调谐锁相环的环路滤波器.pdf

本发明涉及一种自动调谐锁相环的环路滤波器的方法。该环路滤波器包括在锁相环的电荷泵的输出处的电容，并且电荷泵将电流脉冲提供到环路滤波器。为了能够实现环路滤波器的简单调谐，该方法包括与在电荷泵的输出处的电容基本成比例地调整由电荷泵输出的电流脉冲的幅值。本发明同样涉及一种包括用于实现本方法的装置的锁相环，并且涉及一种包括这种锁相环的单元。

1.  一种自动调谐锁相环的环路滤波器的方法，所述环路滤波器包括在所述锁相环的电荷泵的输出处的电容，所述方法包括以下步骤：所述电荷泵将电流脉冲提供到所述环路滤波器，并且与在所述电荷泵的所述输出处的所述电容基本成比例地调整由所述电荷泵输出的所述电流脉冲的幅值。

2.  根据权利要求1的方法，其中通过将偏置电流提供到所述电荷泵，对由所述电荷泵输出的所述电流脉冲的幅值进行调整，并且与在所述电荷泵的所述输出处的所述电容基本成比例地调整所述偏置电流。

3.  根据权利要求2的方法，其中通过开关电容器电流发生器调整所述偏置电流，所述开关电容器电流发生器改变电容器的充电方向并将所述电容器上的电压转换成所述偏置电流，所述电容器集成在具有所述环路滤波器的单个集成电路芯片上，并且所述电容器具有与在所述电荷泵的所述输出处的所述电容基本成比例的电容。

4.  一种锁相环，包括：
环路滤波器；
电荷泵，用于将电流脉冲提供到所述环路滤波器，所述环路滤波器包括在所述电荷泵的所述输出处的电容；和
调谐部件，用于与在所述电荷泵的所述输出处的所述电容基本成比例地调整由所述电荷泵输出的电流脉冲的幅值。

5.  根据权利要求4的锁相环，其中所述调谐部件是电流生成器，其生成与在所述电荷泵的所述输出处的所述电容基本成比例地调整的电流，并将所述生成的电流作为偏置电流提供到所述电荷泵。

6.  根据权利要求5的锁相环，其中所述电流生成器是开关电容器电流生成器，包括：
电容器，所述电容器集成在具有所述环路滤波器的单个集成电路芯片上，并且所述电容器具有与在所述电荷泵的所述输出处的所述电容基本相对应的电容；
开关元件，用于改变所述电容器的充电方向；和
转换元件，用于将所述电容器上的电压转换成所述偏置电流。

7.  一个包括锁相环的单元，具有：
环路滤波器；
电荷泵，用于将电流脉冲提供到所述环路滤波器，所述环路滤波器包括在所述电荷泵的输出处的电容；和
调谐部件，用于与在所述电荷泵的所述输出处的所述电容基本成比例地调整由所述电荷泵输出的电流脉冲的幅值。

