本發(fā)明涉及鎖相頻率合成技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種鑒頻鑒相器、電荷泵和鎖相環(huán)電路。

背景技術(shù)：

頻率綜合器可以產(chǎn)生一個或多個頻率信號，為數(shù)字系統(tǒng)和射頻接收發(fā)送器提供時鐘信號和本振信號。

帶有Σ-Δ調(diào)制器的小數(shù)分頻頻率綜合器在現(xiàn)代無線射頻通訊技術(shù)中被廣泛使用。小數(shù)分頻頻率綜合器，其具有高的頻率分辨率等特點，小數(shù)分頻頻率綜合器的模塊中，鑒頻鑒相器(PFD)和電荷泵(CP)的作用是把輸入?yún)⒖紩r鐘信號和反饋時鐘信號的相位差值轉(zhuǎn)換為模擬信號，來控制壓控振蕩器(VCO)的頻率。

由于在環(huán)路鎖定時，電路主要工作在相位差為零的附近區(qū)域，而這一區(qū)域恰恰時非線性較為嚴(yán)重的區(qū)域，且相位噪聲較大。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在著線性度差和相位噪聲大的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例解決的問題是如何提高鎖相環(huán)中鑒頻鑒相器和電荷泵的傳輸曲線的線性度，并降低鎖相環(huán)電路的相位噪聲。

為解決上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種鑒頻鑒相器，所述鑒頻鑒相器包括：

第一上升沿D觸發(fā)器、第二上升沿D觸發(fā)器、第一與門邏輯電路、第二與門邏輯電路和復(fù)位電路；

所述第一上升沿D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端耦接于高電平，時鐘信號輸入端耦接于基準(zhǔn)時鐘信號，復(fù)位端耦接于所述復(fù)位電路的輸出端，輸出端與所述第一與門邏輯電路的第一輸入端耦接，所述第一與門邏輯電路的第二輸入端 與第一控制信號耦接，輸出端與電荷泵耦接；

所述第二上升沿D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端耦接于高電平，時鐘信號輸入端耦接于所述反饋時鐘信號，復(fù)位端耦接于所述復(fù)位電路的輸出端，輸出端與所述第二與門邏輯電路的第一輸入端耦接，所述第二與門邏輯電路的第二輸入端與第二控制信號耦接，輸出端與所述電荷泵耦接；

其中，所述第一控制信號與所述第二控制信號為相位相反的電平信號。

可選地，所述第一與門邏輯電路包括第一與非門和第一反相單元；

所述第一與非門的第一輸入端耦接于所述第一上升沿D觸發(fā)器的輸出端，第二輸入端與所述第一控制信號耦接，輸出端與所述第一反相單元的輸入端耦接，所述第一反相單元的輸出端與所述電荷泵耦接。

可選地，所述第二與門邏輯電路包括第二與非門和第二反相單元；

所述第二與非門的第一輸入端耦接于所述第二上升沿D觸發(fā)器的輸出端，第二輸入端與所述第二控制信號耦接，輸出端與所述第二反相單元的輸入端耦接，所述第二反相單元的輸出端與所述電荷泵耦接。

可選地，所述復(fù)位電路為與門；

所述與門的第一輸入端與所述第一上升沿D觸發(fā)器的輸出端耦接，第二輸入端分別與所述第二上升沿D觸發(fā)器的輸出端耦接，輸出端分別與所述第一上升沿D觸發(fā)器的復(fù)位端和所述第二上升沿D觸發(fā)器的復(fù)位端耦接。

本發(fā)明實施例還提供了一種電荷泵，所述電荷泵包括：第一控制開關(guān)和第一電流源、第二控制開關(guān)和第二電流源，以及充電補償單元、放電補償單元和控制裝置，其中：

所述第一控制開關(guān)的第一端與電源耦接，第二端與所述第一電流源的第一端耦接，控制端與鑒頻鑒相器的提高頻率的脈沖信號耦接，所述第一電流源的另一端耦接于所述電荷泵的輸出端；

所述第二控制開關(guān)的第一端與所述電荷泵的輸出端耦接，第二端與所述第二電流源的第一端耦接，控制端與鑒頻鑒相器的降低頻率的脈沖信號耦接，所述第二電流源的第二端耦接于地線；

