專利名稱：一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鎖相環(huán)的鑒頻鑒相器，特別地，本發(fā)明涉及一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器。
背景技術(shù)：
鎖相環(huán)電路廣泛應(yīng)用于頻率合成系統(tǒng)、數(shù)據(jù)與時鐘恢復(fù)系統(tǒng)和電子、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。圖1是鎖相環(huán)電路的結(jié)構(gòu)圖，它通常包括5個主要部件:鑒頻鑒相器、電荷泵、濾波器、壓控振蕩器和分頻器。如圖1所示，鑒頻鑒相器接收晶振信號和分頻器的輸出信號f2，檢測二者之間的頻率差和相位差，并生成輸出控制信號UP和DOWN。電荷泵接收控制信號UP和DOWN，并將它們轉(zhuǎn)換成濾波器上的電流。電流經(jīng)過濾波器，輸出電壓到壓控振蕩器，以控制壓控振蕩器輸出信號的頻率。壓控振蕩器輸出的信號經(jīng)過分頻器分頻后又返回到鑒頻鑒相器。當(dāng)晶振信號領(lǐng)先于分頻器的輸出信號f2時，電荷泵的輸出電流將增大以在濾波器的輸出端產(chǎn)生較大的電壓，進(jìn)而增大壓控振蕩器的輸出信號的頻率。相反，當(dāng)晶振信號落后于分頻器的輸出信號時，電荷泵的輸出電流將減小以在濾波器的輸出端產(chǎn)生較小的電壓，進(jìn)而減小壓控振蕩器的輸出信號的頻率。當(dāng)晶振信號和分頻器的輸出信號f2校準(zhǔn)時，濾波器上的電壓不變并且壓控振蕩器的輸出信號頻率保持恒定，則鎖相環(huán)處于“鎖定”狀態(tài)。然而，當(dāng)晶振信號和分頻器的輸出信號f2的邊沿非常接近時，鑒頻鑒相器輸出的控制信號UP和DOWN沒有充分的時間進(jìn)行徹底切換并由此驅(qū)動電荷泵，導(dǎo)致鎖相環(huán)在小的相位差上承受過度的相位抖動，大大降低了鎖相環(huán)的性能。不能檢測到的小的相位差的低增益區(qū)即為死區(qū)。同時，鑒頻鑒相器產(chǎn)生的兩路控制信號UP和DOWN過于單一，不能滿足對結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的電荷泵的控制需求。且控制信號很難同時達(dá)到電荷泵，以至于造成鎖相環(huán)輸出信號的抖動。

發(fā)明內(nèi)容
針對背景技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、零死區(qū)、低功耗和能夠同時形成四路控制信號的一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器，其特征在于，包括輸入端連接二路頻率信號并用于檢測該兩路頻率信號的頻率和相位的頻率相位檢測電路、將頻率相位檢測電路產(chǎn)生的控制信號經(jīng)過處理后形成四路能夠同時到達(dá)電荷泵的控制信號的控制信號輸出電路、以及讀取頻率相位檢測電路的控制信號，然后對頻率相位檢測電路進(jìn)行復(fù)位和延時控制的復(fù)位、延時電路；其中，頻率相位檢測電路分別與二路頻率信號、控制信號輸出電路和復(fù)位、延時電路相連；控制信號輸出電路與頻率相位檢測電路相連；復(fù)位、延時電路與頻率相位檢測電路相連。
在上述的一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器，所述頻率相位檢測電路包括兩個D觸發(fā)器DFFl和DFF2 ;所述兩個D觸發(fā)器DFFl和DFF2的CLK端分別接二路頻率信號，D端接電源VDD，輸出端Q接控制信號輸出電路的輸入端，輸出端Qn接復(fù)位、延時電路的輸入端。