锁相环系统及芯片的制作方法

1.本发明是关于集成电路领域，特别是关于一种锁相环系统及芯片。


背景技术：

2.电荷泵是锁相环系统的核心子模块，其性能对整个锁相环的性能影响很大。电荷泵主要功能是将输入时钟的相位差值转换成电荷，并将电荷传输到环路滤波器，从而实现对压控振荡器的调谐电压的控制。对于电荷泵，我们最关心的两个指标是噪声和线性度，其中电荷泵的非线性会造成δ-σ调制器(dsm)的噪声折叠，恶化锁相环输出的低频处噪声；同时还会恶化分数杂散和游移杂散，显著影响锁相环的性能。
3.比较常见的提高电荷泵线性度的方法是在电荷泵的输出端引入一个静态的偏置电流，通过对电源或者对地引入可调的偏置电流，使得当锁相环进入锁定稳态的时候，鉴频鉴相器的输出端会产生一个静态的相位差δt0，静态相位差可以通过调节偏置电流的大小来改变以提高电荷泵线性度。
4.对于宽范围频率输出的锁相环，在相同的参考时钟的情况下，分频比变化比较大，所需要的offset电流变化也比较大。传统方法需要手动对偏置电流进行配置，操作不方便(尤其是在宽频率扫频等应用时)，且不能保证所有分频比下，偏置电流都可以达到最优值。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种锁相环系统及芯片，其能够在不同的分频比的情况下，自动对偏置电流进行调节以降低电荷泵的非线性。
7.为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种锁相环系统，包括：鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器、多模分频器、δ-σ调制器以及控制器。
8.鉴频鉴相器用于将一参考信号与多模分频器产生的第一分频时钟信号进行相位比较而输出相位差信号；电荷泵用于将相位差信号转换成电流信号，所述电荷泵的输出端与电源电压之间和/或电荷泵的输出端与地电压之间连接有用于提供偏置电流的电流单元；环路滤波器用于将电流信号积分滤波以输出控制电压信号；压控振荡器用于基于控制电压信号输出频率可调的振荡信号；多模分频器用于对振荡信号进行分频而输出第一分频时钟信号；δ-σ调制器用于调节多模分频器的分频比；控制器用于基于第一分频时钟信号产生占空比随多模分频器的分频比变化而变化的第一控制信号，并通过第一控制信号对电流单元进行调节以自适应调节偏置电流的大小。
9.在本发明的一个或多个实施例中，所述锁相环系统还包括分频器，用于对振荡信号进行分频而输出第二分频时钟信号，所述控制器用于基于第二分频时钟信号产生占空比随分频器的分频比变化而变化的第二控制信号，并通过第二控制信号对电流单元进行调节以自适应调节偏置电流的大小。
10.在本发明的一个或多个实施例中，所述锁相环系统还包括选择器，所述选择器的第一输入端与多模分频器相连，所述选择器的第二输入端与分频器相连，所述选择器的输出端与控制器相连。
11.在本发明的一个或多个实施例中，所述电流单元包括设置于电荷泵的输出端与电源电压之间的用于提供第一偏置电流的第一电流单元和/或设置于电荷泵的输出端与地电压之间的用于提供第二偏置电流的第二电流单元。
12.在本发明的一个或多个实施例中，所述第一电流单元包括第一可控电流源，所述第二电流单元包括第二可控电流源。
13.在本发明的一个或多个实施例中，所述锁相环系统还包括与控制器相连的寄存器。
14.在本发明的一个或多个实施例中，所述控制器为逻辑控制器。
15.在本发明的一个或多个实施例中，所述多模分频器和分频器的分频比相同。
16.在本发明的一个或多个实施例中，所述电流单元提供的偏置电流为其中，i
cp
为电荷泵的输出电流，x为第一控制信号的占空比与多模分频器的分频比的比例关系或者为第二控制信号的占空比与分频器的分频比的比例关系。
17.本发明还公开了一种芯片，包括所述的锁相环系统。
18.与现有技术相比，根据本实施例的锁相环系统，通过控制器基于多模分频器产生的第一分频时钟信号产生占空比随多模分频器的分频比变化而变化的第一控制信号，并通过第一控制信号对电流单元进行调节以自适应调节偏置电流的大小，从而实现对电荷泵线性度的自适应调节，来满足宽频输出的锁相环应用时，对于所有频率输出，电荷泵线性度都可以自动校准到最优效果。
附图说明
19.图1是根据本发明一实施例的锁相环系统的第一电路原理图。
20.图2是根据本发明一实施例的锁相环系统的第二电路原理图。
具体实施方式
21.下面结合附图，对本发明的具体实施例进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。
22.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
23.应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”另一元件，或与另一元件“相连”，或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
24.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
25.如图1所示，一种锁相环系统，包括：鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器、多模分频器、δ-σ调制器以及控制器。
26.其中，鉴频鉴相器用于将一参考信号fref与多模分频器产生的第一分频时钟信号进行相位比较而输出相位差信号；电荷泵用于将相位差信号转换成电流信号；环路滤波器用于将电流信号积分滤波以输出控制电压信号；压控振荡器用于基于控制电压信号输出频率可调的振荡信号；多模分频器用于对振荡信号进行分频而输出第一分频时钟信号；δ-σ调制器用于调节多模分频器的分频比。
