專利名稱：鎖相環電路及其充電方法
技術領域：
本發明涉及鎖相環技術領域，特別涉及鎖相環電路及其充電方法。
背景技術：
為得到較好的噪聲性能，PLL電路(Phase Locked Loop,鎖相環電路)的濾波器一般采用無源器件構成，在低帶寬應用中，無源濾波器的電容容值較大，PLL電路完成鎖定需要較長的時間。在對系統的鎖定時間有嚴格要求的情況下，又保持PLL電路的低帶寬， 一般做法會增加快速鎖定電路，幫助PLL電路以盡量短的時間達到穩定。
圖1為現有的一種較常用的帶有快鎖電路的PLL電路。為了增加快速鎖定電路，在PLL電路的濾波器101上接一個P型場效應管102 (記作MP1 )，這個MP1的柵極需要接一個控制信號(圖中記作input)。當PLL電路開始工作時，input為低電平，此時MP1會打開。圖示電路中，MP1的尺寸一般取得較大，目的是在打開時MP1有足夠的電流給濾波器101的電容充電。電路中VCTRL處的電壓開始時是未知的，因為濾波器101的電容上的殘留電荷是未知的(也許只有O伏或其它某個固定電壓)。MP1打開后，隨著濾波器101中的電容不斷充電，VCTRL處的電壓也不斷上升，當某個時刻，i叩ut信號由低電平變高電平后，MPl關斷，此時充電過程結束，濾波器101上的電壓VCTRL為某個固定電壓。此時PLL利用其負反饋原理開始正式的鎖定過程。
在對現有技術進行分析后，發明人發現PLL電路的現有的快鎖電路存在以下缺陷
事先無法預知濾波器上的電壓VCTRL在充電過程完成后會是多少，因此現有的快鎖電路無法為PLL電路提供一個較佳的VCTRL電壓來盡量縮短PLL電路的鎖定時間。
發明內容
本發明實施例提供了鎖相環電路及其充電方法以縮短鎖相環電路的鎖定時間。一種鎖相環電路，包括依次電性連接的鑒相器、濾波器、壓控振蕩器和分頻器，所述鑒相器的兩個輸入端分別接參考頻率信號和所述分頻器輸出端輸出的分頻信號，所述鑒相器輸出的信號經所述濾波器之后變為電壓信號輸入所述壓控振蕩器，壓控振蕩器產生的時鐘信號經所述分頻器分頻之后送入所述鑒相器，其特征在于，所述鎖相環電路還包括與所述濾波器相連的充電電路，所述充電電路包括閾值判斷模塊、接收模塊、和充電模塊；
閾值判斷模塊，用于輸出信號給接收模塊，當所述濾波器的電壓充電到預設閾值時，輸出有效信號至所述接收模塊；
接收模塊，用于接收觸發信號，并根據所述觸發信號輸出第一控制信號給所述充電模塊;接收所述閾值判斷模塊輸出的信號，當所述閾值判斷模塊輸出的信號為有效信號時，輸出第二控制信號給所述充電模塊；
充電模塊，用于當接收到所述第一控制信號時，給所述濾波器充電；當接收到所述第二控制信號時，停止給所述濾波器充電。
一種鎖相環的充電方法，包括以下步驟
接收觸發信號；
根據接收到的所述觸發信號給所述鎖相環的濾波器充電；當所述濾波器的電壓充電到預設閾值時，結束充電。
本發明實施例可以事先設定濾波器充電完成時的預設閾值電壓，從而可以為鎖相環電路提供一個較佳的電壓來盡量縮短鎖相環電路的鎖定時間。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是現有的一種帶有充電電路的鎖相環電路圖2是本發明實施例提供的一種鎖相環電路示意圖3是本發明實施例提供的第一種鎖相環電路圖4是本發明實施例提供的鎖相環及其充電電路的各節點波形圖5是本發明實施例提供的另一種種鎖相環電路圖6是本發明實施例提供的鎖相環的充電方法流程圖。
具體實施例方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
