專利名稱：一種超低功耗鎖相環(huán)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芯片級電路設(shè)計(jì)，尤其涉及一種電路設(shè)計(jì)簡單、超低功耗、較高性能快速鎖定相位的鎖相環(huán)電路。
背景技術(shù)：
在集成電路的器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，現(xiàn)有常用的鎖相環(huán)電路如圖I所示，其主要由鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和分頻器構(gòu)成。其工作原理為鑒頻鑒相器根據(jù)參考頻率和分頻頻率的頻率相位差產(chǎn)生一定寬度的脈沖信號，來打開和關(guān)閉電荷泵的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)路濾波器的電容充放電，產(chǎn)生控制電壓，改變壓控振蕩器的振蕩頻率，然后 該頻率再經(jīng)過分頻器進(jìn)行分頻得到分頻頻率，繼續(xù)與參考頻率進(jìn)行鑒頻鑒相，直到兩者頻率相位相等，環(huán)路鎖定為止，輸出相位鎖定的頻率信號Fvco。該鎖相環(huán)電路的主要缺點(diǎn)(1)功耗非常大，由于壓控振蕩器和分頻器都工作在較高的工作頻率上，需要消耗較大的工作電流才能正常工作。(2)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，由于每個組成電路都有至關(guān)重要的作用，缺一不可，整個環(huán)路的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。(3)性能較差，由于鑒頻鑒相器的非線性、電荷泵的電流失配、壓控振蕩器的器件噪聲和分頻器的器件轉(zhuǎn)換速度等因素的影響，一般該鎖相環(huán)電路的輸出頻率具有很差的相位噪聲性能和雜散性能。(4)設(shè)計(jì)復(fù)雜度較高，由于壓控振蕩器的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，并且需要考慮電荷泵的非理想因素和分頻器速度，以及環(huán)路的整體性能，通常環(huán)路的整體設(shè)計(jì)具有很高的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的旨在提供一種超低功耗鎖相環(huán)電路，解決以較簡單的電路設(shè)計(jì)并以超低功耗獲得性能優(yōu)異、相位迅速鎖定頻率輸出問題。本發(fā)明解決目的的技術(shù)方案是一種超低功耗鎖相環(huán)電路，其特征在于包括一個用于檢測參考頻率和分頻頻率相位非一致性的異或門鑒相器、一個與異或門鑒相器輸出相連的流控振蕩器以及一個分頻器，所述分頻器的輸出端接入異或門鑒相器的一個輸入端，所述分頻器的輸入端與流控振蕩器的輸出相接且為相位鎖定的頻率輸出，其中所述流控振蕩器包括兩路電流轉(zhuǎn)電壓器，兩個比較器和一個鎖存器，其中一路電流轉(zhuǎn)電壓器的輸入端接入由異或門鑒相器產(chǎn)生的一路脈沖信號，另一路電流轉(zhuǎn)電壓器的輸入端接入由異或門鑒相器產(chǎn)生的另一個脈沖信號；每一路電流轉(zhuǎn)電壓器的輸出端接一個具參考電壓Vref的電壓比較器，兩個比較器一并輸出連接至鎖存器。進(jìn)一步地，所述分頻器為基于相位開關(guān)的分頻器，且所述由三個逐級順次相連的除2前置分頻器、除2中置分頻器和除2后置分頻器構(gòu)成，具有八路相位差45°的分頻輸出信號Pl P8。進(jìn)一步地，所述電流轉(zhuǎn)電壓器為一個含電容及電流源的充電電路，所述電容的正極為電壓輸出并接入電壓比較器。進(jìn)一步地，所述鎖存器為兩個或非門構(gòu)成的時鐘同步電路，一個比較器與一個或非門的一個輸入端相接，另一個比較器與另一個或非門的一個輸入端相接，兩個或非門的輸出端互相接入對方的另一個輸入端，并且任意一個或非門的輸出端為鎖存器的輸出。本發(fā)明鎖相環(huán)電路的研制與應(yīng)用，所具有多方面的技術(shù)效果主要包括，由于電路結(jié)構(gòu)簡單，大大降低了電路的功耗，同時也降低了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。此外，該鎖相環(huán)電路也極大地提升了鎖相環(huán)的性能，表現(xiàn)為鎖相速度較快，輸出頻率的相位噪聲和雜散性較好等。


