专利名称：回路滤波器以及锁相回路的制作方法
技术领域：
本发明有关于回路滤波器，特别有关一种能够增大电容值 的回路滤波器。
背景技术：
在现在的同步式系统(如计算机系统与通讯"i殳备)中，时脉 产生电路是非常重要的部分。举例而言，锁相回^各(Phase Look Loop, PLL)电^各广泛的应用于频率合成、时序4交正、时脉分配 以及相位解调等等。一般而言，传统的锁相回路会包括 一 相位频率侦测器 (phase/frequency detector, PFD)、 一电流泵(charge pump)、 一 回路滤波器(loop filter)、 一电压控制振荡器(voltage control oscillator, VCO)以及一分频器(divider)。相位频率侦测器比较 一反馈时脉以及一参考时脉的变化沿(transitional edges),来产 生比较信号，进而使得电流泵充放电。再者，回路滤波器会根 据电流泵的充放电，产生控制电压，VCO依据控制电压大小， 决定其输出的时脉的频率，而分频器则对VCO所输出的时脉进 行分频，而输出反馈时脉至相位频率侦测器。回路滤波器通常会包括至少一电容器用以滤除噪声，并且 其等效电容值愈大会使得锁相回路的带宽(bandwidth)愈小，同 时使得相位边限(phase margin)愈大。然而，回路滤波器的电容 值愈大，所使用的电容亦会占用愈大的面积。发明内容本发明提供一种回路滤波器，包括一第一电阻，具有一第一端耦接至一第一节点，以及一第二端耦接至一第二节点；一 第一电容，耦接于第二节点与一接地电压之间； 一第二电阻， 具有一第一端耦接至第 一节点，以及一第二端耦接至一第三节点； 一运算放大器，具有一非反相输入端耦接至第二节点、一 反相输入端耦接至第三节点，以及一输出端；以及一第二电容， 耦接于运算放大器的输出端与第三节点之间。本发明亦提供一种锁相回路，包括一相位频率侦测器，用 以比较一反馈时脉以及一参考时脉的变化沿，来产生一比较信号；一回路滤波器，包括一第一电阻，具有一第一端耦接至一第一节点，以及一第二端耦接至一第二节点； 一第一电容，耦 接于第二节点与一接地电压之间； 一第二电阻，具有一第一端耦接至第一节点，以及一第二端耦接至一第三节点； 一运算放 大器，具有一非反相输入端耦接至第二节点、 一反相输入端耦 接至第三节点，以及一输出端；以及一第二电容，耦接于运算 放大器的输出端与第三节点之间； 一电流泵，耦接第一节点， 根据比较信号，对回路滤波器进行充电或放电，以于第一节点 上产生一控制电压； 一压控振荡器，依据控制电压，输出一对 应时脉；以及一分频器，用以对压控振荡器所输出的对应时脉 进行分频，以输出反^t赍时脉至相位频率侦测器。本发明所述的回^各滤波器以及锁相回^各，可4吏用4交小的面 积来提供相同的等效电容值，或者是利用相同的面积来提供较 大的等效电容值。
图l为一回路滤波器的一实施例。图2A为回路滤波器的另 一 实施例。 图2B为图2A中回路滤波器的等效电路图。图3A为回路滤波器的另 一实施例。图3B为图3A中回路滤波器的等效电路图。 图4为回路滤波器的另 一 实施例。 图5为回^^滤波器的另 一实施例。 图6为回路滤波器的另 一实施例。 图7为锁相回3各的 一 实施例。
具体实施方式
为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易 懂，下文特举一4交佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下。图1为一回3各滤波器的一实施例。如图l所示，此回^各滤波 器11A包括一 电容C1具有一第 一端耦接至端点ND1以及一第二 端耦4姿至一"f姿;也端。举例而言，端点ND1为锁相回^各的电流泵 (如图7所示)的输出端，但不限定于此。假诏J,于电容C1的电压为VI,则流经电容C1的电流Ic可表 示成换言之，在^为固定(即V1固定)时，电流Ic与电容Cl的电容值会成一正比关系。图2A为回路滤波器的另 一 实施例，且图2B为图2A中回路 滤波器的等效电路图。如图2A所示，此回路滤波器11B与图1 所示者相似，但还包括 一 电流源C S耦接于节点N D1与接地端之 间，并且与电容C1并联，用以提供K倍于电流Ic的电流。换言 之，电流Ieq会等于(l+K)倍于电流Ic的电流(即7e《=ic + X/c = (1 + .由于回路滤波器11A与IIB中电容C1的跨压都是V1 ，而电流leq为Ic的(l+K)倍，所以式子(l)可改写成/M = (i + i:)xCix! = c x^ (2) 其中，C叫为图2A中所示的回路滤波器11B(即电容C1与电流源CS)的等效电容。