调谐锁相环的环路滤波器
技术领域
本发明涉及一种在锁相环中自动调谐环路滤波器的方法。本发明同样涉及一种包括环路滤波器的锁相环，以及一种包括这种锁相环的单元。
背景技术
从现有技术中已知，锁相环(PLL)是负反馈环路。
PLL包括一个压控振荡器(VCO)，其产生PLL的输出信号。这个输出信号能用作例如用于蜂窝电话中的接收机链的接收机混频器或发射机链的发射机混频器的本地振荡器信号。VCO由环路滤波器驱动，该环路滤波器决定PLL的环路特性，例如建立时间和环路稳定性。因此环路滤波器的响应必须非常精确。
为了减少外部或分立部件的数目，更希望在PLL中使用集成的环路滤波器。使用集成的环路滤波器，还降低破坏性耦合的可能性。然而，由于工艺变化或环境影响，集成部件的值的变化比更精确的外部部件的值的变化更明显。例如，外部负正零(NPO)电容器在很宽的温度范围上，通常在-25℃至+85℃之间，具有非常稳定的值。
因此，常规PLL通常包括用于环路滤波器的精确的外部部件。然而，当使用集成环路滤波器时，需采用复杂的校准过程。
发明内容
本发明的一个目的是使得实现对PLL的环路滤波器的简单调谐。
提出了一种自动调谐锁相环的环路滤波器的方法。环路滤波器在锁相环的电荷泵的输出处形成电容，并且电荷泵将电流脉冲提供到环路滤波器。提出的方法包括，与电荷泵输出处的电容基本成比例地调整由电荷泵输出的电流脉冲的幅值。
此外，提出了一种锁相环，其包括环路滤波器和用于将电流脉冲提供到环路滤波器的电荷泵。该环路滤波器在电荷泵的输出处形成电容。提出的锁相环还包括调谐部件，用于与电荷泵输出处的电容基本成比例地调整由电荷泵输出的电流脉冲的幅值。
最后，提出了一种包括提出的锁相环的单元。
本发明出于这样的考虑，即如果由环路滤波器在PLL的电荷泵的输出处形成的阻抗和由电荷泵供给到环路滤波器的电流的乘积为常数，则得到PLL的环路滤波器的恒定响应。因此提出，通过调整由电荷泵输出的电流脉冲的幅值，来补偿在电荷泵的输出处的电容变化。更具体地说，与电容成比例地调整电流脉冲的幅值，即电容越高，电流脉冲的幅值越高。
本发明的一个优势是允许了环路滤波器的简单调谐而无需复杂的校准电路。本发明对于集成的环路滤波器具有特殊的优势。
在本发明的一个实施例中，通过将偏置电流提供到电荷泵，来调整电荷泵的输出电流，该偏置电流是通过与在电荷泵的输出处的电容基本成比例地进行调整的。
例如，可以通过开关电容器电流生成器提供这样的偏置电流，该开关电容器电流生成器适于生成与包括的电容器成比例的电流。为此使用像晶体管的开关元件，用于改变电容器地充电方向，并使用转换元件，用于把电容器的电压转换成成比例的电流，该转换元件也可以包括一个或多个晶体管。如果将电容器集成在具有环路滤波器的单个芯片上，并且如果电容器具有的电容基本上对应于由环路滤波器在电荷泵的输出处形成的电容，则电流生成器的电容器的电容变化和电荷泵的输出处的电容变化也将彼此对应。因此电流生成器能够生成与在电荷泵的输出处的电容成比例的偏置电流。开关电容器连接例如在Sedra Smith所著、Saunders大学出版的Microelectronic circuits(微电子电路)中进行了描述。
使用开关电容器电流生成器作为调谐部件具有的优势为，其需要非常少的硅面积，并且对于工艺变化更为稳固。
本发明可以用在任何需要PLL的单元中，例如用在像蜂窝电话的通信单元中。
从下列结合附图所进行的详细描述，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而，需要理解到，附图只是为了说明的目的而设计，并不是作为对本发明范围的限定，对于这点应参照所附的权利要求。还应理解到，附图并非是按比例描绘的，它们只是用来概念性地说明此处描述的结构和过程。
附图说明
图1是根据本发明的锁相环的实施例的示意框图；
图2是用于图1的PLL的一种可能的调谐部件的示意电路图；和
图3是说明图1的PLL的调谐的流程图。
具体实施方式
图1示意地表示了根据本发明的锁相环20的一个可能的实施例。锁相环20可以用在例如蜂窝电话10中，如图1中虚线所示。
PLL 20包括：相位检测器21，电荷泵22，环路滤波器23，VCO24和可编程分频器25，它们依次彼此连接成环路。
从而将电荷泵22的输出连接到环路滤波器23的输入。在环路滤波器23内，经由第一电容器C1将环路滤波器23的输入接地，并经由串联的第一电阻器R1和第二电容器C2并联地接地。此外，在环路滤波器23内，还经由第二电阻器R2和第三电容器C3将环路滤波器23的输入接地。电阻器R2和电容器C3之间的连接形成环路滤波器23的输出，其连接到VCO 24的输入。电容器的名称同时表示它们的电容。
PLL 20还包括连接到电荷泵22的调谐部件26。
除了调谐部件26的影响之外，PLL 20以已知的方式运行。VCO24生成具有相位的信号，该信号的相位由施加的电压确定。VCO输出信号的频率由分频器25进行分解，并将产生的信号传送到相位检测器21。另外，将具有已知频率的参考信号Ref施加到相位检测器21的参考输入。相位检测器21将分频的VCO信号的相位与参考信号Ref的相位进行比较，并输出误差信号。当两个相位相同时，这意味着所比较的信号的频率也相同，PLL 20被锁定。