本發明實施例一提供了一種鎖相環電路。如圖2所示，圖2是一種鎖相環電路示意圖。該鎖相環電路包括依次電性連接的鑒相器(PD) 210、濾波器220、振蕩器230和分頻器240，鑒相器210的兩個輸入分別接參考頻率信號CLK一IN和分頻器輸出端輸出的分頻信號，鑒相器210對由其兩個輸入分別接入的參考頻率信號和分頻器輸出端輸出的分頻信號進行鑒相后，通過鑒相器的輸出端將鑒相后的信號輸出至濾波器220進行濾波，并經濾波器220的輸出端將濾波后的信號輸入至振蕩器230的輸入端以控制振蕩器230輸出振蕩信號，振蕩信號經分頻器240分頻處理后形成上述分頻器輸出端輸出的分頻信號。其中振蕩器230的輸入端還接入充電電路200，通過該充電電路200對濾波器220進行充電以縮短鎖相環電路PLL完成鎖定所需要的的時間。
本實施例中，充電電路200包括接收模塊201、充電模塊202和閾值判斷模塊203。接收模塊201輸入端接收觸發信號；接收模塊201復位端接收閾值判斷模塊203輸出的信號，當閾值判斷模塊203輸出的信號為有效信號時實現輸出端復位，并輸出第二控制信號給充電模塊202以結束濾波器的充電；接收模塊201的輸出端根據觸發信號輸出第一控制信號給充電模塊202，以控制充電模塊202輸出端給濾波器220充電。充電模塊202輸出端還電性連接至閾值判斷模塊203的輸入端，并將充電電壓輸入至閾值判斷模塊203。閾值判斷模塊203根據其內設的充電電壓閾值判斷是否需要終止給濾波器220充電，當需要終止給濾波器220充電時，輸出有效信號至接收模塊201的復位端。接收模塊復位端判斷接收到的觸發信號是否有效，有效時通過接收模塊201控制充電模塊202停止給濾波器220充電。
本發明實施例通過閾值判斷模塊事先設定較佳的充電閾值，從而可以為PLL電路提供一個較佳的電壓，進而大大縮短PLL電路的鎖定時間，減少了因無法確定濾波器上的電壓在充電過程完成后的具體值無法確定，帶來PL1電路鎖定時間較長的缺陷。
本實施例中，鑒相器210也可以是鑒頻鑒相器(PFD)，如圖3所示。參見圖3，接收模塊具體包括D觸發器301，充電模塊202包括場效應管302。本實施例中場效應管302為P型場效應管。輸入信號input接D觸發器301的時鐘信號輸^端，D觸發器301的輸入端接工作電源VDD，復位端RST接閾值判斷模塊，反相輸出端^接充電模塊。本發明實施例中，D觸發器301也可以將其輸出端Q通過反相器303接充電模塊。D觸發器301的復位端RST是高電平有效的。充電模塊的場效應管302 ^J源極接工作電源VDD，漏極接閾值判斷模塊的輸入端,柵極接D觸發器301的反相輸出端^，或者柵極通過反相器303接D觸發器301的輸出端。場效應管302的漏極同時接在鎖相環電路的電荷泵與壓控振蕩器(VCO)之間，從而給鎖相環的濾波器電容充電。
閾值判斷模塊用來設定鎖相環的濾波器304結束充電時的電壓閾值，當濾波器304的電容電壓充電到預設閾值時，結束充電。閾值判斷模塊有多種實現方式，本實施例的圖3僅為其中一種。本實施例的閾值判斷模塊包括相互串接的第一反相器305和第二反相器306， N型場效應管307，傳輸門308。第一反相器305的輸出端接D觸發器301的復位端，第二反相器306的輸入端接N型場效應管307的漏極和傳輸門308的一端，傳輸門308的另一端接場效應管302的漏極。本發明實施例中傳輸門308是由一個P型場效應管和一個N型場效應管構成的。
