本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域的一種微電路結(jié)構(gòu)，涉及一種實現(xiàn)低抖動的時鐘產(chǎn)生電路。

背景技術(shù)：

隨著計算機(jī)性能和集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,高性能的通信設(shè)備逐漸受到歡迎，因此對數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群唾|(zhì)量要求越來越高。高質(zhì)量的時鐘信號，能夠為高速高質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)提供必要的基本保障。尤其是在復(fù)雜惡劣外界環(huán)境下，時鐘信號的傳輸將會受到各種干擾，從而影響通信系統(tǒng)的正常工作。抖動是衡量信號質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，關(guān)系到數(shù)字電路時序的穩(wěn)定性，和模擬電路數(shù)據(jù)采樣的準(zhǔn)確性。而低抖動的時鐘產(chǎn)生電路能夠為各應(yīng)用系統(tǒng)提供高質(zhì)量的時鐘信號，當(dāng)前社會對通信和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的要求越來越高，應(yīng)用前景較為廣泛。

電荷泵鎖相環(huán)的整體電路架構(gòu)如圖1所示，用于產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的振蕩信號。傳統(tǒng)的時鐘發(fā)生器結(jié)構(gòu)如圖2所示，基于單鎖相環(huán)架構(gòu)，整體環(huán)路的噪聲性能決定了產(chǎn)生的時鐘信號的抖動水平。

現(xiàn)有的單鎖相環(huán)時鐘產(chǎn)生器工作過程如下：鎖相環(huán)模塊輸入?yún)⒖碱l率，控制片外振蕩器產(chǎn)生振蕩信號，振蕩信號經(jīng)過反饋電路進(jìn)行分頻返回鎖相環(huán)模塊并與參考頻率進(jìn)行比較，使片外振蕩器產(chǎn)生穩(wěn)定振蕩信號，振蕩信號經(jīng)過分頻電路進(jìn)行分頻，分頻后的信號通過輸出緩沖模塊之后進(jìn)行輸出。

隨著通信設(shè)備、電子產(chǎn)品的工作頻率不斷提高，對時鐘發(fā)生器速度與精度的要求也越來越高，傳統(tǒng)的單鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器很難達(dá)到低抖動要求。特別是在高頻波段，抖動對通信系統(tǒng)的影響越來越嚴(yán)重，在射頻收發(fā)機(jī)中，本振信號的抖動會影響到evm星座圖的質(zhì)量，從而導(dǎo)致接收和發(fā)送信號的正確性；在高速數(shù)據(jù)交換電路中，鎖相環(huán)時鐘的抖動會導(dǎo)致誤碼率的提高，影響了數(shù)據(jù)的傳輸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是旨在提出一種可實現(xiàn)低抖動的時鐘產(chǎn)生電路，解決各數(shù)字通信系統(tǒng)對低抖動時鐘信號的要求。

本發(fā)明能夠產(chǎn)生抖動非常小的高頻時鐘信號，抖動可調(diào)整到小于200fs，輸出采用8路輸出時鐘，輸出可分頻等功能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：

