[发明专利]双锁相环电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及锁相环，更具体地说，涉及一种双环路锁相环电路及其控制方法。

背景技术

锁相环电路构成的频率合成器是时钟电路的重要实现方式，它通过输入一个高稳定度、高精度的低频参考频率来输出获得一系列同样高稳定度、高精度的高频时钟信号。

图1是一般锁相环电路的结构示意图，锁相环的工作原理如下：如图1所示，相位/频率检测器3把参考时钟信号1作为标准，将它的频率或相位与从N分频器8输出端送来的反馈信号2进行比较。如果在它的工作范围内检测出任何相位(频率)差，就产生一个误差信号，这个误差信号正比于参考时钟信号1和反馈信号2之间的相位差，并控制电荷泵4输出电荷泵信号，由滤波单元5滤除电荷泵信号中的交流分量，产生一个电压信号，所述电压信号经电压-电流转换单元6输出电流信号来控制电流控制振荡器(CCO)6，强制CCO朝着减小相位/频率误差的方向改变其频率，使参考时钟信号和反馈信号之间的频率或相位差逐渐减小直至为零，这时环路频率就被锁定了。

许多锁相环需要良好的抑制噪声的能力，这就需要其具有较小的环路带宽来滤除高频噪声；同时，锁相环往往被要求能够输出很高的频率。由于参考频率一般由晶体振荡器电路产生，其频率大小有限，一般在几十兆赫兹范围，当锁相环需要输出高达千兆赫兹的频率时，就需要锁相环的振荡器有较宽的频率范围，也即较大的增益。根据振荡器的增益与环路带宽成正比的关系，振荡器增益较大会导致环路带宽变得较宽而无法滤除多余的噪声，使得锁相环抑制噪声的能力变弱。针对宽频振荡器与窄环路带宽这两个需求之间的矛盾，现有的解决方法是：

1.单通路锁相环，但使用非常大的滤波电容来降低锁相环的环路带宽；

2.带数字控制的锁相环，首先通过数字控制的方法切换振荡器中的无源或有源器件的导通与否来获得合适的粗调频率。当参考时钟信号和反馈信号的频率误差足够小时，切换到一锁相环控制环路，其具有较小压控振荡器增益，环路带宽及频率范围。此数字锁相环的可调节的频率范围较大，环路带宽较小，能满足高频窄带锁相环的需求。

虽然这两种方法都在一定程度上解决了宽频振荡器与窄环路带宽之间的矛盾，但是各自都存在缺点。方法1的缺点是滤波电容过大而不能被集成在片内，故必须设计成片外电容，从而增加了制造成本。方法2的缺点是这种方法不能跟踪温度或工艺等变量的变化。当温度或工艺等变量发生变化时，因为锁相环控制环路的可调节频率范围较小，电路需要周期性地切换数字控制电路来锁定粗调频率，从而增加了电路设计的复杂性，并且降低了电路的精度。

因此，本发明的主要目的在于提供一种双锁相环电路及其控制方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种双锁相环电路，可以有效达到在保持环路带宽较小的情况下扩大频率调节范围的目的，减少了额外附加电路，降低了电路设计复杂度，提高了电路的性能。另外，本发明所要解决的技术问题是提供一种双锁相环控制方法，它也可以解决上述问题。为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

首先，本发明提供了一种双锁相环电路，包括：一相位/频率检测器，用于产生一误差信号；一电荷泵，耦接于所述相位/频率检测器，用于根据所述误差信号产生一电荷泵信号；一粗调节电路，耦接于所述电荷泵，用于根据所述电荷泵信号粗调节锁相环输出信号频率接近于一目标频率；一细调节电路，耦接于所述电荷泵，用于根据所述电荷泵信号细调节锁相环输出信号频率至所述目标频率；一电流控制振荡器，耦接于所述粗调节电路和细调节电路，用于产生具有所述目标频率的一锁相环输出信号；及一N分频器，一端耦接于所述电流控制振荡器，另一端耦接于所述相位/频率检测器，用于将所述锁相环输出信号的频率进行N分频。

其次，本发明还提供了一种双锁相环控制方法，所述方法包括：比较一反馈信号与一参考时钟信号，以产生一误差信号；根据所述误差信号粗调节所述锁相环输出信号的频率接近于一目标频率；及根据所述误差信号细调节所述锁相环输出信号的频率至所述目标频率；其中，所述反馈信号为所述锁相环输出信号经分频处理后产生的，并且所述粗调节与细调节步骤同时进行，共同控制所述锁相环产生所述目标频率的一锁相环输出信号。

本发明双锁相环相环电路及其控制方法分别引入一粗调节电路及粗调节步骤，可有效达到在控制环路带宽较小的情况下扩大频率调节范围的目的，降低了电路设计复杂度，优化了电路的性能。同时，粗调节电路利用大电阻替代大电容来获得较大的时间常数，使锁相环电路对环路滤波器的电容值要求降低，可避免使用片外电容，实现片内集成，降低制造成本。