一種數模雙環混合控制結構的鎖相環制造技術

本發明專利技術公開了一種數模雙環混合控制結構的鎖相環，包括：數字控制環路，模擬控制環路，環路切換控制電路，數模混合控制振蕩器和分頻器；其中：數字控制環路用于實現頻率的初步鎖定，模擬控制環路用于頻率微調和相位鎖定，環路切換控制電路用于根據模擬控制環路輸出的模擬控制信號的大小來控制數字環路和模擬環路之間的相互切換；數模混合控制振蕩器根據數字控制環路或者模擬控制環路輸出的控制信號來輸出相應的振蕩頻率，且由分頻器分頻后再輸入至數字控制環路與模擬控制環路。該鎖相環具有頻率調節范圍寬、鎖頻精度高、功耗低、面積小、設計簡單等優點。

【技術實現步驟摘要】
一種數模雙環混合控制結構的鎖相環
本專利技術涉及半導體集成電路領域，尤其涉及一種數模雙環混合控制結構的鎖相環。
技術介紹
鎖相環(PhaseLockedLoop,PLL)作為集成電路芯片中的一個基本功能宏單元，被廣泛用作無線通訊和微處理器以及數字系統的時鐘電路。為適應工藝提升和應用系統頻率范圍的拓寬，人們一直在不斷針對鎖相環的工作頻率和鎖頻范圍、功耗、噪聲特性、鎖定速度、芯片面積、工藝成本和設計成本等方面進行改進。對鎖相環電路的研究主要包含兩個方面，一方面在原有PLL結構的基礎上探索出了很多新穎的、性能優越的子電路模塊結構，主要體現在新型鑒頻鑒相器、電荷泵和壓控振蕩器的設計上：另一方面，鎖相環路也不再局限于傳統電荷泵鎖相環(ChargePumpPhaseLockedLoop,CPPLL)結構，延遲鎖相環DLL(DelayLockedLoop)、數字鎖相環(DigitalPhaseLockedLoop,DPLL)，全數字鎖相環(ADPLL)等新結構不斷涌現。隨著CMOS工藝特征尺寸的不斷減小，大大提高了集成電路的設計復雜度，傳統的設計方法難以滿足高性能、低功耗、低成本、短周期等要求。電路單元模塊化和可重用的設計理念打破了傳統設計方法的局限，提高了電路設計效率。工藝的發展和集成度的提高使系統最高時鐘達到了吉赫茲以上量級，應用系統有不同數量級的時鐘頻率要求。數字鎖相環雖然適應很大的頻率范圍，但由于環路由離散的數字信號控制，存在頻率鎖定精度低的缺點；而傳統的模擬鎖相環鎖定精度高但存在鎖定頻率范圍窄的缺點。目前，一個既能適應寬頻率范圍又達到較高頻率精度的鎖相環，總是存在著諸如電路復雜度高、面積大或功耗大等不同種類的缺點。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種數模雙環混合控制結構的鎖相環，具有頻率調節范圍寬、鎖頻精度高、功耗低、面積小、設計簡單等優點。本專利技術的目的是通過以下技術方案實現的：一種數模雙環混合控制結構的鎖相環，包括：數字控制環路，模擬控制環路，環路切換控制電路，數模混合控制振蕩器和分頻器；其中：數字控制環路用于實現頻率的初步鎖定，模擬控制環路用于頻率微調和相位鎖定，環路切換控制電路用于根據模擬控制環路輸出的模擬控制信號的大小來控制數字環路和模擬環路之間的相互切換；數模混合控制振蕩器根據數字控制環路或者模擬控制環路輸出的控制信號來輸出相應的振蕩頻率，且由分頻器分頻后再輸入至數字控制環路與模擬控制環路。所述數字控制環路包括：前置低頻分頻器、鑒頻器、數字環路開關與數字濾波器；其中：所述前置低頻分頻器分別與鑒頻器以及數字濾波器相連，鑒頻器、數字環路開關與數字濾波器依次相連；所述前置低頻分頻器對輸入參考時鐘信號fref分頻，產生fs信號用作鑒頻器和數字濾波器的工作時鐘；所述鑒頻器將輸入參考信號fref和分頻器的反饋信號fb的頻率差轉化成數字信號Xn，當數字環路開關導通時，所述數字濾波器對輸入的數字信號Xn進行濾波處理，輸出數字控制信號Yn來控制數模混合控制振蕩器的振蕩頻率。所述模擬控制環路包括：依次連接的鑒頻鑒相器、電荷泵與模擬濾波器。