圖I是集成電路設(shè)計(jì)中現(xiàn)有常用鎖相環(huán)的電路框圖。圖2是本發(fā)明提出的超低功耗鎖相環(huán)的電路框圖。圖3是圖2中的流控振蕩器的電路框圖。圖4是圖2中的分頻器的電路框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對傳統(tǒng)的鎖相環(huán)的諸多缺陷，針對性地研究設(shè)計(jì)并提出了一種超低功耗的鎖相環(huán)電路，以解決上述問題。如圖2至圖4所示的該種鎖相環(huán)電路的框圖可見，該振蕩器的電路結(jié)構(gòu)組成包括一個用于檢測參考頻率和分頻頻率相位非一致性的異或門鑒相器(或稱為XOR鑒相器)、一個與異或門鑒相器輸出相連的流控振蕩器以及一個分頻器，該分頻器的輸出端接入異或門鑒相器的一個輸入端，且分頻器的輸入端與流控振蕩器的輸出相接且為相位鎖定的頻率輸出Fvco。如圖3所示該流控振蕩器包括兩路電流轉(zhuǎn)電壓器，兩個比較器和一個鎖存器，其中一路電流轉(zhuǎn)電壓器的輸入端接入脈沖信號1，另一路電流轉(zhuǎn)電壓器的輸入端接入脈沖信號2，且脈沖信號I與脈沖信號2的占空比相異；每一路電流轉(zhuǎn)電壓器的輸出端接一個具參考電壓Vref的電壓比較器，兩個比較器一并輸出連接至鎖存器，鎖存器的輸出為流控振蕩器的頻率輸出。進(jìn)一步細(xì)化來看，該電流轉(zhuǎn)電壓器為一個含電容及電流源的充電電路，電容的正極為電壓輸出并接入電壓比較器。該鎖存器為兩個或非門構(gòu)成的時鐘同步電路，一個比較器與一個或非門的一個輸入端相接，另一個比較器與另一個或非門的一個輸入端相接，兩個或非門的輸出端互相接入對方的另一個輸入端，并且任意一個或非門的輸出端為鎖存器的輸出。該流控振蕩器的工作原理為由兩路占空比不同的脈沖信號，打開或者關(guān)閉電流轉(zhuǎn)電壓器的電流開關(guān)，實(shí)現(xiàn)電容的充放電，將電流轉(zhuǎn)換為電壓，再分別與參考電壓Vref在電壓比較器中進(jìn)行電壓比較，產(chǎn)生兩路時鐘信號，最終輸入到鎖存器中進(jìn)行時鐘同步處理，得到所需的輸出信號頻率。再者，如圖4所示，該分頻器為基于相位開關(guān)的分頻器，即由相位間的切換實(shí)現(xiàn)分頻，在功耗和速度上都具有較突出的優(yōu)勢。其是由三個逐級順次相連的除2前置分頻器、除2中置分頻器和除2后置分頻器構(gòu)成，從圖示可見，ICO的差分輸出信號Fico首先被輸入除2前置分頻器，產(chǎn)生兩路相差180°的差分信號，繼而被輸入除2中置分頻器產(chǎn)生四路相差90°的正交差分信號，最后再被輸入除2后置分頻器，產(chǎn)生八路相差45°的分頻信號Pl P8。通過外部的MCU控制，可使這八路相差45°的分頻信號Pl P8在彼此間進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)不同的分頻要求，這點(diǎn)上為本領(lǐng)域的常用技術(shù)，故不再詳述其控制方法及過程。從圖I所示鎖相環(huán)電路整個原理來看其由XOR鑒相器來檢測參考頻率和分頻頻率的相位不一致性，產(chǎn)生不同寬度的脈沖信號，再由該脈沖信號去打開或者關(guān)閉流控振蕩器的電流開關(guān)，其寬度可以控制電流充電時間，輸出相應(yīng)的振蕩頻率，再由分頻器進(jìn)行分頻得到分頻頻率，如此反復(fù)進(jìn)行，直到環(huán)路鎖定為止。由此可見上述鎖相環(huán)電路的主要優(yōu)點(diǎn)
