一種寬頻帶鎖相環頻率綜合器電路的製作方法
2023-04-23 20:40:51
專利名稱：一種寬頻帶鎖相環頻率綜合器電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路技術領域，尤其涉及一種寬頻帶自動跟蹤輸入頻率調整倍頻數的鎖相環頻率綜合器電器。
背景技術：
如圖1所示的傳統的鎖相環頻率綜合器，一般輸入頻率是固定的，相應的鎖相環分頻器分頻比也會根據輸入頻率和輸出頻率來固定。但是通常大多數情況下輸入頻率會發生變化。假如輸入頻率的範圍非常寬，由於壓控振蕩器的輸出頻率範圍有限，那麼鎖相環的分頻器分頻比將難以確定。為了增大鎖相環電路的輸入頻率帶寬，傳統的寬頻帶鎖相環頻率綜合器一般採用若干輸出頻率不同的壓控振蕩器，然後通過對輸入頻率信號的計數來選擇合適的壓控振蕩器工作，來達到寬頻輸出的目的，電路圖如圖2所示。在輸入頻率變化範圍進ー步增大的情況下，比如有可能從12. 5M 200M之間任意變換，那麼在較低的輸入頻率下使用時鐘信號對輸入頻率進行計數將會變得非常困難。現在固定鎖相環頻率綜合器也存在一定的問題，比如傳統的鎖相環頻率綜合器一般輸入頻率是固定的值，其相應的鎖相環分頻器分頻比也會根據固定的輸入頻率和輸出頻率來固定。此外，寬頻輸入情況下，由於壓控振蕩器的輸出頻率範圍有限，那麼鎖相環的分頻器分頻比將難以確定。再者，對於較低頻率下的輸入信號，由於使用時鐘信號對輸入頻率進行計數將會變得非常困難，這會限制這種電路在低頻情況下的應用。
發明內容
本發明為了解決現有技術中存在的問題，提供一種結構新穎的鎖相環頻率綜合器，解決傳統電路結構中使用頻率計數器在低頻情況下的長時間相應問題，同時也避免出現傳統電路結構中多個壓控振蕩器的複雜情況。為了解決上述技術問題，本發明提供ー種寬頻帶鎖相環頻率綜合器，包括鑑頻鑑相器、電荷泵、環路濾波器、壓控振蕩器，還包括電壓反饋輸入頻率分頻電路，所述電壓反饋輸入頻率分頻電路連接在電荷泵輸出端與鑑頻鑑相器輸入端之間，所述電荷泵連接在鑑頻鑑相器輸出端和環路濾波器輸入端之間，所述壓控振蕩器連接在環路濾波器輸出口端與電荷泵輸入端之間；所述電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓。在上述提供寬頻帶鎖相環頻率綜合器中，其中所述電壓反饋輸入頻率分頻電路包括電壓檢測電路、計數器和分頻數可控分頻器，所述計數器連接在電壓檢測器輸出端和分頻數可控分頻器輸入端之間，所述壓控振蕩器與分頻數可控分頻器之間連接；所述電壓檢測電路用於檢測鎖相環電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓；所述計數器用於對電壓檢測電路的數字輸出信號進行處理並傳遞給分頻數可控分頻器。在上述提供寬頻帶鎖相環頻率綜合器中，其中所述分頻數可控分頻器包括分頻數固定環內分頻器和分頻數可控環內分頻器，所述分頻數可控環內分頻器的分頻數控制端與計數器輸出信號輸出端相連。在上述提供寬頻帶鎖相環頻率綜合器中，其中所述電壓檢測電路具有三個輸入端，所述三個輸入端分別與鎖相環電荷泵輸出端以及兩恆定電壓Vh、VI相連，電壓檢測器的輸出端為一個兩位數位訊號輸出端，其中Vh為鎖相環壓控振蕩器的最高輸出頻率對應控制電壓，VI為鎖相環壓控振蕩器的最低輸出頻率對應控制電壓；所述電壓檢測器用於檢測鎖相環電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓，電壓檢測電路如圖4所示。當前VCO的控制電壓，將與Vh和VI進行比較，如果高於Vh，則UD信號為1，OK信號為O。