一种低噪声的双环欠采样锁相环及工作方法技术

本发明专利技术提供一种低噪声的双环欠采样锁相环及工作方法，包括Ⅱ型欠采样环路，Ⅰ型欠采样环路，频率锁定环路。其中，频率锁定环路包括的元器件为分频器、死区鉴频鉴相器、电荷泵Ⅱ；参考信号输入端与死区鉴频鉴相器相连接，死区鉴频鉴相器与电荷泵Ⅱ相连接，电荷泵Ⅱ与压控振荡器相连接，压控振荡器与分频器相连接，分频器与死区鉴频鉴相器相连接。本发明专利技术相较于传统电路结构，打破了Ⅱ型锁相环十分之一参考频率的带宽限制，能够对超过十分之一参考频率的相位噪声进行压制。位噪声进行压制。位噪声进行压制。

【技术实现步骤摘要】
一种低噪声的双环欠采样锁相环及工作方法


[0001]本专利技术属于电子
，尤其涉及一种低噪声的双环欠采样锁相环及工作方法。

技术介绍

[0002]PLL的相位噪声分为两部分，一份为带内噪声，另外一部分为带外噪声，对于经典的电荷泵锁相环，其带内噪声主要由参考信号和电荷泵贡献，且对于两者噪声的恶化均与分频比N成正比。其带外噪声主要由压控振荡器贡献，对噪声进行优化的锁相环结构中，欠采样锁相环对于带内噪声的优化很显著，在欠采样锁相环的相位域模型中不存在N分频作为反馈，因此其带内噪声最低为参考信号N倍恶化的水平。
[0003]如图2所示，这一结构主要包含五部分：SSPD/CP、LF、VCO以及FLL。
[0004]1.SSPD/CP:欠采样鉴相器/电荷泵，欠采样锁相环的核心部分，与一般的电荷泵锁相环不同，它将参考信号与输出信号的相位差值转换为电压信号而非脉冲宽度信号。而后通过电压对上下拉电流进行控制，转化为滤波器上的电压。
[0005]2.LF：环路滤波器，将电荷泵产生的电流转换为VCO的控制电压，同时滤除控制电压上面的高频成分，减少纹波。
[0006]3.VCO：压控振荡器，根据滤波器产生的控制电压产生对应的频率信号。
[0007]4.FLL：频率锁定环路，由于欠采样鉴相器的特殊结构，使得VCO输出频率为参考频率的任意整数倍时均可满足相位锁定条件，频率锁定环路因此用来将VCO的输出频率拉至N倍参考频率附近，之后停止工作，既可以使输出频率满足条件，也不会在锁定过程中贡献噪声和功耗。
[0008]该结构的主要思路是使用欠采样鉴相器和电荷泵，将处于相位域模型中反馈部分的分频其移至反馈部分外，这样能够使电荷泵噪声不再有N倍的恶化，且环路增益更高，能够较为容易地实现大带宽的锁相环。
[0009]常规的Ⅱ型欠采样锁相环，对电荷泵噪声做出了很大的优化，但在相同的带宽下，VCO的噪声并没有得到更好的抑制，此时带内噪声由晶振主导，带外噪声由VCO主导，在带宽附近的偏移频率处，二者的贡献相互交叉。当VCO的相位噪声性能不是很好的情况下，在带宽外的环路总相位噪声就会出现凸包的情况。这样的情况显然是不乐意见到的，因此需要采用其他的方法去压制带外的VCO噪声来得到一个较为平整的相位噪声谱。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种低噪声的双环欠采样锁相环及工作方法。本专利技术相较于传统电路结构，打破了Ⅱ型锁相环十分之一参考频率的带宽限制，能够对超过十分之一参考频率的相位噪声进行压制。
