[发明专利]一种可控环路带宽的小数分频频率合成器

说明书

本发明涉及一种可控环路带宽的小数分频频率合成器。为了减少由PFD引起的相位噪声，在互补开关信号路径中设计了多级反相器交叉耦合电路。采用环路带宽控制和VCO自动频率控制相结合的策略，实现锁定时间和相位噪声之间的权衡。此外，设计的数字模拟混合自动幅度控制单元优化了VCO的相位噪声和功耗。PLL采用180nm CMOS混合信号工艺制造，芯片尺寸为1.53mm²。因此，本发明具有如下优点：1.实现锁相环路快速锁定，2.具有低功耗的性能，3.具有低相位噪声。

技术领域

本发明属于集成电路和卫星导航终端领域，涉及一种可控环路带宽的小数分频频率合成器。

背景技术

随着卫星导航技术的不断发展，对GNSS卫星接收机的硬件要求越来越高。频率合成器广泛用于无线通信，是卫星接收机的重要总成部分，被用于产生与卫星信号混频的本地振荡器信号。GNSS接收机所处的地面环境复杂，要求频率合成器具有锁定时间短，相位噪声低和功耗低的优点，然而锁定时间与环路带宽和VCO频率搜索速度有关，但是较大的环路带宽又无法滤除过多的噪声并确保低相位噪声。此外，对于需要输出多个频率点的频率合成器，VCO振荡频率的变化会导致环路相位噪声发生变化。现有的用于控制VCO快速锁定的闭环AFC电路，仅仅只能增加VCO的频率搜索速度，而无法整体减小PLL的锁定时间。利用双边沿PFD电路检测相位差，然后根据相位差大小控制环路带宽的方法虽然提高了锁定速度，但是相位差检测步长太大导致锁定时间抖动。在VCO振荡频率发生变化而导致环路相位噪声恶化上，采用传统的数字信号控制VCO偏置电流来降低相位噪声和功耗的方法，存在偏置电流分支过多和电流控制精度低的问题。

发明内容

本发明设计了一种应用于北斗/GPS多模多频接收机的可控环路带宽MASH21小数分频频率合成器。为了减少由PFD引起的相位噪声，在互补开关信号路径中设计了多级反相器交叉耦合电路。采用环路带宽控制和VCO自动频率控制相结合的策略，实现锁定时间和相位噪声之间的平衡。环路控制单元分析相位差检测器的状态并根据相位误差状态控制环路带宽；同时，自动频率校准电路参与校准VCO振荡频率，进一步提高锁定速度，此外，当PLL输出频率在BD2 B1和GPS L1之间切换时，数模自动幅度控制单元启动，参与调控VCO的相位噪声和功耗。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种可控环路带宽的小数分频频率合成器，其特征在于，包括鉴频鉴相器,鉴频鉴相器检测输入信号fref和fdiv的相位误差控制电荷泵，同时，相位误差检测器也检测输入信号fref和fdiv的相位误差进而产生控制信号up1、up2、dn1和dn2，环路控制单元被信号up1、up2、dn1和dn2控制后输出CPctrl和LPctrl信号，然后信号CPctrl和LPctrl分别控制可变电流电荷泵的电流和环路滤波器的带宽，同时自动频率校准电路输出信号C3:0控制压控振荡器中的开关电容阵列，进一步提高环路的锁定速度；此外，数模自动幅度控制单元输出信号VO2:0控制压控振荡器的输入电流，当锁相环在BD B1信号和GPS L1信号工作频率点上切换时实现控制压控振荡器的相位噪声和功耗；压控振荡器输出的信号经二分频后输入到小数分频器中，并被进一步分频至接近信号fref的频率。

在上述的一种可控环路带宽的小数分频频率合成器，鉴频鉴相器包括锁存器一锁存器二和锁存器三锁存器四，输入信号fref和fdiv分别经过非门N1和N6后被锁存器一和锁存器四控制，然后输出信号分别经过非门N2和N5，此时信号在X点Y点处分成两路，一路用来反馈复位锁存器二和锁存器三，另一路则输出到互补开关信号发生分支中；在up和upb分支中，非门N9与N10，N11与N12，N13与N14组成三级反相器交叉耦合电路来减小up和upb之间的边沿同步误差，同理，在dn和dnb分支中，非门N20与N21，N22与N23，N24与N25也组成三级反相器交叉耦合电路来减小dn和dnb之间的边沿同步误差。