一種電荷泵環振型鎖相環的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鎖相環，尤其涉及一種電荷栗環振型鎖相環。
【背景技術】
[0002]電荷栗環振型鎖相環是一種常見的鎖相環結構，一般包括鑒頻鑒相器、電荷栗、低通濾波器、壓控振蕩器和分頻器。電荷栗環振型鎖相環在鎖定過程中，通過鑒頻鑒相器分辨出輸入時鐘信號與鎖相環輸出時鐘分頻后信號的相位差控制電荷栗工作，電荷栗產生對應控制電壓，控制電壓通過低通環路濾波器抑制穩態誤差后，控制壓控振蕩器由低頻向高頻振蕩。在鎖相環電路中，鑒頻鑒相器、電荷栗、低通濾波器、壓控振蕩器和分頻器形成了一個反饋系統，該反饋系統直到參考時鐘和反饋信號相位一致或者相差一個固定值時，將鎖相環鎖定。因此通過鎖相環電路，可產生頻率和相位被鎖定到固定頻率和相位的輸出信號。
[0003]通常情況下，電荷栗環振型鎖相環需要鑒頻鑒相器調整電荷栗控制環振由低頻向高頻振蕩，由于初始頻率較低，鎖相環需要較長的時間才能進入鎖定。且一旦發生失鎖，整個鎖相環重新進入穩定狀態還是需要較長時間。另一方面，傳統的電荷栗環振型鎖相環采用電阻/電容結構環路濾波器的低通模型，鎖相環的環路帶寬及阻尼因子是一個固定值，因此存在著隨著輸出頻率增加，帶寬不足而抖動增大的問題。同時，傳統的電荷栗環振型鎖相環需要維持環振在工作頻帶內的線性，因此還需要基準供環振穩定振蕩，需要消耗額外的面積及功耗。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題是提供一種能夠快速鎖定、抖動低的鎖相環，。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種電荷栗環振型鎖相環，包括鑒頻鑒相器、電荷栗組、自偏置環路濾波器、自適應快速鎖定器、壓控振蕩器和分頻器，所述電荷栗組由并聯的第一電荷栗和第二電荷栗構成，所述電荷栗環振型鎖相環內設置有第一反饋環路和第二反饋環路;所述鑒頻鑒相器、電荷栗組、自偏置環路濾波器、壓控振蕩器和分頻器依次相連，分頻器的輸出端與鑒頻鑒相器的輸入端相連，以此構成所述電荷栗環振型鎖相環的第一反饋環路;所述自適應快速鎖定器的輸出端接入自偏置環路濾波器的輸入端，所述分頻器的輸出端還連接自適應快速鎖定器的輸入端，所述自適應快速鎖定器、自偏置環路濾波器、壓控振蕩器和分頻器構成所述電荷栗環振型鎖相環的第二反饋環路。
[0006]所述鑒頻鑒相器的輸入端同時接受輸入時鐘信號和分頻器輸出的分頻時鐘信號，所述鑒頻鑒相器的輸出端分別向第一電荷栗和第二電荷栗輸出控制信號，所述第一電荷栗的輸出端與自適應快速鎖定器的輸出端合并連接后接入自偏置環路濾波器，所述第二電荷栗的輸出端單獨接入自偏置環路濾波器。
[0007]所述電荷栗環振型鎖相環能夠提供復位信號RST給鑒頻鑒相器、自適應快速鎖定器、自偏置環路濾波器和分頻器使鑒頻鑒相器、自適應快速鎖定器、自偏置環路濾波器和分頻器處于復位狀態，所述自適應快速鎖定器能夠提供使能信號給鑒頻鑒相器、第一電荷栗和第二電荷栗控制鑒頻鑒相器、第一電荷栗和第二電荷栗開啟/關閉。
[0008]具體的，所述自偏置環路濾波器包括第一開關電容、第二開關電容、第三開關電容、第一自偏置發生器、第二自偏置發生器和第三自偏置發生器;所述第一開關電容、第二開關電容和第三開關電容具有相同的結構，每個開關電容均由一個晶體管和與該晶體管的漏極連接的電容組成，晶體管的柵極連接復位信號，晶體管的源極連接電源;第一開關電容的第一電容與第一電荷栗的輸出、自適應快速鎖定器的輸出和第一自偏置發生器的輸入連接;第二開關電容的第二電容與第二電荷栗的輸出、第二自偏置發生器的輸入和第一自偏置發生器的輸出連接;第三開關電容的第三電容與第二自偏置發生器的輸出和第三自偏置發生器的輸入連接;第三自偏置發生器產生控制信號輸出給壓控振蕩器。
