[发明专利]带开关－电容电阻的PLL环路滤波器

说明书

发明领域：

本发明涉及锁相环滤波器电路，更具体地说，涉及带开关-电容电阻的环路滤波器。

发明背景：

锁相环电路广泛用于要求产生高频周期信号的电路中，其中，所述信号的频率是某个非常稳定的低噪声基准频率信号频率的精确倍数。锁相环电路还应用于输出信号的相位必须跟踪基准信号的相位的场合，这也是其名称“锁相环”的由来。

锁相环电路用于在无线电发射器和接收器中产生局部振荡器信号。该局部振荡器信号用于通道选择，因此是稳定、低噪声且常常带温度补偿的基准信号发生器的倍数。锁相环电路还用于数字通讯系统中的时钟校正应用、磁盘驱动器读出通道等。锁相环电路还用于频率调制器以及把频率调制后的信号解调。在“单片电路锁相环和时钟校正电路，理论与设计”Behzad Razavi，IEEE出版物，1996中，讨论了典型应用的概述。

典型的锁相环电路包括把一个相位检测器连接到压控振荡器的环路滤波器。该环路滤波器限定锁相反馈环的动态特性，以满足某一稳定性标准，且使得所述环不会发生振荡。在二阶和更高阶的锁相环电路中，常通过在环路滤波器中插入一个电阻来实现该稳定性。该电阻产生大到影响锁相环输出信号的相位噪声频谱的热噪声。在环路带宽的邻近区域，环路滤波器电阻噪声可能在全部的相位噪声中占优。

本发明的目的是用一种新颖而且简单的方式克服上述问题中的一个或多个。

发明概述：

根据本发明提供一种包括带有开关-电容电阻的环路滤波器的锁相环电路。

概括而言，在此公开一种具有改善的相位噪声特征的锁相环电路，包括响应压控输入而产生振荡输出信号的压控振荡器。一个基准源提供基准频率信号。一个相位检测器工作上连接到该压控振荡器和基准源，产生与振荡输出信号和基准频率信号的差值成比例的输出。一个环路滤波器将该相位检测器的输出连接到压控输入。该环路滤波器包括一个电容器和一个开关电路。该开关电路交替地把所述电容器连接到所述相位检测器输出和地。

本发明的特征之一是所述环路滤波器还包括连接在所述开关电路和所述相位检测器输出之间的第二电容器和连接在所述相位检测器输出和地之间的一个附加电容器。

本发明的另一特征是所述开关电路包括一个把所述电容器连接到所述相位检测器输出的第一晶体管和将所述电容器连接到地的第二晶体管。所述开关电路还包括一个非重叠时钟发生器电路，控制所述第一和第二晶体管。该时钟发生器电路工作在所述锁相环电路的环路带宽之上的频率。

本发明的一个附加特征是所述相位检测器包括一个相位频率检测器。该相位检测器还包括一个电荷泵(charge pump)电路，且所述环路滤波器将该电荷泵电路发出的电流脉冲在所述压控输入端转换为电压。该相位检测器包括一对带复位的边沿触发器，所述振荡输出信号和基准频率信号是这些触发器的时钟信号，这些触发器驱动上述电荷泵电路。

本发明还有一个特征，即提供将上述振荡输出信号和基准频率信号连接到所述相位检测器的除法器。

根据本发明的另一方面，公开了一种锁相环电路，包括响应压控输入而产生振荡输出信号的压控振荡器。一个基准源提供基准频率信号。一个相位检测器从工作上连接到该压控振荡器和基准源，产生具有正的或负的电流脉冲，且其脉冲宽度与振荡输出信号和基准频率信号的差值成比例的输出。一个环路滤波器将该相位检测器的输出连接到压控输入。该环路滤波器包括一个积分器，在压控输入端将电流脉冲转换为电压，还包括一个电容器和开关电路。该开关电路交替地把所述电容器连接到所述相位检测器输出和地上。

从下面的说明和附图中，将会了解本发明的其它特征和优点。

附图简述：

图1是锁相环电路的方块图；

图2是图1所示电路中的相位频率检测器和电荷泵电路的方块图；

图3是表示图1所示锁相环电路的一部分的方块图，包括现有技术环路滤波器电路的示意图；

图4是表示图1所示锁相环电路的一部分的方块图，包括根据本发明的环路滤波器电路的示意图；以及

图5是表示开关-电容电阻的频谱噪声电压密度的曲线。

发明详述：