专利名称：锁相环电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及锁相环电路。
背景技术：
图1是锁相环电路10的框图。 参见图1，由压控振荡器(VC0)14输出的振荡信号由于诸如温度等的外部环境的变化而可能变为浮动的(floating)，并产生不稳定状态。 因此，第一分频器16和第二分频器15分别将VCO 14的振荡信号的频率分成1/M和1/R，以将它们转换成低频信号。 相位频率检测器(PFD) 11从外部温度补偿晶体振荡器(TCXO)接收在外部环境中稳定的低频参考频率信号，并接收分频信号，并将这两个信号进行比较从而检测振荡信号的浮动状态，然后生成控制信号。 根据该控制信号，电荷泵(CP) 12供应或吸收电荷，从而控制电流值。 根据被电荷泵12抬高或降低的电荷量，环路滤波器(LPF) 13控制VC014的电压，
并降低乱真特征(spurious feature)。因此，VCO 14的振荡信号可以保持稳定状态。 例如，锁相环电路10的振荡信号用在移动通信终端的显示驱动电路、存储器接口
以及基带电路中，由于数字系统的高速而造成严重的EMI(电磁干扰)问题。 已经用EMI滤波器或者屏蔽来克服EMI问题。然而，由于价格和技术的限制，目前
用扩展频谱时钟发生器20来克服EMI问题。 也就是说，为了降低EMI，扩展频谱时钟发生器20包括计数器22和sigma delta调制器(S匿)21，该SDM 21将在特定频率具有高能量的振荡信号调制成在预定带宽内的一频率处具有较低能量的频率信号。这样，时钟频率不会固定于一个频率，而是会在预定频率之间变化，使得特定频率处的能量是分布式的(distributed)，并且其变成不会对相邻电子电路造成EMI的信号。 通常，锁相环电路只需要具有一个分频器。然而，因为锁相环电路10具有扩展频谱时钟发生器20，所以它具有频分因数不同的第一分频器16和第二分频器15。第一分频器16被分配给扩展频谱时钟发生器20。 为了使扩展频谱时钟发生器20能传送大约几十kHz到大约几百kHz的调制频率而且没有失真，振荡信号的带宽必须被设置成大约几kHz到大约几十kHz，该带宽大约是调制频率的1/10。 因此，LPF 13必须具有几nF的大电容值的电容器。然而，因为其难以集成在锁相环电路中，所以闭环扩展频谱时钟发生器20使用外部滤波器。但是，由于使用附加的组件，会增大电路尺寸和生产成本。
发明内容
本发明的实施例提供的锁相环电路通过实现开环(非闭环)扩展频谱时钟发生
4器，从而能够消除振荡信号带宽的限制，并克服环路滤波器中的大电容值电容器的问题。
在一个实施例中，一种锁相环电路包括压控振荡器，被配置成生成振荡信号；分
频器，被配置成倍乘(multiply)所述振荡信号的频率；相位频率检测器，被配置成将频率
倍乘的振荡信号和外部输入的参考信号进行比较，从而生成误差信号；电荷泵，被配置成根
据所述误差信号生成具有受控电流量的信号；波形发生器，被配置成生成具有各种幅度和
周期的信号；环路滤波器，其根据所述电荷泵的信号或者所述波形发生器的信号而被充电
/放电，并控制所述压控振荡器以调制所述振荡信号的频率并生成扩展频谱时钟；开关电
路，被配置成将所述波形发生器和所述电荷泵的输出选择性地连接到所述环路滤波器；以
及锁定检测器，连接到所述相位频率检测器，从而在所述参考信号和所述频率倍乘的振荡
信号的锁定状态前，控制所述开关电路从而将所述电荷泵连接到所述环路滤波器，并且在
锁定状态中控制所述开关电路从而将所述波形发生器连接到所述环路滤波器。
在另一实施例中，一种锁相环电路包括压控振荡器，被配置成生成振荡信号；分
频器，被配置成倍乘所述振荡信号的频率；相位频率检测器，被配置成将频率倍乘的振荡信
号和外部输入的参考信号进行比较，从而生成误差信号；电荷泵，被配置成根据所述误差信
号生成具有受控电流量的信号；至少一个分频器，被配置成所述参考信号的频率；附加的
电荷泵，被配置成根据所述分频器的输出信号生成具有受控电流量的信号；环路滤波器，其
根据所述电荷泵的信号或者所述附加的电荷泵的信号而被充电/放电，并控制所述压控振
荡器以调制所述振荡信号的频率并生成扩展频谱时钟；开关电路，被配置成将所述附加的