一種實現(xiàn)低抖動的時鐘產(chǎn)生電路，包括第一級鎖相環(huán)1、第二級鎖相環(huán)2、片外振蕩器3、分頻電路4和整形緩沖器5；

所述的片外振蕩器3用于產(chǎn)生振蕩信號，將振蕩信號輸出至第一級鎖相環(huán)1；第一級鎖相環(huán)1用于將振蕩信號進(jìn)行分頻，將分頻后的振蕩信號作為反饋參考頻率反饋給第一級鎖相環(huán)1；還用于將輸入?yún)⒖碱l率和反饋參考頻率進(jìn)行比較，產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩信號，將穩(wěn)定的振蕩信號輸出至第二級鎖相環(huán)模塊2；第二級鎖相環(huán)模塊2用于將穩(wěn)定的振蕩信號進(jìn)行分頻，將分頻后的振蕩信號作為反饋參考頻率反饋給第二級鎖相環(huán)2；還用于將內(nèi)部產(chǎn)生的振蕩信號與反饋參考頻率進(jìn)行比較，產(chǎn)生進(jìn)一步穩(wěn)定的低抖動振蕩信號，并輸出至分頻電路4；分頻電路4用于將進(jìn)一步穩(wěn)定的低抖動振蕩信號進(jìn)行分頻，將分頻后的低抖動振蕩信號輸出至整形緩沖器5；整形緩沖器5用于將分頻后的低抖動振蕩信號進(jìn)行整形，并分成八路輸出。其中，第一級鎖相環(huán)1采用片外的振蕩器，并采用調(diào)整低環(huán)路帶寬配置方法；在第二級鎖相環(huán)模塊2中，設(shè)計了一種新型低噪聲的lc型片內(nèi)壓控振蕩器，如圖6所示，同時采用調(diào)整高環(huán)路帶寬配置方法。

其中，所述的第一級鎖相環(huán)1采用片外的振蕩器，并采用調(diào)整低環(huán)路帶寬的配置方法；第二級鎖相環(huán)模塊2中采用低噪聲lc型壓控振蕩器，并采用調(diào)整高環(huán)路帶寬的配置方法。

其中，所述的低噪聲lc型壓控振蕩器包括電感l(wèi)、電容陣列carry、電容cc和ct、電阻r、可變電容二極管d1和d2、nmos管mn1～mn6、pmos管mp1～mp4和精準(zhǔn)電流源電路；

mn5、mn6的漏極和mp1、mp2的源極分別與電源vdd相連，mn5的柵極、mn5的源極、mp1的漏極和mp2的柵極連接于一點，稱為x點；mn6的柵極、mn6的源極、mp2的漏極和mp1的柵極連接于一點，稱為y點；諧振電感l(wèi)的一端接x點，另一端接y點；電容陣列carry的一端接x點，另一端接y點；可變電容二極管d1一端接x點，另一端接d2的一端，d2的另一端接y點；mp3的柵極、mp3的源極、mn1的漏極和mn2的柵極連接于x點；mp4的柵極、mp4的源極、mn2的漏極和mn1的柵極連接于y點；mn1的源極、mn2的源極、mp3的漏極和mp4的漏極相連，稱為s點；mn3的漏極和ct的一端連接于s點，mn3的源極和ct的另一端連接于地；電阻r的一端和電容cc的一端連于mn3的柵極，電容cc的另一端接地，電阻r的另一端于接mn4的柵極；mn4的源極接地，mn4的漏極接精準(zhǔn)電流源電路。

本發(fā)明相比技術(shù)背景的優(yōu)點為：

本發(fā)明所研制的低抖動時鐘產(chǎn)生器改進(jìn)投入應(yīng)用后，較之前的普通單環(huán)鎖相環(huán)電路能夠大幅度降低了抖動，提高了輸出頻率的相位噪聲性能，為系統(tǒng)提供了穩(wěn)定可靠的時鐘。

附圖說明

圖1為電荷泵鎖相環(huán)的一般結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有的單鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器的一般結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的雙鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為一般鎖相環(huán)的兩類噪聲譜密度示意圖；

圖5為環(huán)路帶寬調(diào)整后的噪聲譜密度示意圖；

圖6為一種新型低噪聲的lc型壓控振蕩器電路圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和應(yīng)用優(yōu)越性更加清楚明白，下面結(jié)合附圖1-6對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1為鎖相環(huán)的一般結(jié)構(gòu)示意圖，通過圖1所示的各個模塊進(jìn)行工作，首先，鑒頻鑒相器把輸入?yún)⒖碱l率和反饋頻率進(jìn)行比較，電荷泵把鑒頻鑒相器輸出相位差轉(zhuǎn)化成電壓信號輸出給環(huán)路濾波器進(jìn)行濾波，最終送給壓控振蕩器，輸出的頻率再通過可編程分頻器反饋到鑒頻鑒相器，這就完成了鎖相環(huán)的功能；普通的時鐘產(chǎn)生器，包括圖1所示的鎖相環(huán)，還包括圖2所示的分頻電路和輸出緩沖，根據(jù)用戶對分頻電路的配置，輸出需要的頻率。