为了实现或维持锁定状态，电荷泵22生成电流脉冲，该电流脉冲的长度由相位检测器21的输出信号控制。如其名称所表明的那样，然后电荷泵22产生(pump)电荷，即供给的电流。脉冲的幅值Icp由电荷泵22的偏置电流控制。电荷泵22的电流脉冲馈送到环路滤波器23。
环路滤波器23在电荷泵22的输出端提供电容C，该电容由环路滤波器23的三个电容器C1、C2、C3的相应电容之和C1+C2+C3定义。不管在PLL 20的生产中可能的工艺变化和可能的环境影响，在电荷泵22的输出处的对应阻抗Z(C)和由电荷泵22输出的电流脉冲Icp的幅值的乘积即Icp*Z(C)应为常数。因为阻抗Z(C)与1/C成比例，所以商Icp/C应为常数。
根据本发明，通过确保由电荷泵22输出的电流脉冲Icp的幅值与在电荷泵22的输出处的电容C成比例，可以实现商Icp/C为常数。也就是说应确保，如果例如由于工艺变化造成电容C相对较大，则充电电流Icp也相对较大。相应地，应确保如果电容C相对较小，则充电电流Icp也相对较小。因为电容器C2的电容明显大于其他两个电容器C1和C3的电容，所以通常根据电容器C2的尺寸，将足以调整电流脉冲Icp的幅值。在图1的实施例中，调谐部件26将与C2的值成比例的偏置电流提供到电荷泵22，用于将电流脉冲Icp的幅值调整为与C2的值成比例，如将在下面进一步说明的那样。
用电流对电容器充电，在电容器上生成了电位差，该电位差与充电电流的积分成比例。从而环路滤波器23用作积分器。通过环路滤波器23将电容器C3上产生的电压作为控制电压提供到VCO 24，以便VCO 24生成具有希望频率的信号。由VCO 24输出的信号的频率可以通过改变可编程分频器25中的因子来改变。可以将相位锁定的VCO信号作为例如本地振荡器信号提供到蜂窝电话10的发射机链的混频器(未示出)。
调谐部件26可以是例如依赖基于开关电容器的电容的电流生成器，如图2的电路图中所述的那样。
图2的电流生成器包括电容器C4，该电容器C4与环路滤波器23的电容器C1、C2、C3制作在同一集成电路芯片上，并且电容器C4具有与环路滤波器23的电容器C2的电容相对应的电容。电流生成器的电压供给Vcc经由第一MOSFET T1连接到电容器C4的第一端子，并经由第三MOSFET T3连接到电容器C4的第二端子。电容器C4的第一端子和电容器C4的第二端子还分别经由第二MOSFETT2和第四MOSFET T4，连接到第五MOSFET T5的漏极和栅极。第五MOSFET T5的源极接地。此外，第五MOSFET T5的栅极连接到第六MOSFET T6的栅极。第六MOSFET T6的源极同样接地，而第六MOSFET T6的漏极连接到电荷泵22的偏置电流输入。
在图3的流程图中说明了借助于调谐部件26对环路滤波器23的调谐，以下将对其进行说明。
为了开关电容器C4，将时钟信号CLOCK施加到MOSFET T2的栅极，而将时钟信号CLOCK的反向信号施加到MOSFET T1的栅极。同时，将时钟信号xCLOCK施加到MOSFET T4的栅极，而将时钟信号xCLOCK的反向信号施加到MOSFET T3的栅极。时钟信号CLOCK和xCLOCK基本上彼此互补。
作为结果，利用符号交变的信号对电容器C4进行充电，在电容器C4上可达的电压取决于电容器C4的电容。因此，将与电容器C4的电容成比例的电压施加到了MOSFET T6的栅极，从而与电容器C4的电容成比例的电流I将流过MOSFET T6。
然后，将流过MOSFET T6的电流I作为偏置电流施加给电荷泵22。
由于电容器C4与电容器C2制作在同一集成电路芯片上，两个电容器受到同样的工艺变化和同样的环境影响，电容器的绝对值将彼此相似(follow)。从而，施加到电荷泵22的偏置电流也与电容器C2成比例，并因此与在电荷泵22的输出处的整个电容C基本成比例。此外，因为由电荷泵22输出的电流脉冲Icp的幅值由其偏置电流决定，所以电流脉冲Icp的幅值也将与在电荷泵22的输出处的电容C基本成比例。
总的看来，很明显本发明能够实现环路滤波器23的简单调谐，而不需要复杂的校准电路。
图2中所示的调谐部件26非常小，且只需要时钟信号和电源作为输入。此外，调谐部件26能够实现连续时间系统，如果IC中的电容器对例如温度变化敏感，则调谐部件26也可以在诸如WCDMA(宽带码分多址)的连续系统中使用。
虽然如应用到其优选实施例的那样，已经示出并描述和指出了本发明的基本新颖特征，但需理解到，在不脱离本发明的精神的情况下，本领域技术人员可以对所述的装置和方法的形式和细节进行各种删减、替换和改变。例如，很明显，以基本上相同的方式执行基本上相同的功能以实现相同结果的那些元件和/或方法步骤的所有组合，应在本发明的范围内。此外，应认识到，结合本发明的任何公开形式或实施例所示出和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤，可以以作为设计选择的通用内容的、任何其他的公开或描述或建议的形式或实施例来引入。因此，本发明将只限制在所附的权利要求的范围中。