專(zhuān)利名稱(chēng)：頻率合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻率合成器。
背景技術(shù)：
己經(jīng)研發(fā)了具有微處理器的大型集成電路裝置。典型地，在微處理器中， 執(zhí)行由程序指定的操作的操作裝置可以與時(shí)鐘同步地工作。通常用頻率合成器電路來(lái)產(chǎn)生時(shí)鐘，該頻率合成器電路使用PLL(鎖相環(huán)路)。但是，因?yàn)镻LL的相位噪聲對(duì)系統(tǒng)直接產(chǎn)生影響，所以設(shè)計(jì)低抖動(dòng)(jitter) 的頻率合成器很重要。因此，本領(lǐng)域需要改良的頻率合成器。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施例提供一種頻率合成器。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，頻率合成器設(shè)置為具有低抖動(dòng)部件。 此外，實(shí)施例可提供能夠?qū)⒐淖钚』念l率合成器。 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的頻率合成器包括相位頻率檢測(cè)器，用于基于基準(zhǔn)信 號(hào)與比較信號(hào)之間檢測(cè)到的頻率差和相位差，產(chǎn)生向上信號(hào)和向下信號(hào)；電 荷泵，用于根據(jù)所述向上信號(hào)或所述向下信號(hào)，通過(guò)充電或放電電壓來(lái)輸出 控制信號(hào)；壓控振蕩器，用于根據(jù)所述電荷泵輸出的所述控制信號(hào)來(lái)輸出具 有一個(gè)頻率的信號(hào)作為振蕩輸出信號(hào)；占空因數(shù)校正電路，連接于所述壓控振蕩器，以補(bǔ)償占空因數(shù)；以及反饋分頻器，通過(guò)劃分所述振蕩輸出信號(hào)的 頻率，將所述比較信號(hào)提供給所述相位頻率檢測(cè)器。利用本發(fā)明，可提供具有低抖動(dòng)部件的頻率合成器。此外，還可提供能 夠?qū)⒐淖钚』念l率合成器。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的頻率合成器的方框圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的相位頻率檢測(cè)器的電路圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的頻率合成器的電荷泵的電路圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的頻率合成器的壓控振蕩器的電路圖。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的頻率合成器的占空因數(shù)校正電路的電路圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖描述根據(jù)實(shí)施例的頻率合成器。 圖1是示出根據(jù)實(shí)施例的頻率合成器的方框圖。根據(jù)實(shí)施例，題述頻率合成器100適于獲得650MHz的輸出頻率特性。 參照?qǐng)Dl，頻率合成器100可包括相位頻率檢測(cè)器(PFD)IO、電荷泵(CP) 20、壓控振蕩器(VCO)30、占空因數(shù)校正電路(DCC)40、以及反饋分頻器 (divider) 50。在另一實(shí)施例中，頻率合成器100可包括基準(zhǔn)分頻器70和后置分頻器 (post divider) 60。根據(jù)實(shí)施例，基準(zhǔn)分頻器70可設(shè)計(jì)為4位可編程分頻器， 反饋分頻器50可設(shè)計(jì)為8位可編程分頻器，后置分頻器60可設(shè)計(jì)為3位可 編程分頻器。圖2是示出根據(jù)實(shí)施例的PFD 10的電路圖。參照?qǐng)D2， PFD 10可檢測(cè)基準(zhǔn)信號(hào)fk與比較信號(hào)fs之間的相位差和頻率 差。當(dāng)與基準(zhǔn)信號(hào)fe的相位相比，比較信號(hào)fs的相位落后時(shí)，PFD 10輸出 相位誤差向上(up)信號(hào)。而當(dāng)與基準(zhǔn)信號(hào)fR的相位相比，比較信號(hào)fs的相 位領(lǐng)先時(shí)，PFD10輸出相位誤差向下(down)信號(hào)。根據(jù)實(shí)施例，PFD 10構(gòu)造為使得該P(yáng)FD 10能夠檢測(cè)頻率以及相位。再參照?qǐng)D1， PFD10對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)fR與比較信號(hào)fs做比較，然后將與這兩 個(gè)信號(hào)之間的頻率差、相位差相應(yīng)的相位誤差向上/向下信號(hào)輸出到CP 20， 其中基準(zhǔn)信號(hào)fR可以是基準(zhǔn)分頻器70的輸出信號(hào)，比較信號(hào)fs可以是反饋 分頻器50的輸出信號(hào)。