本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，尤其涉及一種多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路及時(shí)鐘產(chǎn)生器。

背景技術(shù)：

鎖相環(huán)由于頻率調(diào)節(jié)靈活、輸出信號(hào)抖動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代集成電路中不可或缺的一部分。針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)鎖相環(huán)的性能參數(shù)的需求也不同，比如：輸入輸出頻率范圍、分頻范圍、輸出信號(hào)抖動(dòng)/相位噪聲、功耗和面積等。

然而，目前傳統(tǒng)的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，其各個(gè)模塊的參數(shù)基本是固定的，只能在很窄的工作范圍內(nèi)輸出高性能的頻率信號(hào)，比如很窄的輸入、輸出頻率范圍和分頻范圍，而拓展范圍通常會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)抖動(dòng)，影響產(chǎn)品性能，因此現(xiàn)有的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)無(wú)法適用于多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，需要針對(duì)每一個(gè)應(yīng)用專門設(shè)計(jì)不同的時(shí)鐘產(chǎn)生電路，從而導(dǎo)致增加產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路，旨在解決現(xiàn)有鎖相環(huán)無(wú)法根據(jù)鎖相環(huán)的工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整各個(gè)模塊的參數(shù)，達(dá)到在全程工作范圍內(nèi)輸出高性能的頻率信號(hào)，導(dǎo)致無(wú)法適用于多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路，所述電路包括：

多相輸出鑒頻鑒相器，所述多相輸出鑒頻鑒相器的第一輸入端接收輸入?yún)⒖碱l率，所述多相輸出鑒頻鑒相器具有第一組輸出端和第二組輸出端；

反向單元，所述反向單元的輸入端與所述多相輸出鑒頻鑒相器的第一組輸出端連接；

第一電荷泵，所述第一電荷泵的輸入端與所述反向單元的輸出端連接，所述第一電荷泵的輸出端通過(guò)第一儲(chǔ)能單元連接電源電壓；

第二電荷泵，所述第二電荷泵的輸入端與所述多相輸出鑒頻鑒相器的第一組輸出端連接，所述第二電荷泵的輸出端通過(guò)第二儲(chǔ)能單元接地；

第三電荷泵，所述第三電荷泵的輸入端與所述多相輸出鑒頻鑒相器的第二組輸出端連接，所述第三電荷泵的輸出端與所述第二電荷泵的輸出端連接；

開關(guān)單元，所述開關(guān)單元的控制端與所述第二電荷泵的輸出端連接，所述開關(guān)單元的電流輸出端接地；

壓控振蕩器陣列，所述壓控振蕩器陣列的輸入端同時(shí)與第一電荷泵的輸出端、開關(guān)單元的電流輸入端連接，所述壓控振蕩器陣列的輸出端生成輸出頻率；

分頻器，所述分頻器的輸入端與所述壓控振蕩器陣列的輸出端連接，所述分頻器的輸出端與所述多相輸出鑒頻鑒相器的第二輸入端連接，向所述多相輸出鑒頻鑒相器反饋分頻信號(hào)；

所述多相輸出鑒頻鑒相器用于檢測(cè)輸入?yún)⒖碱l率與所述分頻器輸出信號(hào)之間的頻率差或相位差，當(dāng)頻率差或相位差大于第一閾值時(shí)，于所述多相輸出鑒頻鑒相器的第一組輸出端輸出第一鑒頻鑒相信號(hào)、第二鑒頻鑒相信號(hào)，同時(shí)于第二組輸出端輸出第三鑒頻鑒相信號(hào)、第四鑒頻鑒相信號(hào)，控制所述第一、第二、第三電荷泵均啟動(dòng)工作，所述第一電荷泵和所述第二電荷泵用于進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，所述第三電荷泵用于進(jìn)行頻率捕捉和加速鎖定；

當(dāng)所述分頻器輸出的信號(hào)與輸入?yún)⒖碱l率之間的頻率差或相位差小于第一閾值時(shí)，或者在所述第一電荷泵鎖相環(huán)鎖定時(shí)，所述第一電荷泵與所述第二電荷泵同時(shí)工作，兩者的輸入信號(hào)互為反相，所述第一電荷泵的輸出電流作為外部控制信號(hào)直接注入到所述壓控振蕩器陣列中，通過(guò)所述外部控制信號(hào)選擇其中一個(gè)壓控振蕩器工作，以實(shí)現(xiàn)寬頻率范圍輸出；

