減少分數n鎖相環中瞬時響應的系統和方法

2023-08-03 12:48:31

專利名稱：減少分數n鎖相環中瞬時響應的系統和方法
技術領域：
本發明一般涉及鎖相環，更具體地涉及減少在這類環路中使用的 頻率合成器電荷泵中產生的瞬時響應。
背景技術：
鎖相環(PLL)電路被應用於高速通信設備和電子測試儀器以在 精確和穩定的頻率上生成連續波信號。鎖相環電路通常包括參考頻率、 合成器和壓控振蕩器(VCO)。兩種已知在PLL電路中使用的合成器是 整數N合成器和分數N合成器。整數N合成使用全體整數來合成參考頻' 率，所以與分數N合成相比，提供了較粗的解析度，分數N合成為更細 的解析度使用分數級別。在高速通信設備的設計中，減少PLL電路中的鎖定時間一直是至 關重要的。一種減少鎖定時間的技術包括在分數N合成器中使用常(速) 電荷泵和更快(速)電荷泵以提供更快速的信號捕捉。遺憾地是，使 用兩種不同的電荷泵產生了切換(transition)，也被稱為切換幹擾 (glitch)，這會對鎖定時間產生不利的影響。所以，需要最小化或消 除切換幹擾，這將提高分數N鎖相環的性能。


本發明通過實例來說明並且不受限於附圖，附圖中相似的標識符號指示相似的單元，並且其中-圖l是說明根據本發明的鎖相環(PLL)的框圖； 圖2是說明根據本發明的圖1的電荷泵的框圖；並且 圖3是根據本發明的用來使鎖相環中瞬時響應最小化的方法的流程圖。
具體實施方式
提供本公開，對做出和使用根據本發明的各種實施例的最佳模式 進行進一步、可用方式的解釋。本公開用於增強對本發明的發明原理 和有利點的理解和評價，而不是以任何方式限制本發明。本發明僅由 所附的權利要求(包括在本申請未結案期間的任何修改)以及授l^的 權利要求的所有等同物所限定。進一步說明的是，相關術語(如果有的話)，例如第一和第二、 頂部和底部等，僅用來將一個實體或動作與其他相區別，並不一定要 求或意指這類實體或動作之間的任何實際關係或順序。簡單地說，根據本發明，這裡提供了用來減少鎖相環(PLL)中的瞬 時響應的系統和方法。按本發明構成的PLL包括分數N合成器，其中， 該合成器包括提供適配電荷泵工作模式和普通電荷泵工作模式的電荷 泵。在每種工作模式期間，選擇性地在預定的時間段加上微電流(trickle current)，使鎖定時間最小化並使PLL響應線性化。圖l是說明按本發明工作的鎖相環(PLL) 100的框圖。PLL100包 括參考源118、分數-N合成器120、環路濾波器106和生成VCO輸出114 的壓控振蕩器(VCO) 108。分數-N合成器由相位檢測器102、電荷泵 104、以及具有E-A調製器功能的環路除法器110所組成。根據本發明， 電荷泵104同時提供鎖定時間的減少和對PLL IOO的線性化。圖2是說明既有適配模式電荷泵204又有普通模式電荷泵206的電 荷泵104的框圖。第一微電流源208用來將電流加到適配模式電荷泵204 上，並且第二微電流源210用來將電流加到普通模式電荷泵206上。適 配模式的持續時間由計時器所控制，這樣將參考和反饋頻率信號112、 116以寬環路帶寬形式進行相位鎖定。在PLL IOO從適配模式中切換出 來並進入普通模式後，環路帶寬變得更窄，使得頻譜噪聲減少。在適配模式電荷泵204工作期間，普通模式電荷泵206可能工作或不工作。同時參考圖1和圖2，相位檢測器102接收兩路輸入信號參考頻率 信號112和反饋頻率信號116。相位檢測器102將反饋頻率信號116的相 位與參考頻率信號112的相位相比較。如果反饋頻率信號116的相位領 先於參考頻率信號112的相位，相位檢測器102產生寬度與相位差成比 例的下降信號脈衝。電荷泵輸出105通過環路濾波器106進行濾波。電 荷泵104用寬度與下降信號脈衝相似的吸入電流(sink current)脈衝IOI 對來自於相位檢測器102的下降信號脈衝進行響應。