再參照?qǐng)D2， PFD10中可包括延遲單元11，使得PFD10能夠?qū)⑾辔徽`差向上/向下信號(hào)同時(shí)變?yōu)楦邥r(shí)出現(xiàn)的死區(qū)(deadzone)現(xiàn)象最小化。PFD 10的輸出信號(hào)可用于控制CP 20。這可以通過(guò)改變CP 20中包括的環(huán)路濾波器23的值來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖3是示出根據(jù)實(shí)施例的CP 20的電路圖。CP 20可包括電流源和開(kāi)關(guān)電路21、緩沖電路22和環(huán)路濾波器23。CP 20基于相位誤差向上信號(hào)對(duì)環(huán)路濾波器23充電，基于相位誤差向下 信號(hào)對(duì)環(huán)路濾波器23放電。環(huán)路濾波器23用作低通濾波器。具體而言，環(huán)路濾波器23允許低頻帶 的輸出信號(hào)通過(guò)，使得輸出信號(hào)能夠傳輸給VC0 30。根據(jù)實(shí)施例，環(huán)路濾波器23包括一個(gè)電阻R1和兩個(gè)電容C1、 C2?？?慮開(kāi)環(huán)帶寬和相位容限來(lái)確定濾波器參數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)選擇56° 的相位容限和lMHz的環(huán)路帶寬能夠確定環(huán)路濾波器23的最佳參數(shù)C1、 C2 和Rl。電流源和開(kāi)關(guān)電路21基于PFD IO輸出的相位誤差向上信號(hào)和相位誤差 向下信號(hào)來(lái)運(yùn)行。如果相位誤差向上信號(hào)輸入電流源和開(kāi)關(guān)電路21，則開(kāi)關(guān) Sl、 S4工作在導(dǎo)通狀態(tài)下，而開(kāi)關(guān)S2、 S3工作在斷開(kāi)狀態(tài)下，以向環(huán)路濾 波器23提供充電電流。此外，如果從PFD10接收到相位誤差向下信號(hào)，則開(kāi)關(guān)S1、 S4工作在 斷開(kāi)狀態(tài)下，而開(kāi)關(guān)S2、 S3工作在導(dǎo)通狀態(tài)下，以允許從環(huán)路濾波器23流 出放電電流。開(kāi)關(guān)S1、 S2可以是PMOS晶體管，開(kāi)關(guān)S3、 S4可以是NMOS晶體管?？梢酝ㄟ^(guò)充電電流和放電電流對(duì)環(huán)路濾波器23進(jìn)行充電和放電，使環(huán) 路濾波器23產(chǎn)生控制電壓并將該控制電壓提供給VCO 30。緩沖電路22補(bǔ)償VCO 30處出現(xiàn)的開(kāi)關(guān)時(shí)間失配和電流失配。不管什么 時(shí)候PMOS晶體管和NMOS晶體管分別通過(guò)相位誤差向上/向下信號(hào)而導(dǎo)通/ 斷開(kāi)，都會(huì)因?yàn)樗a(chǎn)生的電荷分配(charge sharing)而可能出現(xiàn)開(kāi)關(guān)時(shí)間失 配和電流失配。電流失配可造成頻率合成器100的抖動(dòng)。參照?qǐng)D3，緩沖電路22包括OP-AMP。因此，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、 S4處于斷開(kāi) 狀態(tài)而開(kāi)關(guān)S2、 S3處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，緩沖電路22向電容Cu提供負(fù)電荷。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1、 S4處于導(dǎo)通狀態(tài)而開(kāi)關(guān)S2、 S3處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，緩沖電路22 向電容Cd提供正電荷。由此將開(kāi)關(guān)時(shí)間失配和電流失配最小化。環(huán)路濾波器23根據(jù)CP 20的操作產(chǎn)生控制電壓，并將控制電壓輸出到 VCO30,在該控制電壓下，VCO30以目標(biāo)頻率振蕩。圖4是示出根據(jù)實(shí)施例的VCO 30的電路圖。VCO 30可分為反相器延遲鏈?zhǔn)秸袷幤骰虿罘盅舆t(differential delay) 鏈?zhǔn)秸袷幤鳌⒄請(qǐng)D4，根據(jù)實(shí)施例，為了降低電源電壓的噪聲，可使用差 分延遲鏈?zhǔn)江h(huán)形振蕩器。環(huán)形振蕩器可利用電流控制信號(hào)(Vcon)進(jìn)行振蕩操作。這里，環(huán)形振蕩 器包括四個(gè)差分延遲單元31。因此，總的相位延遲是360度。