所述環路切換控制電路用于根據模擬控制環路輸出的控制信號的大小來控制數字環路和模擬環路之間的相互切換包括：模擬控制環路檢測模擬控制環路輸出的模擬控制信號Va，當Va小于Vn或Va大于Vp，其中Vn與Vp均為預設值，且Vn<Vp，則輸出數字控制環路的控制信號EN為有效電平，使得數字控制環路中的數字環路開關導通，此時數字控制環路工作，模擬控制環路斷開，數模混合控制振蕩器的模擬控制信號V被置為Vn或Vp；當數字控制環路控制，使反饋信號fb頻率鎖定到接近參考信號fref頻率的范圍后，模擬控制信號Va會被調節到大于Vn且小于Vp的范圍內，此時輸出數字控制環路的控制信號EN會變為無效電平，數字控制環路斷開，數字控制環路中數字濾波器輸出的數字控制信號Yn將保持不變，同時數模混合控制振蕩器的模擬控制信號端通過被開啟的傳輸門連接到Va。所述環路切換控制電路包括：第一與第二比較器、傳輸門、反相器、與門、PMOS管以及NMOS管；其中：第一比較器的同相輸入端接偏置輸入電壓信號Vp，反相輸入端接模擬控制環路輸出的模擬控制信號Va，輸出端輸出Vp與Va的比較結果；第二比較器的同相輸入端接偏置輸入電壓信號Vn，反相輸入端接模擬控制環路輸出的模擬控制信號Va，輸出端輸出Vn與Va的比較結果；傳輸門的輸入端接模擬控制環路輸出的模擬控制信號Va，輸出接數模混合控制振蕩器以控制信號V，正相控制端接第一比較器的輸出，反相控制端接第二比較器cmp2的輸出；所述反相器的輸入端接第二比較器的輸出，輸出端接所述與門的一個輸入；與門的另一個輸入接第一比較器的輸出，與門輸出為數字控制環路的控制信號EN，控制數字控制環路中的數字環路開關；PMOS管源極接偏置輸入電壓信號Vp，柵極接第一比較器的輸出，漏極與所述NMOS管的漏極接接數模混合控制振蕩器的模擬控制電壓V；所述NMOS管的柵極接第二比較器的輸出，源極接偏置輸入電壓信號Vn。所述數模混合控制振蕩器包括一個解碼器和四個全差分的延遲單元；其中，所述解碼器的輸入接模擬控制環路輸出的數字信號Yn，解碼后輸出的數字控制信號D0、D1、D2、……、D4n+3輸入至相應的延遲單元；第一延遲單元、第二延遲單元、第三延遲單元完全相同，均為雙端輸入雙端輸出，延遲時間只受數字控制信號控制；第四延遲單元的延遲時間受數字控制信號和模擬控制信號混合控制；所述第一延遲單元的正相輸入Vi+接第四延遲單元的正相輸出Vo+，反相輸入Vi-接第四延遲單元的反相輸出Vo-；正相輸出O+接第二延遲單元的反相輸入Vi-，反相輸出Vo-接第二延遲單元的正相輸出Vi+；數字控制信號端口C0、C1、……、Cn分別接數字控制信號D0、D4、……、D4n信號；第二延遲單元的正相輸出Vo+接第三延遲單元的反相輸入Vi-，反相輸出Vo-接第三延遲單元的正相輸出Vi+；數字控制信號端口C0、C1、……、Cn分別接數字控制信號D1、D5、……、D4n+1；第三延遲單元的正相輸出Vo+接第四延遲單元的反相輸入Vi-，反相輸出Vo-接第四延遲單元的正相輸出Vi+；數字控制信號端口C0、C1、……、Cn分別接數字控制信號D2、D6、……、D4n+2；第四延遲單元的數字控制信號端口C0、C1、……、Cn分別接數字控制信號D3、D7、……、D4n+3，模擬信號控制端口Vc接環路切換控制電路輸出的模擬控制信號。所述第一延遲單元、第二延遲單元、第三延遲單元以及第四延遲單元均包括：第一與第二PMOS管、第一與第二NMOS管，以及數字信號控制單元；其中：第一與第二PMOS管，以及第一與第二NMOS管組成差分反相器；第一PMOS管和第二PMOS管的源極接電源電壓VDD，第一PMOS管的柵極接正相輸入端Vi+，第二PMOS管的柵極接反相輸入端Vi-，第一PMOS管的漏極、第一NMOS管的漏極與第二NMOS管的柵極一起連接到反相輸出端Vo-，第二PMOS管的漏極、第二NMOS管的漏極與第一NMOS管的柵極一起接到正相輸出Vo+，第一NMOS管和第二NMOS管的源極接地GND；數字信號控制單元由2n個NMOS管和2n個電容組成，一個NMOS管與一個電容本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種數模雙環混合控制結構的鎖相環，其特征在于，包括：數字控制環路，模擬控制環路，環路切換控制電路，數模混合控制振蕩器和分頻器；其中：數字控制環路用于實現頻率的初步鎖定，模擬控制環路用于頻率微調和相位鎖定，環路切換控制電路用于根據模擬控制環路輸出的模擬控制信號的大小來控制數字環路和模擬環路之間的相互切換；數模混合控制振蕩器根據數字控制環路或者模擬控制環路輸出的控制信號來輸出相應的振蕩頻率，且由分頻器分頻后再輸入至數字控制環路與模擬控制環路。

