专利名称：一种锁相环及其电荷泵的制作方法
技术领域：
本发明属于电子电路设计领域，尤其涉及一种锁相环及其电荷泵。
背景技术：
锁相环是一种反馈控制电路，其利用外部输入的参考信号控制内部振荡信号的频率和相位，被广泛应用在无线通信系统、高速点对点数据通信系统等领域中。如图1示出了锁相环的典型结构图。其中，鉴频鉴相器比较参考信号Fref与分频器输出的反馈信号Fosc之间的相位差和频率差，并产生电压信号Up和Dn来控制电荷泵的工作。电荷泵将电压信号Up和Dn转变为可以控制压控振荡器的控制信号Vc。为了保证环路工作稳定，控制信号Vc需通过环路滤波器进行滤波，滤波后的控制电压Vcontrol作为压控振荡器的实际控制电压。压控振荡器的输出电压经分频器分频后，作为输入到鉴频鉴相器的反馈信号Fosc。其中，输入到电荷泵的电压信号Up和Dn均是数字信号，电荷泵输出的控制信号Vc是模拟信号，该控制信号Vc控制着压控振荡器输出信号的频率变化，在锁相环锁定时，要求控制信号Vc为一恒定值，以保证压控振荡器输出信号的频率稳定性。即是说，在锁相环锁定后，控制信号Vc即便有很小的波动，都会引起压控振荡器输出信号的频率抖动，从而引入噪声，影响环路的性能和工作状态。图2示出了现有技术中广泛采用的电荷泵的部分电路。该部分电路为一单位增益缓冲器，除此部分电路之外，电荷泵还包括一积分器，积分器的差分输出信号对应输入到该电路的差分输入端口 Vin+和Vin-，经过该单位增益缓冲器后，通过差分输出端口 Vout+和Vout-输出到环路滤波器。图3示出了现有技术广泛使用的环路滤波器的电路。环路滤波器的输出信号Vctr+和Vctr-作为控制信号输入到压控振荡器。由图2和图3所示的电路可以看出，压控振荡器的频率抖动与环路滤波器的输出信号Vctr+和Vctr-相关，且成正比例变化，输出信号Vctr+和Vctr-越稳定，对压控振荡器的频率稳定性越有利。然而在实际中，锁相环的电源VDD难免由于外部干扰或器件本身等原因而出现抖动现象，电源VDD的抖动会使得单位增益缓冲器中B节点的共模电平发生偏移，影响到差分输出端口 Vout+和Vout-输出的共模电平，并进一步影响到环路滤波器的输出信号Vctr+和Vctr-，使得压控振荡器的频率出现抖动，且电源抖动越大，压控振荡器的频率抖动就越大，影响了锁相环的正常工作。特别是在电源电压越来越低的趋势下，对锁相环时钟输出的抖动性能的要求也越来越高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种锁相环的电荷泵，旨在解决现有的锁相环在电源出现抖动时，压控振荡器的频率出现抖动，影响环路的性能和工作状态，稳定性差的问题。本发明实施例是这样实现的，一种锁相环的电荷泵，所述电荷泵包括:
积分器,用于输出第一差分信号对；单位增益缓冲器，用于在所述积分器输出的所述第一差分信号对控制下，向锁相环的环路滤波器输出第二差分信号对；电源补偿电路，用于在所述单位增益缓冲器的电源电压出现抖动时提供电压补m
\-ZX O本发明实施例的另一目的在于提供一种锁相环，所述锁相环包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器、分频器，所述电荷泵包括:积分器，用于输出第一差分信号对；单位增益缓冲器，用于在所述积分器输出的所述第一差分信号对控制下，向锁相环的环路滤波器输出第二差分信号对；电源补偿电路，用于在所述单位增益缓冲器的电源电压出现抖动时提供电压补m
\-ΖΧ ο本发明提供的锁相环及其电荷泵中，在电荷泵中增加一电源补偿电路，该电源补偿电路可对电荷泵的电源电压抖动进行抑制，从而提高了锁相环工作的稳定性，保证了锁相环的正常工作。
图1是现有锁相环的典型结构图；图2是图1中，电荷泵的典型电路图；图3是图1中，环路滤波器的典型电路图；图4是本发明提供的锁相环的电荷泵的结构图；图5是图4中，单位增益缓冲器和电源补偿电路的电路图；图6是本发明提供的锁相环的结构图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种锁相环的电荷泵，该锁相环的电荷泵在现有积分器和单位增益缓冲器基础上，还增加了一电源补偿电路。图4示出了本发明提供的锁相环的电荷泵的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。详细而言，本发明提供的锁相环的电荷泵包括:积分器11，用于输出第一差分信号对；单位增益缓冲器12，用于在积分器11输出的第一差分信号对控制下，向环路滤波器输出第二差分信号对；电源补偿电路13，用于在单位增益缓冲器12的电源电压出现抖动时提供电压补偿，从而使得单位增益缓冲器12的电源抖动对锁相环的影响得到抑制。