一種用于電荷泵鎖相環的快速啟動電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電子電路技術領域，具體的說涉及一種用于電荷泵鎖相環的快速啟動電路。
【背景技術】
[0002]在電子學和通信領域中，鎖相環已成為不可缺少的基本器件，隨著大規模集成電路技術的發展與成熟，采用電荷泵結構的鎖相環以其易于集成、低功耗、低抖動、無相差鎖定等優點，得到了廣泛的應用。如圖1所示，基本的電荷泵鎖相環包含鑒頻鑒相器PFD、電荷泵CP、低通濾波器LPF、壓控振蕩器VCO、分頻器DIV。鑒頻鑒相器比較兩個信號的相位與頻率差，并且產生控制信號給電荷泵，電荷泵相應的給環路濾波器充放電，壓控振蕩器的輸出頻率正比于低通濾波器上的控制電壓，最終使參考時鐘與N分頻器輸出信號同頻同相，從而壓控振蕩器輸出頻率為參考時鐘頻率的N倍。
[0003]在傳統的低頻電荷泵鎖相環應用中，鎖相環工作在較低頻率，環路帶寬也被限制得較低，而環路帶寬與電荷泵上下拉電流成正比關系，故電荷泵的上拉電流通常較小，對低通濾波器中大的積分電容充電速度很慢，這導致電路啟動時壓控振蕩器要達到需要的控制電壓需要很長的時間，從而鎖相環不能快速鎖定。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的，就是針對現有鎖相環存在的不能快速鎖定的問題，提出一種用于電荷泵鎖相環的快速啟動電路。
[0005]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0006]一種用于電荷泵鎖相環的快速啟動電路，包括鑒頻鑒相器、快速充電模塊、電荷泵、低通濾波器、壓控振蕩器和分頻器；所述鑒頻鑒相器接外部時鐘信號，其輸入端接流控振蕩器的輸出端，其第一輸出端接電荷泵的第一輸入端，第二輸出端接電荷泵的第二輸入端；電荷泵的輸出端通過低通濾波器后接電壓轉電流模塊的輸入端；快速充電模塊的輸出端通過開關管后接低通接低通濾波器；電壓轉電流模塊的輸出端接流控振蕩器的第一輸入端；流控振蕩器的第二輸入端接外部直流電流Idc，輸出端接16分頻器的輸入端；16分頻器的輸出端Fout接回鑒頻鑒相器并通過D觸發器后輸出使能信號，使能信號接開關管的控制端；
[0007]所述快速充電模塊用于啟動時對低通濾波器中的大電容進行快速充電，實現對壓控振蕩器(由電壓轉電流模塊和流控振蕩器構成)的控制電壓進行快速調整。
[0008]本發明總的技術方案，為了解決常規電荷泵鎖相環啟動時低通濾波器中積分電容充電過慢而導致的鎖相環不能快速鎖定的問題，通過嵌入快速充電模塊，實現啟動時對低通濾波器中大電容的快速充電。鎖相環啟動時，低通濾波器中電容兩端電壓為零，通過快速充電模塊中的大驅動電流對電容進行快速充電，對電壓轉電流模塊的控制電壓進行粗調，充電時間為流控振蕩器中心頻率的16個周期，中心頻率為外圍輸入電流Idc控制流控振蕩器產生的信號頻率，保證有足夠時間充電至中心頻率所需的控制電壓附近，Fout經過16周期，16分頻器輸出翻轉與D觸發器置位端作用使觸發器輸出使能信號EN，關斷快速充電模塊并使PFD模塊正常工作輸出控制信號控制電荷泵對積分電容進行充放電，對電壓轉電流模塊的控制電壓進行微調，直至PFD兩輸入信號同頻同相。
[0009]進一步的，所述電荷泵由第一 PMOS管P1、第二 PMOS管MP2、第三PMOS管MP3、第四PMOS 管 MP4、第五 PMOS 管 MP5、第十五 PMOS 管 MP15、第十六 PMOS 管 MP16、第一 NMOS 管 MNl、第二 NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4、第十NMOS管MN10、第一反相器INVl和第一電流源Il構成；第一反相器INVl的輸入端接使能信號，其輸出端接第三PMOS管MP3的柵極；第三PMOS管MP3的源極接電源，其漏極接第四PMOS管MP4的柵極、第五PMOS管MP5的柵極和第二 PMOS管MP2的柵極；第十五PMOS管MP15的源極接電源，其柵極接地，其漏極接第四PMOS管MP4的源極；第十六PMOS管MP16的源極接電源，其柵極接地，其漏極接第五PMOS管MP5的源極；第四PMOS管MP4的漏極接第一電流源Il的正極，第一電流源Il的負極接地?’