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锁相环

阅读：818发布：2020-05-11

IPRDB可以提供锁相环专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在设备中，响应于参考信号REF和反馈信号FB之间的比较而产生控制信号。然后，提供电荷到第一和第二低通滤波器（LPF202‑1，202‑2）。第一和第二LPF分别具有第一和第二带宽，且第二带宽大于第一带宽。然后，第一和第二增益被放大器204‑1、204‑2分别施加到来自第一和第二LPF的输出，以便分别产生第一和第二电压。第一增益也大于第二增益。然后，反馈信号由加法器206从第一和第二电压的和产生。，下面是锁相环专利的具体信息内容。

1.一种用于产生信号的设备，其包括：

PFD，其接收参考信号；

电荷泵，其耦合到所述PFD；

第一电阻电容滤波器即第一RC滤波器，其耦合到所述电荷泵，所述第一RC滤波器具有第一带宽；

第二RC滤波器，其耦合到所述电荷泵，所述第二RC滤波器具有第二带宽，其中所述第二带宽大于所述第一带宽；

第一增益电路，其耦合到所述第一RC滤波器，其中所述第一增益电路具有第一增益；

第二增益电路，其耦合到所述第二RC滤波器，其中所述第二增益电路具有第二增益，且其中所述第一增益大于所述第二增益；

求和电路，其耦合到所述第一增益电路和所述第二增益电路；

环形振荡器，其耦合到所述求和电路和所述PFD，所述环形振荡器包括多个延迟单元，其串联耦合在一起以形成环，其中每个延迟单元耦合到所述求和电路；

分频器，其耦合在所述环形振荡器和所述PFD之间；以及

第一电源导轨和第二电源导轨，

其中每个延迟单元耦合到所述求和电路，并且

其中每个延迟单元包括：

第一反相器，其具有输入端、输出端、第一电源端和第二电源端，其中所述第一反相器的第一电源端耦合到所述求和电路，且其中所述第一反相器的第二电源端耦合到所述第二电源导轨；

第二反相器，其具有输入端、输出端、第一电源端和第二电源端，其中所述第二反相器的第一电源端耦合到所述求和电路，且其中所述第二反相器的第二电源端耦合到所述第二电源导轨；

第三反相器，其具有输入端、输出端、第一电源端和第二电源端，其中所述第三反相器的第一电源端耦合到所述求和电路，其中所述第三反相器的第二电源端耦合到所述第二电源导轨，其中所述第三反相器的输入端耦合到所述第二反相器的输出端，并且其中所述第三反相器的输出端耦合到所述第一反相器的输出端；以及第四反相器，其具有输入端、输出端、第一电源端和第二电源端，其中所述第四反相器的第一电源端耦合到所述求和电路，其中所述第四反相器的第二电源端耦合到所述第二电源导轨，其中所述第四反相器的输入端耦合到所述第一反相器的输出端，并且其中所述第四反相器的输出端耦合到所述第二反相器的输出端。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一RC滤波器进一步包括第一电阻器和第一电容器，所述第一电阻器耦合在所述电荷泵和所述第一增益电路之间，所述第一电容器耦合在所述第一电源导轨和所述第一增益电路之间，并且其中所述第二RC滤波器进一步包括：第二电容器，其耦合到所述第一电源导轨；第二电阻器，其耦合到所述第二增益电路、所述第二电容器和所述电荷泵；以及第三电容器，其耦合在所述第一电源导轨和所述第二增益电路之间。

3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一增益电路进一步包括MOS晶体管，其在其源极耦合到所述第一电源导轨、在其漏极耦合到所述求和电路并且在其栅极耦合到所述第一电阻器和所述第一电容器。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述MOS晶体管进一步包括第一MOS晶体管，且其中所述第二增益电路进一步包括第二MOS晶体管，所述第二MOS晶体管在其源极耦合到所述第一电源导轨，在其漏极耦合到所述求和电路，并且在其栅极耦合到所述第二电阻器、第二电容器、第三电容器和所述电荷泵。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述求和电路进一步包括节点。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述第一MOS晶体管和所述第二MOS晶体管分别进一步包括第一PMOS晶体管和第二PMOS晶体管。

说明书全文

锁相环

技术领域

[0001] 本发明一般涉及锁相环（PLL），并且更具体的，涉及具有改善的相位噪声和抖动的PLL。

背景技术

[0002] 图1示出常规PLL的实施例100。运行中，相位/频率检测器（PFD）102响应于参考信号REF和来自分频器110的反馈信号FB之间的相位误差而产生用于电荷泵104的上升和下降控制信号。然后，电荷泵104将合适的电流（电荷）施加到低通滤波器（LPF）106（其一般由电容器C1和C2和电阻器R1组成）。然后，LPF106向电压受控的振荡器（VCO）108（其为全-CMOS VCO）的控制节点提供电压。因为VCO108为全-CMOS VCO，所以PLL100遭受由LPF106引起的过量相位噪声和抖动。这主要是由于CMOS振荡器（在VCO108之内）的非常高的VCO增益（KVCO），其有效地倍增了来自调制VCO108的控制节点的滤波电阻器R1的噪音。因此，来自LPF106的噪音是限制性能的主要噪音源。
[0003] 这需要改进的PLL。
[0004] 以下专利中给出常规电路的一些实例：美国专利号No.7,167,056；美国专利号No.7,298,221；和美国专利申请序列号No.12/726,190。

