[发明专利]使用带电流镜电路之电荷泵的锁相环电路

说明书

本申请是2005年10月31日提交的美国专利申请(申请号未知)的继续申请，要求保护在2004年12月13日提交的美国临时专利申请No.60/635,849的权益。本文参照引用上述申请的全部技术教导。

技术领域

一般地说，本发明涉及锁相环电路，具体地说，本发明涉及一种使用带电流镜电路之电荷泵的锁相环电路。

背景技术

锁相环(PLL)是一种具有电压或电流驱动振荡器的电子学电路，调节所书振荡器，使输入信号的频率相位匹配(并因此锁定输出信号的频率)。此外，使用锁相环可以产生信号、调制或解调信号、以很小的噪声重建信号，以及倍频或分频。在无线通信中经常使用锁相环，特别是使用幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)携带信号的情况下更是如此。对于数字数据传输，锁相环的使用更加普遍，但对于模拟信息还可以设计出所述锁相环。锁相环的应用实例包括：对于数字式调谐的无线电接收器和发射器的频率合成、小信号的恢复(不然在噪声锁定放大器中这些小信号可能丢失)、来自数据流的时钟定时信息的恢复—所述数据流比如来自盘驱动器、时钟倍乘器，以及来自和双调谐多频率(DTMF)解码器、调制解调器，和用于远程控制和远距离通信的其它调谐解码器。

图1表示现有技术的锁相环(PLL)电路100。通过比较输入信号105和反馈信号160的相位差，相位—频率检测器(PFD)电路110产生一个加速(“up”)信号115和减慢(“down”)信号120。相位—频率检测器电路110根据与输入信号105进行比较时反馈信号160的相位是滞后(需要加速)还是超前(需要减慢)来输出所述加速信号115和减慢信号120。电荷泵电路125根据加速信号115和减慢信号120在电荷泵输出信号130(比如通向回路滤波器电路135中的电荷电容器)中产生电流脉冲。电荷泵电路125产生具有最小脉冲宽度的电流脉冲。例如，当输入信号105和反馈信号160具有相同的位相时，电荷泵输出信号130的电流脉冲具有相等的宽度。在相位不等的情况下，电荷泵输出信号130的电流脉冲之一变长，以校正相位。

相位滤波器电路135滤波电荷泵输出信号130，并产生经滤波的控制信号140。电压控制的振荡器(VCO)电路145产生输出信号150，输出信号150的频率是由滤波的控制信号140的电压确定的。锁相环电路100使输出信号150作为反馈信号160反向循环至相位频率检测器电路110。最好将分频器电路155置于这个回路的反馈路径中，以产生反馈信号160，并使输出信号150可为输入信号105的倍数。

锁相环电路100存在的一个问题是，给回路滤波器电路135充电的电流脉冲(如电荷泵输出信号130的电流脉冲)的幅度，与各种不同的电压源有关。与电流脉冲有关的一些例子有电源电压和滤波的控制信号140的电压。再有，如果对于从滤波的控制信号140开始的不等距的电压终止锁相环电路100中的电路，则电荷泵输出信号130的电流脉冲可能不会有相等的幅度。因为电流脉冲的幅度不相等，所以无论从电压的变化或终止失配，都将导致锁相环输出的静态相位偏差。

还可以调节独立的电流脉冲的幅度，以便设置所期望的回路宽度。所述回路宽度是锁相环电路100锁定到输入信号105和处理抖动能力的度量值。较高的回路带宽可以提供快速的锁定时间，并且可以跟踪输入信号105的抖动，使得经历抖动而至输出信号150。较低的回路带宽可以滤除输入信号105的抖动，但增大了锁相环电路100的锁定时间。一般情况下，对于回声滤波器140中的指定的滤波器，电荷泵输出信号130的较小电流产生较小的回路带宽，电荷泵输出信号130的较大电流产生较大的回路带宽。

当确定了理想的回路带宽时，噪声性能就成为重要的考虑因素。在大多数锁相环中，实际存在的两个主要噪声源来自电压控制振荡器(VCO)电路145的噪声(VCO噪声)和参考噪声。为使噪声的影响减至最小，每个噪声源都有相互冲突的回路带宽要求。VCO噪声来源于电压控制的振荡器电路145中的热噪声和散粒噪声，并且影响输出信号150。VCO噪声通常是主流噪声，并且可以通过增加回路带宽(即增加电荷泵电路125的输出电流)减小VCO噪声，从而使锁相环电路100能够跟踪低频噪声(即低于回路带宽的噪声)，并能补偿低频噪声对输出信号150的影响。一般情况下，VCO噪声在较高频率会迅速下降，所以高于回路带宽的剩余噪声通常对于输出信号150没有什么影响。