具有跨工艺、电压和温度被补偿的带宽的锁相环(PLL)制造技术

本公开的实施方式涉及具有跨工艺、电压和温度被补偿的带宽的锁相环(PLL)。锁相环(PLL)电路包括被配置为比较输入信号的相位和反馈信号的相位并响应于相位比较产生控制信号的相位比较电路；以及被配置为以由控制信号设置的频率产生输出信号的振荡器电路，其中反馈信号从输出信号获得。PLL电路进一步操作在校准操作模式，其中振荡器电路操作在锁频环模式以比较输入信号的频率和输出信号的频率，并响应于频率比较跨工艺、电压和温度使振荡器电路的增益集中。进一步地，在校准操作模式期间校准用于相位比较电路内的电荷泵的偏置电流，以匹配独立于温度的参考电流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锁相环(PLL)电路，并且特别地，涉及用于在PLL电路中的带宽补偿的电路和工艺。
技术介绍
模拟锁相环(PLL)电路在本领域是所熟知的。这种电路一般包括电荷泵、环路滤波器和环形振荡器。PLL电路的带宽取决于电荷泵电流、环路滤波器中的电阻和通常被称为KVCO增益的电压控制振荡器(VCO)的增益。在许多实施方式中，电流和电阻的改变相互补偿，因此PLL电路带宽的扩频主要由KVCO增益的变化决定。PLL电路的带宽的改变产生了集成抖动值的相应改变，其对使VCO噪声成形的PLL电路高通滤波器功能的截止频率有不良的影响。因此，随着工艺、电压和温度变化(称为PVT变化)保持PLL带宽恒定是重要的，为了获得符合要求的集成抖动数，提高PLL电路稳定性和更好地控制PLL电路的锁定时间。必须以对VCO相位噪声的最小影响完成该设计目标。例如，采用恒定带宽的PLL电路可以使相位噪声的增加更好地成形。因此，本领域需要在温度变化范围内展现稳定带宽的被补偿的PLL电路。
技术实现思路
在一个实施例中，一种锁相环(PLL)电路包括：相位比较电路，其被配置为比较输入信号的相位和反馈信号的相位，并响应于相位比较产生控制信号；振荡器电路，其被配置为以由所述控制信号设置的频率产生输出信号，其中所述反馈信号从所述输出信号获得；其中振荡器电路被配置为在校准操作模式期间以锁频环(FLL)模式操作，以比较输入信号的频率和输出信号的频率，并响应于频率比较跨工艺、电压和温度使振荡器电路的增益集中。在一个实施例中，一种操作锁相环(PLL)电路的方法包括：在第一操作模式中通过以下步骤操作PLL电路：比较输入信号的相位和反馈信号的相位；响应于相位比较产生控制信号；以及响应于所述控制信号设置由振荡器电路产生的输出信号的频率；其中所述反馈信号从所述输出信号获得；以及在第二操作模式中通过以下步骤操作PLL电路：控制振荡器电路操作在锁频环(FLL)模式，以比较输入信号的频率和输出信号的频率；以及响应于频率比较跨工艺、电压和温度使振荡器电路的增益集中。附图说明为了更好的理解实施例，现将仅仅通过示例的方式参考所附附图，其中：图1是锁相环(PLL)电路的框图；图2是在图1的PLL电路内的振荡器电路的框图；以及图3是在图1的PLL电路内的电荷泵的框图。具体实施方式锁相环(PLL)是一种产生诸如时钟信号之类的周期性的输出信号的电路，其相对于周期性的输入(参考时钟)信号具有恒定的相位关系。PLL电路是闭环频率控制系统，其操作以检测输入和输出信号之间的相位差，然后调整输出信号发生器的操作以驱使相位差为零。现参考图1，显示了锁相环(PLL)电路10的框图。PLL电路包括相位/频率检测器(PFD)电路12、电荷泵电路14、环路滤波器电路16、振荡器电路18(例如，电压控制振荡器(VCO)或电流控制振荡器(CCO)类型)，以及分频器电路(环路分频器)20。