进一步地，如图5所示，单位增益缓冲器12可以包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、NPN型的三极管Ql、NPN型的三极管Q2、第一电压源DCl、第二电压源DC2。其中，电阻Rl的第一端连接电源电压VDD，电阻Rl的第二端同时连接电阻R2的第一端和电阻R3的第一端，电阻Rl的第二端同时连接电源补偿电路13 ;电阻R2的第二端连接三极管Ql的集电极，三极管Ql的基极通过电阻R4连接积分器11的一个差分信号输出端子，三极管Ql的发射极连接第一电压源DCl的负极，第一电压源DCl的正极接地；电阻R3的第二端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极通过电阻R5连接积分器11的另一个差分信号输出端子，三极管Q2的发射极连接第二电压源DC2的负极，第二电压源DC2的正极接地；三极管Ql的发射极同时顺次通过电阻R6和电阻R7连接三极管Q2的发射极；三极管Ql的集电极和三极管Q2的集电极连接环路滤波器并向环路滤波器输出第二差分信号对。进一步地，如图5所示，电源补偿电路13可以包括:电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、NPN型的三极管Q5、NPN型的三极管Q6、NPN型的三极管Q7、NPN型的三极管Q8、NPN型的三极管Q9、NPN型的三极管Q10、稳压管Dl。其中，电阻R12的第一端和电阻R13的第一端同时连接电源电压VDD ;电阻R12的第二端连接三极管Q5的基极；三极管Q5的基极同时连接稳压管Dl的阴极，稳压管Dl的阳极接地；三极管Q5的的集电极连接电源电压VDD，三极管Q5的发射极通过电阻R4连接三极管Q8的集电极，三极管Q8的发射极通过电阻R15接地，三极管Q8的基极连接三极管Q8的集电极；电阻R13的第二端连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的基极连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的发射极连接三极管Q9的集电极，三极管Q9的基极连接三极管Q8的基极，三极管Q9的发射极通过电阻R16接地；三极管Q7的基极连接三极管Q9的集电极，三极管Q7的发射极连接三极管QlO的集电极，三极管QlO的基极连接三极管QlO的集电极，三极管QlO的发射极通过电阻R17接地；三极管Q7的集电极同时连接单位增益缓冲器12，具体是连接图5中电阻Rl的第二端。以下详细说明图5所示的电路对电源电压VDD抖动的抑制原理:在电源电压VDD发生抖动时，假设电源电压VDD增大。在单位增益缓冲器12中，电源电压VDD经电阻Rl达到B节点，使得B节点的电压增大。在电源补偿电路13中，稳压管Dl保证了 I节点的电压不变，则由Q8和Q9组成的镜像电路中的镜像电流大小保持不变，使得2节点的电压随电源电压VDD的增加而增加，三极管Q7的发射极电流增加，三极管Q7的集电极电流增加，进而使得电阻Rl两端的电压增加，从而降低了 B节点的电压，抑制了电源电压VDD的上升趋势。同理，当电源电压VDD下降时，B节点的电压减小，而通过电源补偿电路13，可在减小的基础上进行补偿，使得电源电压VDD的下降趋势得以抑制。单位增益缓冲器12的抑制效果取决于电阻Rl和电阻R17的比值大小，通过合理选择器件参数，即可满足对电源电压VDD抖动的抑制。本发明还提供了一种锁相环的结构，如图6示出了本该锁相环的结构，为了便于说明，仅不出了与本发明相关的部分。详细而言，本发明提供的锁相环包括:鉴频鉴相器21 ;电荷泵22，电荷泵22采用如上所述的电荷泵；环路滤波器23 ;压控振荡器24 ;分频器25。不同于现有的锁相环，本发明提供的锁相环还包括:负反馈电路26，其输入端连接环路滤波器23的输出端，其输出端连接电荷泵22的电源电压VDD，用于实现环路滤波器23的输出信号与电源电压VDD之间相反的变化趋势，从而在利用电源补偿电路13实现电源电压VDD抖动抑制的同时，还通过稳定输入电荷泵22的电源电压VDD本身，而进一步抑制电源电压VDD抖动对环路的影响。
