本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)位延時鑒頻鑒相器和一種鎖相環(huán)頻率合成器。

背景技術(shù)：

電荷泵鎖相環(huán)(cppll)因其易集成、低功耗、低抖動、大頻率捕獲范圍和小靜態(tài)相位誤差等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、偵測等設(shè)備中，其性能直接決定系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)的好壞。如圖1所示，典型cppll頻率合成器由鑒頻鑒相器(pfd)、電荷泵(cp)、環(huán)路濾波器(lpf)、壓控振蕩器(vco)和可編程分頻器(div)組成。

鑒頻鑒相器是電荷泵鎖相環(huán)的核心部件之一，完成輸入?yún)⒖夹盘杛ef與反饋信號fb(即vco經(jīng)div分頻后的信號)頻率和相位的檢測。圖1中所示pfd是一種典型的三態(tài)數(shù)字鑒頻鑒相器結(jié)構(gòu)，因其電路簡單，而被廣泛應(yīng)用。該pfd由兩個d觸發(fā)器和一個與非門組成。假設(shè)初始狀態(tài)時，ref和fb都為低電平，當(dāng)ref上升沿先到來時，第一d觸發(fā)器被ref信號觸發(fā)，第一d觸發(fā)器的輸出up變?yōu)楦唠娖?。?dāng)fb上升沿到來時，第二d觸發(fā)器被fb信號觸發(fā)，第二d觸發(fā)器的輸出dn變?yōu)楦唠娖?。此時up和dn均為高電平，在與非門作用下，產(chǎn)生復(fù)位信號，將兩個d觸發(fā)器復(fù)位，使up和dn均變?yōu)榈碗娖?。由此分析得出，該鑒頻鑒相器存在三種工作狀態(tài)，即up和dn分別為00、01和10，而11為禁止態(tài)，出現(xiàn)后即刻將d觸發(fā)器復(fù)位而進(jìn)入00狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系見圖2。

當(dāng)輸入信號ref與反饋信號fb的相位差較小時，d觸發(fā)器的輸出up或dn的脈沖寬度非常窄。由于結(jié)點(diǎn)電容的存在，會使得這個窄脈沖升不到足夠高的電平，從而無法正常開啟電荷泵的開關(guān)，即當(dāng)鑒頻鑒相器的輸入相位差小于某個特定值時，電荷泵cp沒有充放電電流存在，電荷泵鎖相環(huán)無法將fb信號相位與ref信號相位同步，vco輸出相位存在抖動，導(dǎo)致相位噪聲和雜散特性惡化。該相位差為的區(qū)域被稱為鑒頻鑒相器的鑒相死區(qū)。

為消除死區(qū)，需在鑒頻鑒相器pfd的復(fù)位支路上增加延時單元，保證在輸入相位差即使為零的情況下，up和dn依然存在一定脈寬的脈沖，但考慮到工藝、電壓、溫度和參考頻率的變化，難以準(zhǔn)確給出該延時的長短，過短的延時無法有效消除死區(qū)，但過長的延時又會限制pfd的工作速度，因此需使復(fù)位延時足夠長，同時要盡可能短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)鑒頻鑒相器存在死區(qū)的問題，提出了本發(fā)明的一種復(fù)位延時鑒頻鑒相器和一種鎖相環(huán)頻率合成器，以便克服上述問題或者至少部分地解決上述問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種復(fù)位延時鑒頻鑒相器，包括第一d觸發(fā)器、第二d觸發(fā)器、與非門和延時單元；所述第一d觸發(fā)器和第二d觸發(fā)器的時鐘信號端分別連接參考輸入信號和反饋輸入信號，信號輸出端分別連接所述與非門的兩個輸入端，復(fù)位端分別連接所述延時單元的輸出端；所述與非門的輸出端與所述延時單元的輸入端連接，

所述延時單元，包括邏輯控制單元和多個串聯(lián)的延時切換單元；

每個所述延時切換單元包括并聯(lián)的第一支路和第二支路，所述第一支路包括由多個反相器級聯(lián)形成的多級反相器和與所述多級反相器串聯(lián)的傳輸門，所述第二支路包括傳輸門；

所述邏輯控制單元，用于連接各延時切換單元的第一支路的傳輸門和第二支路中的傳輸門，用于提供控制信號，控制每個所述延時切換單元的第一支路和第二支路中的一個支路導(dǎo)通。