所述第二電荷泵和第三電荷泵將所述多相輸出鑒頻鑒相器檢測(cè)出的頻率差或相位差，轉(zhuǎn)化為電流差，在第二儲(chǔ)能單元上形成控制電壓，控制所述開關(guān)單元的電流，以實(shí)現(xiàn)電荷泵電流與壓控振蕩器電流之間比值的動(dòng)態(tài)可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)路帶寬與輸入?yún)⒖碱l率的比值固定、環(huán)路阻尼因子固定。

本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于，提供一種包括上述多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路的時(shí)鐘產(chǎn)生器。

本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)路帶寬與輸入?yún)⒖碱l率的比值固定，環(huán)路阻尼因子固定，從而可以實(shí)現(xiàn)寬輸入輸出頻率范圍，低輸出時(shí)鐘抖動(dòng)，鎖定時(shí)間短，pvt特性好等參數(shù)性能。該鎖相環(huán)是一種通用型時(shí)鐘產(chǎn)生電路，具有非常強(qiáng)的抗工藝、電源電壓和環(huán)境溫度的能力，不需要特別設(shè)計(jì)，即可使用于多種不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路中多相輸出鑒頻鑒相器的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路中vco反饋時(shí)鐘超前參考時(shí)鐘，超前時(shí)間t1大于延時(shí)t0時(shí)，多相輸出鑒頻鑒相器輸出波形圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路vco反饋時(shí)鐘超前參考時(shí)鐘，超前時(shí)間t1小于延時(shí)t0時(shí)，多相輸出鑒頻鑒相器輸出波形圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路中第二電荷泵的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路中壓控振蕩器陣列的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路中壓控振蕩器的電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)路帶寬與輸入?yún)⒖碱l率的比值固定，環(huán)路阻尼因子固定，從而可以實(shí)現(xiàn)寬輸入輸出頻率范圍，低輸出時(shí)鐘抖動(dòng)，鎖定時(shí)間短，pvt特性好等參數(shù)性能。該鎖相環(huán)是一種通用型時(shí)鐘產(chǎn)生電路，具有非常強(qiáng)的抗工藝、電源電壓和環(huán)境溫度的能力，不需要特別設(shè)計(jì)，即可使用于多種不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路的結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，該多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代集成電路中，特別是需求多個(gè)不同種類時(shí)鐘信號(hào)的復(fù)雜系統(tǒng)中，該多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路包括：

多相輸出鑒頻鑒相器201，多相輸出鑒頻鑒相器201的第一輸入端接收輸入?yún)⒖碱l率，多相輸出鑒頻鑒相器201具有第一組輸出端和第二組輸出端；

反向單元200，反向單元200的輸入端與多相輸出鑒頻鑒相器201的第一組輸出端連接；

第一電荷泵202，第一電荷泵202的輸入端與反向單元200的輸出端連接，第一電荷泵202的輸出端通過(guò)第一儲(chǔ)能單元205連接電源電壓；

第二電荷泵203，第二電荷泵203的輸入端與多相輸出鑒頻鑒相器201的第一組輸出端連接，第二電荷泵203的輸出端通過(guò)第二儲(chǔ)能單元206接地；

第三電荷泵204，第三電荷泵204的輸入端與多相輸出鑒頻鑒相器201的第二組輸出端連接，第三電荷泵204的輸出端與第二電荷泵203的輸出端連接；

開關(guān)單元207，開關(guān)單元207的控制端與第二電荷泵203的輸出端連接，開關(guān)單元207的電流輸出端接地；

壓控振蕩器陣列208，壓控振蕩器陣列208的輸入端同時(shí)與第一電荷泵202的輸出端、開關(guān)單元207的電流輸入端連接，壓控振蕩器陣列208的輸出端生成輸出頻率fout；

分頻器209，分頻器209的輸入端與壓控振蕩器陣列208的輸出端連接，分頻器209的輸出端與多相輸出鑒頻鑒相器201的第二輸入端連接，向多相輸出鑒頻鑒相器201反饋分頻信號(hào)；