VCO 30可具有500 MHz至1000 MHz的頻率產(chǎn)生范圍，能夠處理10MHz 至lOOMHz的輸入信號(hào)。VCO 30輸出其頻率受控制電壓控制的信號(hào)。這個(gè)輸出信號(hào)可稱(chēng)為振蕩 輸出信號(hào)。圖5是示出根據(jù)實(shí)施例的DCC 40的電路圖。DCC 40可加在VCO30的輸出端子，使得頻率合成器100的輸出占空因 數(shù)比的值為50±5°/。。DCC40可具有差分結(jié)構(gòu)。晶體管41、 42的寬度和長(zhǎng)度尺寸可選擇為使 得頻率合成器100能夠保持50%的占空因數(shù)比。再參照?qǐng)D1，通過(guò)劃分振蕩輸出信號(hào)的頻率，反饋分頻器50將比較信號(hào) fs輸出給PFDlO。此外，頻率合成器100還可以包括掉電(power down)模塊90。掉電模 塊90提供掉電模式，用于通過(guò)待機(jī)模式中的開(kāi)關(guān)操作來(lái)降低功耗。在另一實(shí)施例中，頻率合成器100可包括鎖定檢測(cè)器80。在一個(gè)實(shí)施例 中，鎖定檢測(cè)器80可以是10位鎖定檢測(cè)器，用于確定鎖定狀態(tài)。鎖定檢測(cè)器80可用于確定基準(zhǔn)信號(hào)fk和比較信號(hào)fs是否被鎖定，其中 基準(zhǔn)信號(hào)fe是基準(zhǔn)分頻器70的輸出信號(hào)，而比較信號(hào)fs是反饋分頻器50的 輸出信號(hào)。根據(jù)利用鎖定檢測(cè)器80的一個(gè)實(shí)施例，如果在10個(gè)連續(xù)的比較周期內(nèi) 相位差小于2ns，則鎖定檢測(cè)器80確定當(dāng)前狀態(tài)為鎖定狀態(tài)，然后輸出高電平信號(hào)。但是，如果在10個(gè)連續(xù)的比較周期內(nèi)相位差大于2ns，則鎖定檢測(cè) 器80確定當(dāng)前狀態(tài)為非鎖定狀態(tài)，然后輸出低電平信號(hào)。上述頻率合成器IOO運(yùn)行使得比較信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)具有相同的相位，由 此控制VCO 30以目標(biāo)頻率振蕩。因此，上述實(shí)施例可提供具有低抖動(dòng)部件的頻率合成器。 此外，實(shí)施例可提供能夠?qū)⒐淖钚』念l率合成器。 說(shuō)明書(shū)中對(duì)"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例"等等的所 有參考都表示結(jié)合實(shí)施例所述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少 一個(gè)實(shí)施例中。這些用語(yǔ)在說(shuō)明書(shū)中不同地方的出現(xiàn)不一定都指同一個(gè)實(shí)施 例。此外，當(dāng)結(jié)合任一實(shí)施例描述具體特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，都認(rèn)為它落入 本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合其它實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)這些特征、結(jié)構(gòu)或特性的范圍內(nèi)。雖然參照很多示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域 技術(shù)人員能夠設(shè)計(jì)出很多其它的改型和實(shí)施例，這些改型和實(shí)施例將落入本 發(fā)明原理的精神和范圍內(nèi)。具體而言，對(duì)于落入說(shuō)明書(shū)、附圖和所附權(quán)利要 求書(shū)范圍內(nèi)的主題組合配置的組成部分和/或配置，各種變型和改型都是可能 的。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，除了組成部分和/或配置的變型和改型，替代 性使用也是顯然的。
權(quán)利要求
1、一種頻率合成器，包括相位頻率檢測(cè)器，用于基于檢測(cè)到的基準(zhǔn)信號(hào)與比較信號(hào)之間的頻率差和相位差，產(chǎn)生向上信號(hào)和向下信號(hào)；電荷泵，用于從所述相位頻率檢測(cè)器接收所述向上信號(hào)和所述向下信號(hào)，并基于所述向上信號(hào)和所述向下信號(hào)，通過(guò)充電或放電電壓來(lái)輸出控制信號(hào)；壓控振蕩器，用于利用所述電荷泵輸出的所述控制信號(hào)來(lái)輸出振蕩輸出信號(hào)；占空因數(shù)校正電路，連接至所述壓控振蕩器，以補(bǔ)償所述振蕩輸出信號(hào)的占空因數(shù)；以及反饋分頻器，用于劃分所述振蕩輸出信號(hào)的頻率，并將劃分后的頻率作為所述比較信號(hào)輸出給所述相位頻率檢測(cè)器。
