一种双环路电荷泵锁相环及其稳定性提升方法与流程

本发明涉及微电子，尤其涉及一种双环路电荷泵锁相环及其稳定性提升方法。

背景技术：

1、高速模数转换器的时钟通常采用锁相环来实现，锁相环的性能会直接影响模数转换器的性能。与单环路锁相环相比，双环路锁相环具有更高的频率范围，更低的相位噪声，更好的线性度。常规的双环路电荷泵锁相环的反馈电压包括细调谐电压和粗调谐电压，因为细调谐环路带宽大，调节速度快，而粗调谐环路带宽小，调节速度慢。在调节的过程中，细调谐电压快速上拉到电源电压或下拉到地电压，直到双环路锁相环中的压控振荡器被粗调节电压调节到落在细调节电压可调谐的频率范围内，细调谐电压才逐渐恢复到参考电压。细调谐电压上拉到电源电压或下拉到地电压的过程中会使得双环路锁相环中的电荷泵充放电电流减小，导致锁相环的环路带宽降低，相位裕度减小，使得双环路锁相环在工作状态的稳定性欠佳。

2、因此，如何设计一种双环路电荷泵锁相环，以提升锁相环的稳定性是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种双环路电荷泵锁相环及其稳定性提升方法，以解决上述技术问题。

2、在一方面，本技术提供一种双环路电荷泵锁相环，包括：

3、鉴频鉴相器，比较输入信号与分频信号的频率及相位，得到上拉控制信号和下拉控制信号；

4、电荷泵，接所述鉴频鉴相器，所述上拉控制信号和所述下拉控制信号控制所述电荷泵的工作状态，使得所述电荷泵向后级输出充电电流或者所述后级向所述电荷泵输入放电电流；

5、环路滤波器，接所述电荷泵，对所述充电电流或者所述放电电流进行电流-电压转换，得到滤波电压；

6、检测模块，接所述环路滤波器，对所述滤波电压进行检测，得到第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号；

7、环路控制开关，输入端接所述环路滤波器，控制端接所述第三控制信号，输出端输出细调谐电压；

8、电压控制模块，控制端接所述检测模块，输出端接所述环路控制开关的输出端，根据所述第一控制信号、所述第二控制信号及所述第三控制信号对所述细调谐电压进行箝位控制；

9、积分器，接所述环路控制开关的输出端，对所述细调谐电压与参考电压的差值进行积分，得到粗调谐电压；

10、压控振荡器，接所述环路控制开关的输出端、所述电压控制模块及所述积分器，根据所述细调谐电压及所述粗调谐电压产生并输出振荡信号；

11、分频器，接所述压控振荡器及所述鉴频鉴相器，对所述振荡信号进行分频，得到所述分频信号；

12、其中，当所述充电电流或者所述放电电流异常时，通过所述第三控制信号关断所述环路控制开关，切断所述双环路电荷泵锁相环，以避免所述双环路电荷泵锁相环的振荡。

13、可选地，所述检测模块包括第一比较器、第二比较器及与门，所述第一比较器的输出端接所述与门的第一输入端，所述第二比较器的输出端接所述与门的第二输入端，所述第一比较器的同相输入端接预设高电压阈值，所述第一比较器的反相输入端接所述第二比较器的同相输入端，所述第二比较器的反相输入端接预设低电压阈值，其中，所述第二比较器的同相输入端接所述滤波电压，所述第一比较器的输出端输出所述第一控制信号，所述第二比较器的输出端输出所述第二控制信号，所述与门的输出端输出所述第三控制信号。

14、可选地，所述第一比较器包括第一电阻、第二电阻及第一运算放大器，所述第一电阻的第一端接所述第一运算放大器的同相输入端，所述第一运算放大器的同相输入端和所述第一运算放大器的输出端之间串接的所述第二电阻，其中，所述第一电阻的第二端接所述预设高电压阈值，所述第一运算放大器的反相输入端接所述滤波电压，所述第一运算放大器的输出端输出所述第一控制信号。

15、可选地，所述第二比较器包括第三电阻、第四电阻、第二运算放大器及非门，所述第三电阻的第一端接所述第二运算放大器的同相输入端，所述第二运算放大器的同相输入端和所述第二运算放大器的输出端之间串接的所述第四电阻，所述第二运算放大器的输出端接所述非门的输入端，其中，所述第三电阻的第二端接所述预设低电压阈值，所述第二运算放大器的反相输入端接所述滤波电压，所述非门的输出端输出所述第二控制信号。

