一種帶增益控制的下采樣型鑒相器及電荷泵電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶增益控制的下采樣型鑒相器及電荷泵電路，包括對壓控振蕩器輸出的一對差分信號進(jìn)行采樣的兩個采樣保持電路，一個輸出與參考信號互不交疊且脈沖寬度僅為參考信號周期的一部分的脈沖器；一個跨導(dǎo)型電荷泵。本發(fā)明中的跨導(dǎo)型電荷泵的上下開關(guān)均受到脈沖器的控制，開啟時間保持一致，那么為了達(dá)到穩(wěn)態(tài)，鎖相環(huán)電路會自行調(diào)節(jié)參考信號對壓控振蕩器的采樣點直到上下電流相等，這樣一來，電流源失配不再重要，不再需要共源共柵結(jié)構(gòu)的電流源，可以節(jié)省電壓余度；也不再需要單位增益緩沖器來抑制電荷共享，簡化了電路設(shè)計。
【專利說明】
-種帶増益控制的下采樣型鑒相器及電荷累電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種下采樣型的鑒相器及電荷累電路，特別設(shè)及一種帶增益控制的下 采樣型鑒相器及電荷累電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 鑒相器及電荷累電路是鎖相環(huán)電路的核屯、單元電路，它負(fù)責(zé)比較參考信號和鎖相 環(huán)環(huán)內(nèi)振蕩器反饋回鑒相器的信號的相位差異，并將相位差異轉(zhuǎn)化為電壓或者電流信號去 修正振蕩器的振蕩頻率和相位。下采樣型的鑒相器及電荷累電路用于下采樣型的鎖相環(huán)電 路中，圖1是下采樣型鎖相環(huán)的環(huán)路結(jié)構(gòu)框圖。下采樣型鎖相環(huán)的基本思路就是在壓控振蕩 器的輸出頻率是參考信號的頻率的整數(shù)倍的情況下，不用傳統(tǒng)的=態(tài)鑒頻鑒相器，而采用 采樣或采樣保持結(jié)構(gòu)的鑒相器，直接對壓控振蕩器的輸出進(jìn)行采樣，相位差異信息包含在 采樣信號中，采樣信號去驅(qū)動電荷累產(chǎn)生壓控振蕩器的控制電壓Vctrl。運(yùn)樣一來，鎖相環(huán)就 可W在沒有分頻器的情況下工作，分頻器的噪聲和功耗就可W省去了。鎖相環(huán)鎖定后的環(huán) 路中分頻器的存在會導(dǎo)致來自鑒相器和電荷累的噪聲被放大到分頻比的平方倍。所W移除 分頻器可W減少相位噪聲。由于壓控振蕩器的輸出頻率是參考信號的整數(shù)倍，故參考信號 對壓控振蕩器的采樣被稱為"下采樣"。
[0003] 圖2是下采樣型鑒相器的原理框圖。壓控振蕩器的輸出是直流電平為Vdc,幅度為 Avcd的正弦波，被參考信號Ref采樣。如果壓控振蕩器的輸出和參考信號的相位一致且分頻 比為一整數(shù)的話，采樣得到的電壓Vsam就為一常數(shù)，等于VdC。若壓控振蕩器和參考信號之間 存在相位差異，Vsam將偏離Vdc DVsam和Vdc之間的差值就代表相位差。運(yùn)里的電荷累將電壓信 號Vsam轉(zhuǎn)化為電流信號& Vsam,故又稱為跨導(dǎo)型電荷累。定義從鎖相環(huán)的輸出處到電荷累的 輸出處的電荷累反饋增益：
[0004]
(1)
[0005] 下采樣型鑒相器及電荷累的局限性在于它的增益Kd往往很大，Kd太大會導(dǎo)致環(huán)路 濾波器中的電容(Cl、C2)過大，占用過多的忍片面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于此，本發(fā)明提供一種帶增益控制的下采樣型鑒相器及電荷累電路。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種帶增益控制的下采樣型鑒相器 及電荷累電路，包括
[000引對壓控振蕩器輸出的一對差分信號進(jìn)行采樣的兩個采樣保持電路，每個采樣保持 電路包括一個開關(guān)和一個電容，參考信號控制開關(guān)的閉合與斷開，開關(guān)閉合時壓控振蕩器 的輸出連接到電容上，開關(guān)斷開后，采樣到的電壓保持在電容上；
