一種寬帶低相位噪聲Sigma-Delta鎖相環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000?]本發(fā)明屬于射頻集成電路設(shè)計領(lǐng)域，涉及一種寬帶低相位噪聲Sigma-De Ita鎖相環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]頻率合成器就是將一個或多個高穩(wěn)定度和高精度的參考頻率經(jīng)過加、減、乘、除等運算后產(chǎn)生同樣穩(wěn)定度和精度的大量離散頻率的器件。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，萬兆以太網(wǎng)、高速SERDES、雷達(dá)、無線通信、電子對抗等電子系統(tǒng)對頻率合成器提出了越來越高的要求。寬帶、低噪聲、低抖動和高分辨率小數(shù)分頻頻率合成器可以提高頻率利用率，降低通信誤碼率，提高系統(tǒng)的抗干擾能力和雷達(dá)對動目標(biāo)的分辨能力。在國外，頻率合成器技術(shù)已發(fā)展得很成熟，出現(xiàn)了系列單片集成頻率合成器芯片，而國內(nèi)還主要采用分立器件完成頻率合成功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種寬帶低相位噪聲Sigma-Delta鎖相環(huán)，該電路包含小數(shù)分頻器、寬帶壓控振蕩器和Sigma-Delta量化噪聲補償器，可以保證鎖相環(huán)在較寬的頻率范圍內(nèi)具有較低的相位噪聲并具有較高的頻率分辨率。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0005]—種寬帶低相位噪聲Sigma-Delta鎖相環(huán)，其特殊之處在于:包括參考時鐘分頻器Ml、鑒頻鑒相器M2、電荷栗M3、壓控振蕩器M4、環(huán)路濾波器M8、雙模分頻器Mll和可編程分頻器 Ml O;
[0006]參考時鐘分頻器Ml的輸入端接參考時鐘信號，所述所述鑒頻鑒相器的一個輸入端接參考時鐘分頻器發(fā)送的分頻時鐘信號，另一個輸入端接壓控振蕩器的輸出信號經(jīng)過雙模預(yù)分頻器和可編程分頻器得到的分頻信號，進(jìn)行相位比較后，得到的相位差經(jīng)過電荷栗和環(huán)路濾波器的處理，控制壓控振蕩器的輸出頻率。
[0007]還包括Sigma-Delta調(diào)制器M5、累加器M16和量化噪聲補償模塊M6，Sigma-Delta調(diào)制器M5和累加器M16產(chǎn)生一個對應(yīng)與小數(shù)分頻比的分頻數(shù)控制可編程分頻器M10，量化噪聲補償器M6對Sigma-Delta調(diào)制器M5的噪聲在控制過程中所產(chǎn)生的量化噪聲進(jìn)行補償和量化。
[0008]還包括壓控振蕩器校準(zhǔn)模塊M7，所述壓控振蕩器校準(zhǔn)模塊M7根據(jù)可編程分頻器MlO和參考時鐘分頻器Ml的信號，調(diào)整壓控振蕩器的震蕩頻率。
[0009]還包括本振控制單元，所述本振控制單元包括可編程分頻器M9、多路選擇器M14和本振驅(qū)動器M15，所述可編程分頻器M9的輸入端與壓控振蕩器M4連接，所述可編程分頻器M9的輸出端與多路選擇器M14的輸入端和雙模分頻器Mll連接，所述多路選擇器M14的輸出端與本振驅(qū)動器Ml 5的輸入端連接，所述本振驅(qū)動器Ml 5輸出端為本振輸出。
[0010]上述壓控振蕩器為寬帶壓控振蕩器。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點如下:
[0012]1、本發(fā)明提供的一種寬帶低相位噪聲Sigma-Delta鎖相環(huán)，采用Sigma-Delta小數(shù)分頻和量化噪聲補償技術(shù)，提高了鎖相環(huán)的頻率分辨率，減小參考雜散，提高相位噪聲性會K。
[0013]2、本發(fā)明的環(huán)路包含小數(shù)分頻器、壓控振蕩器自動校準(zhǔn)、寬帶壓控振蕩器和Sigma-Delta量化噪聲補償器，可以保證鎖相環(huán)在較寬的頻率范圍內(nèi)具有較低的相位噪聲并具有較高的頻率分辨率?？蓱?yīng)用在萬兆以太網(wǎng)、高速SERDES、雷達(dá)、無線通信、電子對抗等電子系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中。
[0014]3、采用了參考時鐘分頻器，可以實現(xiàn)鑒頻鑒相器的輸入頻率可編程，以利于采用不同的參考頻率，提尚電路性能。