所述充電補償單元耦接于所述電源與所述電荷泵的輸出端之間，所述放電補償單元耦接于所述電荷泵的輸出端和所述地線之間；

所述控制裝置分別與所述充電補償單元和所述放電補償單元耦接，適于當(dāng)檢測到所述鑒頻鑒相器輸出的提高頻率的脈沖信號關(guān)閉，降低頻率的脈沖信號開啟時，控制所述充電補償單元開啟，并控制所述放電補償單元關(guān)閉；當(dāng)檢測到所述鑒頻鑒相器輸出的降低頻率的脈沖信號關(guān)閉，提高頻率的脈沖信號開啟時，控制所述放電補償單元開啟，并控制所述充電補償單元關(guān)閉。

可選地，所述充電補償單元包括至少一個充電補償子單元；

所述充電補償子單元包括充電控制開關(guān)和充電電流源，所述充電控制開關(guān)的第一端與所述電源耦接，第二端與所述充電電流源的第一端耦接，控制端與所述控制裝置耦接，所述充電電流源的第二端耦接于所述電荷泵的輸出端。

可選地，當(dāng)所述充電補償單元包括兩個以上所述充電補償子單元時，各個所述充電補償子單元之間并聯(lián)連接。

可選地，當(dāng)所述充電補償單元包括兩個以上所述充電補償子單元時，各個所述充電補償子單元中的充電電流源相同或者不同。

可選地，所述放電補償單元包括至少一個放電補償子單元；

所述放電補償子單元包括放電控制開關(guān)和放電電流源，所述放電電流源的第一端與所述電荷泵耦接，第二端與所述放電控制開關(guān)的第一端耦接，所述放電控制開關(guān)的第二端與所述地線耦接，控制端與所述控制裝置耦接。

可選地，所述放電補償單元包括兩個以上的所述放電補償子單元時，各個所述放電補償子單元之間并聯(lián)連接。

可選地，所述放電補償單元包括兩個以上的所述放電補償子單元時，所述放電補償子單元中的放電電流源相同或者不同。

本發(fā)明實施例還提供了一種鎖相環(huán)電路，所述鎖相環(huán)電路包括上述的鑒頻鑒相器和上述的電荷泵。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下的優(yōu)點：

上述技術(shù)方案，通過鑒頻鑒相器輸出的信號對充電補償單元或放電補償單元進行控制，對電荷泵的充電電流和放電電流進行補償，使得鎖相環(huán)電路中鑒頻鑒相器和電荷泵的傳輸曲線整體上移或者下移，從而可以提升鎖相環(huán)的線性度。同時，與提升頻率的脈沖信號耦接的第一控制開關(guān)在所述提升頻率的脈沖信號關(guān)閉時處于關(guān)閉狀態(tài)，與降低頻率的脈沖信號耦接的第二控制開關(guān)在所述降低頻率的脈沖信號關(guān)閉時處于關(guān)閉狀態(tài)，可以將減少因第一控制開關(guān)、第二控制開關(guān)的導(dǎo)通引入的開關(guān)噪聲、熱噪聲和閃爍噪聲，可以降低鎖相環(huán)路的相位噪聲。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中的一種鑒頻鑒相器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中的一種電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中的一種鎖相環(huán)電路中的鑒頻鑒相器和電荷泵的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例中的一種鑒頻鑒相器工作在第一種工作模式時各種信號的示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例中在第一種工作模式的鑒頻鑒相器和電荷泵的傳輸曲線與現(xiàn)有技術(shù)中的鑒頻鑒相器和電荷泵的傳輸曲線的比較示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例中的一種鑒頻鑒相器工作在第二種工作模式時各種信號的示意圖；

圖7是本發(fā)明實施例中工作在第二種工作模式時的鑒頻鑒相器和電荷泵的傳輸曲線與現(xiàn)有技術(shù)中的鑒頻鑒相器和電荷泵的傳輸曲線的比較示意圖。

具體實施方式

在小數(shù)分頻頻率綜合器中，鑒頻鑒相器(PFD)和電荷泵(CP)的作用是把輸入?yún)⒖紩r鐘信號和反饋時鐘信號的相位差值轉(zhuǎn)換為模擬信號，來控制壓控振蕩器(VCO)的頻率。

