減少分?jǐn)?shù)n鎖相環(huán)中瞬時響應(yīng)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用來減少鎖相環(huán)（PLL）（100）中瞬時響應(yīng)的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括適配模式電荷泵（204）、普通模式電荷泵（206）和使用受控微電流（208）、（210）應(yīng)用于那些電荷泵上以使PLL（100）的瞬時響應(yīng)最小化。
【專利說明】減少分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)中瞬時響應(yīng)的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請是國際申請日為2006年5月12日、國際申請?zhí)枮镻CT/US2006/018713的PCT國際申請的、進(jìn)入中國國家階段的國家申請?zhí)枮?00680018218.3、題為“減少分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)中瞬時響應(yīng)的系統(tǒng)和方法”的專利申請的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明一般涉及鎖相環(huán)，更具體地涉及減少在這類環(huán)路中使用的頻率合成器電荷泵中產(chǎn)生的瞬時響應(yīng)。
【背景技術(shù)】
[0003]鎖相環(huán)(PLL)電路被應(yīng)用于高速通信設(shè)備和電子測試儀器以在精確和穩(wěn)定的頻率上生成連續(xù)波信號。鎖相環(huán)電路通常包括參考頻率、合成器和壓控振蕩器(VC0)。兩種已知在PLL電路中使用的合成器是整數(shù)N合成器和分?jǐn)?shù)N合成器。整數(shù)N合成使用全體整數(shù)來合成參考頻率，所以與分?jǐn)?shù)N合成相比，提供了較粗的分辨率，分?jǐn)?shù)N合成為更細(xì)的分辨率使用分?jǐn)?shù)級別。
[0004]在高速通信設(shè)備的設(shè)計(jì)中，減少PLL電路中的鎖定時間一直是至關(guān)重要的。一種減少鎖定時間的技術(shù)包括在分?jǐn)?shù)N合成器中使用常(速)電荷泵和更快(速)電荷泵以提供更快速的信號捕捉。遺憾地是，使用兩種不同的電荷泵產(chǎn)生了切換(transition)，也被稱為切換干擾(glitch)，這會對鎖定時間產(chǎn)生不利的影響。所以，需要最小化或消除切換干擾，這將提高分?jǐn)?shù)N鎖相環(huán)的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]本發(fā)明通過實(shí)例來說明并且不受限于附圖，附圖中相似的標(biāo)識符號指示相似的單元，并且其中:
[0006]圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的鎖相環(huán)(PLL)的框圖；
[0007]圖2是說明根據(jù)本發(fā)明的圖1的電荷泵的框圖；并且
[0008]圖3是根據(jù)本發(fā)明的用來使鎖相環(huán)中瞬時響應(yīng)最小化的方法的流程圖；并且 圖4說明了用于適配和普通模式工作的信號時序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]提供本公開，對做出和使用根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的最佳模式進(jìn)行進(jìn)一步、可用方式的解釋。本公開用于增強(qiáng)對本發(fā)明的發(fā)明原理和有利點(diǎn)的理解和評價，而不是以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明僅由所附的權(quán)利要求(包括在本申請未結(jié)案期間的任何修改)以及授權(quán)的權(quán)利要求的所有等同物所限定。
[0010]進(jìn)一步說明的是，相關(guān)術(shù)語(如果有的話)，例如第一和第二、頂部和底部等，僅用來將一個實(shí)體或動作與其他相區(qū)別，并不一定要求或意指這類實(shí)體或動作之間的任何實(shí)際關(guān)系或順序。[0011]簡單地說，根據(jù)本發(fā)明，這里提供了用來減少鎖相環(huán)(PLL)中的瞬時響應(yīng)的系統(tǒng)和方法。按本發(fā)明構(gòu)成的PLL包括分?jǐn)?shù)N合成器，其中，該合成器包括提供適配電荷泵工作模式和普通電荷泵工作模式的電荷泵。在每種工作模式期間，選擇性地在預(yù)定的時間段加上微電流(trickle current),使鎖定時間最小化并使PLL響應(yīng)線性化。
