[实用新型]一种应用于锁相环中的基于采样技术的鉴相器和电荷泵电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及混合信号锁相环领域，具体的涉及一种应用于锁相环中的基于采样技术的鉴相器和电荷泵电路。

背景技术

锁相环被广泛应用于现代通讯领域中，它被用来提供时钟信号，随着无线通讯领域的快速发展，对锁相环的各种性能的要求也越来越高，尤其是相位噪声和杂散成为改善性能的重要指标。

传统的整数分频的锁相环一般由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和除法器构成。其中，传统的鉴频鉴相器由两个D触发器作为前端，用来探测由晶振输入的参考信号和由除法器反馈回来的信号之间的相位和频率差信息，并输出相应的宽不等的窄脉冲信号去控制后面级联的电荷泵电路。电荷泵电路将鉴频鉴相器输出的宽度不等的电压脉冲转换成相应的电流脉冲供给后级电路。

对于锁相环输出中的杂散信号，很大一部分是由于电荷泵在参考频率下开关时引入的噪声造成的。由于传统的鉴频鉴相器输出的是宽度不等的窄脉冲信号，在后级的电荷泵电路中，这种宽度不等的窄脉冲信号很难实现很好的匹配，这种频率和参考信号相同，宽度不等的窄宽度脉冲信号引起的电荷泵电流不匹配会在输出造成小的电压波动从而调制压控振荡器以至输出本振信号两边带出现较大的参考杂散。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种应用于锁相环中的基于采样技术的鉴相器和电荷泵电路，由参考杂散的产生原因可以推想而知，如果能使用相同频率而且脉冲宽度相同的窄脉冲去控制电荷泵的开关，就能实现较好的电流匹配，环路滤波器的输出电压纹波较小，那么压控振荡器的输出频谱就包含了较低的杂散能量。

基于使用相同频率相同宽度脉冲信号控制电荷泵的思想，由于电荷泵的开关控制信号来源于鉴频鉴相器，可以将输入的参考信号和除法器反馈回来的信号之间的相位差转化成模拟电压差，将包含相位信息的直流电压输入到电荷泵中，对于电荷泵中的开关控制信号，则通过一个脉冲信号产生电路来产生，使得电荷泵的注入电流支路和抽取电流支路同时打开和关断，实现了较好的电流匹配，这样电荷泵的注入电流噪声大幅较小，达到了环路滤波器输出噪声电压波动减弱的目的。

本实用新型的技术方案是：

一种应用于锁相环中的基于采样技术的鉴相器和电荷泵电路，包括一个采样器、一个脉冲信号产生电路、一个数字逻辑电路、一个数模转换器，以及它们后面级联的同步开关的电荷泵电路；

采样器的输入端分别连接外部VCO电路的输出端和外部晶振电路的输出端，采样器输出端输出采样电压；

脉冲信号产生电路的输入端连接外部晶振，脉冲信号产生电路的输出端输出脉冲控制信号；

数字逻辑电路的输入端由外部的SPI供给，经过内部逻辑电路后产生多位并行数字控制信号，其输出端连接到数模转换器的输入端；

数模转换器的输入端连接数字逻辑电路的输出端，将来自数字逻辑电路的多位并行数字控制信号转化后输出模拟直流信号给电荷泵，数模转换器的输出端连接电荷泵；

电荷泵的输入端信号，即采样电压、脉冲控制信号、参考电压分别来自采样器的输出端、脉冲信号产生电路的输出端、数模转换器的输出端。电荷泵的输出端供给锁相环中的滤波器。

所述鉴相器中包含一个采样器电路，采样器电路是由晶振控制的开关组合构成，和晶振同频率的工作周期，采样外部的VCO输入信号，得到一个直流电压输出。

所述鉴相器中包含一个脉冲信号产生电路，脉冲信号产生电路的输入是外部的晶振信号，利用脉冲信号产生电路内部的逻辑门产生窄脉冲信号，控制后级的电荷泵电路。

所述鉴相器中包含一个数字逻辑电路，数字逻辑电路的输入端来自外部SPI信号，将外部SPI的串行控制信号转为相应的多位并行数字控制信号输出给后级的数模转换器。

所述鉴相器中包含一个数模转换器，数模转换器的输入是多位并行数字控制信号，数模转换器将多位并行数字控制信号转化成模拟直流电压输出，供给后级的电荷泵电路。

所述电荷泵电路的开关是同频率工作的，控制信号的脉冲宽度也相同；电荷泵的注入电流支路开关的控制信号和电荷泵的抽取电流支路开关的控制信号都是由脉冲信号产生电路产生的脉冲控制信号来控制，能实现PMOS和NMOS电流源同步打开和关断。

所述采样器由两组受晶振控制的采样开关以及采样开关后级联的电容组成；

对于两组采样开关，他们的控制信号是电平相反的，即第一组开关由晶振信号经过反相器后控制，第二组开关由晶振直接控制；

两组采样开关中间由驱动电路隔开。

所述脉冲信号产生电路的输入来自外部的晶振信号。