第五PMOS管MP5的漏極接第四NMOS管MN4的漏極；第四NMOS管MN4的源極接第十NMOS管麗10的漏極，其柵極接第一 NMOS管麗I的柵極和第三NMOS管麗3的漏極；第三NMOS管麗3的柵極接使能信號，其源極接地；第十NMOS管麗10的柵極接電源，其源極接地；第一 NMOS管MNl的漏極接第二 PMOS管MP2的漏極，其源極接第二 NMOS管MN2的漏極；第二 PMOS管MP2的源極接第一 PMOS管MPl的漏極；第一 PMOS管MPl的柵極為電荷泵的第一輸入端；第二 NMOS管麗2的源極接地，其柵極為電荷泵的第二輸入端；第二 PMOS管MP2漏極與第一 NMOS管麗I漏極的連接點為電荷泵的輸出端。
[0010]進一步的，所述低通濾波器由第一電容Cl、第二電容C2和第一電阻Rl構成；第二電容C2和第一電阻Rl串聯后與第一電容Cl并聯；第一電容Cl與第一電阻Rl的連接點接電荷泵、壓控振蕩器和快速充電模塊；其中第一電容Cl為大電容。
[0011]進一步的，所述快速充電模塊由第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第八PMOS管MP8、第九 PMOS 管 MP9、第十 PMOS 管 MP10、第^^一 PMOS 管 MP11、第十二 PMOS 管 MP12、第十五PMOS管MP15、第五NMOS管MN5、第^^一 NMOS管MN11、第二電流源12、第二電阻R2、第一運算放大器和傳輸門構成；第六PMOS管MP6的源極接電源，其柵極接第七PMOS管MP7的柵極和第二電流源12的正極，其漏極與柵極互連；第七PMOS管MP7的源極接電源，其漏極通過第二電阻R2后接地；第七PMOS管MP7漏極與第二電阻R2的連接點接第i^一 PMOS管MPll的柵極；第^^一 PMOS管MPll的源極接第九PMOS管MP9的漏極，其漏極接地；第九PMOS管MP9的源極接電源，其柵極接第八PMOS管MP8的柵極、第十PMOS管MPlO的柵極和第十五PMOS管MP15的漏極；第十五PMOS管MP15的柵極接使能信號，其源極接電源；第八PMOS管MP8的源極接電源，其柵極和漏極互連，其漏極接第五NMOS管麗5的漏極；第五NMOS管麗5的柵極接使能信號，其源極接第i^一 NMOS管麗11的漏極；第^^一 NMOS管麗11的柵極接偏置電壓，其源極接地；第十PMOS管MPlO的源極接電源，其漏極接第十二 PMOS管MP12的源極；第十二 PMOS管MP12的柵極接傳輸門的輸出端，其漏極接地；第九PMOS管MP9漏極與第i^一 PMOS管MPll源極的連接點接第一運算放大器的第一輸入端，第十PMOS管MPlO漏極與第十二 PMOS管MP12源極的連接點解第一運算放大器的第二輸入端；運算放大器的偏置端接偏置電壓，其輸出端接傳輸門的第一輸入端；傳輸門的第二輸入端接使能信號，其第三輸入端接反向后的使能信號。
[0012]進一步的，所述第一運算放大器由第十七POMS管MP17、第十八PMOS管MP18、第十三NMOS管MN13、第十四NMOS管MN14、第十五NMOS管MN15、第十六NMOS管MN16和第十七NMOS管麗17構成；第十七PMOS管MP17的源極接電源，其柵極與漏極互連，其柵極接第十八PMOS管MP18的柵極，其漏極接第十二 NMOS管麗12的漏極；第十二 NMOS管麗12的柵極為第一運算放大器的第一輸入端，其源極接第十五NMOS管MN15的漏極和第十三NMOS管MN13的源極；第十五NMOS管麗15的柵極接偏置電壓，其源極接地；第十三NMOS管麗13的柵極為第一運算放大器的第二輸入端，其漏極接電源；第十八PMOS管MP18的源極接電源，其漏極接第十四NMOS管麗14的柵極和第十六NMOS管麗16的漏極；第十六NMOS管麗16的柵極接偏置電壓，其源極接地；第十四NMOS管麗14的源極接第十七NMOS管麗17的漏極；第十七NMOS管麗17的柵極接偏置電壓，其源極接地；第十四NMOS管麗14源極與第十七NMOS管麗17漏極的連接點為第一運算放大器的輸出端。
[0013]進