[0012]圖1是說明按本發(fā)明工作的鎖相環(huán)(PLL)IOO的框圖。PLL100包括參考源118、分?jǐn)?shù)-N合成器120、環(huán)路濾波器106和生成VCO輸出114的壓控振蕩器(VCO) 108。分?jǐn)?shù)-N合成器由相位檢測器102、電荷泵104、以及具有Σ-Λ調(diào)制器功能的環(huán)路除法器110所組成。根據(jù)本發(fā)明，電荷泵104同時提供鎖定時間的減少和對PLL100的線性化。
[0013]圖2是說明既有適配模式電荷泵204又有普通模式電荷泵206的電荷泵104的框圖。第一微電流源208用來將電流加到適配模式電荷泵204上，并且第二微電流源210用來將電流加到普通模式電荷泵206上。適配模式的持續(xù)時間由計(jì)時器所控制，這樣將參考和反饋頻率信號112、116以寬環(huán)路帶寬形式進(jìn)行相位鎖定。在PLL100從適配模式中切換出來并進(jìn)入普通模式后，環(huán)路帶寬變得更窄，使得頻譜噪聲減少。在適配模式電荷泵204工作期間，普通模式電荷泵206可能工作或不工作。
[0014]同時參考圖1和圖2，相位檢測器102接收兩路輸入信號:參考頻率信號112和反饋頻率信號116。相位檢測器102將反饋頻率信號116的相位與參考頻率信號112的相位相比較。如果反饋頻率信號116的相位領(lǐng)先于參考頻率信號112的相位，相位檢測器102產(chǎn)生寬度與相位差成比例的下降信號脈沖。電荷泵輸出105通過環(huán)路濾波器106進(jìn)行濾波。電荷泵104用寬度與下降信號脈沖相似的吸入電流(sink current)脈沖101對來自于相位檢測器102的下降信號脈沖進(jìn)行響應(yīng)。環(huán)路濾波器106用與吸入電流脈沖中的電荷量成比例的電壓下降的增加對吸入電流脈沖101進(jìn)行響應(yīng)，這又使得VC0108的輸出頻率下降，于是就將反饋頻率源的相位 拉得更接近于參考頻率源112的相位。
[0015]另一方面，如果反饋頻率信號116的相位滯后于參考頻率信號112的相位，相位檢測器102產(chǎn)生寬度與相位差成比例的上升信號脈沖。電荷泵104用寬度與上升信號脈沖相似的源電流脈沖103響應(yīng)來自于相位檢測器102的上升信號脈沖。環(huán)路濾波器106用與源電流脈沖之中電荷量成比例的電壓上升的增加對電荷泵104的源電流脈沖103進(jìn)行響應(yīng)，這又使得VC0108的輸出頻率上升，于是將反饋頻率信號116的相位推得更接近于參考頻率信號112的相位。這種將反饋頻率源的相位拉和推得更接近于參考頻率源112相位的過程一直持續(xù)到平均相位差變得小得可以忽略不計(jì)為止。
[0016]在適配工作模式中，高上升和下降電流流過適配模式電荷泵204。在普通工作模式中，低上升和下降電流流過普通模式電荷泵206。由適配模式電荷泵204產(chǎn)生的上升和下降電流的幅度要大于由普通模式電荷泵206產(chǎn)生的上升和下降電流。通過計(jì)時器或其他計(jì)時控制裝置對適配模式和普通模式的持續(xù)時間進(jìn)行編程。在預(yù)定的時間段內(nèi)將微電流選擇性施加于每個電荷泵，提供了在適配模式期間的寬環(huán)路帶寬和更快鎖定時間以及在普通模式期間的窄環(huán)路帶寬和較低頻譜噪聲的有利點(diǎn)。
[0017]除法器110的Σ-Λ調(diào)制器功能獲得具有分?jǐn)?shù)(分?jǐn)?shù)N)部分的時間平均除數(shù)。Σ-Δ調(diào)制器的階決定除法器110的輸出116產(chǎn)生的噪聲頻譜形態(tài)如何。
[0018]在運(yùn)行中，加在適配模式電荷泵206之上的第一微電流優(yōu)選地與適配模式電荷泵206的峰值電流成比例，并且在整個適配時間上隨時變化。加到普通模式電荷泵204的第二微電流的幅度優(yōu)選地與普通模式電荷泵204的峰值成比例。微電流與峰值電流的比例取決于除法器110的Σ-Λ調(diào)制器部分的階和實(shí)現(xiàn)的平均除數(shù)。
[0019]圖3說明根據(jù)本發(fā)明的用來使PLL100中的瞬時響應(yīng)最小化的方法的流程圖。在步驟302和304，相位檢測器102接收來自參考源118的參考頻率信號和來自環(huán)路除法器110的反饋頻率信號。在步驟306，適配和延時計(jì)時器啟動。在步驟308，啟用電荷泵104的適配模式部分，并且在步驟310將延時計(jì)時器與預(yù)定的計(jì)時門限相比較。適配模式電荷泵保持啟用直到如延時計(jì)時器之類的時間到期。一旦在步驟310超過延時計(jì)時器門限，在步驟312將微電流加到適配模式電荷泵之上。
[0020]在步驟312當(dāng)將微電流加到適配模式電荷泵上時，將適配計(jì)時器與預(yù)定的計(jì)時門限相比較。適配模式微電流將持續(xù)加到適配電荷泵之上直到適配計(jì)時器到期為止。一旦在步驟314時間段到期，在步驟316將適配模式電荷泵和適配模式微電流斷開。作為對適配模式電荷泵和適配模式微電流斷開的響應(yīng)，在步驟318，將普通模式電荷泵接通并加上普通模式微電流。