若低於VI信號， 則UD信號為0，OK信號為O。如果在正常範圍內，則OK信號為1，UD信號為不定態。在電壓反饋輸入頻率分頻電路中，計數器用於對電壓檢測器數字輸出信號進行處理並傳遞給分頻數可控分頻器。當UD信號為I時，計數器進行+1操作(即輸出值+1)，當UD信號為0時， 計數器進行減I操作。一旦OK信號為I，則計數器停止工作。在上述提供寬頻帶鎖相環頻率綜合器中，其中所述電壓檢測器的輸出端為兩位數位訊號輸出端。本發明中的寬頻帶自動跟蹤輸入頻率調整倍頻數的鎖相環頻率綜合器前級頻率輸入分頻器為分頻數可控分頻器。其輸入端與鎖相環時鐘信號相連，其分頻數控制端與計數器輸出信號輸出相連。且該頻率綜合器有兩個環內分頻器，一個分頻數固定和一個為分頻數可控分頻器。分頻數可控分頻器的分頻數控制端與計數器輸出信號輸出相連。輸出是前級頻率輸入分頻器和分頻數可控環內分頻器的設置值，當輸出值為0時，前級頻率輸入分頻器不分頻，分頻數可控環內分頻器分頻數為8。當輸出值為I時，前級頻率輸入分頻器分頻數為2，分頻數可控環內分頻器分頻數為4。輸出值為2，前級頻率輸入分頻器分頻數為4，分頻數可控環內分頻器分頻數為2。輸出值為3，前級頻率輸入分頻器分頻數為8，分頻數可控環內分頻器不分頻。本專利提供的寬頻帶鎖相環頻率綜合器，在高頻情況下，此時輸出值為3，輸入分頻器分頻數為8，分頻數可控環內分頻器不分頻。此時，如果電荷泵輸出信號依然大於壓控振蕩器的最高輸出頻率對應控制電壓，說明該電路的已經無法鎖定高頻信號。該電路的最
8 X F
高鎖定頻率為~^，其中N為固定分頻器的分頻數。在低頻情況下，此時輸出值為0， N
輸入分頻器不分頻，分頻數可控環內分頻器分頻數為8。此時，如果電荷泵輸出信號依然小於壓控振蕩器的最低輸出頻率對應控制電壓，說明該電路的已經無法鎖定該低頻信號。該
電路的最低鎖定頻率為^^，其中N為固定分頻器的分頻數。
8xjV鎖相環通過電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓，輸入頻率分頻器根據輸出電壓的反饋信號調整輸入頻率分頻器與環內分頻器的分頻數，從而將鎖相環的輸出頻率分為多個頻率段進行頻率鎖定，並自動在不同頻率段之間進行切換，總而實現寬頻帶、低抖動、高解析度輸出的鎖相環頻率綜合器。本發明提供的寬頻帶鎖相環頻率綜合器採用鎖相環頻率綜合電路結構，能夠通過對鎖相環電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓進行檢測並輸出檢測反饋信號調整前級頻率輸入分頻器和分頻數可控環內分頻器的分頻數以達到自動跟蹤輸入頻率調整鎖相環倍頻數的目的。
圖1為傳統的兩極鎖相環結構框圖。圖2為傳統的寬頻帶鎖相環頻率綜合器結構框圖。圖3為本發明提供的寬頻帶鎖相環頻率綜合器結構框圖。圖4為本發明提供的寬頻帶鎖相環頻率綜合器電路圖。圖5為本發明中電壓檢測器的電路原理圖。
具體實施例方式本發明提供一種寬頻帶鎖相環頻率綜合器包括鑑頻鑑相器、電荷泵、環路濾波器、 壓控振蕩器，其特徵在於，還包括電壓反饋輸入頻率分頻電路，所述電壓反饋輸入頻率分頻電路連接在電荷泵輸出端與鑑頻鑑相器輸入端之間，所述電荷泵連接在鑑頻鑑相器輸出端和環路濾波器輸入端之間，所述壓控振蕩器連接在環路濾波器輸出口端與電荷泵輸入端之間；所述電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓。本發明採用電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓，輸入頻率分頻器和環內分頻器根據輸出電壓的反饋信號調整輸入頻率分頻器分頻數，從而將鎖相環的輸出頻率分為多個頻率段進行頻率鎖定，其電路圖如圖3所示。