多相輸出鑒頻鑒相器201用于檢測(cè)輸入?yún)⒖碱l率與分頻器209輸出信號(hào)之間的頻率差或相位差，當(dāng)頻率差或相位差大于第一閾值時(shí)，于多相輸出鑒頻鑒相器201的第一組輸出端輸出第一鑒頻鑒相信號(hào)up1、第二鑒頻鑒相信號(hào)dn1，同時(shí)于第二組輸出端輸出第三鑒頻鑒相信號(hào)up2、第四鑒頻鑒相信號(hào)dn2，控制第一、第二、第三電荷泵204均啟動(dòng)工作，第一電荷泵202和第二電荷泵203用于進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，第三電荷泵204用于進(jìn)行頻率捕捉和加速鎖定。其中，第一鑒頻鑒相信號(hào)up1、第二鑒頻鑒相信號(hào)dn1和第三鑒頻鑒相信號(hào)up2、第四鑒頻鑒相信號(hào)dn2為多相輸出鑒頻鑒相器201輸出的兩組鑒頻鑒相信號(hào)，即檢測(cè)出的含有頻率差或相位差的信號(hào)；

當(dāng)分頻器209輸出的信號(hào)與輸入?yún)⒖碱l率之間的頻率差或相位差小于第一閾值時(shí)，或者在第一電荷泵202鎖相環(huán)鎖定時(shí)，第一電荷泵202與第二電荷泵203同時(shí)工作，兩者的輸入信號(hào)互為反相，第一電荷泵202的輸出電流作為外部控制信號(hào)直接注入到壓控振蕩器陣列208中，通過(guò)外部控制信號(hào)選擇其中一個(gè)壓控振蕩器工作，以實(shí)現(xiàn)寬頻率范圍輸出；

第二電荷泵203和第三電荷泵204將多相輸出鑒頻鑒相器201檢測(cè)出的頻率差或相位差，轉(zhuǎn)化為電流差，在第二儲(chǔ)能單元206上形成控制電壓，控制開關(guān)單元207的電流，以實(shí)現(xiàn)電荷泵電流與壓控振蕩器電流之間比值的動(dòng)態(tài)可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)路帶寬與輸入?yún)⒖碱l率的比值固定、環(huán)路阻尼因子固定。

優(yōu)選地，反向單元200可以包括第二反相器210和第三反相器211，第二反相器210和第三反相器211的輸入端分別為單向單元200的兩輸入端與多相輸出鑒頻鑒相器201的第一組輸出端連接，第二反相器210和第三反相器211的輸出端為反向單元200的兩輸出端與第一電荷泵202的輸入端對(duì)應(yīng)連接。

優(yōu)選地，開關(guān)單元207可以通過(guò)開關(guān)管實(shí)現(xiàn)，尤其可以采用n型mos管實(shí)現(xiàn)，n型mos管的漏極為開關(guān)單元207的電流輸入端，n型mos管的源極為開關(guān)單元207的電流輸出端，n型mos管的柵極為開關(guān)單元207的控制端。

優(yōu)選地，第一儲(chǔ)能單元205、第二儲(chǔ)能單元206分別采用電容c205、c206實(shí)現(xiàn)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，由多相輸出鑒頻鑒相器201和三個(gè)電荷泵組成三個(gè)環(huán)路，其中，第三電荷泵204主要實(shí)現(xiàn)頻率捕捉和加速鎖定功能，第一電荷泵202和第二電荷泵203則一起實(shí)現(xiàn)相位調(diào)節(jié)功能。

鎖相環(huán)電路鎖定過(guò)程分為頻率捕捉和相位調(diào)節(jié)兩個(gè)過(guò)程：

頻率捕捉階段，輸入?yún)⒖碱l率和分頻器輸出的分頻信號(hào)之間的頻率差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多相輸出鑒頻鑒相器中的延時(shí)時(shí)間t0，從而up2/dn2有波形輸出，使用大電流對(duì)vtune線進(jìn)行充電或者放電，調(diào)整壓控振蕩器陣列208的輸出頻率，從而實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)的頻率捕捉。

相位調(diào)節(jié)階段，輸入?yún)⒖碱l率和分頻器輸出的分頻信號(hào)之間的只存在相位差，相位差也小于多相輸出鑒頻鑒相器中的延時(shí)時(shí)間t0，所以在這一階段，up2/dn2沒有波形輸出，第三電荷泵204被關(guān)閉。第一電荷泵202和第二電荷泵203開啟，第一電荷泵202之間向壓控振蕩器(vco)注入或者抽取電流，第二電荷泵203則通過(guò)電荷的搬運(yùn)相應(yīng)的微調(diào)vtune線上的電壓，使得vco相位超前或者滯后，從而實(shí)現(xiàn)相位調(diào)節(jié)功能。