16、可选地，所述电荷泵包括pmos管、第一开关、第二开关及nmos管，所述pmos管的源极接电源电压，所述pmos管的栅极接第一偏置电压，所述pmos管的漏极经依次串接的所述第一开关、所述第二开关后接所述nmos管的漏极，所述nmos管的栅极接第二偏置电压，所述nmos管的源极接地，其中，所述第一开关的控制端接所述上拉控制信号，所述第二开关的控制端接所述下拉控制信号，所述第一开关与所述第二开关的公共端输出所述充电电流或者输入所述放电电流。

17、可选地，所述电压控制模块包括第三开关、第四开关及第五开关，所述第三开关的第一端接所述电源电压，所述第三开关的第二端经串接的所述第四开关后接地，所述第五开关的第一端接所述第三开关的第二端，所述第五开关的第二端接所述细调谐电压，其中，所述第三开关的控制端接所述第一控制信号，所述第四开关的控制端接所述第二控制信号，所述第五开关的控制端接所述第三控制信号。

18、可选地，所述积分器包括第三运算放大器及第一电容，所述第三运算放大器的输出端接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端接地，其中，所述第三运算放大器的同相输入端接所述细调谐电压，所述第三运算放大器的反相输入端接所述参考电压，所述第三运算放大器的输出端输出所述粗调谐电压。

19、在第二方面，本技术提供一种双环路电荷泵锁相环的稳定性提升方法，该方法应用于如前所述的双环路电荷泵锁相环，包括：

20、当所述充电电流或者所述放电电流正常时，通过所述第三控制信号导通所述环路控制开关，导通所述双环路电荷泵锁相环，以使所述双环路电荷泵锁相环正常工作；

21、当所述充电电流或者所述放电电流异常时，通过所述第三控制信号断开所述环路控制开关，切断所述双环路电荷泵锁相环，以避免所述细调谐支路的震荡，提升所述双环路电荷泵锁相环的稳定性。

22、可选地，当所述充电电流或者所述放电电流正常时，通过所述第三控制信号导通所述环路控制开关，包括：当所述充电电流或者所述放电电流正常时，所述滤波电压小于所述预设高电压阈值且所述滤波电压大于所述预设低电压阈值，所述第一控制信号和所述第二控制信号为高电平，确定所述第三控制信号为高电平，高电平的所述第三控制信号闭合所述环路控制开关；其中，所述预设高电压阈值大于所述预设低电压阈值。

23、可选地，当所述充电电流或者所述放电电流异常时，通过所述第三控制信号断开所述环路控制开关，包括：当所述充电电流异常时，所述滤波电压大于所述预设高电压阈值，所述第一控制信号为低电平，所述第二控制信号为高电平，确定所述第三控制信号为低电平，所述第三控制信号断开所述环路控制开关；当所述放电电流异常时，所述滤波电压小于所述预设低电压阈值，所述第一控制信号为高电平，所述第二控制信号为低电平，确定所述第三控制信号为低电平，所述控制信号断开所述环路控制开关。

24、本发明提供一种双环路电荷泵锁相环及其稳定性提升方法，该锁相环包括：鉴频鉴相器，比较输入信号与分频信号的频率及相位，得到上拉控制信号和下拉控制信号；电荷泵，接鉴频鉴相器，上拉控制信号和下拉控制信号控制电荷泵的工作状态，使得电荷泵向后级输出充电电流或者后级向电荷泵输入放电电流；环路滤波器，接电荷泵，对充电电流或者放电电流进行电流-电压转换，得到滤波电压；检测模块，接环路滤波器，对滤波电压进行检测，得到第一控制信号、第二控制信号及第三控制信号；环路控制开关，输入端接环路滤波器，控制端接第三控制信号，输出端输出细调谐电压；电压控制模块，控制端接检测模块，输出端接细调谐电压，根据检测模块输出的控制信号对细调谐电压进行控制，积分器，接环路控制开关，对细调谐电压与参考电压的差值进行积分，得到粗调谐电压；压控振荡器，接环路控制开关、电压控制模块及积分器，根据细调谐电压及粗调谐电压产生并输出振荡信号；分频器，接压控振荡器及鉴频鉴相器，对振荡信号进行分频，得到分频信号；其中，当充电电流或者放电电流异常时，通过控制信号关断环路控制开关，切断双环路电荷泵锁相环，以避免双环路电荷泵锁相环的振荡。本技术根据输入信号和分频信号控制电荷泵的工作状态，通过电荷泵的工作状态控制滤波电压的大小，当电荷泵的输出电流或输入电流异常时，检测模块根据滤波电压关断环路控制开关，切断双环路电荷泵锁相环，以提升双环路电荷泵锁相环的稳定性。