可選地，在多個串聯(lián)的所述延時切換單元中，第一支路中的多級反相器的級數(shù)，設(shè)置為二進(jìn)制權(quán)重關(guān)系。

可選地，所述延時切換單元設(shè)置為串聯(lián)的三個，三個串聯(lián)的延時切換單元中，第一支路中的多級反相器級聯(lián)的反相器個數(shù)依次為二個、四個和八個。

可選地，在所述延時切換單元中，所述第一支路的傳輸門與所述第二支路的傳輸門均包括正反兩個控制端，并采用同一組控制信號控制，所述控制信號以相反的方式連接至所述第一支路的傳輸門與所述第二支路的傳輸門的正反兩個控制端。

可選地，所述邏輯控制單元包括多組反相器；每組反相器包括串聯(lián)的兩個反相器，用于控制一個延時切換單元，所述串聯(lián)的兩個反相器的輸出端以相反的方式連接延時切換電路的第一支路的傳輸門和第二支路的傳輸門的正反兩個控制端。

可選地，所述第一d觸發(fā)器和所述第二d觸發(fā)器為真單相時鐘結(jié)構(gòu)。

可選地，所述與非門采用靜態(tài)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種鎖相環(huán)頻率合成器，該鎖相環(huán)頻率合成器中包括如上任一項(xiàng)所述的復(fù)位延時鑒頻鑒相器。

綜上所述，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的延時單元包括多級串聯(lián)的延時切換單元，各級延時切換單元的第二支路均由傳輸門構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)較短延時，第一支路由多級反相器串聯(lián)傳輸門構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)較長延時，在邏輯控制單元的控制下，可實(shí)現(xiàn)多種不同的復(fù)位延時，能有效消除鑒相死區(qū)，且可使復(fù)位延時盡可能小，減小鑒相盲區(qū)，提高工作速度，廣泛適應(yīng)于電壓、溫度、工作頻率等參數(shù)的變化。

附圖說明

圖1為典型電荷泵鎖相環(huán)頻率合成器的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為三態(tài)鑒頻鑒相器的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；

圖3為本發(fā)明的復(fù)位延時鑒頻鑒相器的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明的復(fù)位延時鑒頻鑒相器中延時單元的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明的復(fù)位延時鑒頻鑒相器的第一d觸發(fā)器和第二d觸發(fā)器電路圖；

圖6為本發(fā)明的復(fù)位延時鑒頻鑒相器的與非門的電路圖；

圖7為本發(fā)明的復(fù)位延時鑒頻鑒相器的延時單元里傳輸門的電路圖；

圖8為本發(fā)明的復(fù)位延時鑒頻鑒相器的延時單元里反相器的電路圖；

圖9為本發(fā)明的鑒頻鑒相器，當(dāng)控制字為000、100和111時，在同頻同相輸入信號作用下的仿真波形圖；

圖10為本發(fā)明的鑒頻鑒相器，當(dāng)控制字為000、100和111時，在同頻不同相輸入信號作用下的仿真波形圖；

圖11為本發(fā)明的鑒頻鑒相器，當(dāng)控制字為000、100和111時，在不同頻輸入信號作用下的仿真波形圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明的核心思想是，提供一種復(fù)位延時可數(shù)控的鑒頻鑒相器，其復(fù)位路徑中增加有一個可控的延時單元，該延時單元包括多級串聯(lián)的延時切換單元，在不同邏輯控制信號下可實(shí)現(xiàn)多種不同的復(fù)位延時，以有效消除鑒相死區(qū)，且使復(fù)位延時盡可能小，減小鑒相盲區(qū)，提高工作速度，廣泛適應(yīng)于工藝、電壓、溫度、工作頻率等參數(shù)的變化。

圖3示例性地示出了本發(fā)明的復(fù)位延時鑒頻鑒相器的電路結(jié)構(gòu)圖，該復(fù)位延時鑒頻鑒相器，包括第一d觸發(fā)器、第二d觸發(fā)器、與非門和延時單元。第一d觸發(fā)器和第二d觸發(fā)器的時鐘信號端clk分別連接參考輸入信號ref和反饋輸入信號fb，信號輸出端q分別連接與非門的兩個輸入端a和b，復(fù)位端rst分別連接延時單元的輸出端；與非門的輸出端與延時單元的輸入端連接。

具體地，電源電壓vdd為第一d觸發(fā)器、第二d觸發(fā)器、與非門和延時單元供電。第一d觸發(fā)器的信號輸入端d接電源電壓vdd，時鐘輸入端clk接參考輸入ref，信號輸出端q接與非門的輸入端a，同時作為輸出信號up。第二d觸發(fā)器的信號輸入端d接電源電壓vdd，時鐘輸入端clk接反饋輸入fb，信號輸出端q接與非門的輸入端b，同時作為輸出信號dn。與非門輸出端接延時單元輸入端，延時單元輸出端接第一d觸發(fā)器和第二d觸發(fā)器的復(fù)位端rst。延時單元由b2、b1、b0數(shù)字控制。

