专利名称：无鉴相盲区的非线性鉴频鉴相器的制作方法
技术领域：
本发明涉及锁相环电路，具体涉及一种能加速锁相环锁定过程的无鉴相盲 区的非线性鉴频鉴相器电路。
背景技术：
如图l所示，锁相环电路一般是由鉴频鉴相器、电荷泵、低通环路滤波器 和压控振荡器依次串接而成的一个闭环相位负反馈系统，它的作用是使压控振
荡器输出的反馈信号c/^co的频率和相位能够实时锁定输入的参考信号
CiO^F的频率和相位。鉴频鉴相器在锁相环电路中起判别参考信号C/Ci^F与 反馈信号Ci^CO之间的频率差和相位差，并根据差值的极性和大小输出相应 宽度的脉冲信号"户和"iV的作用。脉冲信号t/P控制电荷泵中的充电开关，脉 冲信号zw控制电荷泵中的放电开关，它们的脉冲宽度分别决定了电荷泵对低
通环路滤波器的充电量和放电量。为了保证电荷泵对低通环路滤波器的充电量
或放电量与参考信号cjo 5F和反馈信号cxrco之间的相位差成线性关系，脉
冲信号W或脉冲信号DW的脉冲宽度必须与参考信号C/O^F和反馈信号
c/cfco之间的相位差成线性关系，故当参考信号c^ w和反馈信号之
间的相位差很小时，脉冲信号C/P或脉冲信号iW的脉冲宽度就会很窄。然而在
实际操作中，当脉冲信号t/P和脉冲信号zw的脉冲宽度很窄时，电荷泵中的充
电开关和放电开关不能完全开启甚至根本无法开启，这导致采用"鉴频鉴相器 +电荷泵"这种组合结构的锁相环电路普遍存在"鉴相死区"问题。
为解决"鉴相死区"问题，通常需要在如图2所示的传统鉴频鉴相器的复 位路径上插入一个延迟单元，但这又造成它在参考信号C^ EF和反馈信号 CATCO之间的相位差接近土2Ti时存在"鉴相盲区"。现结合图3和图4说明当 参考信号CXi^F超前反馈信号cxr:o接近2tc相位差时如图2所示的传统鉴频 鉴相器存在"鉴相盲区"的原因。如图3所示，反馈信号C尺FCO的第一个上 升沿在参考信号00 ￡,的第一个上升沿和第一个下降沿依次抵达之后，并在参 考信号C^^F的第二个上升沿抵达之前到来。传统鉴频鉴相器的初始状态为 C/P-IW-0， / e^=0。参考信号C《i^/r的第一个上升沿使得t/尸"，随后到来
的反馈信号OTCO的第一个上升沿使得ZW - / 。在同时有t/P = /和DAT = 7后， 由于图2中延迟单元的存在，使得经过T时间的延迟后才有及"e&7，从而启动 了第一触发器和第二触发器的异步复位端，使得W^DA^0，然后再经过r时 间的延迟后/^"=0。显然，如果参考信号C/^EF的第二个上升沿在反馈信号 CJOCO的第一个上升沿到来之后的如图3所示的A(Aa2z:)时间段内到达， "P = /并不能保持到反馈信号Ci^CO的第二个上升沿到来，而是在异步复位信 号i^W的作用下回到了逻辑低电平，这等效于在如图3所示的A时间段内的到 来的参考信号CA7^F的第二个上升沿被丢失，也就是传统鉴频鉴相器存在A宽 度的"鉴相盲区"。经过"鉴相盲区"之后，传统鉴频鉴相器错误地认为反馈 信号CA7CO超前于参考信号CX/^F，于是开始输出脉宽较宽的脉冲信号 ，=7，从而改变了传统鉴频鉴相器的净输出电压的极性，故如图4所示，在 参考信号C^ ￡,和反馈信号cioro之间的相位差接近±2兀时传统鉴频鉴相器 的输入输出特性有约为A宽度的增益反型区。如果锁相环采用了这种存在增益 反型区的传统鉴频鉴相器，则在环路锁定过程中其压控振荡器的控制电压J^。, (也就是图8中标记为^。,—的压控振荡器的控制电压仿真波形曲线)将出现 较多的起伏波动，从而造成锁相环锁定时间延长、锁定速度变慢。
专利US4322643、 US5963059、 US6924677-B2和US7053666-B2公布的 鉴频鉴相器电路都是通过縮短复位延迟t来减小"鉴相盲区"，进而减小增益 反型区的宽度，但为了消除"鉴相死区"，复位延迟T不能小于某一下限值， 否则无法保证电荷泵中充、放电开关的完全开启，这致使以上技术方案未能 彻底解决"鉴相盲区"问题。
发明内容
为了解决传统鉴频鉴相器在参考信号C^ ￡F与反馈信号CATCO之间的 相位差接近士2tu时存在"鉴相盲区"，从而造成锁相环锁定时间延长、锁定 速度变慢的问题，现提出一种无鉴相盲区的非线性鉴频鉴相器。
传统鉴频鉴相器在参考信号c/w￡F和反馈信号cxrco的相位差接近±
2兀处出现"鉴相盲区"的根本原因是在此处产生了复位信号/ e^，要彻底消
除"鉴相盲区"的问题，只有通过在参考信号c^ i:F和反馈信号a^co的相