电荷泵和所述电荷泵的输出选择性地连接到所述环路滤波器；以及锁定检测器，连接到所
述相位频率检测器，从而在所述参考信号和所述频率倍乘的振荡信号的锁定状态前，控制
所述开关电路从而将所述电荷泵连接到所述环路滤波器，并且在锁定状态中控制所述开关
电路从而将所述附加的电荷泵连接到所述环路滤波器。 在附图和下文的说明中阐明一个或者多个实施例的细节。根据说明书、附图和权利要求书，其它特征也将变得明显。
图1是锁相环电路的框图。 图2是根据一实施例的锁相环电路的框图。 图3是锁相环电路的框图，示出根据一实施例的锁相环电路中的波形发生器的电路图。
具体实施例方式
将参见附图，详细描述根据实施例的锁相环电路。 在下文对实施例的描述中，省略了对公知功能或结构的详细描述，以便不会不必要地混淆本发明思想的主题。 图2是根据一实施例的锁相环电路100的框图。 参见图2，根据一实施例的锁相环电路100包括相位频率检测器(PFD) 110、电荷泵120、锁定检测器130、波形发生器140、开关电路(后文称作"MUX") 150、环路滤波器160、压控振荡器(VCO) 170以及分频器180。
PFD 110从外部电路(例如，TCXO)(未显示)接收参考信号。 TCXO是这样一种器件，其对由于晶体振荡器中的温度变化造成的频率扰动进行控
制，并提供与温度变化无关具有恒定值的低频参考信号。 例如，TCXO使得即使在很大的温度变化(通常_30°C到+75°C )情况下也不会被扰动超过2. 5ppm的恒定频率信号发生振荡。 参考信号具有比VCO 170的振荡信号的频率(例如GHz)低的频率(例如MHz)。
因此，分频器180将振荡信号的频率进行划分，使其降至参考信号的水平，从而使PFD IIO能将参考信号和振荡信号进行比较。 与现有技术不同，因为扩展频谱时钟发生器(波形发生器140) 、 MUX150以及锁定检测器130具有开环(非闭环)结构，所以分频器180被配置成单独的电路，而不需要被分成多个部分。 例如，如果TCXO提供100MHz的参考信号，VCO 170提供1. 1GHz的参考频率信号，则分频器180将振荡信号的频率分成其1/10，从而将其转换成可比水平的信号。
PFD 110接收参考信号和振荡信号，并将这两个信号进行比较，生成相应的误差信号UP和DN，并将误差信号传送到电荷泵120。 电荷泵120是这样一种电子电路，其根据误差信号向MUX 150供应预定量电荷(源(source))或者从其吸收预定量电荷(阱(sink))。 SP，如果振荡信号的电压高于参考信号的电压，则电荷泵120通过一支路向MUX150供应预定量的电荷；如果振荡信号的电压低于参考信号的电压，则电荷泵120从MUX150吸收预定量的电荷。 由此产生的电路通过MUX 150对环路滤波器160充电/放电，VCO 170输出与经充电/放电的环路滤波器150的电压相对应的一频率的振荡信号。 如上所述，所输出的振荡信号通过分频器180被输入到PFD 110。重复上述操作直到PFD 110的两个输入信号具有相同的相位和频率为止。 锁定检测器130被连接到PFD 110的输出端，以确定参考信号和振荡信号是否具有相同的频率和相位。 g卩，如果PFD 110的两个输入信号具有相同的相位和频率，则不会输出误差信号。因此，环路滤波器160的电压的充电/放电消失，VCO 170输出恒定频率的信号。这被称作锁定状态，可由锁定检测器130检测。 锁定检测器130在锁定状态之前输出低电平信号，在锁定状态之后输出高电平信号。 MUX 150可以是模拟MUX，其根据锁定检测器130的输出信号将电荷泵120的输出和波形发生器140的输出选择性地连接到环路滤波器160。 因此，在参考信号和振荡信号变成锁定状态之前，电荷泵120的输出被连接到环路滤波器160，从而形成PLL闭环。 另一方面，当参考信号和振荡信号变成锁定状态时，MUX 150将电荷泵120与环路滤波器160断开，并将环路滤波器160连接到波形发生器140的输出。
因此，根据波形发生器140产生的信号，VCO 170的振荡信号的频率被调制。
经调制的振荡信号被分频器180分成低频，并被输入到PFD 110。