相比已現有利用VCO的時鐘頻率對輸入頻率計數反饋調節輸入頻率的計數相比較，本發明提供的寬頻帶鎖相環頻率綜合器無需擔心輸入頻率較小難以使用VCO時鐘頻率進行計數，且只需採用ー個VCO來達到覆蓋整個寬頻率輸出範圍，而不需要在多個不同頻率的VCO之間進行切換。將輸入頻率範圍分成多個頻段，並在這些頻段內自動進行切換，從而實現頻率綜合器的寬頻率範圍輸出。當輸入頻率為12. 5M 200M吋，可以輸出125M 2G的頻率寬帶。以下通過實施例對本發明提供的寬頻帶鎖相環頻率綜合器做進ー步說明，以便更好理解本創造發明內容，但本實施例的內容比不限制創造發明的保護範圍。在本發明結構框圖中，為了構圖方便，將鑑頻鑑相器和電荷泵合併為ー個單元，環路濾波器合併進壓控振蕩器。如圖4所示，寬頻帶鎖相環頻率綜合器包括鑑頻鑑相器10A、電荷泵10B、壓控振蕩器12、分頻數可控環內分頻器MA、分頻數固定環內分頻器MB、電壓檢測電路21和計數器 22。輸入信號CKIN進入輸入頻率分頻器後輸出信號CKRF，信號CKRF進入由鑑頻鑑相器IOA和電荷泵IOB組成的単元10中。在単元10中，鑑頻鑑相器IOA將UP、DN信號傳輸給電荷泵10B。電荷泵IOB的輸出端分別與電壓檢測電路21和壓控振蕩器12的輸入端相連接。壓控振蕩器12的輸出端與分頻數可控環內分頻器2 輸入端連接，分頻數可控環內分頻器2 輸出入端與分頻數固定環內分頻器MA的輸入端連接，分頻數固定環內分頻器 23A的輸出入端與単元10中鑑頻鑑相器IOA的輸入端連接。電壓檢測電路21的輸出端與計數器22連接，並將UD、0K信號傳輸給計數器22，計數器的輸出端與分頻數可控環內分頻器輸入端連接。其中，鑑頻鑑相器用於檢測外部參考信號CLKref和內部反饋信號CLKfb之間的相
5位差並輸出正比於該相位差的電壓信號，即一個上升脈衝信號UP或下降脈衝信號DN。電荷泵用於放大鑑頻鑑相器輸出的電壓信號。壓控振蕩器根據傳輸過來的電壓信號(即控制電壓)改變其輸出信號CLKvc0的頻率和相位。分頻器用於對壓控振蕩器的輸出信號CLKvc0 進行分頻(例如N分頻)，並輸出內部反饋信號CLKfb。由此，整個鎖相環頻率綜合器就形成了反饋，最終壓控振蕩器的輸出信號CLKvc0鎖定在外部參考信號CLKref的相位和N倍頻率上，而壓控振蕩器的輸出信號CLKvc0即為鎖相環頻率綜合器的輸出信號。初始狀態VC0工作範圍在0. 5GHz 2GHz，鎖相環環內分頻數固定分頻器分頻數為10，計數器初始輸出狀態為「11」，即輸出值為3。其最低工作頻率為0. 5GHz/10/8 =
6.25MHz，最高工作頻率為X8=1.6GHz。假定輸入信號頻率為20MHz (低頻狀態)，由於輸出值為3，則前級頻率輸入分頻器分頻數為8，分頻數可控環內分頻器不分頻。此時CKRF = 2. 5M，那麼VCO輸出為25M，環內分頻器總分頻比為10倍，顯然會明顯低於工作範圍。所以，此時電荷泵輸出VC的值也會低於最低閾值電壓VI，迫使計數器做減法運算，輸出值減去I變為2。穩定後，輸出值為2，前級頻率輸入分頻器分頻數為4，分頻數可控環內分頻器分頻數為2，00^ = 511，￥0)輸出為10011。VC依然低於VI，輸出值繼續減I。輸出值為I時， 前級頻率輸入分頻器分頻數為2，分頻數可控環內分頻器分頻數為4，CKRF = 10M，VC0輸出為400M。VC依然低於VI，輸出值變為O。重複多次之前過程，直到輸出值減為零。