假設在初始的時候，D觸發器301的時鐘信號輸入端的輸入input是低電平信號，其Q輸出端電平是低電平(比如通過復位端RST將Q置成了低電平)，也即A點電位為低電平，通過反相器303后，B點電平翻轉為高電平，所以場效應管302截止。對于N型場效應管307，其柵極輸入電位是B點電平，即高電平，源極接地，因而此時N型場效應管307導通，其漏極電位變為低電平，也即C點電位為低電平。對于傳輸門308，由于其P型場效應管的柵極電位為高，N型場效應管的柵極電位為低，因而傳輸門308處于截止狀態。綜上，由于場效應管302和傳輸門308均處于截止狀態，所以VCTRL結點相當于懸空。對于濾波器304，因為電容的一端接地，而VCTRL懸空，所以濾波器304的電容不會開始充電。同時由于C點電位為低電平，經過第一反相器305和第二反相器306之后，E點電位仍為低電平，也即D觸發器301的復位端RST (高電平有效)的輸入是低電平，所以D觸發器301不會將Q端輸出復位，Q端輸出繼續保持高電平。
假設在tl時刻，D觸發器301的時鐘信號輸入端的輸入input來了一個上升沿電平，由于D觸發器301的輸入端接的是高電平(工作電源VDD)，所以輸出端Q會發生翻轉，變為高電平，也即A點電位為高電平。通過反相器303， B點電平變為低電平，所以場效應管302導通。因為場效應管302的漏極通過濾波器304電容接地，因而當場效應管302導通后，工作電源VDD會通過場效應管302給濾波器304的電容充電。同時傳輸門308，由于其P型場效應管的柵極電位為低，N型場效應管的柵極電位為高，因而傳輸門308處于導通狀態。對于N型場效應管307，其柵極輸入電位B點為低電平，源極接地，因而此時N型場效應管307截止。隨著上述充電的進行，濾波器304的電容的上極板(圖3中非接地的一個極板)的電位會逐漸升高，也即VCTRL的電位逐漸升高，通過傳輸門308， C點電位也逐漸升高。當C點電位升高到第二反相器306的翻轉閾值之后，第二反相器306的輸出變為低電平，第一反相器305的輸出E變為高電平，從而使得D觸發器301的復位端RST有效，D觸發器301的輸出Q翻轉為低電平。因此A點電平為高，B點電平為低，從而場效應管302截止，傳輸門308截止，N型場效應管307導通，使得N型場效應管307的漏極電位C變為低電平。于是E變為低電平，從而使得D觸發器301的復位端RST結束有效狀態。由于場效應管302和傳輸門308截止，所以VCTRL節點處于懸空狀態，濾波器304的電容充電結束。
所以，在本實施例中，可以通過合理設置第一反相器305和第二反相器306的翻轉閾值，來設定濾波器304充電完成時的電壓VCTRL。本實施例中第一反相器305和第二反相器306的工作參數和翻轉閾值相同，由P型場效應管和N型場效應管串接構成。本實施例中第一反相器305和第二反相器306的翻轉閾值設計為0.8V。
上述工作過程中，input、 A、 B、 C以及VCTRL結點的波形圖如圖4所示。
需要說明的是，本發明實施例充電模塊的場效應管也可以是N型場效應管，此時的鎖相環及其充電電路如圖5所示。此時接收模塊包括D觸發器501，充電電路的輸入信號接D觸發器501的時鐘信號輸入端，D觸發器501的輸入端接工作電源，輸出端接充電模塊，復位端接閾值判斷模塊。充電模塊包括第一 N型場效應管502，第一 N型場效應管502的源極接地，柵極接D觸發器501的輸出端，漏極接閾值判斷模塊的輸入端；第一N型場效應管502的漏極接在鎖相環電路的電荷泵與VCO之間，給鎖相環的濾波器電容充電。閾值判斷模塊包括反相器505，反相器505的輸出端接D觸發器的復位端RST，輸入端接第二 N型場效應管506的漏極和傳輸門的一端，傳輸門507的另一端接第一 N型場效應管502的漏極。