发明内容

[0005] 示例实施例提供一种设备。该设备包括接收参考信号的相位/频率检测器（PFD）；耦合到PFD的电荷泵；耦合到电荷泵的第一增益控制电路，其中第一增益控制电路具有第一增益和第一响应；耦合到电荷泵的第二增益控制电路，其中第二增益控制电路具有第二增益和第二响应，且其中第二增益大于第一增益，并且其中第一响应大于第二响应；耦合到第一和第二增益控制电路的求和电路；以及耦合到求和电路和PFD的电压控制振荡器或压控振荡器（VCO）。
[0006] 在示例实施例中，该设备进一步包括耦合在VCO和PFD之间的分频器。
[0007] 在示例实施例中，第一增益控制电路进一步包括：耦合到电荷泵的低通滤波器（LPF）；以及耦合在LPF和求和电路之间的增益电路。
[0008] 在示例实施例中，LPF进一步包括第一LPF，其具有至少部分地产生第一响应的第一带宽，且其中增益电路进一步包括具有第一增益的第一增益电路，并且其中第二增益控制电路进一步包括：耦合到电荷泵的第二LPF，其中第二LPF具有至少部分地产生第二响应的第二带宽；以及耦合在第二LPF和求和电路之间的第二增益电路。
[0009] 在示例实施例中，VCO进一步包括多个延迟单元，其串联耦合在一起以形成环，其中每个延迟单元耦合到求和电路。
[0010] 在示例实施例中，提供一种方法。该方法包含响应于参考信号和反馈信号之间的比较而产生控制信号；分别向具有第一和第二带宽的第一和第二LPF提供电荷，其中第二带宽大于第一带宽；分别向来自第一和第二LPF的输出施加第一和第二增益，以分别产生第一和第二电压，其中第一增益大于第二增益；以及从第一和第二电压的和来产生反馈信号。
[0011] 在示例实施例中，控制信号进一步包括第一控制信号和第二控制信号，且其中产生控制信号的步骤进一步包含：从参考信号和反馈信号之间的比较产生相位误差；以及响应于相位误差产生第一和第二控制信号。
[0012] 在示例实施例中，产生反馈信号的步骤进一步包含：向延迟线的多个延迟单元施加和，其中每个延迟单元串联耦合在一起以便形成环；以及从延迟线上的抽头（tap）产生反馈信号。
[0013] 在示例实施例中，提供一种设备。该设备包括接收参考信号的PFD；耦合到PFD的电荷泵；耦合到电荷泵的第一电阻电容（RC）滤波器，其具有第一带宽；耦合到电荷泵的第二RC滤波器，其具有第二带宽，其中第二带宽大于第一带宽；耦合到第一RC滤波器的第一增益电路，其中第一增益电路具有第一增益；耦合到第二RC滤波器的第二增益电路，其中第二增益电路具有第二增益，且其中第一增益大于第二增益；耦合到第一和第二增益电路的求和电路；以及耦合到求和电路和PFD的压控振荡器（VCO）。
[0014] 在示例实施例中，该设备进一步包括第一和第二电源导轨，且其中第一RC滤波器进一步包括：耦合在电荷泵和第一增益电路之间的第一电阻器；和耦合在第一电源导轨和第一增益电路之间的电容器。
[0015] 在示例实施例中，电阻器进一步包括第一电阻器，且其中电容器进一步包括第一电容器，并且其中第二RC滤波器进一步包括：耦合到第一电源导轨的第二电容器；耦合到第二增益电路、第二电容器、和电荷泵的第二电阻器；以及耦合在第一电源导轨和第二增益电路之间的第三电容器。
[0016] 在示例实施例中，第一增益电路进一步包括MOS晶体管，其在其源极耦合到第一电源导轨、在其漏极耦合到求和电路和在其栅极耦合到第一电阻器和第一电容器。
[0017] 在示例实施例中，MOS晶体管进一步包括第一MOS晶体管，且其中第二增益电路进一步包括第二，其为耦合的MOS电容器，在其源极耦合到第一电源导轨、在其漏极耦合到求和电路和在其栅极耦合到第二电阻器、第三电容器和电荷泵。
[0018] 在示例实施例中，求和电路进一步包括节点。
[0019] 在示例实施例中，第一和第二MOS晶体管分别进一步包括第一和第二PMOS晶体管。
[0020] 在示例实施例中，VCO进一步包括多个延迟单元，其串联耦合在一起以形成环，其中每个延迟单元耦合到求和电路。
[0021] 在示例实施例中，每个延迟单元进一步包括：第一反相器，其具有输入端、输出端、第一电源端和第二电源端，其中第一反相器的第一电源端耦合到求和电路，且其中第一反相器的第二电源端耦合到第二电源导轨；第二反相器，其具有输入端、输出端、第一电源端和第二电源端，其中第二反相器的第一电源端耦合到求和电路，且其中第二反相器的第二电源端耦合到第二电源导轨；第三反相器，其具有输入端、输出端、第一电源端和第二电源端，其中第三反相器的第一电源端耦合到求和电路，且其中第三反相器的第二电源端耦合到第二电源导轨，并且其中第三反相器的输入端耦合到第二反相器的输出端，并且其中第三反相器的输出端耦合到第一反相器的输出端；以及第一反相器，其具有输入端、输出端、第一电源端和第二电源端，其中第一反相器的第一电源端耦合到求和电路，且其中第一反相器的第二电源端耦合到第二电源导轨，并且其中第四反相器的输入端耦合到第一反相器的输出端，并且其中第四反相器的输出端耦合到第二反相器的输出端。

