[发明专利]一种恒定环路带宽的宽带锁相环

说明书

本发明公开了一种恒定环路带宽的宽带锁相环，包括电荷泵锁相环(1)和全数字自动校准电路(2)。电荷泵锁相环(1)包括鉴频鉴相器(3)、可编程电荷泵(4)、环路滤波器(5)、压控振荡器(6)、反馈分频器(7)、第一开关(8)和第二开关(9)。全数字自动校准电路(2)包括频率检测器(10)、时序控制单元(11)、锁相环环路带宽校准电路(12)、压控振荡器频率校准电路(13)和压控振荡器控制电压产生电路(14)。本发明通过使用多相位检测的方式可以快速测量压控振荡器的频率并用于压控振荡器的频率校准和锁相环环路带宽的校准，全数字自动校准电路可以有效的保证锁相环在宽频率范围内环路带宽的稳定，并有效的克服工艺、电压、温度等因素的影响。

技术领域

本发明涉及锁相环技术领域，具体涉及一种恒定环路带宽的宽带锁相环。

背景技术

锁相环技术被广泛的应用在集成电路中作为数字电路中的时钟源或收发机系统中的本振信号。对于不同的应用，如微处理器、数据转换器、芯片接口等，对锁相环电路提出不同的要求，如工作频率。针对不同的应用定制化设计每一个锁相环显然是耗时耗财的，因此设计宽带的锁相环电路是很有必要的。

在压控振荡器(VCO)设计时通常会使用粗调和细调结合的方式实现宽频带输出，如图1所示，同时获得较低的VCO增益以降低其对噪声的敏感度。一个传统的电荷泵锁相环如图2所示，其开环增益可以表示为：

其中I_CP是电荷泵的增益，LF(s)是环路滤波器的阻抗，K_VCO是VCO的增益，N是锁相环的倍频系数。闭环的带宽与I_CP、K_VCO和N成比例，表示为：

从公式(2)可以看出，锁相环设计中的电路参数影响着环路带宽的大小。对于单一频率而言，可以通过调整这些参数获得想要的环路带宽来保证系统稳定性和抖动等性能。然后，宽输出频率范围锁相环的设计比较困难，主要是因为VCO的增益随着工作频率，工艺，电压和温度等参数变化。环路带宽的变化直接影响着锁相环的性能，如锁定时间、相位噪声等。

本发明提出了一种恒定环路带宽的宽带锁相环。频率检测器测量VCO的工作频率，用于压控振荡器频率校准和锁相环环路带宽校准。通过使用压控振荡器频率校准电路和结合了粗调和细调方式的压控振荡器，锁相环在获得宽输出频率范围的同时，可以将压控振荡器的输入调谐电压限定在一定的范围，减小压控振荡器在单根调谐曲线上的增益变化。锁相环环路带宽校准电路在片检测压控振荡器工作的调谐曲线的增益大小，并相应调整可编程电荷泵的输出电路大小，保证锁相环环路带宽恒定。

发明内容

为了解决宽输出范围电荷泵锁相环中，由于工作频率、工艺、电压和温度(PVT)的影响导致的环路带宽变化，本发明提供了一种恒定环路带宽的宽带锁相环。它具有校准电路由数字电路实现、校准速度快、校准精度高、抗PVT影响等特点。