專利名稱：一種寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體集成電路技術領域，尤其涉及一種寬頻帶自動跟蹤輸入頻率調整倍頻數(shù)的鎖相環(huán)頻率綜合器電器。
背景技術：
如圖1所示的傳統(tǒng)的鎖相環(huán)頻率綜合器，一般輸入頻率是固定的，相應的鎖相環(huán)分頻器分頻比也會根據(jù)輸入頻率和輸出頻率來固定。但是通常大多數(shù)情況下輸入頻率會發(fā)生變化。假如輸入頻率的范圍非常寬，由于壓控振蕩器的輸出頻率范圍有限，那么鎖相環(huán)的分頻器分頻比將難以確定。為了增大鎖相環(huán)電路的輸入頻率帶寬，傳統(tǒng)的寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器一般采用若干輸出頻率不同的壓控振蕩器，然后通過對輸入頻率信號的計數(shù)來選擇合適的壓控振蕩器工作，來達到寬頻輸出的目的，電路圖如圖2所示。在輸入頻率變化范圍進ー步增大的情況下，比如有可能從12. 5M 200M之間任意變換，那么在較低的輸入頻率下使用時鐘信號對輸入頻率進行計數(shù)將會變得非常困難。現(xiàn)在固定鎖相環(huán)頻率綜合器也存在一定的問題，比如傳統(tǒng)的鎖相環(huán)頻率綜合器一般輸入頻率是固定的值，其相應的鎖相環(huán)分頻器分頻比也會根據(jù)固定的輸入頻率和輸出頻率來固定。此外，寬頻輸入情況下，由于壓控振蕩器的輸出頻率范圍有限，那么鎖相環(huán)的分頻器分頻比將難以確定。再者，對于較低頻率下的輸入信號，由于使用時鐘信號對輸入頻率進行計數(shù)將會變得非常困難，這會限制這種電路在低頻情況下的應用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種結構新穎的鎖相環(huán)頻率綜合器，解決傳統(tǒng)電路結構中使用頻率計數(shù)器在低頻情況下的長時間相應問題，同時也避免出現(xiàn)傳統(tǒng)電路結構中多個壓控振蕩器的復雜情況。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供ー種寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器，包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器，還包括電壓反饋輸入頻率分頻電路，所述電壓反饋輸入頻率分頻電路連接在電荷泵輸出端與鑒頻鑒相器輸入端之間，所述電荷泵連接在鑒頻鑒相器輸出端和環(huán)路濾波器輸入端之間，所述壓控振蕩器連接在環(huán)路濾波器輸出口端與電荷泵輸入端之間；所述電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環(huán)電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓。在上述提供寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器中，其中所述電壓反饋輸入頻率分頻電路包括電壓檢測電路、計數(shù)器和分頻數(shù)可控分頻器，所述計數(shù)器連接在電壓檢測器輸出端和分頻數(shù)可控分頻器輸入端之間，所述壓控振蕩器與分頻數(shù)可控分頻器之間連接；所述電壓檢測電路用于檢測鎖相環(huán)電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓；所述計數(shù)器用于對電壓檢測電路的數(shù)字輸出信號進行處理并傳遞給分頻數(shù)可控分頻器。在上述提供寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器中，其中所述分頻數(shù)可控分頻器包括分頻數(shù)固定環(huán)內(nèi)分頻器和分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器，所述分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器的分頻數(shù)控制端與計數(shù)器輸出信號輸出端相連。在上述提供寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器中，其中所述電壓檢測電路具有三個輸入端，所述三個輸入端分別與鎖相環(huán)電荷泵輸出端以及兩恒定電壓Vh、VI相連，電壓檢測器的輸出端為一個兩位數(shù)字信號輸出端，其中Vh為鎖相環(huán)壓控振蕩器的最高輸出頻率對應控制電壓，VI為鎖相環(huán)壓控振蕩器的最低輸出頻率對應控制電壓；所述電壓檢測器用于檢測鎖相環(huán)電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓，電壓檢測電路如圖4所示。當前VCO的控制電壓，將與Vh和VI進行比較，如果高于Vh，則UD信號為1，OK信號為O。若低于VI信號， 則UD信號為0，OK信號為O。如果在正常范圍內(nèi)，則OK信號為1，UD信號為不定態(tài)。