專利名稱：頻率合成器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種頻率合成器。
背景技術：
己經(jīng)研發(fā)了具有微處理器的大型集成電路裝置。典型地，在微處理器中， 執(zhí)行由程序指定的操作的操作裝置可以與時鐘同步地工作。通常用頻率合成器電路來產生時鐘，該頻率合成器電路使用PLL(鎖相環(huán)路)。但是，因為PLL的相位噪聲對系統(tǒng)直接產生影響，所以設計低抖動(jitter) 的頻率合成器很重要。因此，本領域需要改良的頻率合成器。發(fā)明內容本發(fā)明的實施例提供一種頻率合成器。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，頻率合成器設置為具有低抖動部件。 此外，實施例可提供能夠將功耗最小化的頻率合成器。 根據(jù)一個實施例的頻率合成器包括相位頻率檢測器，用于基于基準信 號與比較信號之間檢測到的頻率差和相位差，產生向上信號和向下信號；電 荷泵，用于根據(jù)所述向上信號或所述向下信號，通過充電或放電電壓來輸出 控制信號；壓控振蕩器，用于根據(jù)所述電荷泵輸出的所述控制信號來輸出具 有一個頻率的信號作為振蕩輸出信號；占空因數(shù)校正電路，連接于所述壓控振蕩器，以補償占空因數(shù)；以及反饋分頻器，通過劃分所述振蕩輸出信號的 頻率，將所述比較信號提供給所述相位頻率檢測器。利用本發(fā)明，可提供具有低抖動部件的頻率合成器。此外，還可提供能 夠將功耗最小化的頻率合成器。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的頻率合成器的方框圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的相位頻率檢測器的電路圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的頻率合成器的電荷泵的電路圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的頻率合成器的壓控振蕩器的電路圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的頻率合成器的占空因數(shù)校正電路的電路圖。
具體實施方式
下面參照附圖描述根據(jù)實施例的頻率合成器。 圖1是示出根據(jù)實施例的頻率合成器的方框圖。根據(jù)實施例，題述頻率合成器100適于獲得650MHz的輸出頻率特性。 參照圖l，頻率合成器100可包括相位頻率檢測器(PFD)IO、電荷泵(CP) 20、壓控振蕩器(VCO)30、占空因數(shù)校正電路(DCC)40、以及反饋分頻器 (divider) 50。在另一實施例中，頻率合成器100可包括基準分頻器70和后置分頻器 (post divider) 60。根據(jù)實施例，基準分頻器70可設計為4位可編程分頻器， 反饋分頻器50可設計為8位可編程分頻器，后置分頻器60可設計為3位可 編程分頻器。圖2是示出根據(jù)實施例的PFD 10的電路圖。參照圖2， PFD 10可檢測基準信號fk與比較信號fs之間的相位差和頻率 差。當與基準信號fe的相位相比，比較信號fs的相位落后時，PFD 10輸出 相位誤差向上(up)信號。而當與基準信號fR的相位相比，比較信號fs的相 位領先時，PFD10輸出相位誤差向下(down)信號。根據(jù)實施例，PFD 10構造為使得該PFD 10能夠檢測頻率以及相位。再參照圖1， PFD10對基準信號fR與比較信號fs做比較，然后將與這兩 個信號之間的頻率差、相位差相應的相位誤差向上/向下信號輸出到CP 20， 其中基準信號fR可以是基準分頻器70的輸出信號，比較信號fs可以是反饋 分頻器50的輸出信號。再參照圖2， PFD10中可包括延遲單元11，使得PFD10能夠將相位誤差向上/向下信號同時變?yōu)楦邥r出現(xiàn)的死區(qū)(deadzone)現(xiàn)象最小化。PFD 10的輸出信號可用于控制CP 20。這可以通過改變CP 20中包括的環(huán)路濾波器23的值來實現(xiàn)。圖3是示出根據(jù)實施例的CP 20的電路圖。CP 20可包括電流源和開關電路21、緩沖電路22和環(huán)路濾波器23。CP 20基于相位誤差向上信號對環(huán)路濾波器23充電，基于相位誤差向下 信號對環(huán)路濾波器23放電。環(huán)路濾波器23用作低通濾波器。