[0015]4、本發(fā)明采用Sigma-Delta調(diào)制器和量化噪聲補償模塊，減小了參考雜散，提高了鎖相環(huán)的相位噪聲。采用壓控振蕩器校準(zhǔn)技術(shù)，實現(xiàn)了壓控振蕩器的振蕩頻率的自動校準(zhǔn)。采用的寬帶壓控振蕩器，結(jié)合小數(shù)分頻器，增大了鎖相環(huán)的頻率覆蓋范圍。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的方法的電路實現(xiàn)圖；
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地表述。
[0018]經(jīng)典的鎖相環(huán)路由參考時鐘分頻器M1、鑒頻鑒相器M2、電荷栗M3、壓控振蕩器M4、環(huán)路濾波器M8、雙模分頻器Ml I和可編程分頻器MlO構(gòu)成，該環(huán)路完成鎖相功能。
[0019]量化噪聲補償器M6產(chǎn)生的量化噪聲經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器M12，將量化噪聲加到壓控振蕩器M4的輸入端。
[0020]Sigma-Delta調(diào)制器M5和累加器M16產(chǎn)生一個對應(yīng)與小數(shù)分頻比的分頻數(shù)控制可編程分頻器M10，同時量化噪聲補償器M6對Sigma-Delta調(diào)制器M5的噪聲進(jìn)行補償，提高了鎖相環(huán)的頻率分辨率、降低了參考雜散，并優(yōu)化了相位噪聲。
[0021]壓控振蕩器的自動校準(zhǔn)模塊M7根據(jù)可編程分頻器MlO和參考頻率分頻器Ml的信號，調(diào)整壓控振蕩器的震蕩頻率，可實現(xiàn)鎖相環(huán)的快速鎖定。
?0022] 本發(fā)明提供一種寬帶低相位噪聲Sigma-Delta鎖相環(huán):
[0023]I)參考時鐘分頻器Ml、鑒頻鑒相器M2、電荷栗M3、壓控振蕩器Μ4、環(huán)路濾波器Μ8、雙模分頻器Ml I和可編程分頻器MlO構(gòu)成鎖相環(huán)路，完成基本的鎖頻鎖相功能。
[0024]2)Sigma-Delta調(diào)制器Μ5、累加器Μ16、量化噪聲補償器Μ6、可編程分頻器Μ10、雙模預(yù)分頻和模數(shù)轉(zhuǎn)換器M12完成Sigma-Delta小數(shù)分頻和量化噪聲補償。提高了鎖相環(huán)的頻率分辨率，減小參考雜散，提高相位噪聲性能。
[0025]3)壓控振蕩器的自動校準(zhǔn)模塊M7根據(jù)可編程分頻器MlO和參考頻率分頻器Ml的信號，調(diào)整壓控振蕩器的震蕩頻率，可實現(xiàn)鎖相環(huán)的快速鎖定。
[0026]工作原理:
[0027]本發(fā)明電路依托基本的鎖相環(huán)環(huán)路的工作原理，在此基礎(chǔ)上增加了預(yù)分頻、量化噪聲補償、Sigma-Delta調(diào)制器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)了小數(shù)分頻和噪聲整形功能;增加的壓控振蕩器校準(zhǔn)模塊和控制電壓校準(zhǔn)模塊實現(xiàn)了壓控振蕩器頻率的自動校準(zhǔn);增加的可編程分頻器M9和多路選擇器使得鎖相環(huán)可以滿足多協(xié)議SerDes對鎖相環(huán)的不同需求。
[0028]該鎖相環(huán)路按功能可以分為三個部分。首先，主環(huán)路部分，包括鑒頻鑒相器，電荷栗，環(huán)路濾波器，壓控振蕩器，雙模預(yù)分頻器，可編程分頻器，以及Sigma-Del ta調(diào)制器和量化噪聲補償模塊。這部分用來完成鎖相環(huán)的穩(wěn)定頻率輸出功能。參考時鐘信號經(jīng)過參考時鐘分頻器的信號，與壓控振蕩器的輸出經(jīng)過雙模預(yù)分頻和可編程分頻得到的信號進(jìn)行相位比較，得到的相位差經(jīng)過電荷栗和環(huán)路濾波器的處理，控制壓控振蕩器的輸出頻率。Sigma-Delta調(diào)制器通過調(diào)整可編程分頻器的分頻比，并借由環(huán)路的反饋特性，來控制壓控振蕩器的輸出頻率，使其穩(wěn)定于所需的值。量化噪聲補償模塊用來抵消Sigma-Delta調(diào)制器在控制環(huán)路行為的過程中所產(chǎn)生的量化噪聲，有助于提高電路的噪聲性能。
[0029]第二部分是壓控振蕩器的校準(zhǔn)部分，包括控制電壓校準(zhǔn)模塊和壓控振蕩器校準(zhǔn)模塊。它們的作用是使鎖相環(huán)的主環(huán)路斷開，直接控制壓控振蕩器的輸出頻率。該頻率能保證在閉合環(huán)路之后，鎖相環(huán)的主環(huán)路可以自行鎖定。這一過程的目的是加快主環(huán)路的穩(wěn)定速度。
