[发明专利]电荷泵锁相环中的二阶开关低通滤波器及采用该二阶开关低通滤波器实现环路的锁定方法

说明书

技术领域

本发明涉及电荷泵锁相环电路中增大环路带宽以缩短锁定时间所引起的VCO控制电压抖动大的情况。属于电荷泵锁相环快速锁定领域。

背景技术

电荷泵锁相环系统，如图1所示，参考信号进入鉴频鉴相器(PFD)的输入端，鉴频鉴相器输出的两路信号为UP信号和DW信号，该两路信号输入到电荷泵(CP)，由电荷泵输出Icp信号，该信号进入环路滤波器(LPF)中，环路滤波器的滤波信号输出端连接压控振荡器(VCO)的滤波信号输入端，由压控振荡器的输出端输出振荡信号进入分频器的输入端，分频器的输出端连接鉴频鉴相器的输入端，电荷泵锁相环电路中的环路滤波器采用二阶低通滤波器结构，能够有效滤除输入信号和电荷泵引入的噪声。对于一个电荷泵锁相环系统来说，如图4所示，环路滤波器除了滤除低频电荷泵电流中的高频成分以外，还需保持对后级压控振荡器的控制电压。

如图4所示结构的锁相环中，锁相环由上电到最后锁定的过程中Vctrl的变化情况如图5所示。在预分频输出的信号和环路分频器反馈回来信号的频率相差较大时，PFD输出的脉冲宽度较宽，Vctrl信号波动较大；随着预分频器输出信号和环路分频器反馈回来信号的频率差减小，PFD输出的脉冲宽度逐渐减小，Vctrl信号波动逐渐减小。随着Vctrl信号波动的逐渐减小到一定程度，电容C2和电阻R1之间开关的通、断对Vctrl信号的干扰将占据主要地位，甚至开关变成一个极大的电阻从而改变计算的环路带宽，最终导致整个环路失锁。众所周知，对于电荷泵锁相环系统来说，其并不是线性的，而是一个离散时间系统，存在UP和DW信号控制的开关同时断开的情况，由于电容C1和C2电容值相差较大和它们之间千欧级的电阻R存在，故在UP和我DW信号同时断开的情况下，电容C2和电容C1之间存在电压差，C2上的电荷和C1上的电荷将会重新分配。因此造成Vctrl的电压周期性的上升后再下降，鉴频鉴相器对VCO的调整作用不能完全发挥，使得Vctrl的电压值呈波动上升。而正是因为这种波动会造成环路锁定时间的延长。

发明内容

本发明是为了解决现有的增大环路带宽方式来缩短锁相环锁定时间而带来的VCO控制电压抖动大的问题。现提供电荷泵锁相环中的二阶开关低通滤波器及采用该二阶开关低通滤波器实现环路的锁定方法。

电荷泵锁相环中的二阶开关低通滤波器，它包括二阶开关低通滤波单元和开关控制单元(2)，

所述二阶开关低通滤波单元的Icp信号输入端连接前一级结构电荷泵的Icp信号输出端，二阶开关低通滤波单元的Vctrll信号输入端连接开关控制单元的Vctrll信号输出端，二阶开关低通滤波单元的信号输入端连接开关控制单元的信号输出端，

鉴频鉴相器的UP信号输出端作为开关控制单元的UP信号输入端，

鉴频鉴相器的DW信号输出端作为开关控制单元的DW信号输入端，

二阶开关低通滤波单元的Vctrl信号输出端作为二阶开关低通滤波器的信号输出端。

根据电荷泵锁相环中的二阶开关低通滤波器，二阶开关低通滤波单元包括CMOS开关、电阻R1、电容C1和电容C2，

开关控制单元包括脉冲宽度识别单元、与非门、或非门和反相器，

前一级结构电荷泵的Icp信号输出端同时连接电阻R1的一端和CMOS开关的一个信号输入端，电阻R1的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端连接电源地，

CMOS开关的Vctrl信号输出端连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接电源地，

CMOS开关的Vctrll信号输入端同时连接与非门的Vctrll信号输出端和反相器的输入端，

CMOS开关的信号输入端连接反相器的信号输出端，

与非门的一个输入端连接脉冲宽度识别单元的脉冲信号输出端p，与非门的另一个输入端连接或非门的输出端q，

UP信号输出端同时连接脉冲宽度识别单元的一个脉冲信号输入端和或非门的一个信号输入端，

DW信号输出端同时连接脉冲宽度识别单元的另一个脉冲信号输入端和或非门的另一个输入端。

电荷泵锁相环中的二阶开关低通滤波器实现环路的锁定方法，

UP信号输入端和DW信号输入端为高电平且高电平脉冲宽度不小于脉宽识别单元的最小识别宽度，则脉宽识别单元输出脉冲信号p为高电平，