鎖相環(huán)鎖定時(shí)，由于多相輸出鑒頻鑒相器的輸出up1/dn1不存在延時(shí)，即不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通，因此鎖相環(huán)是動(dòng)態(tài)鎖定的。此時(shí)，第一電荷泵202和第二電荷泵203交替工作，動(dòng)態(tài)調(diào)整輸入?yún)⒖碱l率和vco輸出反饋信號(hào)之間的相位差，使其均值為零。

第二電荷泵203是通過(guò)電荷的搬移來(lái)微弱調(diào)整vtune線上電壓的，從而調(diào)節(jié)相位功能。壓控振蕩器陣列208通過(guò)多個(gè)相同結(jié)構(gòu)的環(huán)形振蕩器并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了寬輸出頻率范圍。

在本發(fā)明實(shí)施例中，第二電荷泵203和第三電荷泵204將多相輸出鑒頻鑒相器201檢測(cè)出的頻率差或相位差，轉(zhuǎn)化為電流差，并在第二儲(chǔ)能單元206上形成控制電壓，以控制開關(guān)單元207的電流，實(shí)現(xiàn)電荷泵電流與vco電流之間比值的動(dòng)態(tài)可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)路帶寬與輸入?yún)⒖碱l率的比值固定、環(huán)路阻尼因子固定等目的。

分頻器209將壓控振蕩器輸出的信號(hào)進(jìn)行n分頻，并將分頻后的信號(hào)輸出給多相輸出鑒頻鑒相器201的第二輸入端，該分頻器209的分頻比由外部數(shù)字控制字控制，從而可以靈活地調(diào)節(jié)鎖相環(huán)的頻率輸出。

本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)開關(guān)單元控制自偏置結(jié)構(gòu)的鎖相環(huán)，根據(jù)鎖相環(huán)的工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整各個(gè)模塊的參數(shù)，保持其環(huán)路帶寬要跟隨輸入頻率和分頻比而變化，使環(huán)路帶寬與輸入?yún)⒖碱l率的比值固定，環(huán)路阻尼因子也固定，不受工藝、電壓和溫度條件的影響，從而保證輸入?yún)⒖碱l率范圍很寬，達(dá)到在全程工作范圍內(nèi)輸出高性能的頻率信號(hào)。一個(gè)鎖相環(huán)能涵蓋多個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，這樣就不需要為每個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同的時(shí)鐘產(chǎn)生電路了，可以極大的減少設(shè)計(jì)時(shí)間和成本。

本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)路帶寬與輸入?yún)⒖碱l率的比值固定，環(huán)路阻尼因子固定，從而可以實(shí)現(xiàn)寬輸入輸出頻率范圍，低輸出時(shí)鐘抖動(dòng)，鎖定時(shí)間短，pvt特性好等參數(shù)性能。該鎖相環(huán)是一種通用型時(shí)鐘產(chǎn)生電路，具有非常強(qiáng)的抗工藝、電源電壓和環(huán)境溫度的能力，不需要特別設(shè)計(jì)，即可使用于多種不同的應(yīng)用場(chǎng)合，諸如cpu、各種高速接口電路、以太網(wǎng)等，從而提高芯片設(shè)計(jì)效率，減少生產(chǎn)設(shè)計(jì)周期，降低成本。

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路中多相輸出鑒頻鑒相器的電路結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，該多相輸出鑒頻鑒相器201包括：

鑒頻鑒相單元211，鑒頻鑒相單元211的第一輸入端為多相輸出鑒頻鑒相器201的第一輸入端，鑒頻鑒相單元211的第二輸入端為多相輸出鑒頻鑒相器201的第二輸入端；

多相輸出單元221，多相輸出單元221的兩輸入端為多相輸出鑒頻鑒相器201的第一組輸出端與鑒頻鑒相單元211的兩輸出端連接，多相輸出單元221的兩輸出端為多相輸出鑒頻鑒相器201的第二組輸出端。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，鑒頻鑒相單元211包括：

第一觸發(fā)器301、第二觸發(fā)器302、第一與非門303、第二與非門304、第三與非門300、第四與非門307、第五與非門308、第一或非門306和第一反相器305；