在上述的一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器，所述控制信號輸出電路包括兩個控制輸出單元，每個控制單元包括兩個異或門、兩個與非門和六個反相器；其中一個控制單元的異或門XORl的輸入端分別與電源VDD和控制信號UP相連，輸出端與與非門NANDl相連；異或門X0R2的輸入端分別與控制信號UP和地相連，輸出端與與非門NAND2相連；與非門NANDl的輸入端分別與XORl的輸出端和NAND2的輸出端相連，輸出端接反相器INVl ;與非門NAND2的輸入端分別與X0R2的輸出端和NANDl的輸出端相連，輸出端接反相器INV4 ;反相器INVf INV3依次首尾相連，其中INVl的輸入端與NANDl的輸出端相連，INV3的輸出端輸出控制信號UPBl ;反相器INV4 INV6依次首尾相連，其中INV4的輸入端與NAND2的輸出端相連，INV6的輸出端輸出控制信號UPl ;另一個控制單元的異或門X0R3的輸入端分別與控制信號DOWN和地相連，輸出端與與非門NAND3相連；異或門X0R4的輸入端分別與控制信號DOWN和電源VDD相連，輸出端與與非門NAND4相連；與非門NAND3的輸入端分別與X0R3的輸出端和NAND4的輸出端相連，輸出端接反相器INV7 ;與非門NAND4的輸入端分別與X0R4的輸出端和NAND3的輸出端相連，輸出端接反相器INVlO ；反相器INV7 INV9依次首尾相連，其中INV7的輸入端與NAND3的輸出端相連，INV9的輸出端輸出控制信號DOWNl ;反相器INV1(TINV12依次首尾相連，其中INVlO的輸入端與NAND4的輸出端相連，INV12的輸出端輸出控制信號DOWNBl。在上述的一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器，所述復(fù)位、延時電路包括或非門、反相器和MOS管；其中或非門NORl的輸入端分別與兩個D觸發(fā)器的輸出端Qn相連，輸出端與反相器INV13相連，反相器INV13 INV20依次首尾相連，MOS管Q1 Q8的漏極分別與反相器INV13 INV20的輸出端相連，源極分別與MOS管Q9 Q16的柵極相連，其中Ql和Q5的柵極與電源VDD相連，Q2和Q6的柵極與或門ORl的輸出端相連，Q3和Q7的柵極同時與第一可編程控制信號相連，Q4和Q8的柵極與與門ANDl的輸出端相連；M0S管Q9、16的源極和漏極都與地相連，柵極分別與QfQS的源極相連；或門ORl的輸入端分別接第一可編程控制信號和第二可編程控制信號，輸出端接Q2和Q5的柵極；與門ANDl的輸入端分別接可編程控制信號第一可編程控制信號和第二可編程控制信號，輸出端接Q4和Q8的柵極。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):1、設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單易懂，且可完全實(shí)現(xiàn)。2、具有可編程延時功能，靈活性好。3、零死區(qū)。4、能夠生產(chǎn)四路控制信號。5、低功耗。


圖1是鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明鑒頻鑒相器的結(jié)構(gòu)圖。圖3是頻率相位檢測電路結(jié)構(gòu)圖。圖4是控制信號輸出電路結(jié)構(gòu)圖。圖5是復(fù)位、延時電路結(jié)構(gòu)圖。
圖6是鑒頻鑒相器的總體電路圖。圖7是電荷泵電路的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為了更加清楚明白的解釋本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明?？删幊萄訒r多路控制信號鑒頻鑒相器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其組成包括輸入端連接二路頻率信號并用于檢測該兩路頻率信號的頻率和相位的頻率相位檢測電路、將頻率相位檢測電路產(chǎn)生的控制信號經(jīng)過處理后形成四路能夠同時到達(dá)電荷泵的控制信號的控制信號輸出電路、以及讀取頻率相位檢測電路的控制信號，然后對頻率相位檢測電路進(jìn)行復(fù)位和延時控制的復(fù)位、延時電路；其中，頻率相位檢測電路分別與二路頻率信號、控制信號輸出電路和復(fù)位、延時電路相連；控制信號輸出電路與頻率相位檢測電路相連；復(fù)位、延時電路與頻率相位檢測電路相連。圖3是頻率相位檢測電路不意圖。~■路頻率 目號。由晶振廣生，它與D觸發(fā)器DFFl的CLK端相連。f2是分頻器的輸出信號，它與D觸發(fā)器DFF2的CLK端相連。頻率相位檢測電路由D觸發(fā)器DFFl和DFF2組成。DFFl的CLK端與相連，D端與電源VDD相連，輸出端Q和Qn分別輸出信號UP和(Jp DFF2的CLK端與f2相連，D端與電源VDD相