位差接近士2;c处避免产生复位信号及^w来实现，但在参考信号CA^i:F和反 馈信号O^CO的相位差接近零处，鉴频鉴相器只有通过产生复位信号i e^才
能保证正确的鉴相操作。在具体的设计中，复位信号i ""产生与否的一个分
界线可以选择为参考信号co^^和反馈信号awco的下降沿，也就是参考信
号C^ 五F和反馈信号C7^CO的相位差为士兀处。
基于以上想法，本发明提供了一种无鉴相盲区的非线性鉴频鉴相器，其
特征在于包括第一D触发器、第二D触发器、与门和延迟单元，参考信号 CXi^F送入第一 D触发器的时钟输入端Ci^ ，第一 D触发器的输出端込和与 门的一个输入端相连，反馈信号Ci^CO送入第二 D触发器的时钟输入端C^ ， 第二D触发器的输出端込和与门的另一个输入端相连，与门的输出端与延迟 单元的输入端相连，第一 D触发器的异步复位端i^与第二 D触发器的异步 复位端&2相连并同时和延迟单元的输出端相连;其特征还在于它还包括第一 或门和第二或门，第一或门的输出端与第一 D触发器的信号输入端Z),相连， 第二或门的输出端与第二 D触发器的信号输入端化相连，第一或门的两个输 入端分别连接信号丽和反馈信号Ci^CO ，第二或门的两个输入端分别连接 信号^和参考信号CXi ￡F 。
本发明提供的具有非线性输入输出特性的鉴频鉴相器，在应用于锁相环电 路中时，避免了当参考信号C^^F和反馈信号a^CO的相位差接近士2Ti时锁 相环电路出现"鉴相盲区"的问题，并且当参考信号C^^F和反馈信号C7WCO 的相位差在[-Ti，兀]范围内时，此鉴频鉴相器具有的线性输入输出特性保证了锁 相环在锁定状态下可以获得很好的相位噪声和jitter性能；当参考信号OO^F 和反馈信号CKR:0的相位差在[-7C，兀]范围之外时，此鉴频鉴相器具有的非线 性输入输出特性加快了锁相环的相位锁定速度并縮短了锁定时间。
图1是锁相环电路的结构示意图2是传统鉴频鉴相器的结构示意图3是传统鉴频鉴相器实际工作时参考信号C^^F、反馈信号C《rCO、 脉冲信号W> 、脉冲信号ZW和复位信号的波形示意图4是传统鉴频鉴相器在图3所示的实际工作状态下的输入输出特性曲
线，其中横坐标表示参考信号c/^i;F和反馈信号c^rco之间的相位差，纵坐
标表示传统鉴频鉴相器的净输出电压；
图5是本发明所述的鉴频鉴相器的一个具体实施例的电路结构示意图6是本发明所述的鉴频鉴相器实际工作时参考信号00 ￡尸、反馈信号 ckr:o、信号OiJ/。w、信号0/ 乙、脉冲信号(/P、脉冲信号iW和复位信号/^" 的波形示意图7是本发明所述的鉴频鉴相器在图6所示的实际工作状态下的输入输出 特性曲线，其中横坐标表示参考信号C^^F和反馈信号C《R:o的相位差，纵 坐标表示鉴频鉴相器的净输出电压；
图8是分别采用传统鉴频鉴相器和本发明所述的鉴频鉴相器的锁相环电 路，在环路锁定过程中其压控振荡器的控制电压r^的仿真波形图，其中横坐 标表示时间(单位戸)，纵坐标表示电压(单位附r)，图中标记的已^" 表 示采用本发明所述的鉴频鉴相器时控制电压巳,。,的仿真波形曲线，标记的 K一—表示采用传统鉴频鉴相器时控制电压ro,的仿真波形曲线。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图5说明本实施方式。
本发明所述的无鉴相盲区的非线性鉴频鉴相器由第一或门1、第二或门2、
第一D触发器3、第二D触发器4、与门6和延迟单元5组成，第一或门l的 输出端与第一D触发器3的信号输入端A相连，第一或门1的两个输入端分 别连接信号M和反馈信号cxrco，第一或门1的输出端输出的信号为O及L， 参考信号CS EF送入第一 D触发器3的时钟输入端C^ ，第一 D触发器3的 输出端!3,和与门6的一个输入端相连，输出端込输出的是脉冲信号W^，输出 端g输出的是与脉冲信号(/户相反的信号^，第二或门2的输出端与第二D触 发器4的信号输入端A相连，第二或门2的两个输入端分别连接信号^和参 考信号CiMi:F，第二或门2的输出端输出的信号为0/ 4，反馈信号Ci^CO送 入第二 D触发器4的时钟输入端C^，第二 D触发器4的输出端込和与门6 的另一个输入端相连，输出端込输出的是脉冲信号ZW，输出端g输出的是与 脉冲信号iW相反的信号丽，与门6的输出端与延迟单元5的输入端相连， 第一 D触发器3的异步复位端&,与第二 D触发器4的异步复位端/^相连并 同时和延迟单元5的输出端相连，延迟单元5的输出端输出的是复位信号 i ew。本发明所述的鉴频鉴相器的初始状态为[/i> = ZW = 0, ^ = 1 = 7， i w" = 0， 0及乙=0及乙=7。
