[发明专利]锁相环输出信号的频率切换方法、电路及时钟产生装置

说明书

本发明涉及了一种锁相环输出信号的频率切换方法、电路及时钟产生装置，该频率切换方法包括：获取压控振荡器的频段控制信号，并判断所述频段控制信号是否发生变化；在所述频段控制信号发生变化时，获取锁相环的输入信号和反馈信号，并根据所述输入信号及所述反馈信号确定锁相环的当前状态，所述锁相环的状态包括锁定状态和失锁状态；在当前状态为失锁状态时，对锁相环的输出信号进行降频处理，并将降频处理后的信号作为时钟信号；在当前状态为锁定状态时，直接将锁相环的输出信号作为时钟信号。实施本发明的技术方案，能够更低成本、更可靠、更快速提供可用时钟，能提高软件运行效能，节省功耗。

技术领域

本发明涉及锁相环领域，尤其涉及一种锁相环输出信号的频率切换方法、电路及时钟产生装置。

背景技术

锁相环路是一种反馈控制电路，称为锁相环(Phase-Locked Loop，简称PLL)。他利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位。在处理电子信号过程中，因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常广泛应用于闭环跟踪电路。在时钟领域，时钟锁相环被广泛应用于时钟的生成。

如图1所示，时钟锁相环通常由几个部分组成：鉴相器PD、环路滤波器LPF、压控振荡器VCO和环路分频器LPDIV。

鉴相器PD，是一个完成相位比较的单元。其作用是比较输入信号Fin和反馈信号Fback之间的相位差。它的输出电压正比于两个输入信号之相位差。

低通滤波器LPF，是一个有源或无源低通滤波器。其作用是滤除鉴相器输出电压中的高频分量(包括混频及其他的高频噪声)，起到平滑滤波的作用，最终输出控制信号Vc。通常由电阻、电容或电感等组成，有时也包含运算放大器。

压控振荡器VCO，是一个振荡频率受压控电压信号控制的振荡器，其振荡频率与压控电压信号之间成线性关系。振荡器VCO根据控制信号Vc输出对应的振荡频率Fosc。在一些场合，时钟需求范围需要比较大，例如从50M到1200M。若采用单一频段的VCO，将导致电压对频率的增益Kvco很大，因此细微的电压波动更容易导致输出频率的抖动，从而抖动(jitter)变大。技术手段上，可以将VCO设计成部分重叠的多个频段。例如一个低频段提供50MHz到900MHz的振荡，另外一个高频段提供700MHz到1.9G的振荡。当需要输出较高频率时，系统选择振荡器的高频段；需要输出低频时，选择另外一个。

环路分频器LPDIV，决定了输入和输出时钟的倍率，可是整数也可以是小数。关系是Fosc＝N(lpdiv)*Fin。

对于普通的PLL，输出频率Fout就是VCO频率Fosc，而且，众所周知，描述二阶锁相环的方程是一个二阶非线性微分方程(观察锁定过程)。二阶锁相环系统中VCO可以看成是一个理想的积分器。所以从系统的角度来看，如果LPF是一阶的，则PLL可以看成一个二阶系统。通常来说，PLL时钟锁定后，由于反馈时钟与输入时钟的相位差稳定，因此能够输出稳定的时钟。当系统需要改变PLL的输出频率Fout时，一般只需改变环路分频器对应的系数即可。但是，在一些实际场合中，系统要求的时钟范围很大，例如从50M到1200M。若采用单一频段的VCO，将导致电压对频率的增益Kvco很大，因此细微的电压波动更容易导致输出频率的抖动，从而抖动jitter变大。因此可以将VCO设计成具有部分重叠的多个频段。例如低频段50M到900MHz，高频段700MHz到1.9G。当需要输出较高频率时，系统选择VCO的高频段。在VCO是多频段的VCO时，虽然VCO在环路内，但是多频段VCO具有明显特殊性，即，VCO的压控电压信号Vc是由环路LPF输出的，是真正环路受控点，环路带宽很大程度上是由LPF决定的，相对于最终输出点是具有高通特性的。当直接改变VCO频段，而不改变Vc时，相对输出Fout是冲击式的瞬间响应，因此直接影响输出，在很多情况下将带来严重过冲问题。