第一觸發(fā)器301的時(shí)鐘端為鑒頻鑒相單元211的第一輸入端，第一觸發(fā)器301的觸發(fā)端連接電源電壓vdd，第一觸發(fā)器301的復(fù)位端與第二觸發(fā)器302的復(fù)位端連接，第二觸發(fā)器302的時(shí)鐘端為鑒頻鑒相單元211的第二輸入端，第二觸發(fā)器302的觸發(fā)端連接電源電壓vdd，第一觸發(fā)器301的反向輸出端和第二觸發(fā)器302的正向輸出端分別與第四與非門307的第一、第二輸入端連接，第一觸發(fā)器301的正向輸出端和第二觸發(fā)器302的反向輸出端分別與第五與非門308的第一、第二輸入端連接，第一觸發(fā)器301的復(fù)位端還同時(shí)與第一與非門303的第二輸入端和第二與非門304的輸出端連接，第一與非門303的輸出端與第二與非門304的第一輸入端連接，第一與非門303的第一輸入端同時(shí)與第三與非門300的輸出端和第五與非門308的第一輸入端連接，第三與非門300的第二輸入端同時(shí)與第一觸發(fā)器301的正向輸出端和第四與非門307的第二輸入端連接，第二與非門304的第二輸入端與第一反相器305的輸出端連接，第一反相器305的輸入端與第一或非門306的輸出端連接，第一或非門306的第一輸入端同時(shí)與第一觸發(fā)器301的正向輸出端和第五與非門308的第一輸入端連接，第一或非門306的第二輸入端同時(shí)與第二觸發(fā)器302的正向輸出端和第四與非門307的第二輸入端連接，第四與非門307的輸出端和第五與非門308的輸出端分別為鑒頻鑒相單元211的兩輸出端。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，多相輸出單元221包括：

第一延時(shí)模塊309、第二延時(shí)模塊310、第六與非門311和第七與非門312；

每一延時(shí)模塊均包括串接的偶數(shù)個(gè)反相器，第一延時(shí)模塊309、第二延時(shí)模塊310的輸入端為多相輸出單元221的兩輸入端，第一延時(shí)模塊309、第二延時(shí)模塊310的輸出端分別與第六與非門311的第二輸入端和第七與非門312的第一輸入端連接，第六與非門311的第一輸入端與第一延時(shí)模塊的輸入端連接，第七與非門312的第二輸入端與第二延時(shí)模塊的輸入端連接，第六與非門311的輸出端和第七與非門312的輸出端分別為多相輸出單元221的兩輸出端。

在本發(fā)明實(shí)施例中，與傳統(tǒng)鑒頻鑒相不同的是鑒頻鑒相器單元中不存在延時(shí)模塊，其輸出up1/dn1信號(hào)是上下兩路d觸發(fā)器的輸出信號(hào)的與非，即：

和

兩路d觸發(fā)器的輸出互相與非后，產(chǎn)生的up1/dn1信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)圖1中第一電荷泵202和第二電荷泵203。觸發(fā)器的q端輸出信號(hào)a、b經(jīng)過(guò)一系列邏輯運(yùn)算產(chǎn)生reset信號(hào)d，其真值表如表1所示。

表1

up1/dn1經(jīng)過(guò)延時(shí)模塊后，再與其相與，產(chǎn)生up2/dn2，其工作原理如下(僅就vco反饋信號(hào)相位超前為例)：

①延時(shí)模塊受外部控制字調(diào)節(jié)，假設(shè)其延時(shí)時(shí)間為t0；

②當(dāng)輸入?yún)⒖碱l率信號(hào)與vco反饋信號(hào)各自上升沿的時(shí)間差t1大于t0時(shí)，up2/dn2有信號(hào)輸出，從而打開圖1中第三電荷泵204，加速鎖相環(huán)的鎖定,如圖3所示。

③當(dāng)輸入?yún)⒖碱l率信號(hào)與vco反饋信號(hào)各自上升沿的時(shí)間差t1小于t0時(shí)，up2/dn2則沒有信號(hào)輸出，第三電荷泵204不工作，如圖4所示。

從而可以自動(dòng)打開或者關(guān)閉第三電荷泵204電路，實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)的快速鎖定，并且鎖定時(shí)不對(duì)環(huán)路產(chǎn)生影響。