但傳統(tǒng)的PFD電路存在鑒相死區(qū)的問題，即當(dāng)輸入?yún)⒖紩r鐘信號和反饋時鐘信號的相位差很小時，不足以打開CP中電流源的開關(guān)，導(dǎo)致輸出電流近 似為0；當(dāng)相位誤差積累到一定值時，CP電流源開關(guān)才打開，這會導(dǎo)致PFD/CP的線性度變差；非線性度會導(dǎo)致Σ-Δ的帶外高頻量化噪聲折疊到低頻的帶內(nèi)，導(dǎo)致帶內(nèi)相噪變差。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的鑒頻鑒相器和電荷泵存在著線性度差且相位噪聲大的問題。

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明實施例采用的技術(shù)方案通過鑒頻鑒相器輸出的信號對充電補償單元或放電補償單元進行控制，對電荷泵的充電電流和放電電流進行補償，使得鎖相環(huán)電路中鑒頻鑒相器和電荷泵的傳輸曲線整體上移或者下移，可以提升鎖相環(huán)的線性度。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。

圖1示出了本發(fā)明實施例中的一種鑒頻鑒相器結(jié)構(gòu)示意圖。其中：

鑒頻鑒相器100包括第一上升沿D觸發(fā)器DFF1、第二上升沿D觸發(fā)器DFF2，第一與門邏輯電路101、第二與門邏輯電路102和復(fù)位電路103。

第一上升沿D觸發(fā)器DFF1的數(shù)據(jù)輸入端(D端)耦接于高電平(Vdd)，時鐘信號輸入端(CK端)耦接于基準(zhǔn)時鐘信號Fref，復(fù)位端(RS端)耦接于復(fù)位電路103的第一輸入端，輸出端(Q端)與第一與門邏輯電路101的第一輸入端耦接，第一與門邏輯電路101的第二輸入端與第一控制信號(UP_EN)耦接，輸出端(UP端)與電荷泵耦接。

第二上升沿D觸發(fā)器DFF2的數(shù)據(jù)輸入端(D端)耦接于高電平(Vdd)，時鐘信號輸入端(CK端)耦接于反饋時鐘信號Fdiv，復(fù)位端(RS端)耦接于復(fù)位電路103的輸入端，輸出端(Q端)與第二與門邏輯電路102的第一輸入端耦接，所述第二與門邏輯電路102的第二輸入端耦接于第二控制信號(DN_EN)，輸出端(DOWN端)與電荷泵耦接。

在本發(fā)明一實施例中，第一與門邏輯電路101包括第一與非門1011和第一反相單元1012。第一與非門1011的第一輸入端耦接于第一上升沿D觸發(fā)器102的Q端，第二輸入端與第一控制信號UP_EN耦接，輸出端與第一反相單元1012的輸入端耦接，第一反相單元1012的輸出端與電荷泵耦接。

在本發(fā)明一實施例中，第二與門邏輯電路102包括第二與非門1021和第 二反相單元1022。其中，第二與非門1021的第一輸入端耦接于第二上升沿D觸發(fā)器DFF2的Q端，第二輸入端與第二控制信號DN_EN耦接，輸出端與第二反相單元1022的輸入端耦接，第二反相單元1022的輸出端與電荷泵200耦接。

在本發(fā)明一實施例中，復(fù)位電路103為與門。其中，與門的第一輸入端與第一上升沿D觸發(fā)器DFF1的Q端耦接，第二輸入端與第二上升沿D觸發(fā)器DFF2的Q端耦接，輸出端分別與第一上升沿D觸發(fā)器DFF1的RS端和第二上升沿D觸發(fā)器DFF2的RS端耦接。

圖2示出了本發(fā)明實施例中的一種電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖，其中：

電荷泵200包括第一控制開關(guān)S201和第一電流源C201、第二控制開關(guān)S202和第二電流源C202，以及充電補償單元201、放電補償單元202和控制裝置203。

其中，第一控制開關(guān)S201的第一端和電源(Vdd)耦接，第二端與第一電流源C201的第一端耦接，控制端與鑒頻鑒相器輸出的提高頻率的脈沖信號(UP信號)耦接，第一電流源C201的第二端耦接于電荷泵200的輸出端(V_C端)。

第二控制開關(guān)S202的第一端與第二電流源C202的第一端耦接，第二端與地線GND耦接，控制端與控制裝置203耦接，第二電流源C202的第二端耦接于電荷泵200的V_C端。