具體而言，環(huán)路濾波器23允許低頻帶 的輸出信號通過，使得輸出信號能夠傳輸給VC0 30。根據(jù)實施例，環(huán)路濾波器23包括一個電阻R1和兩個電容C1、 C2?？?慮開環(huán)帶寬和相位容限來確定濾波器參數(shù)。在一個實施例中，通過選擇56° 的相位容限和lMHz的環(huán)路帶寬能夠確定環(huán)路濾波器23的最佳參數(shù)C1、 C2 和Rl。電流源和開關電路21基于PFD IO輸出的相位誤差向上信號和相位誤差 向下信號來運行。如果相位誤差向上信號輸入電流源和開關電路21，則開關 Sl、 S4工作在導通狀態(tài)下，而開關S2、 S3工作在斷開狀態(tài)下，以向環(huán)路濾 波器23提供充電電流。此外，如果從PFD10接收到相位誤差向下信號，則開關S1、 S4工作在 斷開狀態(tài)下，而開關S2、 S3工作在導通狀態(tài)下，以允許從環(huán)路濾波器23流 出放電電流。開關S1、 S2可以是PMOS晶體管，開關S3、 S4可以是NMOS晶體管?？梢酝ㄟ^充電電流和放電電流對環(huán)路濾波器23進行充電和放電，使環(huán) 路濾波器23產生控制電壓并將該控制電壓提供給VCO 30。緩沖電路22補償VCO 30處出現(xiàn)的開關時間失配和電流失配。不管什么 時候PMOS晶體管和NMOS晶體管分別通過相位誤差向上/向下信號而導通/ 斷開，都會因為所產生的電荷分配(charge sharing)而可能出現(xiàn)開關時間失 配和電流失配。電流失配可造成頻率合成器100的抖動。參照圖3，緩沖電路22包括OP-AMP。因此，當開關S1、 S4處于斷開 狀態(tài)而開關S2、 S3處于導通狀態(tài)時，緩沖電路22向電容Cu提供負電荷。當開關S1、 S4處于導通狀態(tài)而開關S2、 S3處于斷開狀態(tài)時，緩沖電路22 向電容Cd提供正電荷。由此將開關時間失配和電流失配最小化。環(huán)路濾波器23根據(jù)CP 20的操作產生控制電壓，并將控制電壓輸出到 VCO30,在該控制電壓下，VCO30以目標頻率振蕩。圖4是示出根據(jù)實施例的VCO 30的電路圖。VCO 30可分為反相器延遲鏈式振蕩器或差分延遲(differential delay) 鏈式振蕩器。參照圖4，根據(jù)實施例，為了降低電源電壓的噪聲，可使用差 分延遲鏈式環(huán)形振蕩器。環(huán)形振蕩器可利用電流控制信號(Vcon)進行振蕩操作。這里，環(huán)形振蕩 器包括四個差分延遲單元31。因此，總的相位延遲是360度。VCO 30可具有500 MHz至1000 MHz的頻率產生范圍，能夠處理10MHz 至lOOMHz的輸入信號。VCO 30輸出其頻率受控制電壓控制的信號。這個輸出信號可稱為振蕩 輸出信號。圖5是示出根據(jù)實施例的DCC 40的電路圖。DCC 40可加在VCO30的輸出端子，使得頻率合成器100的輸出占空因 數(shù)比的值為50±5°/。。DCC40可具有差分結構。晶體管41、 42的寬度和長度尺寸可選擇為使 得頻率合成器100能夠保持50%的占空因數(shù)比。再參照圖1，通過劃分振蕩輸出信號的頻率，反饋分頻器50將比較信號 fs輸出給PFDlO。此外，頻率合成器100還可以包括掉電(power down)模塊90。掉電模 塊90提供掉電模式，用于通過待機模式中的開關操作來降低功耗。在另一實施例中，頻率合成器100可包括鎖定檢測器80。在一個實施例 中，鎖定檢測器80可以是10位鎖定檢測器，用于確定鎖定狀態(tài)。鎖定檢測器80可用于確定基準信號fk和比較信號fs是否被鎖定，其中 基準信號fe是基準分頻器70的輸出信號，而比較信號fs是反饋分頻器50的 輸出信號。根據(jù)利用鎖定檢測器80的一個實施例，如果在10個連續(xù)的比較周期內 相位差小于2ns，則鎖定檢測器80確定當前狀態(tài)為鎖定狀態(tài)，然后輸出高電平信號。但是，如果在10個連續(xù)的比較周期內相位差大于2ns，則鎖定檢測 器80確定當前狀態(tài)為非鎖定狀態(tài)，然后輸出低電平信號。上述頻率合成器IOO運行使得比較信號與基準信號具有相同的相位，由 此控制VCO 30以目標頻率振蕩。因此，上述實施例可提供具有低抖動部件的頻率合成器。 此外，實施例可提供能夠將功耗最小化的頻率合成器。 說明書中對"一個實施例"、"實施例"、"示例性實施例"等等的所 有參考都表示結合實施例所述的具體特征、結構或特性包括在本發(fā)明的至少 一個實施例中。這些用語在說明書中不同地方的出現(xiàn)不一定都指同一個實施 例。此外，當結合任一實施例描述具體特征、結構或特性時，都認為它落入 本領域技術人員結合其它實施例能夠實現(xiàn)這些特征、結構或特性的范圍內。雖然參照很多示例性實施例描述了本發(fā)明的實施例，應當理解，本領域 技術人員能夠設計出很多其它的改型和實施例，這些改型和實施例將落入本 發(fā)明原理的精神和范圍內。具體而言，對于落入說明書、附圖和所附權利要 求書范圍內的主題組合配置的組成部分和/或配置，各種變型和改型都是可能 的。對于本領域技術人員來說，除了組成部分和/或配置的變型和改型，替代 性使用也是顯然的。
