[发明专利]具有降低的VCO增益的锁相环设计

说明书

一种PLL包括接收输入信号和反馈信号并且产生控制信号的相位频率检测器(PFD)。电荷泵接收控制信号并且产生初始VCO控制。环路滤波器基于初始VCO控制生成精细VCO控制和中间输出。粗略控制电路包括：积分器，该积分器具有接收中间输出的第一输入、第二输入，并且生成粗略VCO控制；将参考电压耦合到第二输入的第一开关；对积分器的输出进行缓冲的缓冲器；以及将积分器的输出耦合到积分器的第二输入的第二开关。VCO接收精细VCO控制和粗略VCO控制，并且生成具有基于精细VCO控制和粗略VCO控制的频率的输出信号。反馈路径接收输出信号并且产生反馈信号。

技术领域

本公开涉及锁定环电路，并且特别地涉及一种锁相环(PLL)设计，其通过使用精细和粗略控制来降低其压控振荡器(VCO)的增益。

背景技术

诸如锁相环电路等锁定环路电路是无线电、无线和电信技术的基本部件。锁相环(PLL)是生成具有与输入信号的相位相关的相位的输出信号的控制系统。简单的PLL包括可变频率振荡器和相位检测器。振荡器生成周期性信号，并且相位检测器将该周期性信号的相位与参考周期性信号的相位相比较，从而调节振荡器以保持相位匹配。保持输入和输出相位相一致也可以表示保持输入和输出频率相同。因此，除了同步信号之外，PLL还可以跟踪输入频率，或者可以生成作为输入频率的倍数(或分数)的频率。

常用的可变频率振荡器是环型压控振荡器(VCO)。然而，环型VCO具有较高的增益，从而导致PLL的滤波器元件中的电阻器产生高的噪声。为了降低环形振荡器VCO的增益，一种已知的方法是利用偏置电流向环形振荡器VCO中提供恒定电流，从而降低其增益。然而，环形振荡器VCO必须能够补偿其部件的温度和老化，导致将环形振荡器VCO的增益降低限制为约一半的因子。由于可能希望将环形振荡器VCO的增益降低一半以上，所以这种已知的方法不适用于某些应用。

现在参考图1所示的电路描述另一种已知的方法。此处，锁相环100包括相位频率检测器(PFD)102，PFD 102将输入信号Fref与反馈信号Fdiv相比较，并且产生基于输入信号Fref与反馈信号Fdiv之间的相位差的误差信号UP1、DN1。当输入信号Fin的相位超前于反馈信号Fdiv的相位时，控制信号UP1以逻辑高被断言(asserted)，而控制信号DN1保持在逻辑低。相反，当输入信号Fin的相位滞后于反馈信号Fdiv的相位时，控制信号DN1以逻辑高被断言，而控制信号UP1保持在逻辑低。当输入信号Fin的相位和反馈信号Fdiv的相位相匹配时，UP1和DN1都不被断言。由于输入信号Fin的相位不能同时超前和滞后于反馈信号Fdiv的相位，所以相位频率检测器PFD将不会同时断言UP1和DN1。

电荷泵104接收控制信号UP1、DN1，并且基于控制信号UP1、DN1为VCO生成差分控制信号UP2、DN2。当UP1被断言时，电荷泵增加差分控制信号UP2、DN2之间的电压差，相对地，在DN1被断言时降低差分控制信号UP2、DN2之间的电压差。

差分控制信号UP2、DN2然后被滤波器106低通滤波，以产生用于在精细范围内控制压控振荡器(VCO)110的“精细”控制信号Vfinep和Vfinen。粗略控制框108接收精细控制信号Vfinep和Vfinen以及参考信号Vrefp和Vrefn，并且基于这些精细控制信号和参考信号来生成用于在粗略范围内控制VCO 110的“粗略”控制信号Vcoarse。精细范围的调节改变了粗略范围。粗略控制框108的更多细节将在下面给出。

精细控制信号Vfinep、Vfinen和粗略控制信号Vcoarse驱动VCO 110，VCO 110产生具有基于精细控制信号Vfinep、Vfinen和粗略控制信号Vcoarse的相位和频率的输出信号。输出信号通过分频器114被反馈回PFD 102的输入作为反馈信号Fdiv，从而产生负反馈回路。如果输出相位漂移，则控制信号UP2、DN2将相应地改变，以在相反的方向上驱动VCO 110的相位以减小误差。因此，VCO 110的输出信号的输出相位被锁定到输入信号Fref的相位。来自VCO 110的输出信号被馈送通过第二分频器112，以产生相位锁定到输入信号Fref的输出信号Fout。