[0021]適配模式微電流和普通模式微電流的延時和選擇性施加，在保持線性的同時，顯著減少了 PLL100的相位鎖定時間。因此實(shí)現(xiàn)了適配到普通模式的切換干擾的減少。圖4說明的時序圖400總結(jié)了用于適配和普通模式工作的時序切換。在404啟用適配模式電荷泵402用于預(yù)定適配時間406。當(dāng)預(yù)定延時408到期時，在412將第一微電流410 (適配模式微電流)施加于適配模式電荷泵。在適配時間406到期時，將第一微電流斷開，通過在420將第二 (普通模式)微電流418施加到普通電荷泵414上(情形1)，從而在416將PLL切換到普通模式工作。可選地(情形2)，在424，在與有第二微電流426在428施加到適配模式電荷泵402上相同的時刻404，可將普通電荷泵422接通。于是，在適配時間406的開始或結(jié)束時可啟用普通電荷 泵。在每種情形中，將適配電荷泵接通并將施加適配微電流延時。
[0022]相應(yīng)地，將第一和第二微電流分別加到適配模式電荷泵204和普通模式電荷泵206上是有益于減少瞬時響應(yīng)的有效工具。將第一 /適配微電流加到適配模式電荷泵204的應(yīng)用優(yōu)化了 PLL系統(tǒng)的鎖定時間。將第二微電流加到普通模式電荷泵206使相位檢測器/電荷泵線性化以便在分?jǐn)?shù)-N合成器之中使用并使第一微電流的任何有害影響最小化。
[0023]本公開希望解釋如何實(shí)現(xiàn)和使用根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例，而不是限制本發(fā)明真正、預(yù)定和合理的范圍和精神。以上的敘述不是用來窮盡或限制本發(fā)明為公開的確定形式。依照以上教導(dǎo)進(jìn)行修改和變化是可能的。實(shí)施例被選擇和描述用來提供對本發(fā)明原理和實(shí)際應(yīng)用的最好解釋，并使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員按符合預(yù)期特定用途那樣以各種實(shí)施例和各種修改來使用本發(fā)明。所有這些修改和變化是在由所附權(quán)利要求(這些權(quán)利要求在本專利申請的未結(jié)案期內(nèi)可能修改)以及所有根據(jù)它們被合理、合法和公正授權(quán)的范圍來解釋的等同物所確定的發(fā)明范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種包括電荷泵的鎖相環(huán)(PLL)，所述電荷泵包括: 適配模式電荷泵，其在具有由第一微電流源加上的第一微電流之前，在第一預(yù)定時間段啟用； 在第二預(yù)定時間段到期時將所述第一微電流斷開并停用所述適配模式電荷泵；以及 普通模式電荷泵，具有由第二微電流源加上的第二微電流。
2.如權(quán)利要求1所述的PLL，其中，將所述第一微電流加到所述適配模式電荷泵上使所述PLL的相位鎖定時間最小化。
3.如權(quán)利要求1所述的PLL，其中，將所述第二微電流加到所述普通模式電荷泵上使所述PLL線性化。
4.如權(quán)利要求1所述的PLL，進(jìn)一步包括: 相位檢測器； 環(huán)路濾波器，所述環(huán)路濾波器耦合到所述電荷泵； 耦合到所述環(huán)路濾波器的壓控振蕩器(VCO)； 在所述VCO和所述相位檢測器之間提供反饋的除法器；以及 第一計(jì)時器，用 于在所述第一預(yù)定時間段使所述第一微電流延遲施加于所述適配模式電荷泵；以及 第二計(jì)時器，用于設(shè)定所述第二預(yù)定時間段，以此停用所述適配模式電荷泵和第一微電流。
5.一種使分?jǐn)?shù)-N鎖相環(huán)(PLL)中的瞬時響應(yīng)最小化的方法，所述方法包括: 提供具有適配工作模式和普通工作模式的電荷泵； 由第一微電流源將第一微電流加到適配模式電荷泵上；以及 在預(yù)定時間段之后，停用所述適配模式電荷泵和第一微電流，以切換到使用普通模式電荷泵的普通模式工作。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述的將第一微電流加到適配模式電荷泵上的步驟使所述PLL的鎖定時間最小化。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述普通模式電荷泵具有由第二微電流源加上的第二微電流，以使所述PLL線性化。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括將所述第一微電流延遲加到所述適配模式電荷泵上以使所述PLL的所述鎖定時間最小化的步驟。
9.一種鎖相環(huán)(PLL)，包括: 合成器，具有提供適配工作模式和普通工作模式的三態(tài)電荷泵； 在所述適配工作模式中，在第一預(yù)定時間段啟用適配模式電荷泵，并且在所述第一時間段到期時，在第二時間段由第一微電流源加上第一微電流；以及 在所述第二預(yù)定時間段到期時，停用所述適配模式電荷泵和第一微電流并啟用所述普通工作模式。
10.如權(quán)利要求9所述的PLL，其中，將所述第一微電流加到所述適配模式電荷泵上使所述PLL的鎖定時間最小化。
【文檔編號】H03L7/107GK104022779SQ201410126359
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2005年5月28日
【發(fā)明者】阿爾曼多·J·岡薩雷斯, 約瑟夫·A·查拉斯卡, 瓦季姆·杜博夫, 威廉·J·馬丁 申請人:摩托羅拉解決方案公司