其中，vco反饋時(shí)鐘超前參考時(shí)鐘，超前時(shí)間t1大于延時(shí)t0時(shí)，多相輸出鑒頻鑒相器輸出波形參見圖3，vco反饋時(shí)鐘超前參考時(shí)鐘，超前時(shí)間t1小于延時(shí)t0時(shí)，多相輸出鑒頻鑒相器輸出波形參見圖3。

本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)路帶寬與輸入?yún)⒖碱l率的比值固定，環(huán)路阻尼因子固定，從而可以實(shí)現(xiàn)寬輸入輸出頻率范圍，低輸出時(shí)鐘抖動(dòng)，鎖定時(shí)間短，pvt特性好等參數(shù)性能。該鎖相環(huán)是一種通用型時(shí)鐘產(chǎn)生電路，具有非常強(qiáng)的抗工藝、電源電壓和環(huán)境溫度的能力，不需要特別設(shè)計(jì)，即可使用于多種不同的應(yīng)用場(chǎng)合，諸如cpu、各種高速接口電路、以太網(wǎng)等，從而提高芯片設(shè)計(jì)效率，減少生產(chǎn)設(shè)計(jì)周期，降低成本。

圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路中第二電荷泵的電路結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，該第二電荷泵203包括：

放大器601、第二開關(guān)管602、電阻r1、電阻r2、電阻r3、電容c1、電容c2、電容c3、電容c4、第一傳輸門610、第二傳輸門611、第三傳輸門612、第四傳輸門613；

放大器601的反相輸入端為第二電荷泵203的輸出端同時(shí)與第一傳輸門610和第四傳輸門613的一導(dǎo)通端連接，放大器601的正相輸入端同時(shí)與電阻r1和電阻r2的一端連接，電阻r1的另一端同時(shí)與第二開關(guān)管602的電流輸出端和第二傳輸門611的一導(dǎo)通端連接，第一傳輸門610和第二傳輸門611的另一導(dǎo)通端均通過(guò)電容c3接地，第二開關(guān)管602的電流輸入端連接電源電壓，第二開關(guān)管602的控制端與放大器601的輸出端連接，第二開關(guān)管602的電流輸出端還通過(guò)電容c1接地，電阻r2的另一端通過(guò)電阻r3接地，電阻r2的另一端還通過(guò)電容c2接地，電阻r2的另一端還與第三傳輸門612的一導(dǎo)通端連接，第三傳輸門612和第四傳輸門613的另一導(dǎo)通端均通過(guò)電容c4接地，第一傳輸門610的控制端、第二傳輸門611的反相控制端均為第二電荷泵203的一輸入端，第三傳輸門612的控制端、第四傳輸門613的反相控制端均為第二電荷泵203的另一輸入端，每一傳輸門的控制端和反相控制端的信號(hào)互為反相。

優(yōu)選地，第二開關(guān)管602可以采用pmos管mp實(shí)現(xiàn)，pmos管的源極為第二開關(guān)管602的電流輸入端，pmos管的漏極為第二開關(guān)管602的電流輸出端，pmos管的柵極為第二開關(guān)管602的控制端。

在本發(fā)明實(shí)施例中，多相輸出鑒頻鑒相器201的輸出up1/dn1控制傳輸門610-613的開啟與關(guān)斷，對(duì)vtune線進(jìn)行充電或者放電。放大器601、pmos管602、電阻r1、電阻r2和電阻r3構(gòu)成一個(gè)電壓負(fù)反饋環(huán)，將vx鉗位在vtune電壓附近(vx約等于vtune)。pmos管602、電阻r1、電阻r2和電阻r3組成分壓網(wǎng)絡(luò)，使得v2<vx<v1,即v2<vtune<v1。

若vco反饋信號(hào)超前輸入?yún)⒖碱l率，即dn1信號(hào)有輸出波形，由于鎖相環(huán)電路為負(fù)反饋系統(tǒng)，這就要求vtune電壓降低，使vco時(shí)鐘相位推遲一些。第二電荷泵203此時(shí)的輸入信號(hào)dn1通過(guò)交替打開傳輸門612和傳輸門613，使得vtune線對(duì)v2放電，其過(guò)程為傳輸門613被打開，vtune線上的電荷被搬運(yùn)至電容c4上，當(dāng)傳輸門613關(guān)閉，傳輸門612打開，此時(shí)積累在電容c4上的電荷再次被搬運(yùn)至電容c2上。由于v2<vtune，所以電荷從vtune線上逐漸被搬移至電容c2上，并通過(guò)電阻r3傳遞到地。從而實(shí)現(xiàn)了vtune電壓的降低，使得vco相位延遲，以達(dá)到鎖相的目的。