在充電模塊的場效應管是N型場效應管的情況下，D觸發器501通過反相器503和反相器504接第一 N型場效應管502的柵極，同時第一 N型場效應管502的源極接地。圖5的工作原理與圖3相似，與圖3稍有不同的是，當VCTRL低于閾值判斷模塊的翻轉閾值時，.電路通過反饋把第一N型場效應管502關閉。采用N型場效應管作為充電模塊的場效應管，這種應用 一般在電路要求VCTRL有較低電壓時用。
本實施例的充電模塊也可以不使用場效應管，使用其它的能夠給濾波器電容充電的半導體電路，比如含三極管的電路等。
現有技術中充電電路的控制信號input必須是一個電平信號，而且該電平信號保持時間的長短需要在電路設計時準確的確定。當電路工藝發生變化時，上述保持時間難以準確把握。 本發明實施例可以利用邊沿觸發信號觸發，無須電平信號，也就不需要事先設計電平信號的 持續時間，這樣就避免了現有技術方案中電平保持的時間長短需要在設計時較準確確定的問 題。濾波器的最終穩定電壓值也可以通過閾值判斷模塊事先靈活的設置，解決了現有技術方 案中濾波器電容充電完成時的電壓不確定的問題。當完成充電過程后，本實施例鎖相環的充 電電路會自動切斷，不會干擾鎖相環的正常工作，減少了因無法確定濾波器上的電壓在充電 過程完成后的具體值無法確定，帶來PL1電路鎖定時間較長的缺陷。
實施例三提供了一種鎖相環的充電方法，如圖6所示，包括以下步驟 610:接收觸發信號；
620:根據接收到的觸發信號，給鎖相環的濾波器充電； 630:當上述濾波器的電壓充電到預設閾值時，結束充電。 進一步地，上述觸發信號可以是邊沿觸發信號。 具體地，參考圖3，步驟610接收邊沿觸發信號包括
設置D觸發器301;輸入信號接D觸發器301的時鐘信號輸入端，D觸發器301的輸入 端接工作電源VDD。假設在tl時刻，D觸發器301的時鐘信號輸入端的輸入input來了一個 上升沿電平，由于D觸發器301的輸入端接的是高電平(工作電源VDD)，所以輸出端Q會 發生翻轉，變為高電平，也即A點電位為高電平。
步驟620根據接收到的觸發信號，給鎖相環的濾波器充電包括:
設置P型場效應管302;
P型場效應管302的源極接工作電源VDD，柵極接D觸發器301的反相輸出端，漏極接 在鎖相環電路的電荷泵與壓控振蕩器(VCO)之間，給鎖相環的濾波器304的電容充電。
通過反相器303， B點電平變為低電平，所以P型場效應管302導通。因為P型場效應 管302的漏極通過濾波器304電容接地，因而當P型場效應管302導通后，工作電源VDD 會通過P型場效應管302給濾波器304的電容充電。所以，同時傳輸門308,由于其P型場 效應管的柵極電位為低，N型場效應管的柵極電位為高，因而傳輸門308處于導通狀態。對 于N型場效應管307，其柵極輸入電位B點為低電平，源極接地，因而此時N型場效應管307 截止。
步驟630當上述濾波器的電壓充電到預設閾值時，結束充電包括
設置N型場效應管307、傳輸門308，以及相互串接的第一反相器305和第二反相器306;第一反相器305的輸出端接D觸發器301的復位端，第二反相器306的輸入端接N型場 效應管307的漏極和述傳輸門308的一端，傳輸門308的另一端接P型場效應管302的漏極， 其中D觸發器301的復位端高電平有效。
隨著濾波器304充電的進行，濾波器304的電容的上極板(圖3中非接地的一個極板) 的電位會逐漸升高，也即VCTRL的電位逐漸升高，通過傳輸門308， C點電位也逐漸升高。 當C點電位升高到第二反相器306的翻轉閾值之后，第二反相器306的輸出變為低電平，第 一反相器305的輸出E變為高電平，從而使得D觸發器301的復位端RST有效，D觸發器 301的輸出Q翻轉為低電平。因此A點電平為高，B點電平為低，從而P型場效應管302截 止，傳輸門308截止，N型場效應管307導通，使得N型場效應管307的漏極電位C變為低 電平。于是E變為低電平，從而使得D觸發器301的復位端RST結束有效狀態。由于P型 場效應管302和傳輸門308截止，所以VCTRL節點處于懸空狀態，濾波器304的電容充電 結束。
