[发明专利]用于电荷泵锁相环的无源滤波器的设计方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种在数字通信领域中常用的电荷泵锁相环中的无源滤波器的设计方法。

背景技术

近年来随着数字通信和半导体电子技术的飞速发展，通信系统逐步向数字化、集成化方向发展。锁相环技术在通信系统中占有十分重要的地位。锁相环是数模混合集成电路中一个非常重要的基本模块，它常用于构成频率合成、时钟恢复等电路，也可以用来抑制信号的抖动和噪声。目前，电荷泵锁相环是所有锁相环中最受关注的一种

环路滤波器(LPF)是电荷泵锁相环电路的重要环节，连接在电荷泵和压控振荡器之间，锁相环的基本频率特性是由环路滤波器决定的。环路滤波器可以采用无源滤波器或有源滤波器，但是，对于高阶锁相环，如果采用有源滤波器，由于其电路结构复杂，有源器件引入的相位噪声过大，增益随工艺、温度的变化而波动范围较大，使得高阶锁相环的稳定性变得更差。而使用无源滤波器却可以达到电路结构简单、低噪声、高稳定度的目的。目前，对于低阶锁相环的无源滤波器和有源滤波器的论述和设计都比较多，比较成熟，但对于高阶锁相环的无源滤波器设计确鲜有涉及。

发明内容

针对上面所提到的问题，本发明提出了一种用于电荷泵锁相环的二阶和三阶无源滤波器的设计方法。该方法首先根据电荷泵锁相环的基本组成模块，得出其相应的相位域理想线性化传输模型；然后由理想线性模型从理论上推导出整个锁相环的开环增益；再由其开环增益函数，从锁相环的稳定性出发，根据实际系统的带宽和相位裕度等参数，通过数学理论的推导和计算，就可以得出无源滤波器中各个电子元器件的参数值。

下面结合附图对本发明的具体过程进一步的详细说明。

附图说明

图1是电荷泵锁相环的组成框图。

图2是电荷泵锁相环的理想线性模型。

图3是二阶无源低通滤波器的电路图。

图4是三阶无源低通滤波器的电路图。

具体实施方式

电荷泵锁相环的基本组成模型如附图1所示，其相应的相位域理想线性化传输模型如附图2所示。从其理想线性模型中可以看出，锁相环的工作过程为：输入时钟相位θ_i和反馈时钟相位θ/N经过鉴频鉴相器(PFD)处理后，得到两者的相差θ_e，θ_e的大小反映在PFD输出信号脉冲的宽度上；经过电荷泵后，得到与相差θ_e成正比关系的电流脉冲；该电流脉冲经过环路滤波器(LPF)，虑除高频分量，并转换为控制电压V_IN，由V_IN控制压控振荡器的输出信号f_out的频率，输出时钟相位经过分频器反馈到鉴频鉴相器的输入，构成一个负反馈环路。

定义K_d为鉴频鉴相器(PFD)的增益，为压控振荡器(VCO)的增益，N为分频倍数，F(s)为环路滤波器(LPF)的传递函数，由上图可以得到锁相环的开环增益为

G(s)=Kd·Id·F(s)·KvcoS·1N---(1)]]>

闭环增益为