其中，环路滤波器23可以采用如图2所示的电路，具体包括:NPN型的三极管Q3、NPN型的三极管Q4、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、第三电压源DC3、第四电压源DC4、电容Cl和电容C2。三极管Q3的基极连接电荷泵22的一个差分信号输出端子，三极管Q3的集电极连接电源电压VDD，三极管Q3的发射极连接第三电压源DC3的负极，第三电压源DC3的正极接地；三极管Q4的基极连接电荷泵22的另一个差分信号输出端子，三极管Q4的集电极连接电源电压VDD，三极管Q4的发射极连接第四电压源DC4的负极，第四电压源DC4的正极接地；电阻R8、电阻R9、电容Cl、电阻RlO和电阻Rll顺次串联在三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极之间，电容C2并联在电阻R9、电容Cl、电阻10顺次串联后的两端；电容Cl的两端Vct r+和Vct r-作为环路滤波器23的输出端。综上所述，本发明提供的锁相环及其电荷泵中，在电荷泵中增加一电源补偿电路，该电源补偿电路可对电荷泵的电源电压抖动进行抑制，从而提高了锁相环工作的稳定性，保证了锁相环的正常工作。另外，在锁相环中，还增加了负反馈电路，用以使得输入电荷泵的电源电压与环路滤波器的输出电压呈反向变化趋势，从而进一步抑制了电源电压抖动对锁相环稳定性的影响。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种锁相环的电荷泵，其特征在于，所述电荷泵包括: 积分器，用于输出第一差分信号对； 单位增益缓冲器，用于在所述积分器输出的所述第一差分信号对控制下，向锁相环的环路滤波器输出第二差分信号对； 电源补偿电路，用于在所述单位增益缓冲器的电源电压出现抖动时提供电压补偿。
2.如权利要求1所述的锁相环的电荷泵，其特征在于，所述电源补偿电路包括:电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、NPN型的三极管Q5、NPN型的三极管Q6、NPN型的三极管Q7、NPN型的三极管Q8、NPN型的三极管Q9、NPN型的三极管QlO、稳压管Dl ； 电阻R12的第一端和电阻R13的第一端同时连接所述电源电压；电阻R12的第二端连接三极管Q5的基极；三极管Q5的基极同时连接稳压管Dl的阴极，稳压管Dl的阳极接地；三极管Q5的的集电极连接电源电压，三极管Q5的发射极通过电阻R4连接三极管Q8的集电极，三极管Q8的发射极通过电阻R15接地，三极管Q8的基极连接三极管Q8的集电极；电阻R13的第二端连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的基极连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的发射极连接三极 管Q9的集电极，三极管Q9的基极连接三极管Q8的基极，三极管Q9的发射极通过电阻R16接地；三极管Q7的基极连接三极管Q9的集电极，三极管Q7的发射极连接三极管QlO的集电极，三极管QlO的基极连接三极管QlO的集电极，三极管QlO的发射极通过电阻R17接地；三极管Q7的集电极同时连接所述单位增益缓冲器。
3.如权利要求1所述的锁相环的电荷泵，其特征在于，所述单位增益缓冲器包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、NPN型的三极管Ql、NPN型的三极管Q2、第一电压源DC1、第二电压源DC2 ； 电阻Rl的第一端连接所述电源电压，电阻Rl的第二端同时连接电阻R2的第一端和电阻R3的第一端，电阻Rl的第二端同时连接所述电源补偿电路；电阻R2的第二端连接三极管Ql的集电极，三极管Ql的基极通过电阻R4连接所述积分器的一个差分信号输出端子，三极管Ql的发射极连接第一电压源DCl的负极，第一电压源DCl的正极接地；电阻R3的第二端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极通过电阻R5连接所述积分器的另一个差分信号输出端子，三极管Q2的发射极连接第二电压源DC2的负极，第二电压源DC2的正极接地；三极管Ql的发射极同时顺次通过电阻R6和电阻R7连接三极管Q2的发射极；三极管Ql的集电极和三极管Q2的集电极连接环路滤波器并向所述环路滤波器输出所述第二差分信号对。
4.一种锁相环，所述锁相环包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器、分频器，其特征在于，所述电荷泵包括: 积分器，用于输出第一差分信号对； 单位增益缓冲器，用于在所述积分器输出的所述第一差分信号对控制下，向锁相环的环路滤波器输出第二差分信号对； 电源补偿电路，用于在所述单位增益缓冲器的电源电压出现抖动时提供电压补偿。
