一种带增益控制的下采样型鉴相器及电荷泵电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种带增益控制的下采样型鉴相器及电荷泵电路，包括对压控振荡器输出的一对差分信号进行采样的两个采样保持电路，一个输出与参考信号互不交叠且脉冲宽度仅为参考信号周期的一部分的脉冲器；一个跨导型电荷泵。本发明中的跨导型电荷泵的上下开关均受到脉冲器的控制，开启时间保持一致，那么为了达到稳态，锁相环电路会自行调节参考信号对压控振荡器的采样点直到上下电流相等，这样一来，电流源失配不再重要，不再需要共源共栅结构的电流源，可以节省电压余度；也不再需要单位增益缓冲器来抑制电荷共享，简化了电路设计。
【专利说明】
-种带増益控制的下采样型鉴相器及电荷累电路
技术领域
[0001] 本发明设及一种下采样型的鉴相器及电荷累电路，特别设及一种带增益控制的下 采样型鉴相器及电荷累电路。
【背景技术】
[0002] 鉴相器及电荷累电路是锁相环电路的核屯、单元电路，它负责比较参考信号和锁相 环环内振荡器反馈回鉴相器的信号的相位差异，并将相位差异转化为电压或者电流信号去 修正振荡器的振荡频率和相位。下采样型的鉴相器及电荷累电路用于下采样型的锁相环电 路中，图1是下采样型锁相环的环路结构框图。下采样型锁相环的基本思路就是在压控振荡 器的输出频率是参考信号的频率的整数倍的情况下，不用传统的=态鉴频鉴相器，而采用 采样或采样保持结构的鉴相器，直接对压控振荡器的输出进行采样，相位差异信息包含在 采样信号中，采样信号去驱动电荷累产生压控振荡器的控制电压Vctrl。运样一来，锁相环就 可W在没有分频器的情况下工作，分频器的噪声和功耗就可W省去了。锁相环锁定后的环 路中分频器的存在会导致来自鉴相器和电荷累的噪声被放大到分频比的平方倍。所W移除 分频器可W减少相位噪声。由于压控振荡器的输出频率是参考信号的整数倍，故参考信号 对压控振荡器的采样被称为"下采样"。
[0003] 图2是下采样型鉴相器的原理框图。压控振荡器的输出是直流电平为Vdc,幅度为 Avcd的正弦波，被参考信号Ref采样。如果压控振荡器的输出和参考信号的相位一致且分频 比为一整数的话，采样得到的电压Vsam就为一常数，等于VdC。若压控振荡器和参考信号之间 存在相位差异，Vsam将偏离Vdc DVsam和Vdc之间的差值就代表相位差。运里的电荷累将电压信 号Vsam转化为电流信号& Vsam,故又称为跨导型电荷累。定义从锁相环的输出处到电荷累的 输出处的电荷累反馈增益：
[0004]
(1)
[0005] 下采样型鉴相器及电荷累的局限性在于它的增益Kd往往很大，Kd太大会导致环路 滤波器中的电容(Cl、C2)过大，占用过多的忍片面积。
【发明内容】
[0006] 鉴于此，本发明提供一种带增益控制的下采样型鉴相器及电荷累电路。
[0007] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:一种带增益控制的下采样型鉴相器 及电荷累电路，包括
[000引对压控振荡器输出的一对差分信号进行采样的两个采样保持电路，每个采样保持 电路包括一个开关和一个电容，参考信号控制开关的闭合与断开，开关闭合时压控振荡器 的输出连接到电容上，开关断开后，采样到的电压保持在电容上；
[0009] -个脉冲器，它的输出与参考信号之间是互不交叠的，且脉冲器输出的脉冲宽度 仅为参考信号的周期一部分；
[0010] -个跨导型电荷累，包括上电流源、下电流源、上开关和下开关，所述上电流源和 下电流源分别受到压控制振荡器被采样后得到的电压控制，所述上开关和下开关受脉冲器 输出的控制;参考信号对压控振荡器的输出进行采样后，脉冲器打开电荷累的开关，让携带 有相位信息的电流注入后续的电容。
[0011] 进一步，上电流源与上开关的开启时间的乘积等于下电流源与下开关的开启时间 的乘积。
[0012] 由于采用了 W上技术方案，本发明具有W下有益技术效果：
[0013] 本发明的带增益控制的下采样型鉴相器及电荷累电路包括对压控振荡器输出的 一对差分信号进行采样的两个采样保持电路，一个输出与参考信号互不交叠且脉冲宽度仅 为参考信号周期的一部分的脉冲器，一个跨导型电荷累。与普通的下采样型鉴相器及电荷 累电路相比，它具有W下特点：
[0014] 1.可W降低电荷累反馈增益KcU又因为脉冲器输出的脉冲宽度可调节，那么Kd减 少的比例还可控;反馈增益受到控制意味着滤波器中电容的面积可控。
[0015] 2.因为脉冲器的输出与参考信号的相位互不交叠，那么每一条采样路径上可W节 省一个采样保持电路。
