對混頻器輸出信號的遠端噪 聲進行濾波，將不可能滿足系統需求。美國電氣電子工程師學會固態電路 雜誌2003年4月第38巻第4部分(IEEE Journal of sol id-state circui t， vol.38 No4，即ril 2003)公開了某公司設計實現的一種PLL (鎖相迴路) 濾波器電路框圖，如圖1所示，該種電路結構一般稱為0ffsetPLL (偏移 式鎖相迴路)結構，工作原理如下如圖所示，外部需要提供一個中頻本 振信號(IF L0)，該信號頻率選取在400MHz附近，該本振信號進入PLL濾 波器的本振驅動模塊，提高其驅動能力，同時進行相移操作，產生兩路正 交的中頻本振信號，然後通過正交混頻器，將外部模擬基帶晶片提供的基 帶信號I、 Q分量(同向、正交分量)進行上變頻，得到調製到中頻(IF)
的調製信號。該調製信號通過低通濾波器濾除雜散信號後，作為限幅器的 一個輸入。限幅器的另外一個輸入用如下方法產生將壓控振蕩器輸出的
900MHz射頻信號反饋回來，通過模塊外輸入的另外一個1300MHz射頻本 振(RF L0)將此900MHz信號下變頻到400MHz，然後通過低通濾波器濾 除雜散信號，最後輸入到限幅器另外一端。限幅器分別將這兩路輸入信號 進行限幅操作，取出其承載的相位信息，通過隨後的鑑相器，比較兩路輸 入信號的相位，產生上充電(UP)或者下放電(DN)信號，控制電荷泵(CP) 對電容電阻濾波網絡進行充放電操作。電容電阻濾波網絡輸出 一個控制電 壓，對壓控振蕩器(VC0)的振蕩頻率進行調整，得到最終的900MHz射頻 輸出信號。
因為該PLL濾波器工作在閉環穩定狀態，對於正交上變頻模塊輸入 的信號的傳遞特性是低通函數，所以可以對20MHz頻偏附近的遠端噪聲進 行濾波。使用offset pll進行濾波，首先將基帶信號上變頻到IF(400M or 200M)，然後通過offset pll將信號上調製到射頻RF(900M)，同時通過 pll的濾波特性對20M的遠端噪聲進行濾波。
上述offset pll濾波有以下缺點，其需要提供2個L0信號，所以需 要系統中分別集成2個PLL生成L0信號;在IF中頻需要對混頻後的信號 進行濾波，需要兩個工作在IF中頻的低通濾波器，IF中頻濾波器的線性 度要求比較高，如果線性度不能滿足指標時，會對最終輸出信號帶來非線 性失真，影響EVM (誤差矢量幅度)；由於同時存在兩個LO信號在pll回 路中，如果電路和版圖設計不合理，時鐘的交叉耦合饋通，會在輸出頻譜 中帶來不希望的spur發射雜散。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種PLL濾波器，非線性失真小，輸 出頻譜中的發射雜散少。
為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是，包括本振驅動模塊、 正交混頻器、射頻限幅器、射頻鑑相器、全差分電荷泵、全差分濾波器、 差分壓控振蕩器；差分壓控振蕩器輸出最終射頻輸出信號，所述本振驅動 模塊外接一個頻率同最終射頻輸出信號頻率一樣的射頻本振信號，該本振 驅動模塊對該射頻本振信號進行放大並同時進行相移操作，產生兩路正交 的射頻本振信號，然後通過所述正交混頻器，將外接的基帶信號I、 Q分 量進行上變頻，得到調製到射頻載頻的調製信號，該調製信號直接作為所 述射頻限幅器的一個輸入，射頻限幅器的另外一個輸入直接從所述差分壓 控振蕩器輸出的最終射頻輸出信號反饋回來，射頻限幅器分別將這兩路輸 入信號進行限幅，取出其承載的相位信息，所述射頻鑑相器直接在射頻頻 率上比較上述經射頻限幅器限幅的兩路輸入信號的相位，產生上充電或者 下放電信號，控制所述全差分電荷泵的輸出電壓，對所述全差分低通濾波 器進行充放電操作，全差分低通濾波器輸出一個全差分控制電壓，控制差 分壓控振蕩器的振蕩頻率，輸出最終射頻輸出信號。
本發明的PLL濾波器，首先直接將基帶信號上調製到RF，讓整個pll 的鑑相器工作在RF頻率，選用全差分的電荷泵和全差分的環路濾波器， 構造一個pll濾波系統，濾除遠端帶外噪聲，只需要一個本振(L0)，不 需要IF濾波器，避免了由於引入IF濾波器對輸入信號帶來的非線性失真， 可以節省PLL濾波器模塊的晶片面積、降低晶片功耗，發射時，晶片工作
部分只有一個LO時鐘信號，不會帶來頻譜外的發射雜散。為了同較高的 射頻工作頻率相適應，本發明的PLL濾波器中採用全差分電荷泵、全差分 濾波器、差分壓控振蕩器，而且限幅器、鑑相器、電荷泵、濾波器等模塊 工作在差分小信號方式，能夠很大程度上對抗外界電源波動幹擾和電路失 配，保證良好的濾波器性能。


下面結合附圖及具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。