现结合图6和图7的具体信号波形来说明本发明所述的鉴频鉴相器的工作 原理，图6中的箭头方向表示信号的逻辑控制方向。
当参考信号CKREF超前反馈信号CKVCO时的工作过程 当参考信号CKREF的相位超前反馈信号CKVCO的相位，并且差值在[O， h]
范围内时，如图6所示，反馈信号CKVCO的第一个上升沿晚于参考信号CKREF
的第一个上升沿，并先于参考信号CKREF的第一个下降沿到来。在反馈信号
CKVCO的第一个上升沿到来时，参考信号CKREF先抵达的上升沿已使得之间的线性部分。
当参考信号CKREF的相位超前反馈信号CKVCO的相位，并且差值在[Ti， 2兀]
范围内时，如图6所示，反馈信号CKVCO的第二个上升沿在参考信号CKREF的
第二个上升沿和第二个下降沿依次到来之后，并在参考信号CKREF的第三个上
升沿抵达之前到来。参考信号CKREF,的第二个上升沿使得"/>=/，参考信号
CKREF的第二个下降沿使得Oi 乙=0 ，因此在反馈信号CKVCO的第二个上升沿 到达之后本发明的鉴频鉴相器保持ZW-O。在这种情况下，不会出现/^"=7， 故紧跟着反馈信号CKVCO的第二个上升沿到来的参考信号CKREF的第三个上
升沿也不再被丢失掉。显然，本发明所述的鉴频鉴相器完全消除了"鉴相盲区"
的问题，即使参考信号CKREF和反馈信号CKVCO之间的相位差非常接近2ti， 脉冲信号t/P和脉冲信号zw都不会出现极性反转现象，其输入输出特性曲线也 就不会存在任何增益反型区，这种情况下其实际的输入输出特性曲线如图7
中[-7c， 7u]之外的非线性部分所示。
由上述可知，本发明所述的鉴频鉴相器不存在任何"鉴相盲区"，且同时 提供了非线性的输入输出特性，故将其应用于锁相环电路中后，在环路锁定过 程中压控振荡器的控制电压乙。，(也就是图8中标记为^一的压控振荡器的 控制电压仿真波形曲线)出现的起伏波动较少，锁相环的锁定速度加快。
反馈信号CKVCO超前参考信号CKREF时的工作过程根据上述工作过程同理可推。
权利要求
1、无鉴相盲区的非线性鉴频鉴相器，其特征在于它包括第一D触发器(3)、第二D触发器(4)、与门(6)和延迟单元(5)，参考信号CKREF送入第一D触发器(3)的时钟输入端CK1，第一D触发器(3)的输出端Q1和与门(6)的一个输入端相连，反馈信号CKVCO送入第二D触发器(4)的时钟输入端CK2，第二D触发器(4)的输出端Q2和与门(6)的另一个输入端相连，与门(6)的输出端与延迟单元(5)的输入端相连，第一D触发器(3)的异步复位端Rst1与第二D触发器(4)的异步复位端Rst2相连并同时和延迟单元(5)的输出端相连，它还包括第一或门(1)和第二或门(2)，第一或门(1)的输出端与第一D触发器(3)的信号输入端D1相连，第二或门(2)的输出端与第二D触发器(4)的信号输入端D2相连，第一或门(1)的两个输入端分别连接信号<overscore>DN</overscore>和反馈信号CKVCO，第二或门(2)的两个输入端分别连接信号<overscore>UP</overscore>和参考信号CKREF。
全文摘要
无鉴相盲区的非线性鉴频鉴相器，涉及锁相环电路，彻底解决了传统鉴频鉴相器存在的“鉴相盲区”问题。它包括第一或门、第二或门、第一D触发器、第二D触发器、与门和延迟单元。第一或门的输出端与第一D触发器的信号输入端D<sub>1</sub>相连，参考信号CKREF送入第一D触发器的时钟输入端CK<sub>1</sub>，第一D触发器的输出端Q<sub>1</sub>和与门的一个输入端相连，第一D触发器的异步复位端R<sub>st1</sub>与第二D触发器的异步复位端R<sub>st2</sub>相连并同时和延迟单元的输出端相连，第二或门的输出端与第二D触发器的信号输入端D<sub>2</sub>相连，反馈信号CKVCO送入第二D触发器的时钟输入端CK<sub>2</sub>，第二D触发器的输出端Q<sub>2</sub>和与门的另一个输入端相连，与门的输出端与延迟单元的输入端相连。本发明适用于锁相环电路中。
文档编号H03L7/089GK101388666SQ200810137288
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月10日 优先权日2008年10月10日
发明者兰金保, 来逢昌, 王进祥, 高志强 申请人:哈尔滨工业大学