[实用新型]一种应用于锁相环中的带开关控制的滤波器电路

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体集成电路设计领域，具体涉及模拟锁相环中一种应用于锁相环的带开关控制的滤波器电路。

背景技术

在现代移动通讯领域，锁相环越来越体现出其不可替代的重要性，锁相环是收发器中的一个重要的模块，它被用来提供本机震荡信号。随着现代通讯技术向更高频率和超低功耗发展的趋势，锁相环各项性能指标的优化越来越受到工程师的关注，尤其是相位噪声，杂散和功耗这3项指标尤其重要。

如图1，传统的整数分频的锁相环一般由鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和除法器等构成。鉴频鉴相器工作在较低的频率，它是用来检测由晶振输入的参考信号和由除法器反馈回来的信号之间的相位差信息，并可以将相位差转换成相应宽度的电压脉冲输出以驱动后级的电荷泵电路。电荷泵电路的功能是将鉴频鉴相器输出的宽度不等的电压脉冲转换成相应的电流脉冲对电荷泵后级的环路滤波器进行充电或者放电。环路滤波器兼存储电荷和滤波功能，它的输出端直接连接到压控振荡器的输入端来控制振荡器输出的频率。除法器一般是一个由数字电路组成的可编程的分频电路，它将压控振荡器输出的高频输出信号分频成低频信号反馈到鉴频鉴相器中。

由于电荷泵中的尾电流晶体管和开关功能晶体管尺寸普遍比较大以及亚阈值导电性等问题，晶体管的漏电流无法避免，在锁相环锁定时，即使电荷泵中的开关功能晶体管关断，依旧有一部分漏电流流入滤波器，这些漏电流将会恶化锁相环的带内噪声。

而且在锁相环锁定时，电荷泵内的开关功能晶体管在参考频率下开关从而按固定频率向环路滤波器注入电荷。这种频率和参考信号相同的注入电荷会在环路滤波器的输出造成小的电压波动从而调制压控振荡器以至输出本振信号两边带出现较大的参考杂散。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，改善锁相环锁定后漏电流引起的相位噪声恶化现象并解决由滤波器输出端的和参考频率同频波动的电压引起的大的输出杂散信号问题。

从漏电流产生噪声的原因可以推知，如果在滤波器的前端加一个开关，使其仅在电荷泵开关导通时打开，在电荷泵关断时也关断以截断大部分注入的漏电流。这样理论上能改善锁相环带内的噪声。并且滤波器前端开关的控制信号设计成占空比可调的脉冲信号以便比较不同占空比对噪声的影响。

由参考杂散的产生原因可以推知，如果能将滤波器输出端的以及参考频率同频的小的电压波动随机化，那么压控振荡器的输出频谱上的杂散信号功率谱就能明显降低。因此在锁相环锁定时随机化滤波器输出端开关的频率，则能实现噪声电压波动频率的随机性，从而达到抑制杂散的目的。

基于上述思想，在滤波器的前端和后端分别添加开关，前端开关由占空比可调的脉冲信号控制，后端开关由随机信号控制，这样既减少了锁定时注入到滤波器的漏电流，又达到了滤波器输出电压波动频率随机化的目标。

一种应用于锁相环中的带开关控制的滤波器电路，包括滤波电路主电路，滤波器主电路包括滤波器，其特征是滤波电路主电路还包括在滤波器的信号输入端和信号输出端分别连接的第一开关S1和第二开关S2；所述第一、二开关S1和S2的控制电路构成辅助电路；

所述第一开关S1的控制电路是占空比可调脉冲波产生电路；所述第二开关S2的控制电路是随机信号产生电路。

随机信号产生电路的输入端连接晶振产生的参考时钟信号REF，随机信号产生电路的输出端连接选择器，随机信号产生电路能根据输入的REF信号产生频率和占空比都随机的方波信号占空比可调脉冲波产生电路的输入分别来自晶振的输出信号REF和从除法器反馈回来的信号DIV，依靠内部的可变电容来调节输出波形的占空比。

还包括第一选择器和第二选择器；

所述第一选择器的输入端分别连接占空比可调脉冲波产生电路的输出端和一个固定电平，第一选择器的控制信号输入端连接控制信号SEL1；第二选择器的输入端分别连接随机信号产生电路的输出端和一个固定电平，第二选择器的控制信号输入端连接控制信号SEL2。

所述滤波器包括三个电容C1、C2和C3，以及两个电阻R1和R3；

第一开关S1的输入端作为滤波器主电路的输入端；第二开关S2的输出端作为滤波器主电路的输出端；

第一开关S1的输出端连接电容C2以及电阻R1的一端，C2的另一端接低地；电阻R1的另一端连接电容C1的一端，电容C1的另一端接地；

第二开关S2的输入端连接第一开关S1的输出端，第二开关S2的输出端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电容C3的一端，电容C3的另一端接地。