[0011]本专利技术中通过添加Ⅰ型欠采样环路的方式，实现了一个带宽超过十分之一晶振的频率的环路，同时对压控振荡器VCO的带外噪声实现了更好的抑制，而且控制Ⅰ型欠采样环
路的K
VCO
使其低于Ⅱ型欠采样环路一个量级，减少了额外环路添加所带来的杂散，系统总传递函数由Ⅱ型欠采样环路决定，Ⅰ型欠采样环路只起到辅助作用，对于其他性能影响不大，实现了低相位噪声的欠采样锁相环。
[0012]本专利技术采用如下技术方案：
[0013]一种低噪声的双环欠采样锁相环，包括Ⅱ型欠采样环路，Ⅰ型欠采样环路，频率锁定环路。
[0014]其中，频率锁定环路包括的元器件为分频器、死区鉴频鉴相器、电荷泵Ⅱ；参考信号输入端与死区鉴频鉴相器相连接，死区鉴频鉴相器与电荷泵Ⅱ相连接，电荷泵Ⅱ与压控振荡器相连接，压控振荡器与分频器相连接，分频器与死区鉴频鉴相器相连接；
[0015]Ⅱ型欠采样环路包括欠采样鉴相器Ⅰ、电荷泵Ⅰ、环路滤波器Ⅰ、脉冲发生器；参考信号输入端与欠采样鉴相器Ⅰ、脉冲发生器相连接，欠采样鉴相器Ⅰ与电荷泵Ⅰ相连接，电荷泵Ⅰ与脉冲发生器、环路滤波器Ⅰ相连接，环路滤波器Ⅰ与压控振荡器相连接；
[0016]Ⅰ型欠采样环路包括欠采样鉴相器Ⅱ、缓冲器、环路滤波器Ⅱ；参考信号输入端与欠采样鉴相器Ⅱ相连接，欠采样鉴相器Ⅱ与缓冲器相连接，缓冲器与环路滤波器Ⅱ相连接，环路滤波器Ⅱ与压控振荡器相连接。
[0017]其中压控振荡器由多个环形振荡器串连连接构成。
[0018]死区鉴频鉴相器包括两个D触发器和2个参考和分频反向信号控制的D触发器，两个D触发器耦合后，再接入2个分频反向信号控制的D触发器。
[0019]欠采样鉴相器Ⅰ有缓冲器和采样器串联连接组成。缓冲器的数量为多级。
[0020]I型欠采样环路中，同时为了减小电容之间的电荷共享对采样过程的影响，采样电容C1的值应远大于C2的值，并且在环路滤波器Ⅱ和C2间加入了隔离缓冲器buffer，不但能够提供增益，增大环路带宽，同时也能避免容值相差过大的两个电容电荷共享。
[0021]欠采样鉴相器Ⅱ由缓冲器、一级采样器、二级采样器串连连接组成。缓冲器为多级。
[0022]一种低噪声的双环欠采样锁相环的工作方法，包括如下步骤：
[0023]在开始工作时，频率锁定环路起主导，参考信号输入到死区鉴频鉴相器，压控振荡器VCO输出信号经过死区鉴频鉴相器后，输出压控振荡器VCO频率与参考信号频率的相位误差，死区鉴频鉴相器传输给电荷泵Ⅱ对环路滤波器Ⅰ进行充放电(频率锁定环路和Ⅱ型欠采样环路共用一个环路滤波器Ⅰ)，环路滤波器将压控振荡器VCO频率拉至参考信号频率附近，之后频率锁定环路停止工作；
[0024]压控振荡器VCO输出信号分别通过I型欠采样环路和II型欠采样环路进行电压采样，I型欠采样环路的采样电压通过缓冲器buffer后输入环路滤波器Ⅱ(滤波电容)得到控制电压，II型欠采样环路将采样得到的差分采样电压控制上下拉电流的大小，对环路滤波器Ⅰ进行充放电，得到控制电压，使控制电压趋于稳定，环路锁定，输出N倍晶振输出频率。
[0025]I型欠采样环路和II型欠采样环路的电压同时控制VCO的输出频率，但实质还是由II型环路主导。
[0026]具体是，压控振荡器的差分输出两路信号VCON和VCOP，VCOP为正相信号，VCON为反相信号。经过相同的级数的缓冲器Buffer后，利用参考信号的上升沿进行采样，得到压控振荡器的相位信息。