對輸出頻率的噪聲特性的影響，主要包括兩方面，一是各個模塊的噪聲貢獻(xiàn)；二是環(huán)路帶寬的調(diào)整對輸出噪聲的影響，在整體環(huán)路中，鑒頻鑒相器、電荷泵、分頻器的噪聲呈低通特性，如圖4中s1/f曲線；壓控振蕩器的噪聲呈高通特性，如圖4中s1/f2曲線；因此通過對環(huán)路帶寬的調(diào)整，可以抑制帶內(nèi)壓控振蕩器的噪聲，和帶外鑒頻鑒相器、電荷泵、分頻器等模塊產(chǎn)生的噪聲，如圖5中實線部分是抑制后的噪聲能量輸出，虛線部分是被抑制掉的噪聲能量。

圖3所示，是本發(fā)明創(chuàng)新設(shè)計的雙鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明的雙鎖相環(huán)時鐘發(fā)生器電路包括：包括第一級鎖相環(huán)1、第二級鎖相環(huán)2、片外振蕩器3、分頻電路4和整形緩沖器5。

所述的片外振蕩器3用于產(chǎn)生振蕩信號，將振蕩信號輸出至第一級鎖相環(huán)1；第一級鎖相環(huán)1用于將振蕩信號進(jìn)行分頻，將分頻后的振蕩信號作為反饋參考頻率反饋給第一級鎖相環(huán)1；還用于將輸入?yún)⒖碱l率和反饋參考頻率進(jìn)行比較，產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩信號，將穩(wěn)定的振蕩信號輸出至第二級鎖相環(huán)模塊2；第二級鎖相環(huán)模塊2用于將穩(wěn)定的振蕩信號進(jìn)行分頻，將分頻后的振蕩信號作為反饋參考頻率反饋給第二級鎖相環(huán)2；還用于將內(nèi)部產(chǎn)生的振蕩信號與反饋參考頻率進(jìn)行比較，產(chǎn)生進(jìn)一步穩(wěn)定的低抖動振蕩信號，并輸出至分頻電路4；分頻電路4用于將進(jìn)一步穩(wěn)定的低抖動振蕩信號進(jìn)行分頻，將分頻后的低抖動振蕩信號輸出至整形緩沖器5；整形緩沖器5用于將分頻后的低抖動振蕩信號進(jìn)行整形，并分成八路輸出。

其中鎖相環(huán)的基本工作原理與現(xiàn)有鎖相環(huán)電路相同，前文已經(jīng)詳細(xì)闡述，這里就不再贅述。而作為本文的創(chuàng)新特征，是采用片外振蕩器雙鎖相環(huán)配合整形緩沖器的架構(gòu)，第一級鎖相環(huán)1、第二級鎖相環(huán)2，并且第一級鎖相環(huán)1采用了片外振蕩器電路，并采用調(diào)整低環(huán)路帶寬的配置方法，這可以提供一個較好的相位噪聲性能，通過前面環(huán)路帶寬對相位噪聲的影響分析，第一級鎖相環(huán)1采用一個較低的帶寬，達(dá)到相噪的最佳性能，該輸出頻率作為第二級鎖相環(huán)2的參考頻率，近端的低通相噪會達(dá)到一個較好的噪聲性能，第二級鎖相環(huán)2采用低噪聲lc型壓控振蕩器，并采用調(diào)整高環(huán)路帶寬的配置方法，采用一個較高的帶寬配置，又進(jìn)一步抑制了相位噪聲，大幅降低了抖動。最后，整形緩沖器對分頻信號進(jìn)一步整形，穩(wěn)定該信號的輸出。