需要說明的是，參考圖5，本實施例的步驟610接收邊沿觸發信號也可以包括 設置第一N型場效應管502，第一N型場效應管502的源極接地，柵極接D觸發器501 的輸出端，漏極接在鎖相環電路的電荷泵與VCO之間，給鎖相環的濾波器電容充電。 步驟630當上述濾波器的電壓充電到預設閾值時，結束充電包括 設置第二 N型場效應管507、傳輸門506以及反相器505，
反相器505的輸出端接D觸發器501的復位端，輸入端接第二 N型場效應管507的漏極 和傳輸門506的一端，傳輸門506的另一端接第一 N型場效應管502的漏極，其中D觸發器 的復位端高電平有效。
在充電模塊的場效應管是N型場效應管的情況下，D觸發器501通過反相器503和反相 器504接第一 N型場效應管502的柵極，同時第一 N型場效應管502的源極接地。圖5的工 作原理與圖3相似，與圖3稍有不同的是，當VCTRL低于閾值判斷模塊的翻轉閾值時，電 路通過反饋把第一N型場效應管502關閉。采用N型場效應管作為充電模塊的場效應管，這 種應用一般在電路要求VCTRL有較低電壓時用。
本實施例的步驟620中，也可以不使用場效應管，使用其它的能夠給濾波器電容充電的 半導體電路，比如含三極管的電路等。
現有技術中充電電路的控制信號input必須是一個電平信號，而且該電平信號保持時間的 長短需要在電路設計時準確的確定。當電路工藝發生變化時，上述保持時間難以準確把握。本發明實施例的方法可以利用邊沿觸發信號觸發，無須電平信號，也就不需要事先設計電平 信號的持續時間，這樣就避免了現有技術方案中電平保持的時間長短需要在設計時較準確確 定的問題。濾波器的最終穩定電壓值也可以通過步驟630事先靈活的設置來確定，解決了現 有技術方案中濾波器電容充電完成時的電壓不確定的問題。當完成充電過程后，本實施例的 方法會自動停止給鎖相環的濾波器充電，不會干擾鎖相環的正常工作。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之 內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1. 一種鎖相環電路，包括依次電性連接的鑒相器、濾波器、壓控振蕩器和分頻器，所述鑒相器的兩個輸入端分別接參考頻率信號和所述分頻器輸出端輸出的分頻信號，所述鑒相器輸出的信號經所述濾波器之后變為電壓信號輸入所述壓控振蕩器，壓控振蕩器產生的時鐘信號經所述分頻器分頻之后送入所述鑒相器，其特征在于，所述鎖相環電路還包括與所述濾波器相連的充電電路，所述充電電路包括閾值判斷模塊、接收模塊和充電模塊閾值判斷模塊，用于輸出信號給接收模塊，當所述濾波器的電壓充電到預設閾值時，輸出有效信號至所述接收模塊；接收模塊，用于接收觸發信號，并根據所述觸發信號輸出第一控制信號給所述充電模塊；接收所述閾值判斷模塊輸出的信號，當所述閾值判斷模塊輸出的信號為有效信號時，輸出第二控制信號給所述充電模塊；充電模塊，用于當接收到所述第一控制信號時，給所述濾波器充電；當接收到所述第二控制信號時，停止給所述濾波器充電。
2. 如權利要求1所述的鎖相環電路，其特征在于，所述接收模塊用于接收邊沿觸發信號。