(I)功耗低，由于結(jié)構(gòu)簡單，組成單元較少，并且組成單元電路相對簡單，其功耗非常低。(2)結(jié)構(gòu)簡單，整個環(huán)路僅由鑒相器、流控振蕩器和分頻器三部分夠成，相對于電荷泵鎖相環(huán)來說，結(jié)構(gòu)比較簡單。(3)設(shè)計(jì)復(fù)雜度低，由于鑒相器僅有一個數(shù)字的XOR構(gòu)成，流控振蕩器較壓控振蕩器結(jié)構(gòu)相對簡單，所以整個環(huán)路設(shè)計(jì)復(fù)雜度相對較低。(4)性能優(yōu)越，由于整個環(huán)路偏數(shù)字化工作，所以整個環(huán)路工作速度比較快，另外其輸出頻率的相位噪聲性能和雜散 性能都非常的好。綜上所述，是對本發(fā)明一種超低功耗鎖相環(huán)電路通過具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，但并非以這些實(shí)施例來限制本發(fā)明多樣性的實(shí)施方式及要求的權(quán)利要求保護(hù)范圍。因此，但凡理解本發(fā)明，并根據(jù)上述實(shí)施例進(jìn)行的等效結(jié)構(gòu)變化或構(gòu)件替換，能夠?qū)崿F(xiàn)相同目的和效果的設(shè)計(jì)，均應(yīng)視為對本專利申請保護(hù)內(nèi)容的侵犯。
權(quán)利要求
1.一種超低功耗鎖相環(huán)電路，其特征在于包括一個用于檢測參考頻率和分頻頻率相位非一致性的異或門鑒相器、一個與異或門鑒相器輸出相連的流控振蕩器以及一個分頻器，所述分頻器的輸出端接入異或門鑒相器的一個輸入端，所述分頻器的輸入端與流控振蕩器的輸出相接且為相位鎖定的頻率輸出，其中所述流控振蕩器包括兩路電流轉(zhuǎn)電壓器，兩個比較器和一個鎖存器，其中一路電流轉(zhuǎn)電壓器的輸入端接入由異或門鑒相器產(chǎn)生的一路脈沖信號，另一路電流轉(zhuǎn)電壓器的輸入端接入由異或門鑒相器產(chǎn)生的另一個脈沖信號；每一路電流轉(zhuǎn)電壓器的輸出端接一個具參考電壓Vref的電壓比較器，兩個比較器一并輸出連接至鎖存器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超低功耗鎖相環(huán)電路，其特征在于所述分頻器為基于相位開關(guān)的分頻器，且所述由三個逐級順次相連的除2前置分頻器、除2中置分頻器和除2后置分頻器構(gòu)成，具有八路相位差45°的分頻輸出信號Pl P8。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超低功耗鎖相環(huán)電路，其特征在于所述電流轉(zhuǎn)電壓器為一個含電容及電流源的充電電路，所述電容的正極為電壓輸出并接入電壓比較器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超低功耗鎖相環(huán)電路，其特征在于所述鎖存器為兩個或非門構(gòu)成的時鐘同步電路，一個比較器與一個或非門的一個輸入端相接，另一個比較器與另一個或非門的一個輸入端相接，兩個或非門的輸出端互相接入對方的另一個輸入端，并且任意一個或非門的輸出端為鎖存器的輸出。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種鎖相環(huán)電路，其包括一個用于檢測參考頻率和分頻頻率相位非一致性的異或門鑒相器、一個與異或門鑒相器輸出相連的流控振蕩器以及一個分頻器，分頻器的輸出端接入異或門鑒相器的一個輸入端，分頻器的輸入端與流控振蕩器的輸出相接且為相位鎖定的頻率輸出。其中流控振蕩器為利用異或門鑒相器產(chǎn)生的兩路脈沖信號經(jīng)轉(zhuǎn)電壓、電壓比較、產(chǎn)生時鐘信號后輸入到鎖存器中處理得到所需的頻率輸出信號。通過反復(fù)進(jìn)行的鑒相、流控振蕩、分頻直至環(huán)路鎖定。研制與應(yīng)用本發(fā)明的流控振蕩器，簡化了電路結(jié)構(gòu)，極大地降低了電路的功耗及設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。此外也極大地提升了鎖相環(huán)的性能，表現(xiàn)為鎖相速度較快，輸出頻率的相位噪聲和雜散性較好。
文檔編號H03L7/085GK102931981SQ20121045273
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者時鍇 申請人:蘇州磐啟微電子有限公司