PFD 110将振荡信号和参考信号进行比较，锁定检测器130只检测两个信号的锁定状态。如果检测到锁定状态，则不会影响PLL环的操作。 分频器180控制振荡信号的频率和PFD 110的频率之间的比率，从而用相对于输入频率的分频比率倍乘(multiply)输出频率。 如果PFD 110的输入信号变化，或者由于外部噪声使锁定被解除，则锁定检测器130输出低电平信号，并且电荷泵120和环路滤波器160通过MUX150形成闭环，从而创建新的锁定状态。 波形发生器140可以产生支持各种调制方案的信号(例如三角波、正弦波和赫尔希凯西(Hershey Kiss)波)，并且可以控制所生成信号的幅度和周期，从而改变频率调制，并将调制频率变成期望水平。 因此，环路滤波器160不需要具有大电容值的电容器，而可以是内部滤波器。
图3提供根据一实施例的锁相环电路100中波形发生器140的一个实施例的电路图。 除了用第一分频器141、第二分频器142和附加的电荷泵143代替波形发生器140之外，图3的锁相环电路100具有与图2的锁相环电路100相同的结构和操作，并且使用三角波调制。 S卩，图3示出了图2的锁相环电路中的波形发生器140的一特定实施例。
锁定检测器130根据锁定状态的操作、基本闭环结构的PLL操作、以及通过波形发生器140的开环对环路滤波器160充电/放电的频率调制操作与参考图2描述的一样。
例如，参见图3，通过附加的电荷泵143、第一分频器141和第二分频器142的调制操作来实现扩展频谱时钟的生成操作。 第一分频器141和第二分频器142可以用来将附加的电荷泵143的输入信号的占
空比(duty ratio)保持在50 : 50，由此维持环路滤波器160的充电/放电量。 附加的电荷泵143具有两个电流源和一个开关电路来控制电流量，由此控制频率
调制量。 此外，还可以在第二分频器142的前端提供附加的分频器(即第三分频器)(未示出)，从而控制分频比和调制频率。
这些实施例具有以下效果。 首先，锁定检测器、波形发生器和MUX用来实施开环扩展频谱时钟发生器，从而可以消除振荡信号带宽的限制。因此，可以克服环路滤波器的大电容值电容器的问题。
其次，因为大电容值电容器是不必要的，所以可以用内部滤波器来实现环路滤波器，从而可以最小化扩展频谱锁相环电路的尺寸，并降低生产成本。 本说明书中提到"一个实施例"、"一实施例"、"示例性实施例"等的时候，表示在本发明的至少一个实施例中包括结合实施例描述的特定的特征、结构或者特性。说明书中各处出现的这些术语不一定都指相同的实施例。而且，当结合任一实施例描述特定的特征、结构或者特性时，认为其处于本领域技术人员结合其它实施例也能实现这些特征、结构或者特性的范围内。 尽管已经参见几个示例性实施例对实施例作出了描述，但应理解本领域技术人员可以设计其它的多种改进和实施例，都落在本公开原理的精神和范围之内。更具体地，在说明书、附图和权利要求书公开范围内，元件部分和/或组合排列的各种变化和改进都是可能的。除了对元件部分和/或排列的变化和改进之外，各种替代的用途对本领域技术人员也是显而易见的。
权利要求
一种锁相环电路，包括压控振荡器，被配置成生成振荡信号；分频器，被配置成倍乘所述振荡信号的频率；相位频率检测器，被配置成将频率倍乘的振荡信号和外部输入的参考信号进行比较，从而生成误差信号；电荷泵，被配置成根据所述误差信号生成具有受控电流量的信号；波形发生器，被配置成生成具有各种幅度和周期的信号；环路滤波器，其根据所述电荷泵的信号或者所述波形发生器的信号而被充电/放电，并控制所述压控振荡器以调制所述振荡信号的频率并生成扩展频谱时钟；开关电路，被配置成将所述波形发生器和所述电荷泵的输出选择性地连接到所述环路滤波器；以及锁定检测器，连接到所述相位频率检测器，从而控制所述开关电路，使得在所述参考信号和所述频率倍乘的振荡信号的非锁定状态期间所述电荷泵被连接到所述环路滤波器，并且在所述参考信号和所述频率倍乘的振荡信号的锁定状态期间所述波形发生器被连接到所述环路滤波器。
2. 根据权利要求1所述的锁相环电路，其中在所述锁定状态之前和之后的非锁定状态 期间所述开关电路将所述电荷泵连接到所述环路滤波器，从而形成闭环；其中所述相位频 率检测器、所述电荷泵、所述压控振荡器以及所述分频器重复操作直到所述参考信号和所 述频率倍乘的振荡信号变成所述锁定状态为止。