控制裝置203分別與充電補償單元201和放電補償單元202耦接，且充電補償單元201耦接于電源Vdd與電荷泵200的V_C端之間，放電補償單元202耦接于電荷泵200的V_C端和地線GND之間。

在具體實施中，充電補償單元201可以為m個充電補償子單元，m≥1。其中，第n(1≤n≤m)個充電補償子單元可以包括充電控制開關(guān)S201n和充電電流源C201n；充電控制開關(guān)S201n的第一端與電源Vdd耦接，第二端與充電電流源C201n的第一端耦接，控制端與控制裝置203耦接，充電電流源C201n的第二端耦接于電荷泵200的V_C端。

在具體實施中，當(dāng)充電補償子單元201中包括兩個以上的充電補償子單 元時，充電補償子單元之間并聯(lián)連接。這里需要指出的是，各個充電補償子單元中的充電電流源C2011-C201n可以相同也可以不同，可以根據(jù)實際的需求進行設(shè)定。

在具體實施中，放電補償單元202可以包括j個放電補償子單元，j≥1。其中，第k(1≤k≤j)個放電補償子單元包括放電控制開關(guān)S202k和放電電流源C202k，放電電流源C202k的第一端與電荷泵200的V_C端耦接，第二端與放電控制開關(guān)S202k的第一端耦接，放電控制開關(guān)S202k的第二端與地線GND耦接，放電控制開關(guān)S202k的控制端與控制裝置203耦接。

在具體實施中，當(dāng)放電補償單元202中包括兩個以上的放電補償子單元時，放電補償子單元之間并聯(lián)連接。這里需要指出的是，各個放電補償子單元中的放電電流源可以相同也可以不同，可以根據(jù)實際的需求進行設(shè)定。

圖3示出了本發(fā)明實施例中的一種鎖相環(huán)電路中的鑒頻鑒相器和電荷泵的連接結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示的鎖相環(huán)電路可以包括鑒頻鑒相器100和電荷泵200。其中鑒頻鑒相器和電荷泵的結(jié)構(gòu)如前述的鑒頻鑒相器100和電荷泵200，此處不做贅述。

下面分別根據(jù)第一控制信號與第二控制信號是高電平信號或者低電平信號，對本發(fā)明實施例中鑒頻鑒相器的工作原理做進一步詳細的介紹：

第一種工作模式：

當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘枮楦唠娖剑诙刂菩盘枮榈碗娖綍r，UP信號處于正常工作狀態(tài)，DOWN信號關(guān)閉。當(dāng)DOWN信號關(guān)閉時，放電補償單元202開啟，向低通濾波器(圖中未示出)放電。當(dāng)反饋時鐘信號(Fdiv)的相位滯后于基準(zhǔn)時鐘信號(Fref)的相位時，放電補償單元202在一個周期內(nèi)消耗的電荷約為(N為所開啟的放電補償子單元的個數(shù))，基準(zhǔn)時鐘信號Fref超前在相位差期間積累的電荷約為C1*T*Δψ/2π(Δψ為相位差)，導(dǎo)致低通濾波器充電(KVCO為正)。隨著時間的推移，反饋時鐘信號Fdiv的頻率逐漸增大，反饋時鐘信號Fdiv與基準(zhǔn)時鐘信Fref的相位差逐漸減小，即相位差期間積累的電荷逐漸減小。當(dāng)充電期間積累的電荷與放電補償單元202的放電補償電流在一個周期內(nèi)消耗的電荷相同時，鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)，鎖定時的 相位差固定為

當(dāng)反饋時鐘信號Fdiv的相位超前于基準(zhǔn)時鐘信號Fref的相位時，由于鑒頻鑒相器100的特性，UP信號處于高電平的時間很短(基本由復(fù)位延遲時間決定)，即通過UP信號控制第一控制開關(guān)S201打開第一電流源C201向低通濾波器充電的時間很短，使得充電電荷基本可以忽略不計。而放電補償單元202輸出的放電補償電流一直存在，放電補償電流在一個周期中消耗的電荷約為(導(dǎo)致低通濾波器放電。隨著時間的推移，反饋時鐘信號Fdiv的頻率逐漸減小，反饋時鐘信號Fdiv與基準(zhǔn)時鐘信號Fref之間的相位差逐漸減小，當(dāng)反饋信號Fdiv的頻率逐漸接近基準(zhǔn)時鐘信號Fref的頻率，由于放電補償電流的存在，鎖定時的相位差固定為