如圖4所示，其中，延時單元，包括邏輯控制單元和多個串聯(lián)的延時切換單元。

在圖4所示實(shí)施例中，該延時單元包括串聯(lián)的三級延時切換單元，即第一至第三延時切換單元。在延時路徑中，與非門輸出的信號發(fā)送給延時單元后，從左至右依次流經(jīng)第一至第三延時切換單元，完成延時處理。

每個延時切換單元包括并聯(lián)的第一支路和第二支路，第一支路包括由多個反相器級聯(lián)形成的多級反相器和與該多級反相器串聯(lián)的傳輸門，第二支路包括傳輸門。

邏輯控制單元，用于連接各延時切換單元的第一支路的傳輸門和第二支路中的傳輸門，用于提供控制信號，控制每個延時切換單元的第一支路和第二支路中的一個支路導(dǎo)通。

本發(fā)明的復(fù)位延時鑒頻鑒相器中，延時單元包括多級串聯(lián)的延時切換單元，各級延時切換單元的第二支路均由傳輸門構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)較短延時，第一支路由多級反相器串聯(lián)傳輸門構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)較長延時，在邏輯控制單元的控制下，可實(shí)現(xiàn)多種不同的復(fù)位延時，能有效消除鑒相死區(qū)，且可使復(fù)位延時盡可能小，減小鑒相盲區(qū)，提高工作速度，廣泛適應(yīng)于電壓、溫度、工作頻率等參數(shù)的變化。

優(yōu)選地，在多個串聯(lián)的延時切換單元中，第一支路中的多級反相器的級數(shù)，設(shè)置為二進(jìn)制權(quán)重關(guān)系。設(shè)置為二進(jìn)制權(quán)重關(guān)系，便于實(shí)現(xiàn)步進(jìn)控制，以三級延時切換單元為例，就可實(shí)現(xiàn)000、001、010、011、100、101、110和111共八種不同的延時時間。

參考圖4所示實(shí)施例，第一延時切換單元由支路11和支路12并聯(lián)而成，支路11由兩級反相器級聯(lián)后串聯(lián)一個傳輸門構(gòu)成，支路12由另一個傳輸門構(gòu)成，第一延時切換單元受數(shù)字信號b0的同相和反相信號控制。第二延時切換單元由支路21和支路22并聯(lián)而成，支路21由四級反相器級聯(lián)后串聯(lián)一個傳輸門構(gòu)成，支路22由另一個傳輸門構(gòu)成，第二延時切換單元受數(shù)字信號b1的同相和反相信號控制。第三延時切換單元由支路31和支路32并聯(lián)而成，支路31由八級反相器級聯(lián)后串聯(lián)一個傳輸門構(gòu)成，支路32由另一個傳輸門構(gòu)成，第三延時切換單元受數(shù)字信號b2的同相和反相信號控制。

優(yōu)選地，在延時切換單元中，第一支路的傳輸門與第二支路的傳輸門均包括正反兩個控制端，并采用同一組控制信號控制，該組控制信號以相反的方式連接至第一支路的傳輸門與第二支路的傳輸門的正反兩個控制端。

優(yōu)選地，邏輯控制單元包括多組反相器；每組反相器包括串聯(lián)的兩個反相器，用于控制一個延時切換單元，串聯(lián)的兩個反相器的輸出端以相反的方式連接延時切換電路的第一支路的傳輸門和第二支路的傳輸門的正反兩個控制端。

再次參考圖4實(shí)施例，控制信號b0經(jīng)兩級反相器反相，生成反相信號b0n和同相信號b0p，b0n和b0p分別控制支路11傳輸門的反、正控制端以及支路12的正、反控制端，用來控制第一延時切換單元，選擇不同延時?？刂菩盘朾1經(jīng)兩級反相器反相，生成反相信號b1n和同相信號b1p，b1n和b1p分別控制支路21傳輸門的反、正控制端以及支路22的正、反控制端，用來控制第二延時切換單元，選擇不同延時?？刂菩盘朾2經(jīng)兩級反相器反相，生成反相信號b2n和同相信號b2p，b2n和b2p分別控制支路31傳輸門的反、正控制端以及支路32的正、反控制端，用來控制第三延時切換單元，選擇不同延時。在b2、b1、b0控制下，延時單元可以產(chǎn)生八種不同的延時。