[0030]第三部分是本振控制部分，包括可編程分頻器M9，多路選擇器和本振驅(qū)動級。該部分的作用是，對主環(huán)路的輸出信號頻率進(jìn)行分頻，并增強輸出信號的驅(qū)動能力，以滿足輸出的頻率范圍要求和傳輸要求。
[0031]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離
[0032]本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種寬帶低相位噪聲Sigma-Delta鎖相環(huán)，其特征在于:包括參考時鐘分頻器(Ml)、鑒頻鑒相器(M2)、電荷栗(M3)、壓控振蕩器(M4)、環(huán)路濾波器(M8)、雙模分頻器(Mil)和可編程分頻器(MlO); 參考時鐘分頻器(Ml)的輸入端接參考時鐘信號，所述鑒頻鑒相器的一個輸入端接參考時鐘分頻器發(fā)送的分頻時鐘信號，另一個輸入端接壓控振蕩器的輸出信號經(jīng)過雙模預(yù)分頻器和可編程分頻器得到的分頻信號，進(jìn)行相位比較后，得到的相位差經(jīng)過電荷栗和環(huán)路濾波器的處理，控制壓控振蕩器的輸出頻率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶低相位噪聲Sigma-DeIta鎖相環(huán)，其特征在于:還包括Sigma-Delta調(diào)制器(M5)、累加器(M16)和量化噪聲補償模塊(M6)，Sigma-Delta調(diào)制器(M5)和累加器(M16)產(chǎn)生一個對應(yīng)與小數(shù)分頻比的分頻數(shù)控制可編程分頻器(MlO)，量化噪聲補償器(M6)對Sigma-Delta調(diào)制器(M5)的噪聲在控制過程中所產(chǎn)生的量化噪聲進(jìn)行補償和量化。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的寬帶低相位噪聲Sigma-Delta鎖相環(huán)，其特征在于:還包括壓控振蕩器校準(zhǔn)模塊(M7)，所述壓控振蕩器校準(zhǔn)模塊(M7)根據(jù)可編程分頻器(MlO)和參考時鐘分頻器(Ml)的信號，調(diào)整壓控振蕩器的震蕩頻率。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬帶低相位噪聲Sigma-Delta鎖相環(huán)，其特征在于:還包括本振控制單元，所述本振控制單元包括可編程分頻器(M9)、多路選擇器(M14)和本振驅(qū)動器(M15)，所述可編程分頻器(M9)的輸入端與壓控振蕩器(M4)連接，所述可編程分頻器(M9)的輸出端與多路選擇器(M14)的輸入端和雙模分頻器(Mll)連接，所述多路選擇器(M14)的輸出端與本振驅(qū)動器(Ml 5)的輸入端連接，所述本振驅(qū)動器(Ml 5)輸出端為本振輸出。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶低相位噪聲Sigma-Delta鎖相環(huán)，其特征在于:所述壓控振蕩器為寬帶壓控振蕩器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種寬帶低相位噪聲Sigma-Delta鎖相環(huán)，包括參考時鐘分頻器、鑒頻鑒相器、電荷泵、壓控振蕩器、環(huán)路濾波器、雙模分頻器和可編程分頻器；參考時鐘分頻器的輸入端接參考時鐘信號，鑒頻鑒相器的一個輸入端接參考時鐘分頻器發(fā)送的分頻時鐘信號，另一個輸入端接壓控振蕩器的輸出信號經(jīng)過雙模預(yù)分頻器和可編程分頻器得到的分頻信號，進(jìn)行相位比較后，得到的相位差經(jīng)過電荷泵和環(huán)路濾波器的處理，控制壓控振蕩器的輸出頻率。該電路包含小數(shù)分頻器、寬帶壓控振蕩器和Sigma-Delta量化噪聲補償器，可以保證鎖相環(huán)在較寬的頻率范圍內(nèi)具有較低的相位噪聲并具有較高的頻率分辨率。
【IPC分類】H03L7/099
【公開號】CN105577178
【申請?zhí)枴緾N201510925835
【發(fā)明人】邵剛, 龍強, 王晉, 蔡葉芳, 呂俊盛, 唐龍飛
【申請人】中國航空工業(yè)集團公司西安航空計算技術(shù)研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月11日