3. 如權利要求2所述的鎖相環電路，其特征在于，所述接收模塊包括D觸發器， 所述D觸發器的時鐘信號輸入端接收所述邊沿觸發信號，數據輸入端接工作電源，反相輸出端接至所述充電模塊，復位輸入端接入所述閾值判斷模塊輸出的所述有效信號。
4. 如權利要求3所述的鎖相環電路，其特征在于，所述充電模塊包括P型場效應管， 所述P型場效應管的源極接所述工作電源，柵極接所述D觸發器的反相輸出端，漏極接所述閥值判斷模塊的輸入端；且所述P型場效應管的漏極還與所述濾波器相連，用來給所述濾波器充電。
5. 如權利要求4所述的鎖相環電路，其特征在于，所述閾值判斷模塊包括第一反相器、 第二反相器、N型場效應管、傳輸門，所述傳輸門的輸入端接所述P型場效應管的漏極，所述傳輸門的輸出端接所述第二反相 器的輸入端，且所述傳輸門的輸出端還接所述N型場效應管的漏極，所述第二反相器的輸出端和所述第一反相器的輸入端相連，所述第一反相器的輸出端接所述D觸發器的復位輸入端，其中所述D觸發器的復位輸入端高電平有效。
6. 如權利要求2所述的鎖相環電路，其特征在于，所述接收模塊包括D觸發器，所述D觸發器的時鐘信號輸入端接收所述邊沿觸發信號，數據輸入端接工作電源，輸出端接至所述充電模塊，復位輸入端接入所述閾值判斷模塊。
7. 如權利要求6所述的鎖相環電路，其特征在于，所述充電模塊包括第一N型場效應管，所述第一N型場效應管的源極接地，柵極接所述D觸發器的輸出端，漏極接所述閾值判斷模塊的輸入端；所述第一N型場效應管的漏極還與所述濾波器相連，用于給所述濾波器充電。
8. 如權利要求7所述的鎖相環電路，其特征在于，所述閾值判斷模塊包括反相器、第二N型場效應管、傳輸門，所述反相器的輸出端接所述D觸發器的復位輸入端，所述反相器的輸入端接所述第二 N型場效應管的漏極，且所述反相器的輸入端還接所述傳輸門的輸出端，所述傳輸門的輸入端接所述第一N型場效應管的漏極，其中，所述D觸發器的復位輸入端高電平有效。
9. 一種鎖相環的充電方法，其特征在于，包括以下步驟接收觸發信號；根據接收到的所述觸發信號給所述鎖相環的濾波器充電；當所述濾波器的電壓充電到預設閾值時，結束充電。
10. 如權利要求9所述的鎖相環的充電方法，其特征在于，所述觸發信號為邊沿觸發信號，通過D觸發器接收所述觸發信號。
11.如權利要求11所述的鎖相環的充電方法，其特征在于，所述根據接收到的所述觸發信號給所述鎖相環的濾波器充電包括以下步驟設置P型場效應管；所述P型場效應管的源極接所述工作電源，柵極接所述D觸發器的
12.反相輸出端，漏極接在所述鎖相環電路的壓控振蕩器的輸入端；通過所述P型場效應管給所述鎖相環的濾波器充電。
全文摘要
本發明實施例公開了鎖相環電路及其充電方法，屬于鎖相環技術領域。該電路包括充電電路，充電電路包括閾值判斷模塊，用于輸出信號給接收模塊，當濾波器的電壓充電到預設閾值時，輸出有效信號至接收模塊；接收模塊，用于接收觸發信號，輸出第一控制信號給充電模塊；當閾值判斷模塊輸出的信號為有效信號時，輸出第二控制信號給充電模塊；充電模塊，用于接收到第一控制信號時，給濾波器充電；當接收到第二控制信號時，停止給濾波器充電。該方法包括接收觸發信號；給濾波器充電；當濾波器充電到預設閾值時結束充電。本發明實施例可以事先設定濾波器電容充電完成時的電壓，從而可以為PLL電路提供一個較佳的電壓來縮短PLL電路的鎖定時間。
文檔編號H03L7/08GK101534120SQ20091008149
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月9日 優先權日2009年4月9日
發明者孫宏全 申請人:華為技術有限公司