環路濾波器106用 與吸入電流脈衝中的電荷量成比例的電壓下降的增加對吸入電流脈衝 IOI進行響應，這又使得VCO 108的輸出頻率下降，於是就將反饋頻率 源的相位拉得更接近於參考頻率源112的相位。另一方面，如果反饋頻率信號116的相位滯後於參考頻率信號U2 的相位，相位檢測器102產生寬度與相位差成比例的上升信號脈衝。電 荷泵104用寬度與上升信號脈衝相似的源電流脈衝103響應來自於相位 檢測器102的上升信號脈衝。環路濾波器106用與源電流脈衝之中電荷 量成比例的電壓上升的增加對電荷泵104的源電流脈衝103進行響應， 這又使得VCO 108的輸出頻率上升，於是將反饋頻率信號116的相位推 得更接近於參考頻率信號112的相位。這種將反饋頻率源的相位拉和推 得更接近於參考頻率源112相位的過程一直持續到平均相位差變得小 得可以忽略不計為止。在適配工作模式中，高上升和下降電流流過適配模式電荷泵204。 在普通工作模式中，低上升和下降電流流過普通模式電荷泵206。由適 配模式電荷泵204產生的上升和下降電流的幅度要大於由普通模式電 荷泵206產生的上升和下降電流。通過計時器或其他計時控制裝置對適 配模式和普通模式的持續時間進行編程。在預定的時間段內將微電流 選擇性施加於每個電荷泵，提供了在適配模式期間的寬環路帶寬和更 快鎖定時間以及在普通模式期間的窄環路帶寬和較低頻譜噪聲的有利點。除法器110的i:-A調製器功能獲得具有分數(分數N)部分的時間 平均除數。S-A調製器的階決定除法器110的輸出116產生的噪聲頻譜形 態如何。在運行中，加在適配模式電荷泵206之上的第一微電流優選地與適 配模式電荷泵206的峰值電流成比例，並且在整個適配時間上隨時變 化。加到普通模式電荷泵204的第二微電流的幅度優選地與普通模式電 荷泵204的峰值成比例。微電流與峰值電流的比例取決於除法器110的 E-A調製器部分的階和實現的平均除數。圖3說明根據本發明的用來使PLL IOO中的瞬時響應最小化的方 法的流程圖。在步驟302和304，相位檢測器102接收來自參考源118的 參考頻率信號和來自環路除法器110的反饋頻率信號。在步驟306，適 配和延時計時器啟動。在步驟308，啟用電荷泵104的適配模式部分， 並且在步驟310將延時計時器與預定的計時門限相比較。適配模式電荷 泵保持啟用直到如延時計時器之類的時間到期。 一旦在步驟310超過延 時計時器門限，在步驟312將微電流加到適配模式電荷泵之上。在步驟312當將微電流加到適配模式電荷泵上時，將適配計時器與 預定的計時門限相比較。適配模式微電流將持續加到適配電荷泵之上 直到適配計時器到期為止。 一旦在步驟314時間段到期，在步驟316將 適配模式電荷泵和適配模式微電流斷開。作為對適配模式電荷泵和適 配模式微電流斷開的響應，在步驟318，將普通模式電荷泵接通並加上 普通模式微電流。適配模式微電流和普通模式微電流的延時和選擇性施加，在保持 線性的同時，顯著減少了PLL100的相位鎖定時間。因此實現了適配到 普通模式的切換幹擾的減少。圖4說明的時序圖400總結了甩於適配和普通模式工作的時序切換。在404啟用適配模式電荷泵402用於預定適 配時間406。當預定延時408到期時，在412將第一微電流410 (適配模 式微電流)施加於適配模式電荷泵。在適配時間406到期時，將第一微 電流斷開，通過在420將第二 (普通模式)微電流418施加到普通電荷 泵414上(情形l)，從而在416將PLL切換到普通模式工作。可選地(情 形2)，在424，在與有第二微電流426在428施加到適配模式電荷泵402 上相同的時刻404，可將普通電荷泵422接通。於是，在適配時間406的 開始或結束時可啟用普通電荷泵。