[发明专利]一种可快速锁定的电荷泵锁相环电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种锁相环电路，更具体地说，涉及一种根据相位差异改变电荷泵充放电电流的大小，自适应调整环路带宽，实现快速锁定的电荷泵锁相环电路。

背景技术

锁相环电路是一种反馈电路，在工作的过程中，当输出电压与输入电压保持固定的相位差值，输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压的相位被锁住。

锁相环广泛应用于无线通讯领域，随着现代无线通信技术发展迅速，现代通信系统的高移动性和高数据传输率的需求，锁相环主要的应用有：锁相环作为锁相环频率合成器成为各种通讯系统的重要功能模块，为通信系统提供本振信号和各种时钟信号。

现在最常见的是电荷泵锁相环，包含以下几个模块：晶体振荡器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器。在锁相环锁定状态下，分频器的反馈信号与晶体振荡器的输入参考信号的相位差为零或者为一常数值，则压控振荡器输出信号频率等于输入信号频率的N倍。若两者之间的相位差发生变化，鉴频鉴相器将检测到这种变化，通过电荷泵将相位差的变化转化为电流量，再由环路滤波器滤除其中的交流分量，最后产生直流控制电压调节压控振荡器的输出频率，逐渐减少分频器输出信号和输入参考信号的相位差，并最终达到锁定的状态。

锁相环的研究可以从多个方面展开，输出频率可变，锁定时间越来越短的锁相环结构应用比较灵活，一般通过改变反馈分频比N来输出多个可供选择的时钟，但当N改变时，整个环路的多个参数(如环路带宽，相位裕度，阻尼因子等)都会变化，所以我们必须相应的动态地改变环路的其他参数(如可以改变电荷泵电流Icp，VCO的线性增益Kvco等等)来保证环路的特性和稳定性基本保持不变，如改变电荷泵充放电电流大小调整环路锁定时间，但环路稳定性不变。

当分频器输出信号与输入参考信号的相位差较小时，鉴频鉴相器的输出也较小，电荷泵的充放电电流将无法反映相位差，从而形成了鉴相死区，一般采用的方法是在鉴频鉴相器反馈电路中添加延时来消除鉴相死区。电荷泵由两个带开关的电流源组成，根据鉴频鉴相器的输出来决定是把电荷泵入到环路滤波器中，还是将电荷从环路中泵出。电荷泵的性能直接影响着锁相环的特性，可以通过改善其结构，减小充放电电流失配、电荷共享和电荷注入等非理想效应。环路滤波器实际上是一个低通滤波器，由电容、电阻、还可能有电感或者放大器组成的线性电路。一方面它滤除鉴频鉴相器产生的高频成分及输出波纹，抑制带外噪声，取出直流成分(即控制电压)去控制压控振荡器的输出频率；另一方面它也是锁相环的一个重要参数调节器件，决定了锁相环的杂散抑制、相位噪声、环路稳定性、锁定时间等重要的环路参数。

锁相环的锁定时间主要由环路滤波器的电阻电容参数、电荷泵的充放电电流大小以及锁相环的各个模块由输入到输出的延时决定的。一般锁相环的鉴频鉴相器、压控振荡器和分频器的响应速度比较快，所以锁相环的锁定速度主要由电荷泵电流和环路滤波器的电阻电容参数决定。

随着现代通信的发展对高移动性和高数据传输率的需求，对锁相环的锁定时间越来越苛刻，通过改变电荷泵电流和环路滤波器的电阻电容参数能有效的减小锁定时间。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可快速锁定的电荷泵锁相环电路，以在不改变环路稳定性的前提下有效地提高锁相环的锁定速度。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种可快速锁定的电荷泵锁相环电路，该电荷泵锁相环电路包括晶体振荡器、鉴频鉴相器、数字辅助鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器，鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器依次连接形成环路，晶体振荡器与数字辅助鉴相器均连接于鉴频鉴相器，数字辅助鉴相器、电荷泵和环路滤波器电路构成锁相环快速锁定电路，其中：晶体振荡器产生输入参考信号并输出给鉴频鉴相器，鉴频鉴相器比较该输入参考信号与分频器的反馈信号之间的相位差，输出相位差的电压值给电荷泵；电荷泵将该相位差的电压值转化为电流量，输出给环路滤波器；环路滤波器滤除该电流量的高频分量，产生直流控制电压，该直流控制电压调节压控振荡器输出信号的频率；压控振荡器的输出信号作为该电荷泵锁相环的输出信号；电荷泵锁相环的输出信号进一步经分频器分频后反馈回鉴频鉴相器的输入端。