權利要求
1、一種頻率合成器，包括相位頻率檢測器，用于基于檢測到的基準信號與比較信號之間的頻率差和相位差，產生向上信號和向下信號；電荷泵，用于從所述相位頻率檢測器接收所述向上信號和所述向下信號，并基于所述向上信號和所述向下信號，通過充電或放電電壓來輸出控制信號；壓控振蕩器，用于利用所述電荷泵輸出的所述控制信號來輸出振蕩輸出信號；占空因數(shù)校正電路，連接至所述壓控振蕩器，以補償所述振蕩輸出信號的占空因數(shù)；以及反饋分頻器，用于劃分所述振蕩輸出信號的頻率，并將劃分后的頻率作為所述比較信號輸出給所述相位頻率檢測器。
2、 如權利要求1所述的頻率合成器，還包括-基準分頻器，用于劃分輸入頻率，并將劃分后的輸入頻率作為所述基準 信號輸出給所述相位頻率檢測器；以及后置分頻器，用于劃分所述振蕩輸出信號的頻率，并將所述振蕩輸出信 號的劃分后的頻率輸出。
3、 如權利要求2所述的頻率合成器，其中，所述基準分頻器包括4位可編程分頻器。
4、 如權利要求2所述的頻率合成器，其中，所述后置分頻器包括3位 可編程分頻器。
5、 如權利要求1所述的頻率合成器，其中，當與所述基準信號的相位 相比，所述比較信號的相位落后時，所述相位頻率檢測器輸出所述向上信號; 當與所述基準信號的相位相比，所述比較信號的相位領先時，所述相位頻率 檢測器輸出所述向下信號。
6、 如權利要求5所述的頻率合成器，其中，所述相位頻率檢測器包括 延遲單元，當所述向上信號和所述向下信號都為高時，所述延遲單元被激活。
7、 如權利要求1所述的頻率合成器，其中，所述電荷泵包括 電流源和開關電路，用于根據(jù)所述相位頻率檢測器的所述向上信號和所述向下信號，通過進行開關操作來控制充電和放電操作；環(huán)路濾波器，用于當所述基準信號與所述比較信號之間沒有頻率差和相 位差時，向所述電流源和開關電路提供電流；以及緩沖電路，設置在所述電流源和開關電路與所述環(huán)路濾波器之間，用于 補償開關時間失配和電流失配。
8、 如權利要求7所述的頻率合成器，其中，所述環(huán)路濾波器包括電阻、 第一電容、第二電容，所述電阻和所述第一電容與所述第二電容并聯(lián)連接。
9、 如權利要求1所述的頻率合成器，其中，所述壓控振蕩器包括差分 延遲鏈式環(huán)形振蕩器。
10、 如權利要求9所述的頻率合成器，其中，所述壓控振蕩器包括四個 差分延遲單元。
11、 如權利要求1所述的頻率合成器，其中，所述反饋分頻器包括8位 可編程分頻器。
12、 如權利要求1所述的頻率合成器，還包括掉電，用于在待機模式中 通過開關操作來阻止供電。
13、 如權利要求1所述的頻率合成器，還包括鎖定檢測器，所述鎖定檢 測器連接于所述相位頻率檢測器，以確定所述基準信號與所述比較信號之間 的鎖定狀態(tài)。
14、 如權利要求13所述的頻率合成器，其中，所述鎖定檢測器包括IO 位鎖定檢測器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頻率合成器。所述頻率合成器包括相位頻率檢測器，用于通過檢測基準信號與比較信號之間的頻率差和相位差，產生向上信號和向下信號；電荷泵，用于根據(jù)所述向上信號和所述向下信號來輸出控制信號；壓控振蕩器，用于根據(jù)所述控制信號來輸出振蕩輸出信號；占空因數(shù)校正電路，連接于所述壓控振蕩器，以補償所述振蕩輸出信號的占空因數(shù)；以及反饋分頻器，用于通過劃分所述振蕩輸出信號的頻率，將所述比較信號提供給所述相位頻率檢測器。利用本發(fā)明，可提供具有低抖動部件的頻率合成器，還可提供能夠將功耗最小化的頻率合成器。
文檔編號H03L7/085GK101335523SQ20081012489
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權日2007年6月25日
發(fā)明者劉旻鐘 申請人:東部高科股份有限公司