[0009] -個脈沖器，它的輸出與參考信號之間是互不交疊的，且脈沖器輸出的脈沖寬度 僅為參考信號的周期一部分；
[0010] -個跨導(dǎo)型電荷累，包括上電流源、下電流源、上開關(guān)和下開關(guān)，所述上電流源和 下電流源分別受到壓控制振蕩器被采樣后得到的電壓控制，所述上開關(guān)和下開關(guān)受脈沖器 輸出的控制;參考信號對壓控振蕩器的輸出進(jìn)行采樣后，脈沖器打開電荷累的開關(guān)，讓攜帶 有相位信息的電流注入后續(xù)的電容。
[0011] 進(jìn)一步，上電流源與上開關(guān)的開啟時間的乘積等于下電流源與下開關(guān)的開啟時間 的乘積。
[0012] 由于采用了 W上技術(shù)方案，本發(fā)明具有W下有益技術(shù)效果：
[0013] 本發(fā)明的帶增益控制的下采樣型鑒相器及電荷累電路包括對壓控振蕩器輸出的 一對差分信號進(jìn)行采樣的兩個采樣保持電路，一個輸出與參考信號互不交疊且脈沖寬度僅 為參考信號周期的一部分的脈沖器，一個跨導(dǎo)型電荷累。與普通的下采樣型鑒相器及電荷 累電路相比，它具有W下特點：
[0014] 1.可W降低電荷累反饋增益KcU又因為脈沖器輸出的脈沖寬度可調(diào)節(jié)，那么Kd減 少的比例還可控;反饋增益受到控制意味著濾波器中電容的面積可控。
[0015] 2.因為脈沖器的輸出與參考信號的相位互不交疊，那么每一條采樣路徑上可W節(jié) 省一個采樣保持電路。
[0016] 3.對于普通的電荷累，因為上下電流源不可能完全匹配，那么其中的一個電流源 就必須開啟更長的時間，運(yùn)就導(dǎo)致了電荷累輸出電流上的紋波，進(jìn)一步導(dǎo)致壓控振蕩器控 制電壓上的紋波，運(yùn)會惡化最后輸出的信號性能。而跨導(dǎo)型電荷累的上下開關(guān)均受到脈沖 器的控制，開啟時間保持一致，那么為了達(dá)到穩(wěn)態(tài)，鎖相環(huán)電路會自行調(diào)節(jié)參考信號對壓控 振蕩器的采樣點直到上下電流相等。運(yùn)樣一來，電流源失配不再重要，不再需要共源共柵結(jié) 構(gòu)的電流源，可W節(jié)省電壓余度;也不再需要單位增益緩沖器來抑制電荷共享，簡化了電路 設(shè)計。
【附圖說明】
[0017] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述，其中：
[0018] 圖1為下采樣型鎖相環(huán)的環(huán)路結(jié)構(gòu)框圖；
[0019] 圖2為下采樣型鑒相器的原理框圖；
[0020] 圖3為本發(fā)明具體實施的加入增益控制技術(shù)的采樣型鑒相器及電荷累電路的原理 圖；
[0021] 圖4為脈沖器電路的結(jié)構(gòu)和時序分析W及電路中延遲單元的具體結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0022] W下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)的描述;應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實施例 僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023] 本發(fā)明具體實施的加入增益控制技術(shù)的采樣型鑒相器及電荷累的電路圖如圖3所 示，它包括
[0024] 對壓控振蕩器輸出的一對差分信號進(jìn)行采樣的兩個采樣保持電路，每個采樣保持 電路包括一個開關(guān)和一個電容，參考信號控制開關(guān)的閉合與斷開，開關(guān)閉合時壓控振蕩器 的輸出連接到電容上，開關(guān)斷開后，采樣到的電壓保持在電容上；