在電壓反饋輸入頻率分頻電路中，計數(shù)器用于對電壓檢測器數(shù)字輸出信號進行處理并傳遞給分頻數(shù)可控分頻器。當UD信號為I時，計數(shù)器進行+1操作(即輸出值+1)，當UD信號為0時， 計數(shù)器進行減I操作。一旦OK信號為I，則計數(shù)器停止工作。在上述提供寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器中，其中所述電壓檢測器的輸出端為兩位數(shù)字信號輸出端。本發(fā)明中的寬頻帶自動跟蹤輸入頻率調整倍頻數(shù)的鎖相環(huán)頻率綜合器前級頻率輸入分頻器為分頻數(shù)可控分頻器。其輸入端與鎖相環(huán)時鐘信號相連，其分頻數(shù)控制端與計數(shù)器輸出信號輸出相連。且該頻率綜合器有兩個環(huán)內(nèi)分頻器，一個分頻數(shù)固定和一個為分頻數(shù)可控分頻器。分頻數(shù)可控分頻器的分頻數(shù)控制端與計數(shù)器輸出信號輸出相連。輸出是前級頻率輸入分頻器和分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器的設置值，當輸出值為0時，前級頻率輸入分頻器不分頻，分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器分頻數(shù)為8。當輸出值為I時，前級頻率輸入分頻器分頻數(shù)為2，分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器分頻數(shù)為4。輸出值為2，前級頻率輸入分頻器分頻數(shù)為4，分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器分頻數(shù)為2。輸出值為3，前級頻率輸入分頻器分頻數(shù)為8，分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器不分頻。本專利提供的寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器，在高頻情況下，此時輸出值為3，輸入分頻器分頻數(shù)為8，分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器不分頻。此時，如果電荷泵輸出信號依然大于壓控振蕩器的最高輸出頻率對應控制電壓，說明該電路的已經(jīng)無法鎖定高頻信號。該電路的最
8 X F
高鎖定頻率為~^，其中N為固定分頻器的分頻數(shù)。在低頻情況下，此時輸出值為0， N
輸入分頻器不分頻，分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器分頻數(shù)為8。此時，如果電荷泵輸出信號依然小于壓控振蕩器的最低輸出頻率對應控制電壓，說明該電路的已經(jīng)無法鎖定該低頻信號。該
電路的最低鎖定頻率為^^，其中N為固定分頻器的分頻數(shù)。
8xjV鎖相環(huán)通過電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環(huán)電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓，輸入頻率分頻器根據(jù)輸出電壓的反饋信號調整輸入頻率分頻器與環(huán)內(nèi)分頻器的分頻數(shù)，從而將鎖相環(huán)的輸出頻率分為多個頻率段進行頻率鎖定，并自動在不同頻率段之間進行切換，總而實現(xiàn)寬頻帶、低抖動、高分辨率輸出的鎖相環(huán)頻率綜合器。本發(fā)明提供的寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器采用鎖相環(huán)頻率綜合電路結構，能夠通過對鎖相環(huán)電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓進行檢測并輸出檢測反饋信號調整前級頻率輸入分頻器和分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器的分頻數(shù)以達到自動跟蹤輸入頻率調整鎖相環(huán)倍頻數(shù)的目的。


圖1為傳統(tǒng)的兩極鎖相環(huán)結構框圖。圖2為傳統(tǒng)的寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器結構框圖。圖3為本發(fā)明提供的寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器結構框圖。圖4為本發(fā)明提供的寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器電路圖。圖5為本發(fā)明中電壓檢測器的電路原理圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、 壓控振蕩器，其特征在于，還包括電壓反饋輸入頻率分頻電路，所述電壓反饋輸入頻率分頻電路連接在電荷泵輸出端與鑒頻鑒相器輸入端之間，所述電荷泵連接在鑒頻鑒相器輸出端和環(huán)路濾波器輸入端之間，所述壓控振蕩器連接在環(huán)路濾波器輸出口端與電荷泵輸入端之間；所述電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環(huán)電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓。本發(fā)明采用電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環(huán)電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓，輸入頻率分頻器和環(huán)內(nèi)分頻器根據(jù)輸出電壓的反饋信號調整輸入頻率分頻器分頻數(shù)，從而將鎖相環(huán)的輸出頻率分為多個頻率段進行頻率鎖定，其電路圖如圖3所示。相比已現(xiàn)有利用VCO的時鐘頻率對輸入頻率計數(shù)反饋調節(jié)輸入頻率的計數(shù)相比較，本發(fā)明提供的寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器無需擔心輸入頻率較小難以使用VCO時鐘頻率進行計數(shù)，且只需采用ー個VCO來達到覆蓋整個寬頻率輸出范圍，而不需要在多個不同頻率的VCO之間進行切換。將輸入頻率范圍分成多個頻段，并在這些頻段內(nèi)自動進行切換，從而實現(xiàn)頻率綜合器的寬頻率范圍輸出。當輸入頻率為12. 5M 200M吋，可以輸出125M 2G的頻率寬帶。以下通過實施例對本發(fā)明提供的寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器做進ー步說明，以便更好理解本創(chuàng)造發(fā)明內(nèi)容，但本實施例的內(nèi)容比不限制創(chuàng)造發(fā)明的保護范圍。在本發(fā)明結構框圖中，為了構圖方便，將鑒頻鑒相器和電荷泵合并為ー個單元，環(huán)路濾波器合并進壓控振蕩器。如圖4所示，寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器包括鑒頻鑒相器10A、電荷泵10B、壓控振蕩器12、分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器MA、分頻數(shù)固定環(huán)內(nèi)分頻器MB、電壓檢測電路21和計數(shù)器 22。輸入信號CKIN進入輸入頻率分頻器后輸出信號CKRF，信號CKRF進入由鑒頻鑒相器IOA和電荷泵IOB組成的単元10中。在単元10中，鑒頻鑒相器IOA將UP、DN信號傳輸給電荷泵10B。電荷泵IOB的輸出端分別與電壓檢測電路21和壓控振蕩器12的輸入端相連接。壓控振蕩器12的輸出端與分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器2 輸入端連接，分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器2 輸出入端與分頻數(shù)固定環(huán)內(nèi)分頻器MA的輸入端連接，分頻數(shù)固定環(huán)內(nèi)分頻器 23A的輸出入端與単元10中鑒頻鑒相器IOA的輸入端連接。電壓檢測電路21的輸出端與計數(shù)器22連接，并將UD、0K信號傳輸給計數(shù)器22，計數(shù)器的輸出端與分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器輸入端連接。其中，鑒頻鑒相器用于檢測外部參考信號CLKref和內(nèi)部反饋信號CLKfb之間的相
5位差并輸出正比于該相位差的電壓信號，即一個上升脈沖信號UP或下降脈沖信號DN。電荷泵用于放大鑒頻鑒相器輸出的電壓信號。壓控振蕩器根據(jù)傳輸過來的電壓信號(即控制電壓)改變其輸出信號CLKvc0的頻率和相位。分頻器用于對壓控振蕩器的輸出信號CLKvc0 進行分頻(例如N分頻)，并輸出內(nèi)部反饋信號CLKfb。由此，整個鎖相環(huán)頻率綜合器就形成了反饋，最終壓控振蕩器的輸出信號CLKvc0鎖定在外部參考信號CLKref的相位和N倍頻率上，而壓控振蕩器的輸出信號CLKvc0即為鎖相環(huán)頻率綜合器的輸出信號。初始狀態(tài)VC0工作范圍在0. 5GHz 2GHz，鎖相環(huán)環(huán)內(nèi)分頻數(shù)固定分頻器分頻數(shù)為10，計數(shù)器初始輸出狀態(tài)為“11”，即輸出值為3。其最低工作頻率為0. 5GHz/10/8 =
6.25MHz，最高工作頻率為X8=1.6GHz。假定輸入信號頻率為20MHz (低頻狀態(tài))，由于輸出值為3，則前級頻率輸入分頻器分頻數(shù)為8，分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器不分頻。此時CKRF = 2. 5M，那么VCO輸出為25M，環(huán)內(nèi)分頻器總分頻比為10倍，顯然會明顯低于工作范圍。所以，此時電荷泵輸出VC的值也會低于最低閾值電壓VI，迫使計數(shù)器做減法運算，輸出值減去I變?yōu)?。穩(wěn)定后，輸出值為2，前級頻率輸入分頻器分頻數(shù)為4，分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器分頻數(shù)為2，00^ = 511，￥0)輸出為10011。VC依然低于VI，輸出值繼續(xù)減I。輸出值為I時， 前級頻率輸入分頻器分頻數(shù)為2，分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器分頻數(shù)為4，CKRF = 10M，VC0輸出為400M。VC依然低于VI，輸出值變?yōu)镺。重復多次之前過程，直到輸出值減為零。輸出值為0時，前級頻率輸入分頻器不分頻，分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器分頻數(shù)為8，此時，環(huán)內(nèi)分頻器總分頻比為80倍，CKRF = 20M, VCO輸出為I. 6G，處于正常工作狀態(tài)，CKOUT輸出為200M， OK信號為I，計數(shù)器停止工作。電路進入PLL正常工作程序(方框內(nèi)區(qū)域)，鎖相環(huán)進入最終頻率鎖定狀態(tài)。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對本發(fā)明進行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器，包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器， 其特征在于，還包括電壓反饋輸入頻率分頻電路，所述電壓反饋輸入頻率分頻電路連接在電荷泵輸出端與鑒頻鑒相器輸入端之間，所述電荷泵連接在鑒頻鑒相器輸出端和環(huán)路濾波器輸入端之間，所述壓控振蕩器連接在環(huán)路濾波器輸出口端與電荷泵輸入端之間；所述電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環(huán)電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓。
2.根據(jù)權利要求I所述的寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器，其特征在于，所述電壓反饋輸入頻率分頻電路包括電壓檢測電路、計數(shù)器和分頻數(shù)可控分頻器，所述計數(shù)器連接在電壓檢測器輸出端和分頻數(shù)可控分頻器輸入端之間，所述壓控振蕩器與分頻數(shù)可控分頻器之間連接;所述電壓檢測電路用于檢測鎖相環(huán)電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓；所述計數(shù)器用于對電壓檢測電路的數(shù)字輸出信號進行處理并傳遞給分頻數(shù)可控分頻器。
3.根據(jù)權利要求2所述的寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器，其特征在于，所述分頻數(shù)可控分頻器包括分頻數(shù)固定環(huán)內(nèi)分頻器和分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器，所述分頻數(shù)可控環(huán)內(nèi)分頻器的分頻數(shù)控制端與計數(shù)器輸出信號輸出端相連。
4.根據(jù)權利要求I所述的寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器，其特征在于，所述電壓檢測電路具有三個輸入端，所述三個輸入端分別與鎖相環(huán)電荷泵輸出端以及兩恒定電壓Vh、VI相連，電壓檢測器的輸出端為一個兩位數(shù)字信號輸出端，其中Vh為鎖相環(huán)壓控振蕩器的最高輸出頻率對應控制電壓，VI為鎖相環(huán)壓控振蕩器的最低輸出頻率對應控制電壓；所述電壓檢測器用于檢測鎖相環(huán)電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓。
5.根據(jù)權利要求4寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器，其特征在于，所述電壓檢測器的輸出端為兩位數(shù)字信號輸出端。
全文摘要
本發(fā)明提供一種寬頻帶鎖相環(huán)頻率綜合器，包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和電壓反饋輸入頻率分頻電路，所述電壓反饋輸入頻率分頻電路連接在電荷泵輸出端與鑒頻鑒相器輸入端之間，所述電荷泵連接在鑒頻鑒相器輸出端和環(huán)路濾波器輸入端之間，所述壓控振蕩器連接在環(huán)路濾波器輸出口端與電荷泵輸入端之間；所述電壓反饋輸入頻率分頻電路檢測鎖相環(huán)電荷泵輸出的壓控振蕩器控制電壓。
文檔編號H03L7/08GK102545892SQ20121001616
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權日2012年1月18日
發(fā)明者曹永峰 申請人:上海華力微電子有限公司