若vco反饋信號(hào)滯后輸入?yún)⒖碱l率，即up1信號(hào)有輸出波形，由于鎖相環(huán)電路為負(fù)反饋系統(tǒng)，這就要求vtune電壓升高，使vco時(shí)鐘相位超前一些。第二電荷泵203此時(shí)的輸入信號(hào)up1通過(guò)交替打開傳輸門610和傳輸門611，使得v1線對(duì)vtune充電，其過(guò)程為傳輸門611被打開，v1線上的電荷被搬運(yùn)至電容c3上，當(dāng)傳輸門611關(guān)閉，傳輸門610打開，此時(shí)積累在電容c3上的電荷再次被搬運(yùn)vtune線上。由于vtune<v1，所以電荷從v1線上逐漸被搬移至vtune上，從而實(shí)現(xiàn)了vtune電壓的升高，使得vco相位超前，達(dá)到鎖相的目的。

本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)路帶寬與輸入?yún)⒖碱l率的比值固定，環(huán)路阻尼因子固定，從而可以實(shí)現(xiàn)寬輸入輸出頻率范圍，低輸出時(shí)鐘抖動(dòng)，鎖定時(shí)間短，pvt特性好等參數(shù)性能。該鎖相環(huán)是一種通用型時(shí)鐘產(chǎn)生電路，具有非常強(qiáng)的抗工藝、電源電壓和環(huán)境溫度的能力，不需要特別設(shè)計(jì)，即可使用于多種不同的應(yīng)用場(chǎng)合，諸如cpu、各種高速接口電路、以太網(wǎng)等，從而提高芯片設(shè)計(jì)效率，減少生產(chǎn)設(shè)計(jì)周期，降低成本。

圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路中壓控振蕩器陣列的電路結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，該壓控振蕩器陣列208包括：

第一壓控振蕩器vco1、第二壓控振蕩器vco2、第三壓控振蕩器vco3、第四壓控振蕩器vco4、第一選擇器707、第二選擇器708、第三選擇器709；

第一壓控振蕩器vco1、第二壓控振蕩器vco2、第三壓控振蕩器vco3、第四壓控振蕩器vco4的輸入端同時(shí)為壓控振蕩器陣列208的輸入端vp且互相連接，第一壓控振蕩器vco1、第二壓控振蕩器vco2的輸出端out1、out2、out3、out4分別與第一選擇器707的第一、第二輸入端連接，第三壓控振蕩器vco3、第四壓控振蕩器vco4的輸出端分別與第二選擇器708的第一、第二輸入端連接，第一選擇器707、第二選擇器708的輸出端分別與第三選擇器709的第一、第二輸入端連接，第三選擇器709的輸出端為壓控振蕩器陣列208的輸出端vco_out，第一壓控振蕩器vco1、第二壓控振蕩器vco2、第三壓控振蕩器vco3、第四壓控振蕩器vco4的控制端en1、en2、en3、en4和第一選擇器707、第二選擇器708、第三選擇器709的控制端a2、a1、a0均與外部信號(hào)控制端連接。

在本發(fā)明實(shí)施例中，壓控振蕩器陣列由四個(gè)不同頻率段的壓控振蕩器組成(壓控振蕩器vco1-vco4)，這四個(gè)壓控振蕩器(vco)的頻率段依次重疊，可以實(shí)現(xiàn)從幾十兆赫茲到數(shù)吉赫茲的寬頻率范圍，并且可以根據(jù)電路的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合而加減振蕩器的數(shù)目。通過(guò)外部控制字en1-en4，可以選擇其中一個(gè)vco工作，而其余vco則不工作。第一選擇器707、第二選擇器708和第三選擇器709的控制字a2a1a0則依據(jù)en1-en4，相應(yīng)地選擇出要導(dǎo)通的通道。

本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)路帶寬與輸入?yún)⒖碱l率的比值固定，環(huán)路阻尼因子固定，從而可以實(shí)現(xiàn)寬輸入輸出頻率范圍，低輸出時(shí)鐘抖動(dòng)，鎖定時(shí)間短，pvt特性好等參數(shù)性能。該鎖相環(huán)是一種通用型時(shí)鐘產(chǎn)生電路，具有非常強(qiáng)的抗工藝、電源電壓和環(huán)境溫度的能力，不需要特別設(shè)計(jì)，即可使用于多種不同的應(yīng)用場(chǎng)合，諸如cpu、各種高速接口電路、以太網(wǎng)等，從而提高芯片設(shè)計(jì)效率，減少生產(chǎn)設(shè)計(jì)周期，降低成本。