PFD电路12测量输入信号(in)和反馈信号(fbk)之间的相位差。PFD电路12产生与测量的相位差成比例的误差信号(err)。电荷泵电路14产生与误差信号成比例的输出电流(i)。电荷泵输出电流输入至环路滤波器电路16，并且环路滤波器电路输出施加至VCO电路18的控制输入端的对应的控制电压(v)。由VCO电路18产生的输出信号(out)的频率取决于来自环路滤波器电路16的控制电压输出。分频器电路20接收输出信号并产生反馈信号。可以注意到，在一个实施例中，可以省略分频器电路20，以及反馈信号(fbk)可以包括由VCO电路18产生的输出信号(out)。在这种情况下，输出信号(out)的频率将等于输入信号(in)的频率。通过包含实现频率因子D的分频器电路20，例如，输出信号(out)的频率将等于D乘以输入信号(in)的频率。不管是哪种情况，PLL操作将输出信号的相位锁定至输入信号的相位。在PLL电路10的操作中，环路特性使得从PLL电路输出信号获得的反馈信号的相位和频率精确等于输入信号的频率和相位。在这种情况下，PLL电路10被称为“锁定”或已经完成“锁相”。一旦PLL电路锁定，如果输入信号的相位随时间而改变，那么输出信号的相位将跟踪该变化，因此保持反馈信号的相位等于输入信号的相位。PLL电路的抖动传递函数测量电路跟踪输入信号的相位变化的能力。已知PLL抖动传递函数展现了由PLL电路的闭环带宽定义的低通频率响应特性。因此，PLL电路将更好地跟踪输入信号的相位的低频变化。没有很好地跟踪，也可能根本不跟踪较高频率的变化。闭环带宽因此提供了输入相位调制频率的上限指示，其可以完全由PLL电路跟踪。闭环带宽进一步计量PLL电路减弱源于振荡器电路18内的随机噪声的能力。例如，以低于PLL环路带宽的频率减弱VCO相位噪声。由于由振荡器电路18产生的相位噪声是抖动的重要来源，所以希望可以最大化PLL环路带宽。重要地，最大化的环路带宽还必须在工艺、电压和温度变化上是稳定的。现参考图2，显示了用在图1的PLL电路中的振荡器电路18的框图。在本实施方式中，振荡器电路18包括电压控制振荡器(VCO)。VCO电路28包括由并联耦合在供电节点34和第一中间节点36之间的多个电流源32形成的可变电流源电路30。每个电流源32由在偏置节点40处提供并且被参考至供电节点34的相同偏置电压(vb)偏置，以便产生其幅值取决于所施加的偏置电压和被启动以提供电流至节点36的电流源的数量的电流。与每个电流源32串联耦合的开关电路38控制在每个电流源处产生的电流是否提供给节点36。响应于接收的开关控制信号(cs)启动开关电路38。在一个实施例中，电流源32和开关电路38可以均由MOSFET晶体管形成。在这种结构中，偏置电压被施加到形成电流源的MOSFET的栅极端子，并且控制信号被施加到形成开关电路的MOSFET的栅极端子。如上所述，包括的电流源32的每一个由相同的偏置电压(vb)偏置。两个MOSFET的源漏路径串联耦合在供电节点34和第一中间节点36之间。在一个实施例中，可能存在N个电流源32(1)-32(N)和相应的N个开关电路38(1)-38(N)。偏置节点40(形成振荡器18的控制输入端)耦合至环路滤波器电路16的输出端(图1)以接收环路滤波器输出电压(v)。偏置节点选择性地通过开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锁相环(PLL)电路，包括：相位比较电路，被配置为比较输入信号的相位和反馈信号的相位，并响应于相位比较产生控制信号；振荡器电路，其被配置为以由所述控制信号设置的频率产生输出信号，其中所述反馈信号从所述输出信号获得；其中所述振荡器电路被配置为在校准操作模式期间操作在锁频环(FLL)模式，以比较所述输入信号的频率和所述输出信号的频率，并响应于频率比较跨工艺、电压和温度使所述振荡器电路的增益集中。