[0016] 3.对于普通的电荷累，因为上下电流源不可能完全匹配，那么其中的一个电流源 就必须开启更长的时间，运就导致了电荷累输出电流上的纹波，进一步导致压控振荡器控 制电压上的纹波，运会恶化最后输出的信号性能。而跨导型电荷累的上下开关均受到脉冲 器的控制，开启时间保持一致，那么为了达到稳态，锁相环电路会自行调节参考信号对压控 振荡器的采样点直到上下电流相等。运样一来，电流源失配不再重要，不再需要共源共栅结 构的电流源，可W节省电压余度;也不再需要单位增益缓冲器来抑制电荷共享，简化了电路 设计。
【附图说明】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中：
[0018] 图1为下采样型锁相环的环路结构框图；
[0019] 图2为下采样型鉴相器的原理框图；
[0020] 图3为本发明具体实施的加入增益控制技术的采样型鉴相器及电荷累电路的原理 图；
[0021] 图4为脉冲器电路的结构和时序分析W及电路中延迟单元的具体结构。
【具体实施方式】
[0022] W下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述;应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0023] 本发明具体实施的加入增益控制技术的采样型鉴相器及电荷累的电路图如图3所 示，它包括
[0024] 对压控振荡器输出的一对差分信号进行采样的两个采样保持电路，每个采样保持 电路包括一个开关和一个电容，参考信号控制开关的闭合与断开，开关闭合时压控振荡器 的输出连接到电容上，开关断开后，采样到的电压保持在电容上；
[0025] -个脉冲器，它的输出与参考信号之间是互不交叠的，且脉冲器输出的脉冲宽度 仅为参考信号的周期一部分；
[0026] -个跨导型电荷累，包括上电流源、下电流源、上开关和下开关，所述上电流源和 下电流源分别受到压控制振荡器被采样后得到的电压控制，所述上开关和下开关受脉冲器 输出的控制;参考信号对压控振荡器的输出进行采样后，脉冲器打开电荷累的开关，让携带 有相位信息的电流注入后续的电容。
[0027] 它的工作原理如下：脉冲器的输出化1与参考信号Ref之间是互不交叠的，它的脉 冲宽度为Tpul。运样一来，不但可W实现将Kd降至未加脉冲器前的TpulAref ,Tref为参考信号 的周期。每一条采样路径上还可W节省一个如图2中的采样保持电路。参考信号Ref对压控 振荡器的输出Vp与Vn进行采样后得至IjVsamp和Vsamn,然后脉冲器才打开电荷累的开关，让大小 为Icp = gmVsam的电流注入环路滤波器。引入增益控制技术后，修正电荷累反馈增益公式为：
[002引
P)
[0029] 图4为脉冲器电路的结构和时序分析W及电路中延迟单元的具体结构。脉冲器的 时序分析:Ref 2相对于Ref延迟2个反相器的时延;Ref 3相对于Ref延迟3个反相器的时延。延 迟单元中含有两个反相器，一个与其余=个反相器是一样的，故有相同的时延，另一个的时 延由Vtune电压大小控制，故Ref4相对于Ref有3个反相器的时延加上一个可控时延。Pul的上 升沿距离Ref同一周期的下降沿有3个反相器的时延，于是脉冲宽度Tpul为Vtune可控的时延。
[0030] W上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人 员可W对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。运样，倘若本发明的 运些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含运些 改动和变型在内。
【主权项】
1. 一种带增益控制的下采样型鉴相器及电荷栗电路，其特征在于:包括 对压控振荡器输出的一对差分信号进行采样的两个采样保持电路，每个采样保持电路 包括一个开关和一个电容，参考信号控制开关的闭合与断开，开关闭合时压控振荡器的输 出连接到电容上，开关断开后，采样到的电压保持在电容上； 一个脉冲器，它的输出与参考信号之间是互不交叠的，且脉冲器输出的脉冲宽度仅为 参考信号的周期一部分； 一个跨导型电荷栗，包括上电流源、下电流源、上开关和下开关，所述上电流源和下电 流源分别受到压控制振荡器被采样后得到的电压控制，所述上开关和下开关受脉冲器输出 的控制;参考信号对压控振荡器的输出进行采样后，脉冲器打开跨导型电荷栗的开关，让携 带有相位信息的电流注入后续的电容。2. 根据权利要求1所述的带增益控制的下采样型鉴相器及电荷栗电路，其特征在于:上 电流源与上开关的开启时间的乘积等于下电流源与下开关的开启时间的乘积。
【文档编号】H03L7/089GK105846817SQ201610178787
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】季瑾月, 张瑞涛, 蒲杰, 丁, 丁一, 陈刚
【申请人】中国电子科技集团公司第二十四研究所