圖7示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路中壓控振蕩器的電路結(jié)構(gòu)，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分。

作為本發(fā)明一實(shí)施例，該壓控振蕩器包括：

第四開關(guān)管804、第五開關(guān)管805、第六開關(guān)管806、第七開關(guān)管807、第八開關(guān)管808、第九開關(guān)管809、第十開關(guān)管810、電容c801、電容c802和電容c803；

第四開關(guān)管804的電流輸出端為壓控振蕩器的輸入端vp，第四開關(guān)管804的控制端為壓控振蕩器的控制端en，第四開關(guān)管804的電流輸入端同時(shí)連接第六開關(guān)管806、第七開關(guān)管807、第九開關(guān)管809的電流輸出端，第六開關(guān)管806、第七開關(guān)管807、第九開關(guān)管809的電流輸出端分別連接第五開關(guān)管805、第八開關(guān)管808、第十開關(guān)管810的電流輸出端，第五開關(guān)管805、第八開關(guān)管808、第十開關(guān)管810的電流輸入端同時(shí)連接電源電壓；

第五開關(guān)管805的控制端同時(shí)與第六開關(guān)管806的控制端、第十開關(guān)管810的電流輸出端連接，第十開關(guān)管810的電流輸出端為壓控振蕩器的輸出端out，第六開關(guān)管806的電流輸入端與電流輸出端之間通過(guò)電容c801連接；

第七開關(guān)管807的控制端同時(shí)與第八開關(guān)管808的控制端、第五開關(guān)管805的電流輸出端連接，第七開關(guān)管807的電流輸入端與電流輸出端之間通過(guò)電容c802連接；

第九開關(guān)管809的控制端同時(shí)與第十開關(guān)管810的控制端、第八開關(guān)管808的電流輸出端連接，第九開關(guān)管809的電流輸入端與電流輸出端之間通過(guò)電容c803連接；

第五開關(guān)管805、第八開關(guān)管808、第十開關(guān)管810的導(dǎo)通類型與第六開關(guān)管806、第七開關(guān)管807、第九開關(guān)管809的導(dǎo)通類型相反。

優(yōu)選地，第五開關(guān)管805、第八開關(guān)管808、第十開關(guān)管810均采用p型mos管，第六開關(guān)管806、第七開關(guān)管807、第九開關(guān)管809均采用n型mos管；

其中p型mos管的源極為開關(guān)管的電流輸入端，p型mos管的漏極為開關(guān)管的電流輸出端，p型mos管的柵極為開關(guān)管的控制端；

其中n型mos管的漏極為開關(guān)管的電流輸入端，n型mos管的源極為開關(guān)管的電流輸出端，n型mos管的柵極為開關(guān)管的控制端。

在本發(fā)明實(shí)施例中，壓控振蕩器(vco)是由三級(jí)反相器和級(jí)間電容組成的經(jīng)典環(huán)形振蕩器，當(dāng)使能信號(hào)en為高電平時(shí)，vco工作。通過(guò)調(diào)節(jié)級(jí)間電容的大小，調(diào)節(jié)vco的工作范圍。

本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于，提供一種包括上述多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)電路的時(shí)鐘產(chǎn)生器。

本發(fā)明實(shí)施例提供的多環(huán)路自偏置鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，環(huán)路帶寬與輸入?yún)⒖碱l率的比值固定，環(huán)路阻尼因子固定，從而可以實(shí)現(xiàn)寬輸入輸出頻率范圍，低輸出時(shí)鐘抖動(dòng)，鎖定時(shí)間短，pvt特性好等參數(shù)性能。該鎖相環(huán)是一種通用型時(shí)鐘產(chǎn)生電路，具有非常強(qiáng)的抗工藝、電源電壓和環(huán)境溫度的能力，不需要特別設(shè)計(jì)，即可使用于多種不同的應(yīng)用場(chǎng)合，諸如cpu、各種高速接口電路、以太網(wǎng)等，從而提高芯片設(shè)計(jì)效率，減少生產(chǎn)設(shè)計(jì)周期，降低成本。

以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。