輸出值為0時，前級頻率輸入分頻器不分頻，分頻數可控環內分頻器分頻數為8，此時，環內分頻器總分頻比為80倍，CKRF = 20M, VCO輸出為I. 6G，處於正常工作狀態，CKOUT輸出為200M， OK信號為I，計數器停止工作。電路進入PLL正常工作程序(方框內區域)，鎖相環進入最終頻率鎖定狀態。以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為範例，本發明並不限制於以上描述的具體實施例。對於本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的範疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和範圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種寬頻帶鎖相環頻率綜合器，包括鑑頻鑑相器、電荷泵、環路濾波器、壓控振蕩器， 其特徵在於，還包括電壓反饋輸入頻率分頻電路，所述電壓反饋輸入頻率分頻電路連接在電荷泵輸出端與鑑頻鑑相器輸入端之間，所述電荷泵連接在鑑頻鑑相器輸出端和環路濾波器輸入端之間，所述壓控振蕩器連接在環路濾波器輸出口端與電荷泵輸入端之間；所述電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓。
2.根據權利要求I所述的寬頻帶鎖相環頻率綜合器，其特徵在於，所述電壓反饋輸入頻率分頻電路包括電壓檢測電路、計數器和分頻數可控分頻器，所述計數器連接在電壓檢測器輸出端和分頻數可控分頻器輸入端之間，所述壓控振蕩器與分頻數可控分頻器之間連接;所述電壓檢測電路用於檢測鎖相環電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓；所述計數器用於對電壓檢測電路的數字輸出信號進行處理並傳遞給分頻數可控分頻器。
3.根據權利要求2所述的寬頻帶鎖相環頻率綜合器，其特徵在於，所述分頻數可控分頻器包括分頻數固定環內分頻器和分頻數可控環內分頻器，所述分頻數可控環內分頻器的分頻數控制端與計數器輸出信號輸出端相連。
4.根據權利要求I所述的寬頻帶鎖相環頻率綜合器，其特徵在於，所述電壓檢測電路具有三個輸入端，所述三個輸入端分別與鎖相環電荷泵輸出端以及兩恆定電壓Vh、VI相連，電壓檢測器的輸出端為一個兩位數位訊號輸出端，其中Vh為鎖相環壓控振蕩器的最高輸出頻率對應控制電壓，VI為鎖相環壓控振蕩器的最低輸出頻率對應控制電壓；所述電壓檢測器用於檢測鎖相環電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓。
5.根據權利要求4寬頻帶鎖相環頻率綜合器，其特徵在於，所述電壓檢測器的輸出端為兩位數位訊號輸出端。
全文摘要
本發明提供一種寬頻帶鎖相環頻率綜合器，包括鑑頻鑑相器、電荷泵、環路濾波器、壓控振蕩器和電壓反饋輸入頻率分頻電路，所述電壓反饋輸入頻率分頻電路連接在電荷泵輸出端與鑑頻鑑相器輸入端之間，所述電荷泵連接在鑑頻鑑相器輸出端和環路濾波器輸入端之間，所述壓控振蕩器連接在環路濾波器輸出口端與電荷泵輸入端之間；所述電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓。
文檔編號H03L7/08GK102545892SQ20121001616
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月18日 優先權日2012年1月18日
發明者曹永峰 申請人:上海華力微電子有限公司