2、 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，還包括-基準(zhǔn)分頻器，用于劃分輸入頻率，并將劃分后的輸入頻率作為所述基準(zhǔn) 信號(hào)輸出給所述相位頻率檢測(cè)器；以及后置分頻器，用于劃分所述振蕩輸出信號(hào)的頻率，并將所述振蕩輸出信 號(hào)的劃分后的頻率輸出。
3、 如權(quán)利要求2所述的頻率合成器，其中，所述基準(zhǔn)分頻器包括4位可編程分頻器。
4、 如權(quán)利要求2所述的頻率合成器，其中，所述后置分頻器包括3位 可編程分頻器。
5、 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中，當(dāng)與所述基準(zhǔn)信號(hào)的相位 相比，所述比較信號(hào)的相位落后時(shí)，所述相位頻率檢測(cè)器輸出所述向上信號(hào); 當(dāng)與所述基準(zhǔn)信號(hào)的相位相比，所述比較信號(hào)的相位領(lǐng)先時(shí)，所述相位頻率 檢測(cè)器輸出所述向下信號(hào)。
6、 如權(quán)利要求5所述的頻率合成器，其中，所述相位頻率檢測(cè)器包括 延遲單元，當(dāng)所述向上信號(hào)和所述向下信號(hào)都為高時(shí)，所述延遲單元被激活。
7、 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中，所述電荷泵包括 電流源和開(kāi)關(guān)電路，用于根據(jù)所述相位頻率檢測(cè)器的所述向上信號(hào)和所述向下信號(hào)，通過(guò)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作來(lái)控制充電和放電操作；環(huán)路濾波器，用于當(dāng)所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述比較信號(hào)之間沒(méi)有頻率差和相 位差時(shí)，向所述電流源和開(kāi)關(guān)電路提供電流；以及緩沖電路，設(shè)置在所述電流源和開(kāi)關(guān)電路與所述環(huán)路濾波器之間，用于 補(bǔ)償開(kāi)關(guān)時(shí)間失配和電流失配。
8、 如權(quán)利要求7所述的頻率合成器，其中，所述環(huán)路濾波器包括電阻、 第一電容、第二電容，所述電阻和所述第一電容與所述第二電容并聯(lián)連接。
9、 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中，所述壓控振蕩器包括差分 延遲鏈?zhǔn)江h(huán)形振蕩器。
10、 如權(quán)利要求9所述的頻率合成器，其中，所述壓控振蕩器包括四個(gè) 差分延遲單元。
11、 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中，所述反饋分頻器包括8位 可編程分頻器。
12、 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，還包括掉電，用于在待機(jī)模式中 通過(guò)開(kāi)關(guān)操作來(lái)阻止供電。
13、 如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，還包括鎖定檢測(cè)器，所述鎖定檢 測(cè)器連接于所述相位頻率檢測(cè)器，以確定所述基準(zhǔn)信號(hào)與所述比較信號(hào)之間 的鎖定狀態(tài)。
14、 如權(quán)利要求13所述的頻率合成器，其中，所述鎖定檢測(cè)器包括IO 位鎖定檢測(cè)器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種頻率合成器。所述頻率合成器包括相位頻率檢測(cè)器，用于通過(guò)檢測(cè)基準(zhǔn)信號(hào)與比較信號(hào)之間的頻率差和相位差，產(chǎn)生向上信號(hào)和向下信號(hào)；電荷泵，用于根據(jù)所述向上信號(hào)和所述向下信號(hào)來(lái)輸出控制信號(hào)；壓控振蕩器，用于根據(jù)所述控制信號(hào)來(lái)輸出振蕩輸出信號(hào)；占空因數(shù)校正電路，連接于所述壓控振蕩器，以補(bǔ)償所述振蕩輸出信號(hào)的占空因數(shù)；以及反饋分頻器，用于通過(guò)劃分所述振蕩輸出信號(hào)的頻率，將所述比較信號(hào)提供給所述相位頻率檢測(cè)器。利用本發(fā)明，可提供具有低抖動(dòng)部件的頻率合成器，還可提供能夠?qū)⒐淖钚』念l率合成器。
文檔編號(hào)H03L7/085GK101335523SQ20081012489
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月25日
發(fā)明者劉旻鐘 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司