由于^与图1A中相等而电流Ieq为Ic的(l+K)倍，所以回路滤波器11B的等效电容C叫的电容值会为电 容C1的电容值的(1+K)倍(即Ce《=(l +《)xCl)。换言之，回路滤波器11B通过固定电容C1的跨压，并将由节点ND1流往接地端的 电流I叫提高至电流Ic的(l+K)倍，以便将回路滤波器11B的等效 电容C叫提高至电容C1的电容值的(l+K)倍。因此，相较于使用传统电容器来增加等效电容值，此方法 可以不需要大幅度增加面积，亦可以达到增加电容值的效果。图3A为回路滤波器的另一实施例。如图3A所示，回路滤波 器11C包括电阻RX与RY、电容CA以及一运算放大器OPl。运算 放大器0P1以电压追随器(source follower)的方式连接于节点 ND3与电阻RY之间。举例而言，运算放大器0P1包括一非反相 输入端耦接至节点ND3、 一输出端耦接至电阻RY,以及一反相 输入端耦接至其输出端与电阻RY。电阻RX具有两端，所述两 端分别耦接节点ND2与ND3 ,电容CA耦接于节点ND3与接地端 之间，电阻RY具有一第一端耦接至节点ND2以及一第二端耦接 运算放大器0P1的输出端与反相输入端。由于运算放大器OPl的反相输入端与非反相输入会虚短路 (virtual short),所以电阻RX与RY可—见为并联连接，故电阻RX流经电容CA的电流亦会增加。图3 B为回3各滤波器11C的 一 等效电^各图。由于等效电阻RZ 的电阻值会低于电阻RX或RY的电阻值，并且回i 各滤波器llC中的等效电容Ceff的电容值可表示成(^// = "><#。换言之，回路滤波器11C中等效电容Ceff的电容值可通过调整电阻RX与RY 的比例来增加。因此，回路滤波器11C可避免使用传统电容器 使得面积大幅度地增加。或者是说，回路滤波器11C相较于传 统电容器而言，可使用较小的面积来提供相同的等效电容值。然而，在此电路于直流状态下，节点ND3与4妄地端之间会 有 一 漏电路径，并且于频率分析时产生 一 个接近零点的极点， 所以使用此回^各滤波器的锁相回路将无法准确地进行锁相。图4为回路滤波器的另一实施例。如图4所示，回路滤波器 11D耦接于节点ND4与接地电压之间，并且包括电阻R1与R2、 电容C1与C2以及一运算放大器0P2。运算》文大器OP2以电压追 随器(source follower)的方式连接于节点ND5与电阻R2之间。举 例而言，运算放大器OP2包括一非反相输入端耦接至节点ND5、 一输出端通过电容C2耦接电阻R2及节点ND6，以及一反相输入 端耦接至节点ND6，并通过电容C2耦冲妄至其输出端。电阻R1具 有两端，所述两端分别耦接节点ND4与ND5，电容C1耦接于节 点ND5与接地端之间，电阻R2具有一第一端耦接至节点ND4以 及一第二端耦接运算放大器OP2的反相输入端以及电容C2。同样地，回路滤波器11D的等效电容的电容值可通过调整 电阻R1与R2的比例来增加。由于节点ND6与运算放大器OP2之 间的电容C2，所以图3A中回路滤波器11C中的漏电路径将会被阻断，并且漏电^各径所产生极点亦会一并一皮消除。图5为回路滤波器的另一实施例。如图5所示，回路滤波器IIE与图4中的回路滤波器11D相似，但还包括一电容C3耦接于 节点ND4与接地电压之间。同样地，回3各滤波器11D的等效电 容的电容值可通过调整电阻R1与R2的比例来增加。图6为回路滤波器的另 一实施例。如图6所示，回路滤波器 IIF与图5中的回路滤波器11E相似，但还包括一偏移消除电路 (offset elimination circuit)121用以侦测运算放大器OP2的输出 端上的输出电压V3，产生一控制信号CS,控制运算放大器OP2 的偏压电流I+与I-,使得运算放大器OP2的输出电压V3约等于 其输入电压V1。偏移消除电路121包括一比较器CP以及一偏压 控制器123。比较器CP包括一第 一输入端耦接至第 一参考电压 VREF1(例如1.0V)、 一第二输入端耦接至运算放大器CP2的输出 端，以及一第三输入端耦接至一第二参考电压VREF^例如 1.5V)。 一般而言，运算放大器0P2的输入电压V1会落在两个参 考电压VREF1与VREF2之间。举例而言，当运算放大器OP2的输出电压V3低于参考电压 VREF1时，比较器CP会通过控制信号CS来控制偏压控制器123, 以便调整运算放大器OP2的偏压电流I+与I-,使得运算放大器 OP2的输出电压V3上升。