[0025] -個脈沖器，它的輸出與參考信號之間是互不交疊的，且脈沖器輸出的脈沖寬度 僅為參考信號的周期一部分；
[0026] -個跨導(dǎo)型電荷累，包括上電流源、下電流源、上開關(guān)和下開關(guān)，所述上電流源和 下電流源分別受到壓控制振蕩器被采樣后得到的電壓控制，所述上開關(guān)和下開關(guān)受脈沖器 輸出的控制;參考信號對壓控振蕩器的輸出進(jìn)行采樣后，脈沖器打開電荷累的開關(guān)，讓攜帶 有相位信息的電流注入后續(xù)的電容。
[0027] 它的工作原理如下：脈沖器的輸出化1與參考信號Ref之間是互不交疊的，它的脈 沖寬度為Tpul。運(yùn)樣一來，不但可W實現(xiàn)將Kd降至未加脈沖器前的TpulAref ,Tref為參考信號 的周期。每一條采樣路徑上還可W節(jié)省一個如圖2中的采樣保持電路。參考信號Ref對壓控 振蕩器的輸出Vp與Vn進(jìn)行采樣后得至IjVsamp和Vsamn,然后脈沖器才打開電荷累的開關(guān)，讓大小 為Icp = gmVsam的電流注入環(huán)路濾波器。引入增益控制技術(shù)后，修正電荷累反饋增益公式為：
[002引
P)
[0029] 圖4為脈沖器電路的結(jié)構(gòu)和時序分析W及電路中延遲單元的具體結(jié)構(gòu)。脈沖器的 時序分析:Ref 2相對于Ref延遲2個反相器的時延;Ref 3相對于Ref延遲3個反相器的時延。延 遲單元中含有兩個反相器，一個與其余=個反相器是一樣的，故有相同的時延，另一個的時 延由Vtune電壓大小控制，故Ref4相對于Ref有3個反相器的時延加上一個可控時延。Pul的上 升沿距離Ref同一周期的下降沿有3個反相器的時延，于是脈沖寬度Tpul為Vtune可控的時延。
[0030] W上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可W對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。運(yùn)樣，倘若本發(fā)明的 運(yùn)些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含運(yùn)些 改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種帶增益控制的下采樣型鑒相器及電荷栗電路，其特征在于:包括 對壓控振蕩器輸出的一對差分信號進(jìn)行采樣的兩個采樣保持電路，每個采樣保持電路 包括一個開關(guān)和一個電容，參考信號控制開關(guān)的閉合與斷開，開關(guān)閉合時壓控振蕩器的輸 出連接到電容上，開關(guān)斷開后，采樣到的電壓保持在電容上； 一個脈沖器，它的輸出與參考信號之間是互不交疊的，且脈沖器輸出的脈沖寬度僅為 參考信號的周期一部分； 一個跨導(dǎo)型電荷栗，包括上電流源、下電流源、上開關(guān)和下開關(guān)，所述上電流源和下電 流源分別受到壓控制振蕩器被采樣后得到的電壓控制，所述上開關(guān)和下開關(guān)受脈沖器輸出 的控制;參考信號對壓控振蕩器的輸出進(jìn)行采樣后，脈沖器打開跨導(dǎo)型電荷栗的開關(guān)，讓攜 帶有相位信息的電流注入后續(xù)的電容。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶增益控制的下采樣型鑒相器及電荷栗電路，其特征在于:上 電流源與上開關(guān)的開啟時間的乘積等于下電流源與下開關(guān)的開啟時間的乘積。
【文檔編號】H03L7/089GK105846817SQ201610178787
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】季瑾月, 張瑞濤, 蒲杰, 丁, 丁一, 陳剛
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所