該雙環(huán)電路的架構(gòu)的采用，通過兩個鎖相環(huán)各自帶寬調(diào)整的方法，從小帶寬到大帶寬的結(jié)合使用，相位噪聲的抑制從近端擴(kuò)展到遠(yuǎn)端，極大程度上消除了鎖相環(huán)產(chǎn)生頻率的抖動能量。

同時，第二級鎖相環(huán)中設(shè)計了一種新型的低噪聲lc型壓控振蕩器，圖6所示，本振蕩器：所述的低噪聲lc型壓控振蕩器包括電感l(wèi)、電容陣列carry、電容cc和ct、電阻r、可變電容二極管d1和d2、nmos管mn1～mn6、pmos管mp1～mp4和精準(zhǔn)電流源電路；

mn5、mn6的漏極和mp1、mp2的源極分別與電源vdd相連，mn5的柵極、mn5的源極、mp1的漏極和mp2的柵極連接于一點，稱為x點；mn6的柵極、mn6的源極、mp2的漏極和mp1的柵極連接于一點，稱為y點；諧振電感l(wèi)的一端接x點，另一端接y點；電容陣列carry的一端接x點，另一端接y點；可變電容二極管d1一端接x點，另一端接d2的一端，d2的另一端接y點；mp3的柵極、mp3的源極、mn1的漏極和mn2的柵極連接于x點；mp4的柵極、mp4的源極、mn2的漏極和mn1的柵極連接于y點；mn1的源極、mn2的源極、mp3的漏極和mp4的漏極相連，稱為s點；mn3的漏極和ct的一端連接于s點，mn3的源極和ct的另一端連接于地；電阻r的一端和電容cc的一端連于mn3的柵極，電容cc的另一端接地，電阻r的另一端于接mn4的柵極；mn4的源極接地，mn4的漏極接精準(zhǔn)電流源電路。

其中，電感l(wèi)，電容陣列carry和可變電容二極管d1和d2構(gòu)成了lc諧振環(huán)路，決定了產(chǎn)生頻率的大小。傳統(tǒng)的lc型振蕩器一般是采用nmos管mn1、mn2，pmos管mp1、mp2作為負(fù)阻產(chǎn)生電路，來抵消lc中阻抗，提供能量，來保持振蕩器的持續(xù)振蕩，mn3是尾電流源，mn4是電流源偏置管。振蕩器是鎖相環(huán)電路中的關(guān)鍵模塊，決定了鎖相環(huán)環(huán)路帶寬附近和帶外的相位噪聲水平。本發(fā)明的中提出的一種低噪聲的lc型振蕩器，在傳統(tǒng)lc型振蕩器的基礎(chǔ)上增加了如圖6所示的虛線框中的部分：

一是增加了負(fù)阻mos管的匹配互補(bǔ)mos管，增加了mn5、mn6、mp3、mp4，降低了在mos管翻轉(zhuǎn)時所帶來的電荷噪聲。

二是在尾電流源上并聯(lián)一個大電容ct，電容的大小使得濾波的截止頻率低于二次諧波頻率，這樣會把二次諧波以上的偶次諧波濾除掉，從而抑制偶次諧波附近噪聲對振蕩器基波相位噪聲的影響。

三是在mn3管附近增加一個低通濾波器，電阻r和電容cc，這樣能夠?qū)㈦娏髟匆氲母哳l噪聲濾除，也能夠防止在版圖設(shè)計中，外界引入的噪聲。

四是在mn3上采用一個不隨溫度變化的精準(zhǔn)的電流源電路，從而進(jìn)一步減弱了電流噪聲的影響。

以上結(jié)合附圖的實施例描述，旨在便于理解本發(fā)明的創(chuàng)新實質(zhì)，但并非以此來限制本發(fā)明多樣性的實施方式及要求的權(quán)利要求保護(hù)范圍。但凡理解本發(fā)明，并根據(jù)上述實施例進(jìn)行的等效結(jié)構(gòu)變化或構(gòu)件替換，能夠?qū)崿F(xiàn)相同目的和效果的設(shè)計，均應(yīng)視為對本專利申請保護(hù)內(nèi)容的侵犯。