当运算放大器OP2的输出电压V3高于 参考电压VREF2时，比较器CP会通过控制信号CS来控制偏压控 制器123,以便调整运算放大器OP2的偏压电流I+与I-,使得运 算放大器OP2的输出电压V3下降。因此，运算放大器OP2的输 出电压V3将会去追随输入电压V1，意即输入电压V1与输出电 压V3的直流偏移(电容C2所导致)将可以被消除。此外，当运算 放大器OP2的输出电压V3落于两个参考电压VREF1与VREF2之 间时，偏移消除电3各121就不再调整运算》丈大器OP2的偏压电流I+与I-。图7为锁相回^各的一实施例。如图7所示，锁相回^各100包括 一一目J立步贞率4贞'测器(phase/frequency detector, PFD)ll、 一电；危 泵(charge pump)13、 一回3各滤波器(loop filter)15、 一压4空4展荡 器(voltage control oscillator, VCO)17以及一分频器(divider)19。 相位频率侦测器11比较反馈时脉CLK—FB以及参考时脉 CLK—REF的变化沿(transitional edges),来产生比较信号UP以及 DN,进而佳j寻电流泵13充ii电。举例而言，当反馈时脉CLK—FB的变化沿超前于参考时脉 CLK—REF的变化沿时，相位频率侦测器11就会通过比较信号UP 以及DN,用以将开关SW1断开，同时将开关SW2导通，以便对 回路滤波器15进行放电的动作。相反地，当反馈时脉CLK一FB 的变化沿落后于参考时脉CLK—REF的变化沿时，相位频率侦测 器11就会通过比较信号UP以及DN，用以将开关SW1导通，同 时将开关SW2断开，以i"更对回^各滤波器15进4亍充电的动作。回路滤波器15耦接至电流泵13中的节点ND7，用以根据电 流泵13的充放电，产生控制电压Vc。举例而言，当回路滤波器 15系由可图4至图6中的回路滤波器11D 11F来实现时，回路滤 波器11D 11F中的节点ND4耦接至电流泵13的节点ND7，并且跨 于节点ND4与接地端之间的电压系作为控制电压，输出至VCO 17。VCO 17依据控制电压Vc大小，决定其输出的时脉 CLK—VCO的频率。举例而言，当控制电压Vc (即节点ND4上的 电位)增加时，VCO 17所输出的时脉CLK^VCO的频率亦会增 加。相反地，当控制电压VC(即节点ND4上的电位)降低时，VCO 17所输出的时脉CLK—VCO的频率亦会降低。分频器19则用以对 VCO 17所输出的时脉CLK—VCO进行分频，而输出反馈时脉CLK—FB至相位频率侦测器11 。于此实施例中，由于回^各滤波器11D 11F相4交于传统电容 器而言，可使用较小的面积来提供相同的等效电容值，或者是 利用相同的面积来提供较大的等效电容值。因此，使用回路滤 波器11D、 IIE或IIF的锁相回路将可使用较小的面积或在相同 的面积下具有更小的带宽(bandwidth)与更大的相位边限(phase margin)。以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发 明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神 和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明 的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。附图中符号的简单说明如下11:相位频率侦测器13电流泵15回路滤波器17压控振荡器19分频器11A'、11F:回^各滤波器121:偏移消除电路123:偏压控制器100:锁相回^各OPl OP2:运算放大器 CP:比较器 CS:电流源C1 C3、 CA、 Ceff:电容 RX、 RY、 RZ、 R1 R2:电阻 ND1 ND7:节点V1 V3:电压VREF1、 VREF2:参考电压Vc:控制电压CS:控制信号I+、 I-: 偏压电流Ic、 Ieq: 电流UP、 DN: 比專交4言号CLK—FB:反馈时脉CLK—REF:参考时脉CLK VCO:时脉。
权利要求
1.一种回路滤波器，其特征在于，包括一第一电阻，具有一第一端耦接至一第一节点，以及一第二端耦接至一第二节点；一第一电容，耦接于上述第二节点与一接地电压之间；一第二电阻，具有一第一端耦接至上述第一节点，以及一第二端耦接至一第三节点；一运算放大器，具有一非反相输入端耦接至上述第二节点、一反相输入端耦接至上述第三节点，以及一输出端；以及一第二电容，耦接于上述运算放大器的输出端与上述第三节点之间。