27.电荷泵的输出端与电源电压之间和/或电荷泵的输出端与地电压之间连接有用于提供偏置电流的电流单元。在本实施例中，电荷泵的输出端与电源电压之间连接有用于提供第一偏置电流i
offset1
的第一电流单元11，电荷泵的输出端与地电压之间连接有用于提供第二偏置电流i
offset2
的第二电流单元12。第一电流单元11包括第一可控电流源a1，第一可控电流源a1产生第一偏置电流i
offset1
。第二电流单元12包括第二可控电流源a2，第二可控电流源a2产生第二偏置电流i
offset2
。
28.在其他实施例中，可以选择第一电流单元11和第二电流单元12中一个进行设置。
29.控制器用于基于多模分频器产生的第一分频时钟信号产生占空比随多模分频器的分频比变化而变化的第一控制信号，并通过第一控制信号对第一可控电流源a1或第二可控电流源a2进行调节以自适应调节第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
的大小。
30.本实施例中，控制器同时与寄存器i
offset_ctrl《n:0》
相连，可通过寄存器i
offset_ctrl《n:0》
和控制器组合配置产生第一控制信号以调节第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
的占空比。
31.本实施例中，令α＝x/n
div
，则其中，i
cp
为电荷泵的输出电流，δt0为鉴频鉴相器输出的相位差，t
ref
为参考时钟周期，α为第一控制信号的占空比，n
div
为多模分频器的分频比，x为第一控制信号的占空比与多模分频器的分频比的比例关系。
32.针对多模分频器的某一初始分频比，通过调节寄存器i
offset_ctrl《n:0》
使得控制器输出第一控制信号，从而将第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
调成固定值；然后根据需要来改变多模分频器的分频比，针对多模分频器的不同的分频比，第一控制信号的占空比也随着发生变化，通过该第一控制信号再调节第一可控电流源a1或第二可控电流源a2导通的时间，即可完成电荷泵中引入第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
的自动调节。控制器是逻辑控制器，通过组合逻辑输出第一控制信号可以调节第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
的占空比，方便对第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
的精确调节，从而使得电荷泵的线性度达到最优。
33.另外，如图2所示，本实施例中的锁相环系统还包括分频器和选择器。分频器用于对压控振荡器输出的振荡信号进行分频而输出第二分频时钟信号。选择器的第一输入端与多模分频器相连，选择器的第二输入端与分频器相连，选择器的输出端与控制器相连，通过选择器可以选择分频器输出的第二分频时钟信号或者选择多模分频器输出的第一分频时
钟信号至控制器。
34.在实际的一些应用中，为了优化多模分频器在锁相环系统中自身的噪声，会对多模分频器的输出进行处理而影响它输出的第一分频时钟信号的占空比，此时，使用对多模分频器的输出进行处理而产生的第一分频时钟信号则无法对第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
进行精确调节，所以考虑它自己的噪声等因素，多模分频器使用的自由度会受限。
35.因此，在本实施例中设置了分频器，多模分频器和分频器的分频比相同，当在一些需要优化多模分频器在锁相环系统中自身的噪声的应用中，选择器可以选择分频器。若选择器选择分频器输出的第二分频时钟信号至控制器，控制器基于第二分频时钟信号产生占空比随分频器的分频比变化而变化的第二控制信号，并通过第二控制信号对第一可控电流源a1或第二可控电流源a2进行调节以自适应调节第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
的大小。
36.上述公式：中的x则为第二控制信号的占空比与分频器的分频比的比例关系。
37.针对分频器初始的某一分频比，通过调节寄存器i
offset_ctrl《n:0》
使得控制器输出第二控制信号，从而将第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
调成固定值；然后根据需要改变多模分频器和分频器的分频比，针对多模分频器和分频器的不同的分频比，第二控制信号的占空比会发生变化，通过该第二控制信号再调节第一可控电流源a1或第二可控电流源a2导通的时间，即可完成电荷泵中引入第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
的自动调节。控制器是逻辑控制器，通过组合逻辑输出第二控制信号可以调节第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
的占空比，方便对第一偏置电流i
offset1
或第二偏置电流i
offset2
的精确调节，从而使得电荷泵的线性度达到最优。
38.本发明还公开了一种芯片，包括上述的锁相环系统。
39.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。