[0009]進一步的，所述第一自偏置發生器、第二自偏置發生器和第三自偏置發生器結構相同，每個自偏置發生器均包括差分輸入的放大器，第一對稱負載、第二對稱負載和電流鏡反饋回路;第一對稱負載由源極和漏極相互耦合的PMOS晶體管M4和PMOS晶體管M5組成，第二對稱負載由源極和漏極相互耦合的PMOS晶體管M6和PMOS晶體管M7組成;所述放大器的一端輸入連接PMOS晶體管M4的柵極，另一端輸入同時連接PMOS晶體管M4的漏極、PMOS晶體管M5的柵極和漏極;所述電流鏡反饋回路包括NMOS晶體管M8和匪OS晶體管M9，WOS晶體管M8的柵極、匪OS晶體管M9的柵極和放大器的輸出相互連接，第一對稱負載的漏極輸出連接WOS晶體管M8的源極，第二對稱負載的漏極輸出連接WOS晶體管M9的源極;第一對稱負載和第二對稱負載的源極均連接電源，PMOS晶體管M4的柵極作為自偏置發生器的輸入端，PMOS晶體管M7的柵極作為自偏置發生器的輸出端。
[0010]具體的，所述自適應快速鎖定器包括第一頻率電壓轉換器、第二頻率電壓轉換器、控制補償器、比較器、基準和自適應電荷調整器;第一頻率電壓轉換器的輸入連接分頻時鐘和輸入時鐘，輸出連接比較器;第二頻率電壓轉換器的輸入連接輸入時鐘，輸出連接比較器和控制補償器；比較器輸出兩個互補的比較結果E及EN;基準的輸出連接控制補償器；自適應電荷調整器同時連接比較器和控制補償器。
[0011]進一步的，所述第一頻率電壓轉換器和第二頻率電壓轉換器具有相同的結構，每個頻率電壓轉換器均包括鑒頻器，第四開關電容，第五開關電容，第六開關電容和恒流源；第四開關電容由晶體管M25和第四電容組成，第五開關電容由晶體管M26和第五電容組成，第六開關電容由晶體管M27和第六電容組成；晶體管M25的源極連接電源，柵極連接鑒頻器，漏極連接第四電容和晶體管M26的源極；晶體管M26的柵極連接鑒頻器，漏極連接第五電容、恒流源和晶體管M27的源極；晶體管M27的柵極連接復位信號，漏極連接第六電容并輸出信號;所述鑒頻器將輸入信號的頻率特征轉換為開關的控制信號，控制開關電容內電容充/放電，將信號頻率與電流的關系轉換為電容上電壓量。
[0012]進一步的，所述控制補償器包括PMOS晶體管M10、PM0S晶體管M11、PM0S晶體管M15、PMOS晶體管M16、NM0S晶體管M12、NM0S晶體管M13和NMOS晶體管M14;PM0S晶體管MlO和PMOS晶體管Mll的源漏相連;PMOS晶體管Mll的柵極連接第二頻率電壓轉換器輸出的電壓信號，PMOS晶體管MlO的柵極連接其自身的漏極和PMOS晶體管Mll的漏極;匪OS晶體管M12的漏極連接匪OS晶體管M14的柵極、PMOS晶體管MlO的漏極和PMOS晶體管Ml I的漏極，匪OS晶體管M12的柵極連接匪OS晶體管M13的源極和匪OS晶體管M14的漏極，匪OS晶體管M12的源極接地;匪OS晶體管M13的源極接地，柵極受與控制補償器連接的基準控制;PMOS晶體管M15的漏極、PMOS晶體管M15的源極、PMOS晶體管M16的漏極、PMOS晶體管M16的源極、匪OS晶體管M14的漏極相互連接形成控制補償器的輸出。
[0013]進一步的，所述自適應電荷調整器包括壓控電流源，第七開關電容，偏置電壓產生單元和通道開關;偏置電壓產生單元