[发明专利]无鉴相盲区的非线性鉴频鉴相器

说明书

技术领域

本发明涉及锁相环电路，具体涉及一种能加速锁相环锁定过程的无鉴相盲区的非线性鉴频鉴相器电路。 

背景技术

如图1所示，锁相环电路一般是由鉴频鉴相器、电荷泵、低通环路滤波器和压控振荡器依次串接而成的一个闭环相位负反馈系统，它的作用是使压控振荡器输出的反馈信号CKVCO的频率和相位能够实时锁定输入的参考信号CKREF的频率和相位。鉴频鉴相器在锁相环电路中起判别参考信号CKREF与反馈信号CKVCO之间的频率差和相位差，并根据差值的极性和大小输出相应宽度的脉冲信号UP和DN的作用。脉冲信号UP控制电荷泵中的充电开关，脉冲信号DN控制电荷泵中的放电开关，它们的脉冲宽度分别决定了电荷泵对低通环路滤波器的充电量和放电量。为了保证电荷泵对低通环路滤波器的充电量或放电量与参考信号CKREF和反馈信号CKVCO之间的相位差成线性关系，脉冲信号UP或脉冲信号DN的脉冲宽度必须与参考信号CKREF和反馈信号CKVCO之间的相位差成线性关系，故当参考信号CKREF和反馈信号CKVCO之间的相位差很小时，脉冲信号UP或脉冲信号DN的脉冲宽度就会很窄。然而在实际操作中，当脉冲信号UP和脉冲信号DN的脉冲宽度很窄时，电荷泵中的充电开关和放电开关不能完全开启甚至根本无法开启，这导致采用“鉴频鉴相器+电荷泵”这种组合结构的锁相环电路普遍存在“鉴相死区”问题。 

为解决“鉴相死区”问题，通常需要在如图2所示的传统鉴频鉴相器的复位路径上插入一个延迟单元，但这又造成它在参考信号CKREF和反馈信号CKVCO之间的相位差接近±2π时存在“鉴相盲区”。现结合图3和图4说明当参考信号CKREF超前反馈信号CKVCO接近2π相位差时如图2所示的传统鉴频鉴相器存在“鉴相盲区”的原因。如图3所示，反馈信号CKVCO的第一个上升沿在参考信号CKREF的第一个上升沿和第一个下降沿依次抵达之后，并在参考信号CKREF的第二个上升沿抵达之前到来。传统鉴频鉴相器的初始状态为：UP＝DN＝0，Reset＝0。参考信号CKREF的第一个上升沿使得UP＝1，随后到来 的反馈信号CKVCO的第一个上升沿使得DN＝1。在同时有UP＝1和DN＝1后，由于图2中延迟单元的存在，使得经过τ时间的延迟后才有Reset＝1，从而启动了第一触发器和第二触发器的异步复位端，使得UP＝DN＝0，然后再经过τ时间的延迟后Reset＝0。显然，如果参考信号CKREF的第二个上升沿在反馈信号CKVCO的第一个上升沿到来之后的如图3所示的Δ(Δ≈2τ)时间段内到达，UP＝1并不能保持到反馈信号CKVCO的第二个上升沿到来，而是在异步复位信号Reset的作用下回到了逻辑低电平，这等效于在如图3所示的Δ时间段内的到来的参考信号CKREF的第二个上升沿被丢失，也就是传统鉴频鉴相器存在Δ宽度的“鉴相盲区”。经过“鉴相盲区”之后，传统鉴频鉴相器错误地认为反馈信号CKVCO超前于参考信号CKREF，于是开始输出脉宽较宽的脉冲信号DN＝1，从而改变了传统鉴频鉴相器的净输出电压的极性，故如图4所示，在参考信号CKREF和反馈信号CKVCO之间的相位差接近±2π时传统鉴频鉴相器的输入输出特性有约为Δ宽度的增益反型区。如果锁相环采用了这种存在增益反型区的传统鉴频鉴相器，则在环路锁定过程中其压控振荡器的控制电压V_ctrol(也就是图8中标记为V_ctrol(con)的压控振荡器的控制电压仿真波形曲线)将出现较多的起伏波动，从而造成锁相环锁定时间延长、锁定速度变慢。 

专利US4322643、US5963059、US6924677-B2和US7053666-B2公布的鉴频鉴相器电路都是通过缩短复位延迟τ来减小“鉴相盲区”，进而减小增益反型区的宽度，但为了消除“鉴相死区”，复位延迟τ不能小于某一下限值，否则无法保证电荷泵中充、放电开关的完全开启，这致使以上技术方案未能彻底解决“鉴相盲区”问题。 

发明内容

为了解决传统鉴频鉴相器在参考信号CKREF与反馈信号CKVCO之间的相位差接近±2π时存在“鉴相盲区”，从而造成锁相环锁定时间延长、锁定速度变慢的问题，现提出一种无鉴相盲区的非线性鉴频鉴相器。