請參見圖4和圖5所示，第一種工作模式下鎖相環(huán)鎖定時相位差的增加，使得鑒頻鑒相器100和電荷泵200的傳輸曲線從CUR51移至STR52。其中，I_CP為電荷泵輸出的電流。

另外，通過控制與DOWN信號耦接的第二控制開關(guān)S202關(guān)閉，可以降低第二控制開關(guān)S202引入的開關(guān)噪聲，并消除第二控制開關(guān)S202導(dǎo)通時引入的熱噪聲和閃爍噪聲，從而降低鎖相環(huán)的相位噪聲。

第二種工作模式：

當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘枮榈碗娖?，第二控制信號為高電平時，DOWN信號處于正常工作狀態(tài)，UP信號關(guān)閉。當(dāng)UP信號關(guān)閉時，充電補償單元201開啟，向低通濾波器充電。當(dāng)所述反饋時鐘信號Fdiv的相位超前于基準(zhǔn)時鐘信號Fref的相位時，充電補償電流在一個周期內(nèi)積累的電荷約為((M為所開啟的充電補償子單元的個數(shù))，反饋時鐘信號Fdiv在超前的相位差期間消耗的電荷約為C2*T*Δψ/2π，導(dǎo)致低通濾波器放電。隨著時間的推移，反饋時鐘信號Fdiv的頻率逐漸減小(KVCO為正)，反饋時鐘信號Fdiv與基準(zhǔn)時鐘信號Fref的相位差逐漸減小，即相位差期間消耗的電荷逐漸減小，當(dāng)充電期間補償電流積累的電荷與放電期間消耗的電荷相同時，鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)，鎖定時的相位差固定為

當(dāng)反饋時鐘信號Fdiv的相位滯后于基準(zhǔn)時鐘信號Fref的相位時，由于鑒 頻鑒相器100的特性，DOWN信號處于高電平的時間很短(基本由復(fù)位延遲時間決定)，即通過DOWN信號控制第二控制開關(guān)S202打開第二電流源C202向低通濾波器充電的時間很短，使得放電電荷基本可以忽略不計。而充電補償單元201輸出的充電補償電流一直存在，充電補償電流在一個周期中積累的電荷約為C3*T，導(dǎo)致低通濾波器充電。隨著時間的推移，反饋時鐘信號Fdiv的頻率逐漸增大，反饋時鐘信號Fdiv與基準(zhǔn)時鐘信號Fref的相位差逐漸減小，直到反饋信號Fdiv的頻率逐漸接近基準(zhǔn)時鐘信號Fref的頻率，最終由于充電補償電流的存在，鎖定時的相位差固定為

請參見圖6和圖7所示，第二種工作模式下鎖相環(huán)鎖定時相位差的減小，使得鑒頻鑒相器100和電荷泵200的傳輸曲線從CUR51移至STR53。其中，I_CP為電荷泵輸出的電流。

另外，通過控制與UP信號耦接的第一控制開關(guān)S201關(guān)閉，可以減小第一控制開關(guān)S201引入的開關(guān)噪聲，并消除第一控制開關(guān)S201導(dǎo)通時引入的熱噪聲和閃爍噪聲，從而降低鎖相環(huán)的相位噪聲。

這里需要指出的是，當(dāng)與第一上升沿D觸發(fā)器DFF1的第二輸入端耦接的第一控制信號UP_EN，以及與第二上升沿D觸發(fā)器DFF2的第二輸入端耦接的第二控制信號DN_EN均為高電平，且電荷泵200中的充電補償單元201和放電補償單元202均關(guān)閉時，鑒頻鑒相器100和電荷泵200將轉(zhuǎn)換為現(xiàn)有技術(shù)中常見的鑒頻鑒相器，其工作原理在此不再贅述。

本發(fā)明實施例還提供了一種鎖相環(huán)電路，所述電路包括上述鑒頻鑒相器和上述的電荷泵。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于計算機可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括：ROM、RAM、磁盤或光盤等。

以上對本發(fā)明實施例的方法及系統(tǒng)做了詳細的介紹，本發(fā)明并不限于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。