在每種情形中，將適配電荷泵接通 並將施加適配微電流延時。相應地，將第一和第二微電流分別加到適配模式電荷泵204和普通 模式電荷泵206上是有益於減少瞬時響應的有效工具。將第一/適配微電 流加到適配模式電荷泵204的應用優化了PLL系統的鎖定時間。將第二 微電流加到普通模式電荷泵206使相位檢測器/電荷泵線性化以便在分 數-N合成器之中使用並使第一微電流的任何有害影響最小化。本公開希望解釋如何實現和使用根據本發明的不同實施例，而不 是限制本發明真正、預定和合理的範圍和精神。以上的敘述不是用來 窮盡或限制本發明為公開的確定形式。依照以上教導進行修改和變化 是可能的。實施例被選擇和描述用來提供對本發明原理和實際應用的 最好解釋，並使得本領域的普通技術人員按符合預期特定用途那樣以 各種實施例和各種修改來使用本發明。所有這些修改和變化是在由所 附權利要求(這些權利要求在本專利申請的未結案期內可能修改)以 及所有根據它們被合理、合法和公正授權的範圍來解釋的等同物所確 定的發明範圍之內。
權利要求
1.一種包括電荷泵的鎖相環(PLL)，所述電荷泵包括適配模式電荷泵，其在第一微電流加到其上之前，在第一預定時間段啟用；在第二預定時間段到期時將所述第一微電流斷開並停用所述適配模式電荷泵；以及普通模式電荷泵，將第二微電流加於其上。
2.如權利要求1所述的PLL，其中，將所述第一微電流加到所述適 配模式電荷泵上使所述PLL的相位鎖定時間最小化。
3.如權利要求1所述的PLL，其中，將所述第二微電流加到所述普 通模式電荷泵上使所述PLL線性化。
4.如權利要求1所述的PLL，進一步包括 相位檢測器；環路濾波器，所述環路濾波器耦合到所述電荷泵；耦合到所述環路濾波器的壓控振蕩器(VCO);在所述VCO和所述相位檢測器之間提供反饋的除法器；以及第一計時器，用於在所述第一預定時間段使所述第一微電流延遲 施加於所述適配模式電荷泵；以及第二計時器，用於設定所述第二預定時間段，以此停用所述適配 模式電荷泵和第一微電流。
5.—種使分數-N鎖相環(PLL)中的瞬時響應最小化的方、法，所 述方法包括提供具有適配工作模式和普通工作模式的電荷泵； 將第一微電流加到適配模式電荷泵上；以及在預定時間段之後，停用所述適配模式電荷泵和第一微電流，以切換到使用普通模式電荷泵的普通模式工作。
6. 如權利要求5所述的方法，其中，所述的將第一微電流加到適配模式電荷泵上的步驟使所述PLL的鎖定時間最小化。
7. 如權利要求5所述的方法，其中，所述普通模式電荷泵具有加 於其上的第二微電流，使所述PLL線性化。
8. 如權利要求5所述的方法，進一步包括將所述第一微電流延遲 加到所述適配模式電荷泵上以使所述PLL的所述鎖定時間最小化的步 驟。
9. 一種鎖相環(PLL)，包括合成器，具有提供適配工作模式和普通工作模式的三態電荷泵；在所述適配工作模式中，在第一預定時間段啟用適配模式電荷泵，並且在所述第一時間段到期時，在第二時間段將第一微電流加於其上； 以及在所述第二預定時間段到期時，停用所述適配模式電荷泵和第一 微電流並啟用所述普通工作模式。
10. 如權利要求9所述的PLL，其中，將所述第一微電流加到所 述適配模式電荷泵上使所述PLL的鎖定時間最小化。
全文摘要
公開了一種用來減少鎖相環(PLL)(100)中瞬時響應的系統和方法。該系統包括適配模式電荷泵(204)、普通模式電荷泵(206)和使用受控微電流(208)、(210)應用於那些電荷泵上以使PLL(100)的瞬時響應最小化。
文檔編號H03L7/06GK101258680SQ200680018218
公開日2008年9月3日 申請日期2006年5月12日 優先權日2005年5月28日
發明者威廉·J·馬丁, 瓦季姆·杜博夫, 約瑟夫·A·查拉斯卡, 阿爾曼多·J·岡薩雷斯 申請人:摩託羅拉公司