3. 根据权利要求1所述的锁相环电路，其中所述锁定检测器在所述非锁定状态期间输 出低电平信号以控制所述开关电路，而在所述锁定状态期间输出高电平信号以控制所述开 关电路。
4. 根据权利要求1所述的锁相环电路，其中在所述锁定状态期间所述开关电路将所述 波形发生器连接到所述环路滤波器，从而形成开环；其中所述波形发生器、所述环路滤波器 以及所述压控振荡器操作直到所述锁定状态解除为止，从而调制所述振荡信号的频率并且 生成扩展频谱时钟。
5. 根据权利要求1所述的锁相环电路，其中所述波形发生器控制幅度和周期中的至少 一个，从而根据扩展频谱生成输出信号以控制所述振荡信号的调制量，其中所述波形发生 器所生成的输出信号被传送到所述环路滤波器。
6. —种锁相环电路，包括 压控振荡器，被配置成生成振荡信号； 分频器，被配置成倍乘所述振荡信号的频率；相位频率检测器，被配置成将频率倍乘的振荡信号和外部输入的参考信号进行比较， 从而生成误差信号；电荷泵，被配置成根据所述误差信号生成具有受控电流量的信号； 至少一个分频器，被配置成所述参考信号的频率；附加的电荷泵，被配置成根据所述至少一个分频器的最终输出信号生成具有受控电流 量的信号；环路滤波器，其根据所述电荷泵的信号或者所述附加的电荷泵的信号而被充电/放电，并控制所述压控振荡器以调制所述振荡信号的频率并生成扩展频谱时钟；开关电路，被配置成将所述附加的电荷泵和所述电荷泵的输出选择性地连接到所述环 路滤波器；以及锁定检测器，连接到所述相位频率检测器，从而控制所述开关电路，使得在所述参考信 号和所述频率倍乘的振荡信号的非锁定状态期间所述电荷泵被连接到所述环路滤波器，并 且在所述参考信号和所述频率倍乘的振荡信号的锁定状态期间所述附加的电荷泵被连接 到所述环路滤波器。
7. 根据权利要求6所述的锁相环电路，其中在所述锁定状态之前和之后的非锁定状态 期间所述开关电路将所述电荷泵连接到所述环路滤波器，从而形成闭环；其中所述相位频 率检测器、所述电荷泵、所述压控振荡器以及所述分频器重复操作直到所述参考信号和所 述频率倍乘的振荡信号变成所述锁定状态为止；其中所述锁定检测器在所述非锁定状态期间输出低电平信号以控制所述开关电路，而 在所述锁定状态期间输出高电平信号以控制所述开关电路。
8. 根据权利要求6所述的锁相环电路，其中在所述锁定状态期间所述开关电路将所述 附加的电荷泵连接到所述环路滤波器，从而形成开环；其中所述至少一个分频器、所述附加 的电荷泵、所述环路滤波器以及所述压控振荡器操作直到所述锁定状态解除为止，从而调 制所述振荡信号的频率并且生成扩展频谱时钟。
9. 根据权利要求6所述的锁相环电路，其中所述附加的电荷泵控制幅度和周期中的至 少一个，从而根据扩展频谱生成输出信号以控制所述振荡信号的调制量，其中所述附加的 电荷泵所生成的输出信号被传送到所述环路滤波器。
10. 根据权利要求6所述的锁相环电路，其中所述至少一个分频器包括第一分频器和 第二分频器，其中所述环路滤波器的充电/放电比是由所述第一分频器和所述第二分频器 的占空比确定的；其中所述至少一个分频器还包括第三分频器，其被设置在所述第二分频器和所述附加 的电荷泵之间，以控制所述环路滤波器的充电/放电。
全文摘要
本发明提供了一种锁相环电路，包括压控振荡器(VCO)、分频器、相位频率检测器(PFD)、电荷泵、波形发生器、环路滤波器、开关电路以及锁定检测器。VCO生成振荡信号。分频器倍乘振荡信号的频率。PFD将频率倍乘的振荡信号和外部输入的参考信号进行比较，从而生成误差信号。电荷泵根据误差信号产生信号。环路滤波器根据电荷泵或者波形发生器的信号控制VCO以调制振荡信号的频率并生成扩展频谱时钟。锁定检测器控制开关电路，从而选择性地在非锁定状态期间将电荷泵连接到环路滤波器，而在锁定状态期间将波形发生器连接到环路滤波器。
文档编号H03L7/099GK101783679SQ200910262540
公开日2010年7月21日 申请日期2009年12月29日 优先权日2008年12月29日
发明者全河俊 申请人:东部高科股份有限公司