[发明专利]一种用于抑制VCO电压纹波的锁相环电路

说明书

技术领域

本发明属于无线电锁相技术领域，具体涉及一种用于抑制VCO电压纹波的锁相环电路。

背景技术

电荷泵锁相环(CP-PLL)具有快速、低噪声、高精度等特点，被广泛应用于各种通信电路、频率综合器和时钟恢复电路中。传统的电荷泵锁相环如图1所示，它包括以下几个模块：鉴频鉴相器(Phase Frequency Detector，PFD)、电荷泵(Charge-Pump，CP)、环路滤波器(Loop Filter)、压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)和分频器(Frequency Divider)。其中鉴频鉴相器检测参考信号和分频器输出的反馈信号的相位差，输出离散的电压脉冲信号，电荷泵将该信号转化为连续电流信号，并对环路滤波器进行充放电，环路滤波器滤除环路的高频噪声，输出的电压控制压控振荡器的压控输入端，从而对压控振荡器的输出频率进行调谐。压控振荡器采用LC振荡结构，为了在降低相位噪声的同时保证它的调谐范围，可以采用多频带的VCO，它可以通过离散调谐和连续调谐相结合的方法来解决这个难题。

带自动频带选择功能的锁相环如图2所示，它与传统的电荷泵锁相环结构相比，增加了自动频带选择器和两个用来切换锁相环工作模式的开关。自动频带选择器通过比较参考信号和反馈信号的频率，控制开关电容阵列和锁相环工作模式，使得VCO工作在所需要的频带。此种锁相环有两种工作模式，分别为频率锁定模式和相位锁定模式，分别由频率锁定环路和相位锁定环路实现。工作过程如下：当环路开始工作时，开关S1闭合，开关S2断开，锁相环先进行频率锁定，选择合适的开关电容阵列的控制字。然后开关S1断开，开关S2闭合，锁相环进行相位锁定，使锁相环锁定在精确的频率上。

该锁相环中的环路滤波器采用的是三阶环路滤波器，三阶环路滤波器与二阶环路滤波器相比能更好的滤除高频噪声；同时锁相环采用MOS管作为开关，在实际应用中，把MOS管的源极和漏极串接到环路中，通过控制MOS管的栅端来实现环路的断开或闭合。

但是上述带自动频带选择功能的锁相环在开关断开和闭合的时候，会产生电荷注入和时钟馈通现象，这将直接导致VCO控制电压的波动。另外，由于MOS管寄生电阻的存在，其产生的热噪声也导致VCO控制电压的波动。因此带自动频带选择功能的锁相环中VCO的控制电压存在着很大的电压纹波，这大大地恶化了锁相环的相位噪声。

发明内容

本发明提供了一种用于抑制VCO电压纹波的锁相环电路，通过采用传输门及其导通电阻来减少电荷注入和时钟馈通，有效地抑制了VCO的电压纹波，滤除了相位噪声。

一种用于抑制VCO电压纹波的锁相环电路，包括：

鉴频鉴相器，用于接收分频器和外部基准源分别提供的反馈信号和参考信号，并产生离散电压脉冲信号；

电荷泵，用于将所述的离散电压脉冲信号转化为连续电流信号；

环路滤波器，用于将所述的连续电流信号转化为电压信号；

自动频带选择器，用于接收分频器和外部基准源分别提供的反馈信号和参考信号，并产生状态控制字和正反相模式控制信号；

压控振荡器，用于接收所述的电压信号和状态控制字，并产生VCO输出信号；

分频器，用于接收所述的VCO输出信号，并产生所述的反馈信号；

第一传输门，其中，第一传输门的输入端接收半幅值的电源电压信号，第一传输门的输出端与所述的压控振荡器的压控输入端相连，第一传输门的第一控制端和第二控制端分别接收所述的正相模式控制信号和反相模式控制信号。

所述的环路滤波器由三个电容、一个电阻和一个传输门构成；其中，第一电容的一端与电阻的一端和第二传输门的输入端相连并构成所述的环路滤波器的输入端，第一电容的另端接地，电阻的另端与第二电容的一端相连，第二电容的另端接地，第二传输门的输出端与第三电容的一端相连并构成所述的环路滤波器的输出端，第三电容的另端接地，第二传输门的第一控制端和第二控制端分别接收所述的反相模式控制信号和正相模式控制信号。

所述的电荷泵的工作电压为满幅值的电源电压信号。

优选的技术方案中，所述的第一传输门和第二传输门都是由宽长比为3∶1的PMOS管和NMOS管构成，传输门导通时的等效电阻的线性度最好，能提高环路滤波器的稳定性并能有效的抑制压控输入端的电压纹波。

优选的技术方案中，所述的压控振荡器为多频带压控振荡器，能在降低相位噪声的同时保证VCO的调谐范围。

本发明的工作原理为：