連，輸出端Q和Qn分別輸出信號DOWN和。圖4是控制信號輸出電路示意圖。它由異或門X0R1 X0R4、與非門NANDl和NAND2(NAND3和NAND4)構(gòu)成的RS基本觸發(fā)器和反相器INV1 INV12組成。異或門XORl的輸入端分別與電源VDD和控制信號UP相連，輸出端與與非門NANDl相連。異或門X0R2的輸入端分別與控制信號UP和地相連，輸出端與與非門NAND2相連。異或門X0R3的輸入端分別與控制信號DOWN和地相連，輸出端與與非門NAND3相連。異或門X0R4的輸入端分別與控制信號DOWN和電源VDD相連，輸出端與與非門NAND4相連。與非門NANDl的輸入端分別與XORl的輸出端和NAND2的輸出端相連，輸出端接反相器INVl。與非門NAND2的輸入端分別與X0R2的輸出端和NANDl的輸出端相連，輸出端接反相器INV4。與非門NAND3的輸入端分別與X0R3的輸出端和NAND4的輸出端相連，輸出端接反相器INV7。與非門NAND4的輸入端分別與X0R4的輸出端和NAND3的輸出端相連，輸出端接反相器INV10。反相器INV1 INV3依次首尾相連，其中INVl的輸入端與NANDl的輸出端相連，INV3的輸出端輸出控制信號UPBl。反相器INV4 INV6依次首尾相連，其中INV4的輸入端與NAND2的輸出端相連，INV6的輸出端輸出控制信號UPl。反相器INV7 INV9依次首尾相連，其中INV7的輸入端與NAND3的輸出端相連，INV9的輸出端輸出控制信號DOWNl。反相器INV1(TINV12依次首尾相連，其中INVlO的輸入端與NAND4的輸出端相連，INV12的輸出端輸出控制信號D0WNB1.圖5是復(fù)位、延時電路示意圖。復(fù)位電路由或非門NORl構(gòu)成。NORl的輸入端分別與控制信號@和.相連，輸出端與反相器INV13相連。延時電路由反相器INV13 INV20、MOS管Q1 Q16、或門ORl和與門ANDl構(gòu)成。反相器INV13 INV20依次首尾相連，其中INV13的輸入端與NORl相連，INV2 0的輸出端輸出復(fù)位信號W。MOS管Q1 Q8的漏極分別與反相器INV13 INV20的輸出端相連，源極分別與MOS管Q9 Q16的柵極相連，其中Ql和Q5的柵極與電源VDD相連，Q2和Q6的柵極與或門ORl的輸出端相連，Q3和Q7的柵極可編程控制信號Delay〈l>相連，Q4和Q8的柵極與與門ANDl的輸出端相連。MOS管Q9 Q16的源極和漏極都與地相連，柵極分別與QfQS的源極相連?；蜷TORl的輸入端分別接可編程控制信號Delay〈0>和Delay〈l>，輸出端接Q2和Q5的柵極。與門ANDl的輸入端分別接可編程控制信號Delay〈0>和Delay〈l>，輸出端接Q4和Q8的柵極。下面具體說明本發(fā)明的實(shí)施方案和優(yōu)化原理:
圖6是鑒頻鑒相器的總體電路示意圖。其中D觸發(fā)器選用邊沿觸發(fā)的TSPC結(jié)構(gòu)，它所用的晶體管數(shù)目少，能有效的減小電路的面積，且其沒有靜態(tài)功耗，動態(tài)功耗也很低。虛線內(nèi)的電路由兩個異或門和兩個與非門組成的基本RS觸發(fā)器構(gòu)成。其中異或門XORl (X0R3)相當(dāng)于反相器，而異或門X0R2(X0R4)相當(dāng)于傳輸門，僅僅是為了與XORl (X0R3)相匹配，使信號能同時達(dá)到RS觸發(fā)器的兩個輸入端。