圖1是現有技術中偏移式鎖相迴路(offset pll)濾波器電路示意圖2是本發明一實施方式的PLL濾波器電路示意圖。
具體實施例方式
本發明的PLL濾波器一具體實施方式
如圖2所示，外部只需要提供一 個射頻本振信號(RF L0)，該信號頻率和最終希望的射頻輸出頻率一樣， 選取在900MHz附近，該本振信號進入PLL濾波器的本振驅動模塊，提高 其驅動能力，同時進行相移操作，產生兩路正交的射頻本振信號，然後通 過正交混頻器，將外部模擬基帶晶片提供的基帶信號I、 Q分量進行上變 頻，得到調製到射頻載頻的調製信號，該調製信號直接作為射頻限幅器的 一個輸入，射頻限幅器的另外一個輸入直接從差分壓控振蕩器輸出的 900MHz射頻信號反饋回來，射頻限幅器分別將這兩路輸入信號進行限幅 操作，取出其承載的相位信息，通過隨後的射頻鑑相器，直接在射頻頻率 (900MHz)上比較兩路輸入信號的相位，產生上充電(UP)或者下放電(DN) 信號，控制全差分電荷泵對全差分低通濾波網絡(附圖中以電容電阻濾波 網絡為例)進行充放電操作。全差分低通濾波網絡輸出一個全差分控制電
壓，對差分壓控振蕩器(VC0)的振蕩頻率進行調整，得到最終的900MHz 射頻輸出信號。
本發明的PLL濾波器因為將整個pll的模塊(限幅器，鑑相器，電荷 泵)都工作於射頻頻率(如900MHz)，工作頻率遠超offset pll中的中 頻頻率(如400MHz)，所以本發明採用差分小信號工作方式。限幅器，鑑 相器，電荷泵等模塊工作在差分小信號方式時，在消耗相同電流功耗的情 況下，模塊的工作頻率能夠更高，並且差分信號能夠很大程度上對抗外界 電源波動幹擾和電路失配，保證良好的濾波器性能。
本發明的pll濾波器，首先直接將基帶信號上調製到RF，讓整個pll 的鑑相器工作在RF頻率，選用全差分的電荷泵和全差分的環路濾波器， 構造一個pll濾波系統，濾除遠端帶外噪聲。因為該PLL濾波器工作在閉 環穩定狀態，對於正交上變頻模塊輸入的信號的信號傳遞特性是低通函 數，所以可以對20MHz頻偏附近的遠端噪聲進行低通濾波。
本發明的pll濾波器，不需要多個本振(L0)，節省了晶片面積和降 低了晶片功耗；不需要IF濾波器，節省了晶片面積和降低了晶片功耗， 而且同時避免了由於引入IF濾波器，對輸入信號帶來的非線性失真；發 射時，晶片工作部分只有一個LO時鐘信號，不會帶來頻譜外的發射雜散； 採用差分小信號工作方式以適應較高的射頻工作頻率並且能夠很大程度 上對抗外界電源波動幹擾和電路失配，保證良好的濾波器性能。
權利要求
1、一種PLL濾波器，其特徵在於，包括本振驅動模塊、正交混頻器、射頻限幅器、射頻鑑相器、全差分電荷泵、全差分濾波器、差分壓控振蕩器；差分壓控振蕩器輸出最終射頻輸出信號，所述本振驅動模塊外接一個頻率同最終射頻輸出信號頻率一樣的射頻本振信號，該本振驅動模塊對該射頻本振信號進行放大並同時進行相移操作，產生兩路正交的射頻本振信號，然後通過所述正交混頻器，將外接的基帶信號I、Q分量進行上變頻，得到調製到射頻載頻的調製信號，該調製信號直接作為所述射頻限幅器的一個輸入，射頻限幅器的另外一個輸入直接從所述差分壓控振蕩器輸出的最終射頻輸出信號反饋回來，射頻限幅器分別將這兩路輸入信號進行限幅，取出其承載的相位信息，所述射頻鑑相器直接在射頻頻率上比較上述經射頻限幅器限幅的兩路輸入信號的相位，產生上充電或者下放電信號，控制所述全差分電荷泵的輸出電壓，對所述全差分低通濾波器進行充放電操作，全差分低通濾波器輸出一個全差分控制電壓，控制差分壓控振蕩器的振蕩頻率，輸出最終射頻輸出信號。
2、 根據權利要求1所述的PLL濾波器，其特徵在於，所述全差分低通濾波器為全差分電容電阻濾波網絡。
3、 根據權利要求1或所述的PLL濾波器，其特徵在於最終射頻輸出 信號頻率為900M赫茲。
全文摘要
本發明公開了一種PLL濾波器，本振驅動模塊外接一個頻率同最終射頻輸出信號頻率一樣的射頻本振信號，產生兩路正交的射頻本振信號，然後通過正交混頻器將外接的基帶信號I、Q分量進行上變頻，得到調製到射頻載頻的調製信號並將該信號直接作為射頻限幅器的一個輸入，射頻限幅器的另外一個輸入為最終射頻輸出信號的反饋信號，這兩路輸入信號經射頻限幅器限幅後由射頻鑑相器直接在射頻頻率上比較其相位，產生上充電或者下放電信號控制全差分電荷泵的輸出，然後經全差分低通濾波器輸出一個全差分控制電壓控制差分壓控振蕩器的振蕩頻率，輸出最終射頻輸出信號。本發明的PLL濾波器，非線性失真小，輸出頻譜中的發射雜散少。
文檔編號H03H7/01GK101383614SQ20071009406
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月4日 優先權日2007年9月4日
發明者葉曉斌, 魏述然 申請人:銳迪科微電子(上海)有限公司