附图说明

[0022] 通过参照附图而描述示例实施例，附图中：
[0023] 图1是常规PLL的实例示意图；
[0024] 图2是示例实施例中的PLL的实例示意图；
[0025] 图3是图2的PLL的LPF和VCO的实例示意图；以及
[0026] 图4是图3的VCO的延迟单元的实例示意图。

具体实施方式

[0027] 图2示出锁相环PLL的实例200。PLL200一般被配置为具有与PLL100相同的环路带宽和相位裕度。然而，与PLL100相反，LPF106已经由多个增益控制电路和求和电路206代替。增益控制电路的数目可根据应用而变化，但作为实例以及为了易于说明，示出两个增益控制电路。这些增益控制电路一般由LPF202-1和202-2和增益电路204-1和204-2组成。这些增益控制环路的响应或速度（即，快或慢）以及增益可相对于彼此变化，以便抑制来自LPF202-
1和202-2中的一个或更多个的噪音。作为实例，和具有LPF202-2和增益电路204-2的增益控制电路相比，具有LPF202-1和增益电路204-1的增益控制电路具有较低的响应（更慢）和较高的增益（更高的KVCO）。
[0028] 在图3中，可更详细地看到这些增益控制电路和VCO108。如该实例中所示，LPF202-1的202-2中的每个耦合到电荷泵104，以便接收信号CPOUT。LPF202-2具有相似配置LPF106，因为其包括两个电容器（即，电容器C3和C4）和电阻器（即，电阻器R2），而LPF202-1包括电阻器R3和电容器C5。包含电阻器R3和电容器C5引入附加零点和附加极点，但因为可以选择电阻器R3和电容器C5来使得附加极点和零点处于相对低的频率，所以稳定性和动态性能应该不会受影响。在工作中，具有LPF202-2和增益电路204-2的增益控制电路具有高带宽和高响应（即，快），但是增益电路204-2（其可为耦合到电源导轨VDD的NMOS晶体管Q2）具有低增益。
这意味着来自电阻器R2的噪音通过处于低增益的求和电路206（例如，其可为节点N1）调节VCO108的延迟元件302-1至302-N以减少来自电阻器R2的噪声的影响。相比之下，具有LPF202-1和增益电路204-1（例如，其可为PMOS晶体管Q1）的增益控制电路具有低带宽和低响应（即，慢）。因为由电阻器R3和电容器C5引入的极点处于相对低的频率，所以用于增益电路204-1的高增益将导致电阻器R3（其耦合在电荷泵104和增益控制电路204-1之间）对噪音性能几乎没有影响。
[0029] 如图3中所示，VCO108的延迟元件302-1至302-N彼此耦合在一起以形成环，使得输出信号可从至少一个抽头中导出。延迟元件302-1至302-N（在下文中称为302）中每个的实例在图4中更详细地示出。反相器402-1至402-4中的每个在其电源端耦合到求和电路206和电源导轨（即，地面）。反相器402-1和402-2使差分输入信号INM和INP反相，且反相器402-3和402-4保持在反相器402-1和402-2的输出端的值（即，差分输出信号OUTP和OUTM）。
[0030] 本领域的技术人员将会理解可对描述的实施例做出修改，并且在所要求保护的发明的范围内许多其他实施例也是可能的。
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标题 发布/更新时间 阅读量
锁相环-专利编号CN103718464A 2020-05-12 724
锁相环路-专利编号CN108988852A 2020-05-11 58
锁相环-专利编号CN101849359B 2020-05-12 129
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