【技術特征摘要】
1.一種數模雙環混合控制結構的鎖相環，其特征在于，包括：數字控制環路，模擬控制環路，環路切換控制電路，數模混合控制振蕩器和分頻器；其中：數字控制環路用于實現頻率的初步鎖定，模擬控制環路用于頻率微調和相位鎖定，環路切換控制電路用于根據模擬控制環路輸出的模擬控制信號的大小來控制數字環路和模擬環路之間的相互切換；數模混合控制振蕩器根據數字控制環路或者模擬控制環路輸出的控制信號來輸出相應的振蕩頻率，且由分頻器分頻后再輸入至數字控制環路與模擬控制環路。2.根據權利要求1所述的一種數模雙環混合控制結構的鎖相環，其特征在于，所述數字控制環路包括：前置低頻分頻器、鑒頻器、數字環路開關與數字濾波器；其中：所述前置低頻分頻器分別與鑒頻器以及數字濾波器相連，鑒頻器、數字環路開關與數字濾波器依次相連；所述前置低頻分頻器對輸入參考時鐘信號fref分頻，產生fs信號用作鑒頻器和數字濾波器的工作時鐘；所述鑒頻器將輸入參考信號fref和分頻器的反饋信號fb的頻率差轉化成數字信號Xn，當數字環路開關導通時，所述數字濾波器對輸入的數字信號Xn進行濾波處理，輸出數字控制信號Yn來控制數模混合控制振蕩器的振蕩頻率。3.根據權利要求1所述的一種數模雙環混合控制結構的鎖相環，其特征在于，所述模擬控制環路包括：依次連接的鑒頻鑒相器、電荷泵與模擬濾波器。4.根據權利要求1所述的一種數模雙環混合控制結構的鎖相環，其特征在于，所述環路切換控制電路用于根據模擬控制環路輸出的控制信號的大小來控制數字環路和模擬環路之間的相互切換包括：模擬控制環路檢測模擬控制環路輸出的模擬控制信號Va，當Va小于Vn或Va大于Vp，其中Vn與Vp均為預設值，且Vn<Vp，則輸出數字控制環路的控制信號EN為有效電平，使得數字控制環路中的數字環路開關導通，此時數字控制環路工作，模擬控制環路斷開，數模混合控制振蕩器的模擬控制信號V被置為Vn或Vp；當數字控制環路控制，使反饋信號fb頻率鎖定到接近參考信號fref頻率的范圍后，模擬控制信號Va會被調節到大于Vn且小于Vp的范圍內，此時輸出數字控制環路的控制信號EN會變為無效電平，數字控制環路斷開，數字控制環路中數字濾波器輸出的數字控制信號Yn將保持不變，同時數模混合控制振蕩器的模擬控制信號端通過被開啟的傳輸門連接到Va。5.根據權利要求1或4所述的一種數模雙環混合控制結構的鎖相環，其特征在于，所述環路切換控制電路包括：第一與第二比較器、傳輸門、反相器、與門、PMOS管以及NMOS管；其中：第一比較器的同相輸入端接偏置輸入電壓信號Vp，反相輸入端接模擬控制環路輸出的模擬控制信號Va，輸出端輸出Vp與Va的比較結果；第二比較器的同相輸入端接偏置輸入電壓信號Vn，反相輸入端接模擬控制環路輸出的模擬控制信號Va，輸出端輸出Vn與Va的比較結果；傳輸門的輸入端接模擬控制環路輸出的模擬控制信號Va，輸出接數模混合控制振蕩器以控制信號V，正相控制端接第一比較器的輸出，反相控制端接第二比較器cmp2的輸出；所述反相器的輸入端接第二比較器的輸出，輸出端接所述與門的一個輸入；與門的另一個輸入接第一比較器的輸出，與門輸出為數字控制環路的控制信號EN，控制數字控制環路中的數字環路開關；PMOS管源極接偏置輸入電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：程立，黃魯，
申請(專利權)人：中國科學技術大學，
類型：發明
國別省市：安徽,34