設(shè)一個傳輸門的延時為tc，兩級反相器的延時為t0，則四級反相器的延時為2t0，八級反相器的延時為4t0。則延時單元在3位控制位(b2b1b0)為000時，延時最短為3tc，而在控制位為111時，延時最長為3tc+7t0。因此該延時單元的延時范圍即為3tc～3tc+7t0，步進(jìn)為t0。合理設(shè)計(jì)傳輸門和反相器的尺寸，能夠獲得較優(yōu)的延時。同時，該電路結(jié)構(gòu)簡單，易于繼承和擴(kuò)展。

利用同一組信號控制一個延時切換單元內(nèi)的兩條支路，同步效果好。利用兩級反相器生成一組反相的控制信號，由于反相器具有整形功能，也使得得到的控制信號波形更準(zhǔn)確、規(guī)整。

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖9為本發(fā)明的鑒頻鑒相器，在控制字(b2b1b0)為000、100和111時，在同頻同相輸入信號作用下的仿真波形圖；圖10為本發(fā)明的鑒頻鑒相器，當(dāng)控制字為000、100和111時，在同頻不同相輸入信號作用下的仿真波形圖；圖11為本發(fā)明的鑒頻鑒相器，當(dāng)控制字為000、100和111時，在不同頻輸入信號作用下的仿真波形圖。

通過對圖9、圖10和圖11的仿真結(jié)果分析，在無相位差的情況下(見圖9)，本發(fā)明的鑒頻鑒相器輸出仍然存在一定寬度的脈沖，該脈沖寬度可數(shù)控，能有效消除鑒相死區(qū)，且盡量減小復(fù)位延時，減小鑒相盲區(qū)，提高工作速度。同樣，在存在相差和頻差的情況下(見圖10和圖11)，本發(fā)明的鑒頻鑒相器也能夠很好地實(shí)現(xiàn)鑒頻鑒相的功能，可靠工作。

優(yōu)選地，第一d觸發(fā)器和第二d觸發(fā)器為真單相時鐘結(jié)構(gòu)。圖5為本發(fā)明的復(fù)位延時鑒頻鑒相器的第一d觸發(fā)器和第二d觸發(fā)器電路圖，如圖5所示，第一d觸發(fā)器和第二d觸發(fā)器電路圖采用tspc邏輯設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)簡單，速度較快，相噪特性好。該d觸發(fā)器的電路由nmos管mn1、mn2、mn3、mn4、mn5、mn6和pmos管mp1、mp2、mp3、mp4、mp5、mp6組成，而mn7、mn8和mp7、mp8組成其復(fù)位控制邏輯電路。mn1源端接地，漏端接mp1的漏端，柵端接mp2柵端，作為輸入信號端d。mp1源端接mp2漏端，柵端接mp3和mn5的柵端，作為時鐘輸入端clk。mp2源端接電源vdd。mn2源端接地，漏端接mp3漏端，柵端接mn1漏端，mp3源端接電源vdd。mn3源端接地，漏端接mn4、mp4的柵端和mn2的漏端。mn4源端接地，漏端接mn5源端。mn5漏端，接mp4、mp5的漏端和mn6、mp6的柵端。mp4源端接電源vdd。mp5源端接電源vdd。mn6源端接地，漏端接mp6漏端，作為信號輸出端q。mp6源端接電源vdd。mn7源端接地，漏端接mp7漏端和mn3、mn8、mp8的柵端，柵端接mp7的柵端，作為復(fù)位端rst。mp7源端接電源vdd。mn8源端接地，漏端接mp8的漏端和mp5的柵端。mp8源端接電源vdd。

優(yōu)選地，與非門采用靜態(tài)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。圖6所示為本發(fā)明的具體實(shí)施例中與非門的電路圖，圖8所示為本發(fā)明的具體實(shí)施例中延時單元里反相器的電路圖，該兩個電路均采用靜態(tài)cmos結(jié)構(gòu)。圖7所示為本發(fā)明的具體實(shí)施例中延時單元里傳輸門的電路圖。

本發(fā)明還公開了一種鎖相環(huán)頻率合成器，該鎖相環(huán)頻率合成器中包括如上任一項(xiàng)的復(fù)位延時鑒頻鑒相器。通過采用上述鑒頻鑒相器器，可以有效消除鑒相死區(qū)，準(zhǔn)確驅(qū)動電荷泵，

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，在本發(fā)明的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行其他的改進(jìn)或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本發(fā)明的目的，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。