5.如权利要求4所述的锁相环，其特征在于，所述电源补偿电路包括:电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、NPN型的三极管Q5、NPN型的三极管Q6、NPN型的三极管Q7、NPN型的三极管Q8、NPN型的三极管Q9、NPN型的三极管Q10、稳压管Dl ；电阻R12的第一端和电阻R13的第一端同时连接所述电源电压；电阻R12的第二端连接三极管Q5的基极；三极管Q5的基极同时连接稳压管Dl的阴极，稳压管Dl的阳极接地；三极管Q5的的集电极连接电源电压，三极管Q5的发射极通过电阻R4连接三极管Q8的集电极，三极管Q8的发射极通过电阻R15接地，三极管Q8的基极连接三极管Q8的集电极；电阻R13的第二端连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的基极连接三极管Q6的集电极，三极管Q6的发射极连接三极管Q9的集电极，三极管Q9的基极连接三极管Q8的基极，三极管Q9的发射极通过电阻R16接地；三极管Q7的基极连接三极管Q9的集电极，三极管Q7的发射极连接三极管QlO的集电极，三极管QlO的基极连接三极管QlO的集电极，三极管QlO的发射极通过电阻R17接地；三极管Q7的集电极同时连接所述单位增益缓冲器。
6.如权利要求4所述的锁相环，其特征在于，所述单位增益缓冲器包括:电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、NPN型的三极管Ql、NPN型的三极管Q2、第一电压源DC1、第二电压源DC2 ； 电阻Rl的第一端连接所述电源电压，电阻Rl的第二端同时连接电阻R2的第一端和电阻R3的第一端，电阻Rl的第二端同时连接所述电源补偿电路；电阻R2的第二端连接三极管Ql的集电极，三极管Ql的基极通过电阻R4连接所述积分器的一个差分信号输出端子，三极管Ql的发射极连接第一电压源 DCl的负极，第一电压源DCl的正极接地；电阻R3的第二端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极通过电阻R5连接所述积分器的另一个差分信号输出端子，三极管Q2的发射极连接第二电压源DC2的负极，第二电压源DC2的正极接地；三极管Ql的发射极同时顺次通过电阻R6和电阻R7连接三极管Q2的发射极；三极管Ql的集电极和三极管Q2的集电极连接环路滤波器并向所述环路滤波器输出所述第二差分信号对。
7.如权利要求4所述的锁相环，其特征在于，所述环路滤波器包括:NPN型的三极管Q3、NPN型的三极管Q4、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、第三电压源DC3、第四电压源DC4、电容Cl和电容C2 ； 三极管Q3的基极连接所述电荷泵的一个差分信号输出端子，三极管Q3的集电极连接所述电源电压，三极管Q3的发射极连接第三电压源DC3的负极，第三电压源DC3的正极接地；三极管Q4的基极连接所述电荷泵的另一个差分信号输出端子，三极管Q4的集电极连接所述电源电压，三极管Q4的发射极连接第四电压源DC4的负极，第四电压源DC4的正极接地；电阻R8、电阻R9、电容Cl、电阻RlO和电阻Rll顺次串联在三极管Q3的发射极和三极管Q4的发射极之间，电容C2并联在电阻R9、电容Cl、电阻10顺次串联后的两端；电容Cl的两端作为所述环路滤波器的输出端。
8.如权利要求4至7任一项所述锁相环，其特征在于，所述锁相环还包括: 负反馈电路，所述负反馈电路的输入端连接所述环路滤波器的输出端，所述负反馈电路的输出端连接所述电荷泵的所述电源电压，所述负反馈电路用于实现所述环路滤波器的输出信号与所述电源电压之间相反的变化趋势。
全文摘要
本发明属于电子电路设计领域，提供了一种锁相环及其电荷泵。其中的电荷泵包括积分器，用于输出第一差分信号对；单位增益缓冲器，用于在积分器输出的所述第一差分信号对控制下，向锁相环的环路滤波器输出第二差分信号对；电源补偿电路，用于在单位增益缓冲器的电源电压出现抖动时提供电压补偿，从而提高了锁相环工作的稳定性，保证了锁相环的正常工作。
文档编号H03L7/08GK103138570SQ20131002827
公开日2013年6月5日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者孙博文, 黎学超, 刘云龙, 李洛宇, 王艳东, 何初冬, 卢国新, 周锦, 武小玉 申请人:深圳市国微电子有限公司