[0027]其具体过程为：REF为低电平时，REFB为高电平，欠采样鉴相器的NMOS/PMOS同时导通。采样电容C1上的电压随VCON/P变化，当REF从低电平变为高电平时，即上升沿来到时，NMOS/PMOS同时关断，导致采样电容C1的电荷没有泄放途径，因此C1上的电压会保持关断的一瞬间不变，这个过程被称为采样。
[0028]当REF为高电平时，NMOS/PMOS同时关断，此时C1上的电压不变，这个过程被称为保持。
[0029]当正采样电压Vsamp大于负采样电压Vsamn时，说明在一个周期内不足整数个压控振荡器VCO周期，则压控振荡器VCO相位滞后于晶振。之后通过电荷泵Ⅰ对环路滤波器Ⅰ充放电来调整控制电压。
[0030]Ⅰ型欠采样环路的加入虽然能够压制带外噪声，但也引入了额外的杂散，因此，Ⅰ型欠采样环路中控制压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低噪声的双环欠采样锁相环，其特征在于,包括Ⅱ型欠采样环路，Ⅰ型欠采样环路，频率锁定环路；其中，频率锁定环路包括的元器件为分频器、死区鉴频鉴相器、电荷泵Ⅱ；参考信号输入端与死区鉴频鉴相器相连接，死区鉴频鉴相器与电荷泵Ⅱ相连接，电荷泵Ⅱ与压控振荡器相连接，压控振荡器与分频器相连接，分频器与死区鉴频鉴相器相连接；Ⅱ型欠采样环路包括欠采样鉴相器Ⅰ、电荷泵Ⅰ、环路滤波器Ⅰ、脉冲发生器；参考信号输入端与欠采样鉴相器Ⅰ、脉冲发生器相连接，欠采样鉴相器Ⅰ与电荷泵Ⅰ相连接，电荷泵Ⅰ与脉冲发生器、环路滤波器Ⅰ相连接，环路滤波器Ⅰ与压控振荡器相连接；Ⅰ型欠采样环路包括欠采样鉴相器Ⅱ、缓冲器、环路滤波器Ⅱ；参考信号输入端与欠采样鉴相器Ⅱ相连接，欠采样鉴相器Ⅱ与缓冲器相连接，缓冲器与环路滤波器Ⅱ相连接，环路滤波器Ⅱ与压控振荡器相连接。2.根据权利要求1所述的低噪声的双环欠采样锁相环，其特征在于，其中压控振荡器由多个环形振荡器串连连接构成。3.根据权利要求1所述的低噪声的双环欠采样锁相环，其特征在于，死区鉴频鉴相器包括两个D触发器和2个参考和分频反向信号控制的D触发器，两个D触发器耦合后，再接入2个分频反向信号控制的D触发器。4.根据权利要求1所述的低噪声的双环欠采样锁相环，其特征在于，欠采样鉴相器Ⅰ有缓冲器和采样器串联连接组成；欠采样鉴相器Ⅱ由缓冲器、一级采样器、二级采样器串连连接组成。5.根据权利要求1所述的低噪声的双环欠采样锁相环，其特征在于，欠采样鉴相器Ⅱ中采样电容C1的值远大于欠采样鉴相器Ⅲ电容C2的值，在环路滤波器Ⅱ和C2间加入了隔离缓冲器。6.一种低噪声的双环欠采样锁相环的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.参考信号输入到死区鉴频鉴相器，压控振荡器输出信号经过死区鉴频鉴相器后，输出压控振荡器频率与参考信号频率的相位误差，死区鉴频鉴相器传输给电荷泵Ⅱ对环路滤波器Ⅰ进行充放电，将压控振荡器VCO频...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖竞文，吴韵秋，
申请(专利权)人：成都通量科技有限公司，
类型：发明
国别省市：