【技术特征摘要】
2014.12.17 US 14/573,0021.一种锁相环(PLL)电路，包括：
相位比较电路，被配置为比较输入信号的相位和反馈信号的相
位，并响应于相位比较产生控制信号；
振荡器电路，其被配置为以由所述控制信号设置的频率产生输出
信号，其中所述反馈信号从所述输出信号获得；
其中所述振荡器电路被配置为在校准操作模式期间操作在锁频
环(FLL)模式，以比较所述输入信号的频率和所述输出信号的频率，
并响应于频率比较跨工艺、电压和温度使所述振荡器电路的增益集
中。
2.根据权利要求1所述的PLL电路，其中所述振荡器电路包括
可变电流源，以及所述校准操作模式操作用于校准所述可变电流源的
跨导。
3.根据权利要求2所述的PLL电路，其中所述可变电流源包括
均被偏置信号偏置的多个选择性地被启动的电流源电路，以及其中所
述偏置信号包括在所述校准操作模式期间的参考电压和不处于所述
校准操作模式时的所述控制信号的电压。
4.根据权利要求3所述的PLL电路，其中从选择性地被启动的
电流源电路输出的电流信号被配置为对被配置为产生所述输出信号
的电流控制振荡器的供电端进行偏置。
5.根据权利要求3所述的PLL电路，其中每个电流源电路包括
相互串联耦合的电流源和开关，所述开关被控制以选择所述电流源电
路的启动。
6.根据权利要求3所述的PLL电路，其中所述振荡器电路进一
步包括FLL控制环路，所述FLL控制环路被配置为接收所述输出信
号和所述输入信号用于比较，并产生控制所述电流源电路的选择性启
动的信号。
7.根据权利要求3所述的PLL电路，其中在所述校准操作模式

\t期间选择性地被启动的多个所述电流源电路在不处于所述校准操作
模式时保持启动。
8.根据权利要求1所述的PLL电路，其中所述相位比较电路包
括：
相位/频率检测器电路，被配置为比较输入信号的相位和反馈信号
的相位，并产生误差信号；
电荷泵电路，被配置为响应于所述误差信号产生电流控制信号；
以及
环路滤波器电路，被配置为响应于所述电流控制信号产生所述控
制信号。
9.根据权利要求8所述的PLL电路，其中所述电荷泵电路包括：
泵电路，被配置为响应于所述误差信号产生电流控制信号；以及
偏置电路，被配置为产生施加至所述泵电路的偏置电流；
其中所述偏置电路被配置为在所述校准操作期间，校准所述偏置
电流以匹配独立于温度的参考电流。
10.根据权利要求9所述的PLL电路，其中所述偏置电路包括：
多个选择性地被启动的电流源电路，每个所述电流源电路被偏置
以产生与绝对温度成比例的(PTAT)电流；以及
独立于温度的电流源电路，被配置为产生所述独立于温度的参考
电流；以及
控制电路，可操作在所述校准操作模式并被配置为控制所述电流
源电路的选择性启动，使得所述PTAT电流的总和匹配所述独立于温
度的参考电流。
11.根据权利要求10所述的PLL电路，其中在所述校准操作模
式期间选择性地被启动的多个所述电流源电路在不处于所述校准操
作模式时保持启动。
12.根据权利要求1所述的PLL电路，进一步包括分频器电路，
其被配置为通过对所述输出信号分频而产生所述反馈信号。
13.根据权利要求1所述的PLL电路，其中所述振荡器电路的增

\t益展现第一温度分布以及其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·古普塔，A·库玛，A·拉希里，
申请(专利权)人：意法半导体国际有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL