專利名稱：一種鎖相環及其電荷泵的制作方法
技術領域：
本發明屬于電子電路設計領域，尤其涉及一種鎖相環及其電荷泵。
背景技術：
鎖相環是一種反饋控制電路，其利用外部輸入的參考信號控制內部振蕩信號的頻率和相位，被廣泛應用在無線通信系統、高速點對點數據通信系統等領域中。如圖1示出了鎖相環的典型結構圖。其中，鑒頻鑒相器比較參考信號Fref與分頻器輸出的反饋信號Fosc之間的相位差和頻率差，并產生電壓信號Up和Dn來控制電荷泵的工作。電荷泵將電壓信號Up和Dn轉變為可以控制壓控振蕩器的控制信號Vc。為了保證環路工作穩定，控制信號Vc需通過環路濾波器進行濾波，濾波后的控制電壓Vcontrol作為壓控振蕩器的實際控制電壓。壓控振蕩器的輸出電壓經分頻器分頻后，作為輸入到鑒頻鑒相器的反饋信號Fosc。其中，輸入到電荷泵的電壓信號Up和Dn均是數字信號，電荷泵輸出的控制信號Vc是模擬信號，該控制信號Vc控制著壓控振蕩器輸出信號的頻率變化，在鎖相環鎖定時，要求控制信號Vc為一恒定值，以保證壓控振蕩器輸出信號的頻率穩定性。即是說，在鎖相環鎖定后，控制信號Vc即便有很小的波動，都會引起壓控振蕩器輸出信號的頻率抖動，從而引入噪聲，影響環路的性能和工作狀態。圖2示出了現有技術中廣泛采用的電荷泵的部分電路。該部分電路為一單位增益緩沖器，除此部分電路之外，電荷泵還包括一積分器，積分器的差分輸出信號對應輸入到該電路的差分輸入端口 Vin+和Vin-，經過該單位增益緩沖器后，通過差分輸出端口 Vout+和Vout-輸出到環路濾波器。圖3示出了現有技術廣泛使用的環路濾波器的電路。環路濾波器的輸出信號Vctr+和Vctr-作為控制信號輸入到壓控振蕩器。由圖2和圖3所示的電路可以看出，壓控振蕩器的頻率抖動與環路濾波器的輸出信號Vctr+和Vctr-相關，且成正比例變化，輸出信號Vctr+和Vctr-越穩定，對壓控振蕩器的頻率穩定性越有利。然而在實際中，鎖相環的電源VDD難免由于外部干擾或器件本身等原因而出現抖動現象，電源VDD的抖動會使得單位增益緩沖器中B節點的共模電平發生偏移，影響到差分輸出端口 Vout+和Vout-輸出的共模電平，并進一步影響到環路濾波器的輸出信號Vctr+和Vctr-，使得壓控振蕩器的頻率出現抖動，且電源抖動越大，壓控振蕩器的頻率抖動就越大，影響了鎖相環的正常工作。特別是在電源電壓越來越低的趨勢下，對鎖相環時鐘輸出的抖動性能的要求也越來越高。
發明內容
本發明實施例的目的在于提供一種鎖相環的電荷泵，旨在解決現有的鎖相環在電源出現抖動時，壓控振蕩器的頻率出現抖動，影響環路的性能和工作狀態，穩定性差的問題。本發明實施例是這樣實現的，一種鎖相環的電荷泵，所述電荷泵包括:
積分器,用于輸出第一差分信號對；單位增益緩沖器，用于在所述積分器輸出的所述第一差分信號對控制下，向鎖相環的環路濾波器輸出第二差分信號對；電源補償電路，用于在所述單位增益緩沖器的電源電壓出現抖動時提供電壓補m
\-ZX O本發明實施例的另一目的在于提供一種鎖相環，所述鎖相環包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環路濾波器、壓控振蕩器、分頻器，所述電荷泵包括:積分器，用于輸出第一差分信號對；單位增益緩沖器，用于在所述積分器輸出的所述第一差分信號對控制下，向鎖相環的環路濾波器輸出第二差分信號對；電源補償電路，用于在所述單位增益緩沖器的電源電壓出現抖動時提供電壓補m
\-ΖΧ ο本發明提供的鎖相環及其電荷泵中，在電荷泵中增加一電源補償電路，該電源補償電路可對電荷泵的電源電壓抖動進行抑制，從而提高了鎖相環工作的穩定性，保證了鎖相環的正常工作。
圖1是現有鎖相環的典型結構圖；圖2是圖1中，電荷泵的典型電路圖；圖3是圖1中，環路濾波器的典型電路圖；圖4是本發明提供的鎖相環的電荷泵的結構圖；圖5是圖4中，單位增益緩沖器和電源補償電路的電路圖；圖6是本發明提供的鎖相環的結構圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。針對現有技術存在的問題，本發明提出了一種鎖相環的電荷泵，該鎖相環的電荷泵在現有積分器和單位增益緩沖器基礎上，還增加了一電源補償電路。圖4示出了本發明提供的鎖相環的電荷泵的結構，為了便于說明，僅示出了與本發明相關的部分。詳細而言，本發明提供的鎖相環的電荷泵包括:積分器11，用于輸出第一差分信號對；單位增益緩沖器12，用于在積分器11輸出的第一差分信號對控制下，向環路濾波器輸出第二差分信號對；電源補償電路13，用于在單位增益緩沖器12的電源電壓出現抖動時提供電壓補償，從而使得單位增益緩沖器12的電源抖動對鎖相環的影響得到抑制。進一步地，如圖5所示，單位增益緩沖器12可以包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、NPN型的三極管Ql、NPN型的三極管Q2、第一電壓源DCl、第二電壓源DC2。其中，電阻Rl的第一端連接電源電壓VDD，電阻Rl的第二端同時連接電阻R2的第一端和電阻R3的第一端，電阻Rl的第二端同時連接電源補償電路13 ;電阻R2的第二端連接三極管Ql的集電極，三極管Ql的基極通過電阻R4連接積分器11的一個差分信號輸出端子，三極管Ql的發射極連接第一電壓源DCl的負極，第一電壓源DCl的正極接地；電阻R3的第二端連接三極管Q2的集電極，三極管Q2的基極通過電阻R5連接積分器11的另一個差分信號輸出端子，三極管Q2的發射極連接第二電壓源DC2的負極，第二電壓源DC2的正極接地；三極管Ql的發射極同時順次通過電阻R6和電阻R7連接三極管Q2的發射極；三極管Ql的集電極和三極管Q2的集電極連接環路濾波器并向環路濾波器輸出第二差分信號對。進一步地，如圖5所示，電源補償電路13可以包括:電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16、電阻R17、NPN型的三極管Q5、NPN型的三極管Q6、NPN型的三極管Q7、NPN型的三極管Q8、NPN型的三極管Q9、NPN型的三極管Q10、穩壓管Dl。其中，電阻R12的第一端和電阻R13的第一端同時連接電源電壓VDD ;電阻R12的第二端連接三極管Q5的基極；三極管Q5的基極同時連接穩壓管Dl的陰極，穩壓管Dl的陽極接地；三極管Q5的的集電極連接電源電壓VDD，三極管Q5的發射極通過電阻R4連接三極管Q8的集電極，三極管Q8的發射極通過電阻R15接地，三極管Q8的基極連接三極管Q8的集電極；電阻R13的第二端連接三極管Q6的集電極，三極管Q6的基極連接三極管Q6的集電極，三極管Q6的發射極連接三極管Q9的集電極，三極管Q9的基極連接三極管Q8的基極，三極管Q9的發射極通過電阻R16接地；三極管Q7的基極連接三極管Q9的集電極，三極管Q7的發射極連接三極管QlO的集電極，三極管QlO的基極連接三極管QlO的集電極，三極管QlO的發射極通過電阻R17接地；三極管Q7的集電極同時連接單位增益緩沖器12，具體是連接圖5中電阻Rl的第二端。以下詳細說明圖5所示的電路對電源電壓VDD抖動的抑制原理:在電源電壓VDD發生抖動時，假設電源電壓VDD增大。在單位增益緩沖器12中，電源電壓VDD經電阻Rl達到B節點，使得B節點的電壓增大。在電源補償電路13中，穩壓管Dl保證了 I節點的電壓不變，則由Q8和Q9組成的鏡像電路中的鏡像電流大小保持不變，使得2節點的電壓隨電源電壓VDD的增加而增加，三極管Q7的發射極電流增加，三極管Q7的集電極電流增加，進而使得電阻Rl兩端的電壓增加，從而降低了 B節點的電壓，抑制了電源電壓VDD的上升趨勢。同理，當電源電壓VDD下降時，B節點的電壓減小，而通過電源補償電路13，可在減小的基礎上進行補償，使得電源電壓VDD的下降趨勢得以抑制。單位增益緩沖器12的抑制效果取決于電阻Rl和電阻R17的比值大小，通過合理選擇器件參數，即可滿足對電源電壓VDD抖動的抑制。本發明還提供了一種鎖相環的結構，如圖6示出了本該鎖相環的結構，為了便于說明，僅不出了與本發明相關的部分。詳細而言，本發明提供的鎖相環包括:鑒頻鑒相器21 ;電荷泵22，電荷泵22采用如上所述的電荷泵；環路濾波器23 ;壓控振蕩器24 ;分頻器25。不同于現有的鎖相環，本發明提供的鎖相環還包括:負反饋電路26，其輸入端連接環路濾波器23的輸出端，其輸出端連接電荷泵22的電源電壓VDD，用于實現環路濾波器23的輸出信號與電源電壓VDD之間相反的變化趨勢，從而在利用電源補償電路13實現電源電壓VDD抖動抑制的同時，還通過穩定輸入電荷泵22的電源電壓VDD本身，而進一步抑制電源電壓VDD抖動對環路的影響。
其中，環路濾波器23可以采用如圖2所示的電路，具體包括:NPN型的三極管Q3、NPN型的三極管Q4、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、第三電壓源DC3、第四電壓源DC4、電容Cl和電容C2。三極管Q3的基極連接電荷泵22的一個差分信號輸出端子，三極管Q3的集電極連接電源電壓VDD，三極管Q3的發射極連接第三電壓源DC3的負極，第三電壓源DC3的正極接地；三極管Q4的基極連接電荷泵22的另一個差分信號輸出端子，三極管Q4的集電極連接電源電壓VDD，三極管Q4的發射極連接第四電壓源DC4的負極，第四電壓源DC4的正極接地；電阻R8、電阻R9、電容Cl、電阻RlO和電阻Rll順次串聯在三極管Q3的發射極和三極管Q4的發射極之間，電容C2并聯在電阻R9、電容Cl、電阻10順次串聯后的兩端；電容Cl的兩端Vct r+和Vct r-作為環路濾波器23的輸出端。綜上所述，本發明提供的鎖相環及其電荷泵中，在電荷泵中增加一電源補償電路，該電源補償電路可對電荷泵的電源電壓抖動進行抑制，從而提高了鎖相環工作的穩定性，保證了鎖相環的正常工作。另外，在鎖相環中，還增加了負反饋電路，用以使得輸入電荷泵的電源電壓與環路濾波器的輸出電壓呈反向變化趨勢，從而進一步抑制了電源電壓抖動對鎖相環穩定性的影響。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，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、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種鎖相環的電荷泵，其特征在于，所述電荷泵包括: 積分器，用于輸出第一差分信號對； 單位增益緩沖器，用于在所述積分器輸出的所述第一差分信號對控制下，向鎖相環的環路濾波器輸出第二差分信號對； 電源補償電路，用于在所述單位增益緩沖器的電源電壓出現抖動時提供電壓補償。
2.如權利要求1所述的鎖相環的電荷泵，其特征在于，所述電源補償電路包括:電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16、電阻R17、NPN型的三極管Q5、NPN型的三極管Q6、NPN型的三極管Q7、NPN型的三極管Q8、NPN型的三極管Q9、NPN型的三極管QlO、穩壓管Dl ； 電阻R12的第一端和電阻R13的第一端同時連接所述電源電壓；電阻R12的第二端連接三極管Q5的基極；三極管Q5的基極同時連接穩壓管Dl的陰極，穩壓管Dl的陽極接地；三極管Q5的的集電極連接電源電壓，三極管Q5的發射極通過電阻R4連接三極管Q8的集電極，三極管Q8的發射極通過電阻R15接地，三極管Q8的基極連接三極管Q8的集電極；電阻R13的第二端連接三極管Q6的集電極，三極管Q6的基極連接三極管Q6的集電極，三極管Q6的發射極連接三極 管Q9的集電極，三極管Q9的基極連接三極管Q8的基極，三極管Q9的發射極通過電阻R16接地；三極管Q7的基極連接三極管Q9的集電極，三極管Q7的發射極連接三極管QlO的集電極，三極管QlO的基極連接三極管QlO的集電極，三極管QlO的發射極通過電阻R17接地；三極管Q7的集電極同時連接所述單位增益緩沖器。
3.如權利要求1所述的鎖相環的電荷泵，其特征在于，所述單位增益緩沖器包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、NPN型的三極管Ql、NPN型的三極管Q2、第一電壓源DC1、第二電壓源DC2 ； 電阻Rl的第一端連接所述電源電壓，電阻Rl的第二端同時連接電阻R2的第一端和電阻R3的第一端，電阻Rl的第二端同時連接所述電源補償電路；電阻R2的第二端連接三極管Ql的集電極，三極管Ql的基極通過電阻R4連接所述積分器的一個差分信號輸出端子，三極管Ql的發射極連接第一電壓源DCl的負極，第一電壓源DCl的正極接地；電阻R3的第二端連接三極管Q2的集電極，三極管Q2的基極通過電阻R5連接所述積分器的另一個差分信號輸出端子，三極管Q2的發射極連接第二電壓源DC2的負極，第二電壓源DC2的正極接地；三極管Ql的發射極同時順次通過電阻R6和電阻R7連接三極管Q2的發射極；三極管Ql的集電極和三極管Q2的集電極連接環路濾波器并向所述環路濾波器輸出所述第二差分信號對。
4.一種鎖相環，所述鎖相環包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環路濾波器、壓控振蕩器、分頻器，其特征在于，所述電荷泵包括: 積分器，用于輸出第一差分信號對； 單位增益緩沖器，用于在所述積分器輸出的所述第一差分信號對控制下，向鎖相環的環路濾波器輸出第二差分信號對； 電源補償電路，用于在所述單位增益緩沖器的電源電壓出現抖動時提供電壓補償。
5.如權利要求4所述的鎖相環，其特征在于，所述電源補償電路包括:電阻R12、電阻R13、電阻R14、電阻R15、電阻R16、電阻R17、NPN型的三極管Q5、NPN型的三極管Q6、NPN型的三極管Q7、NPN型的三極管Q8、NPN型的三極管Q9、NPN型的三極管Q10、穩壓管Dl ；電阻R12的第一端和電阻R13的第一端同時連接所述電源電壓；電阻R12的第二端連接三極管Q5的基極；三極管Q5的基極同時連接穩壓管Dl的陰極，穩壓管Dl的陽極接地；三極管Q5的的集電極連接電源電壓，三極管Q5的發射極通過電阻R4連接三極管Q8的集電極，三極管Q8的發射極通過電阻R15接地，三極管Q8的基極連接三極管Q8的集電極；電阻R13的第二端連接三極管Q6的集電極，三極管Q6的基極連接三極管Q6的集電極，三極管Q6的發射極連接三極管Q9的集電極，三極管Q9的基極連接三極管Q8的基極，三極管Q9的發射極通過電阻R16接地；三極管Q7的基極連接三極管Q9的集電極，三極管Q7的發射極連接三極管QlO的集電極，三極管QlO的基極連接三極管QlO的集電極，三極管QlO的發射極通過電阻R17接地；三極管Q7的集電極同時連接所述單位增益緩沖器。
6.如權利要求4所述的鎖相環，其特征在于，所述單位增益緩沖器包括:電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、NPN型的三極管Ql、NPN型的三極管Q2、第一電壓源DC1、第二電壓源DC2 ； 電阻Rl的第一端連接所述電源電壓，電阻Rl的第二端同時連接電阻R2的第一端和電阻R3的第一端，電阻Rl的第二端同時連接所述電源補償電路；電阻R2的第二端連接三極管Ql的集電極，三極管Ql的基極通過電阻R4連接所述積分器的一個差分信號輸出端子，三極管Ql的發射極連接第一電壓源 DCl的負極，第一電壓源DCl的正極接地；電阻R3的第二端連接三極管Q2的集電極，三極管Q2的基極通過電阻R5連接所述積分器的另一個差分信號輸出端子，三極管Q2的發射極連接第二電壓源DC2的負極，第二電壓源DC2的正極接地；三極管Ql的發射極同時順次通過電阻R6和電阻R7連接三極管Q2的發射極；三極管Ql的集電極和三極管Q2的集電極連接環路濾波器并向所述環路濾波器輸出所述第二差分信號對。
7.如權利要求4所述的鎖相環，其特征在于，所述環路濾波器包括:NPN型的三極管Q3、NPN型的三極管Q4、電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻R11、第三電壓源DC3、第四電壓源DC4、電容Cl和電容C2 ； 三極管Q3的基極連接所述電荷泵的一個差分信號輸出端子，三極管Q3的集電極連接所述電源電壓，三極管Q3的發射極連接第三電壓源DC3的負極，第三電壓源DC3的正極接地；三極管Q4的基極連接所述電荷泵的另一個差分信號輸出端子，三極管Q4的集電極連接所述電源電壓，三極管Q4的發射極連接第四電壓源DC4的負極，第四電壓源DC4的正極接地；電阻R8、電阻R9、電容Cl、電阻RlO和電阻Rll順次串聯在三極管Q3的發射極和三極管Q4的發射極之間，電容C2并聯在電阻R9、電容Cl、電阻10順次串聯后的兩端；電容Cl的兩端作為所述環路濾波器的輸出端。
8.如權利要求4至7任一項所述鎖相環，其特征在于，所述鎖相環還包括: 負反饋電路，所述負反饋電路的輸入端連接所述環路濾波器的輸出端，所述負反饋電路的輸出端連接所述電荷泵的所述電源電壓，所述負反饋電路用于實現所述環路濾波器的輸出信號與所述電源電壓之間相反的變化趨勢。
全文摘要
本發明屬于電子電路設計領域，提供了一種鎖相環及其電荷泵。其中的電荷泵包括積分器，用于輸出第一差分信號對；單位增益緩沖器，用于在積分器輸出的所述第一差分信號對控制下，向鎖相環的環路濾波器輸出第二差分信號對；電源補償電路，用于在單位增益緩沖器的電源電壓出現抖動時提供電壓補償，從而提高了鎖相環工作的穩定性，保證了鎖相環的正常工作。
文檔編號H03L7/08GK103138570SQ20131002827
公開日2013年6月5日 申請日期2013年1月25日 優先權日2013年1月25日
發明者孫博文, 黎學超, 劉云龍, 李洛宇, 王艷東, 何初冬, 盧國新, 周錦, 武小玉 申請人:深圳市國微電子有限公司