它們與由與非門NANDl和NAND2 ( NAND3和NAND4)基本RS觸發(fā)器一起將D觸發(fā)器輸出的信號轉(zhuǎn)變成兩路信號，一路高電平，一路低電平。此結(jié)構(gòu)能夠?qū)觸發(fā)器輸出的兩路信號轉(zhuǎn)變?yōu)樗穆房刂菩盘枺夷芡瑫r到達(dá)電荷泵，有效防止了電荷泵因控制信號延時不統(tǒng)一而造成的滯后充電或放電問題，有效減小了鎖相環(huán)的抖動和雜散。電荷泵的結(jié)構(gòu)圖如圖7所示，MOS管Q17和Q18是開關(guān)，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，不同之處是MOS管Q19和Q20 (Q21和Q22)構(gòu)成的電容被分別接在VDD (VSS)與控制信號UPl(DOWNBl)之間和開關(guān)Q17 (Q18)的漏極與控制信號UPl (DOWNBl)之間。當(dāng)UPBl是高電平，開關(guān)Q17關(guān)斷，若沒有加入的電容，開關(guān)Q17源、漏端的寄生電容會將Q17的漏端電壓拉升為電源電壓VDD，造成電荷共享。而加入的電容Q20 —端與Q17的漏極相連，另一端與UPl相連，所以在VDD和UPl之間Q17的寄生電容和電容Q20是串聯(lián)的，這樣Q17的漏極電壓會被鉗在一個低于VDD的電壓，這就很好的減小了電荷共享，另外，在開關(guān)關(guān)斷時，此電容也能很快消耗一部分溝道電荷，減小了電荷注入問題。Q19接在VDD和UPl之間，可以進(jìn)一步的抑制信號抖動，減少噪聲。Q21和Q22的工作原理與Q19和Q20相同。延時電路產(chǎn)生的延時能夠消除電荷泵的死區(qū)，增加鑒頻鑒相器對相位差的敏感度。它主要由八級反相器(INV14-1NV21)串聯(lián)而成，在八級反相器的每個輸出端都加了一個NMOS開關(guān)和一個NMOS管構(gòu)成的負(fù)載電容，這樣做延長了每個反相器的延時時間，同時避免了使用很多級反相器來達(dá)到增加延時時間的目的，而且使用MOS管電容可以比使用金屬電容節(jié)省很多的面積。圖中NMOS管Qf Q8為控制開關(guān)，它們的通斷狀態(tài)決定著電路延時時間的大小。由于NMOS管Q9、16是匹配的，所以它們構(gòu)成的電容可以近似看作相等。如果將每一個負(fù)載電容的延時時間等效為一個單位延時，那么此電路共有八個延時單位。通過控制信號Delay〈l>和Delay〈0>,有下面四種延時時間可供選擇:第一種是Delay〈0>=0、Delay〈l>=0，Ql 和 Q5 導(dǎo)通，有兩個單位延時；第二種是 Delay〈0>=l、Delay〈l>=0，Q1、Q2、Q5和Q6導(dǎo)通，有四個單位延時；第三種是Delay〈0>=0、Delay〈l>=l，Ql、Q2、Q3、Q5、Q5和Q7導(dǎo)通，有六個單位延時；第四種是Delay〈0>=l、Delay〈l>=l, Q1 Q8都導(dǎo)通,有八個單位延時?？梢愿鶕?jù)需要編程選擇不同的延時時間，以便消除死區(qū)。
權(quán)利要求
1.一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器，其特征在于，包括輸入端連接二路頻率信號并用于檢測該兩路頻率信號的頻率和相位的頻率相位檢測電路、將頻率相位檢測電路產(chǎn)生的控制信號經(jīng)過處理后形成四路能夠同時到達(dá)電荷泵的控制信號的控制信號輸出電路、以及讀取頻率相位檢測電路的控制信號，然后對頻率相位檢測電路進(jìn)行復(fù)位和延時控制的復(fù)位、延時電路；其中，頻率相位檢測電路分別與二路頻率信號、控制信號輸出電路和復(fù)位、延時電路相連；控制信號輸出電路與頻率相位檢測電路相連；復(fù)位、延時電路與頻率相位檢測電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器，其特征在于，所述頻率相位檢測電路包括兩個D觸發(fā)器DFFl和DFF2 ;所述兩個D觸發(fā)器DFFl和DFF2的CLK端分別接二路頻率信號，D端接電源VDD，輸出端Q接控制信號輸出電路的輸入端，輸出端Qn接復(fù)位、延時電路的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器，其特征在于，所述控制信號輸出電路包括兩個控制輸出單元，每個控制單元包括兩個異或門、兩個與非門和六個反相器；其中一個控制單元的異或門XORl的輸入端分別與電源VDD和控制信號UP相連，輸出端與與非門NANDl相連；異或門X0R2的輸入端分別與控制信號UP和地相連，輸出端與與非門NAND2相連；與非門NANDl的輸入端分別與XORl的輸出端和NAND2的輸出端相連，輸出端接反相器INVl ;與非門NAND2的輸入端分別與X0R2的輸出端和NANDl的輸出端相連，輸出端接反相器INV4 ;反相器INVf INV3依次首尾相連，其中INVl的輸入端與NANDl的輸出端相連，INV3的輸出端輸出控制信號UPBl ;反相器INV4 INV6依次首尾相連，其中INV4的輸入端與NAND2的輸出端相連，INV6的輸出端輸出控制信號UPl ;另一個控制單元的異或門X0R3的輸入端分別與控制信號DOWN和地相連，輸出端與與非門NAND3相連；異或門X0R4的輸入端分別與控制信號DOWN和電源VDD相連，輸出端與與非門NAND4相連；與非門NAND3的輸入端分別與X0R3的輸出端和NAND4的輸出端相連，輸出端接反相器INV7 ;與非門NAND4的輸入端分別與X0R4的輸出端和NAND3的輸出端相連，輸出端接反相器INVlO ;反相器INV7 INV9依次首尾相連，其中INV7的輸入端與NAND3的輸出端相連，INV9的輸出端輸出控制信號DOWNl ;反相器INV1(TINV12依次首尾相連，其中INVlO的輸入端與NAND4的輸出端相連，INV12的輸出端輸出控制信號DOWNBl。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器，其特征在于，所述復(fù)位、延時電路包括或非門、反相器和MOS管；其中或非門NORl的輸入端分別與兩個D觸發(fā)器的輸出端Qn相連，輸出端與反相器INV13相連，反相器INV13 INV20依次首尾相連，MOS管Q1 Q8的漏極分別與反相器INV13 INV20的輸出端相連，源極分別與MOS管Q9、16的柵極相連，其中Ql和Q5的柵極與電源VDD相連，Q2和Q6的柵極與或門ORl的輸出端相連，Q3和Q7的柵極同時與第一可編程控制信號相連，Q4和Q8的柵極與與門ANDl的輸出端相連；M0S管Q9、16的源極和漏極都與地相連，柵極分別與QfQS的源極相連；或門ORl的輸入端分別接第一可編程控制信號和第二可編程控制信號，輸出端接Q2和Q5的柵極；與門ANDl的輸入端分別接可編程控制信號第一可編程控制信號和第二可編程控制信號，輸出端接Q4和Q8的柵極。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鎖相環(huán)的可編程延時多路控制信號鑒頻鑒相器。在本發(fā)明實(shí)施中，采用由D觸發(fā)器構(gòu)成的頻率相位檢測電路對二路頻率信號進(jìn)行檢測，檢測后產(chǎn)生的信號經(jīng)過由異或門、與非門和反相器構(gòu)成的控制信號輸出電路，形成四路同時到達(dá)鎖相環(huán)中下一級部件——電荷泵的控制信號。每檢測完信號的一個周期，由或非門、反相器和MOS管構(gòu)成的復(fù)位、延時電路會對頻率相位檢測電路進(jìn)行復(fù)位，從而使頻率相位檢測電路對信號進(jìn)行下一周期的檢測。復(fù)位、延時電路中的延時電路是可編程控制的，可以根據(jù)鎖相環(huán)的工作需要，選取不同的延時時間。該鑒頻鑒相器具有結(jié)構(gòu)簡單、無死區(qū)、低功耗和能夠形成多路控制信號的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H03L7/085GK103152035SQ20131010164
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者江金光, 李森 申請人:武漢大學(xué)