2. 根据权利要求l所述的回路滤波器，其特征在于，还包括一第三电容，耦接于上述第一节点与上述接地电压之间；以及一偏移消除电路，用以使得上述运算放大器的输出端上的 输出电压等于上述非反相输入端上的一输入电压。
3. 根据权利要求2所述的回路滤波器，其特征在于，上述 偏移消除电路侦测上述运算放大器的输出端上的上述输出电 压，借以控制上述运算放大器的至少一偏压电流，使得上述运 算放大器的输出电压等于上述非反相输入端上的上述输入电 压。
4. 根据权利要求3所述的回路滤波器，其特征在于，上述 偏移消除电路，包括一比较器，侦测上述运算放大器的输出端上的上述输出电 压，并产生一对应的控制信号；以及一偏压控制电路，用以根据上述控制信号，控制上述运算 放大器的上述偏压电流；其中当上述运算放大器的上述输出电压低于一第一参考电 压时，上述比较器产生上述控制信号，使得上述偏压控制器能 够调整上述偏压电流，借以增加上述运算放大器的上述输出电压。
5. 根据权利要求4所述的回路滤波器，其特征在于，当上 述运算放大器的上述输出电压高于一第二参考电压时，上述比 较器产生上述控制信号，使得上述偏压控制器能够调整上述偏 压电流，借以降低上述运算放大器的上述输出电压。
6. 根据权利要求5所述的回路滤波器，其特征在于，当上 述运算放大器的上述输出电压位于上述第一参考电压、上述第 二参考电压之间时，上述偏移消除电路不调整上述运算放大器 的上述偏压电流。
7. —种锁相回路，其特征在于，包括一相位频率侦测器，用以比较一反々贵时月永以及一参考时脉 的变化沿，来产生一比较信号； 一回路滤波器，包括一第一电阻，具有一第一端耦接至一第一节点，以及一第 二端耦接至一第二节点；一第一电容，耦接于上述第二节点与一接地电压之间；一第二电阻，具有一第一端耦接至上述第一节点，以及一 第二端耦接至一第三节点；一运算放大器，具有一非反相输入端耦接至上述第二节 点、 一反相输入端耦接至上述第三节点，以及一输出端；以及一第二电容，耦接于上述运算放大器的输出端与上述第三 节点之间；一电流泵，耦接上述第一节点，根据上述比较信号，对上 述回路滤波器进行充电或放电，以于上述第一节点上产生一控制电压；一压控振荡器，依据上述控制电压，输出一对应时脉；以及一分频器，用以对上述压控振荡器所输出的上述对应时脉 进行分频，以输出上述反馈时脉至上述相位频率侦测器。
8. 根据权利要求7所述的锁相回路，其特征在于，还包括 一第三电容，耦接于上述第一节点与上述接地电压之间；以及一偏移消除电路，用以使得上述运算放大器的输出端上的 输出电压等于上述非反相输入端上的一输入电压。
9. 根据^又利要求8所述的锁相回^各，其特征在于，上述偏 移消除电路侦测上述运算放大器的输出端上的上述输出电压， 借以控制上述运算放大器的至少 一 偏压电流，使得上述运算放 大器的输出电压等于上述非反相输入端上的上述输入电压。
10. 才艮据—又利要求9所述的锁相回路，其特征在于，上述偏 移消除电路，包括一比较器，侦测上述运算放大器的输出端上的上述输出电 压，并产生一对应的控制信号；以及一偏压控制电路，用以根据上述控制信号，控制上述运算 放大器的上述偏压电流；其中当上述运算放大器的上述输出电压低于一第一参考电 压时，上述比较器产生上述控制信号，使得上述偏压控制器能 够调整上述偏压电流，借以增加上述运算放大器的上述输出电 压。
11. 根据权利要求10所述的锁相回路，其特征在于，当上 述运算放大器的上述输出电压高于一第二参考电压时，上述比 较器产生上述控制信号，使得上述偏压控制器能够调整上述偏压电流，借以降低上述运算放大器的上述输出电压。
12.根据权利要求ll所述的锁相回路，其特征在于，当上 述运算放大器的上述输出电压位于上述第一参考电压、上述第 二参考电压之间时，上述偏移消除电^各不调整上述运算》文大器 的上述偏压电 流o
全文摘要
一种回路滤波器以及锁相回路，其中回路滤波器包括一第一电阻，具有一第一端耦接至一第一节点，以及一第二端耦接至一第二节点；一第一电容，耦接于第二节点与一接地电压之间；一第二电阻，具有一第一端耦接至第一节点，以及一第二端耦接至一第三节点；一运算放大器，具有一非反相输入端耦接至第二节点、一反相输入端耦接至第三节点，以及一输出端；以及一第二电容，耦接于运算放大器的输出端与第三节点之间。本发明所述的回路滤波器以及锁相回路，可使用较小的面积来提供相同的等效电容值，或者是利用相同的面积来提供较大的等效电容值。
文档编号H03L7/18GK101237235SQ20081008554
公开日2008年8月6日 申请日期2008年3月17日 优先权日2008年3月17日
发明者刘中鼎, 曲静然 申请人:威盛电子股份有限公司