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1、(10)申请公布号 CN 102882518 A (43)申请公布日 2013.01.16 C N 1 0 2 8 8 2 5 1 8 A *CN102882518A* (21)申请号 201210410444.3 (22)申请日 2012.10.24 H03L 7/085(2006.01) H03L 7/099(2006.01) (71)申请人四川和芯微电子股份有限公司 地址 610041 四川省成都市高新区孵化园7 号楼402室 (72)发明人范方平 (54) 发明名称 锁相环系统及锁相环系统的实现方法 (57) 摘要 一种锁相环系统，包括一输入端，一输出端， 一第一鉴频鉴相器，一与第一鉴。
2、频鉴相器相连的 第一电荷泵，一与第一电荷泵相连的第一低通滤 波器，一与第一电荷泵、第一低通滤波器相连的第 一压控振荡器，一与第一压控振荡器相连的第二 鉴频鉴相器，一与第二鉴频鉴相器相连的第二电 荷泵，一与第二电荷泵相连的第二低通滤波器，一 与第二电荷泵、第二低通滤波器相连的第二压控 振荡器，一连接于第一鉴频鉴相器与第二压控振 荡器之间的第一数字分频器，一连接于第二鉴频 鉴相器与所述第二控振荡器之间的第二数字分频 器。本发明还公开了一种锁相环系统的工作方法， 可以同时抑制输入噪声和第二压控振荡器的相位 噪声，从而大大降低了锁相环系统的噪声。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附。
3、图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 1/2页 2 1.一种锁相环系统，其特征在于：所述锁相环系统包括一输入端，一与所述输入端相 连的第一鉴频鉴相器，一与所述第一鉴频鉴相器相连的第一电荷泵，一与所述第一电荷泵 相连的第一低通滤波器，一与所述第一电荷泵及所述第一低通滤波器相连的第一压控振荡 器，一与所述第一压控振荡器相连的第二鉴频鉴相器，一与所述第二鉴频鉴相器相连的第 二电荷泵，一与所述第二电荷泵相连的第二低通滤波器，一与所述第二电荷泵及所述第二 低通滤波器相连的第二压控振荡器，一与所述第二压控振荡器相连的输出端，一。
4、与所述第 一鉴频鉴相器、所述第二压控振荡器及所述输出端相连的第一数字分频器，一与所述第二 鉴频鉴相器、所述第二压控振荡器及所述输出端相连的第二数字分频器。 2.如权利要求1所述的锁相环系统，其特征在于：所述第二鉴频鉴相器、所述第二电荷 泵、所述第二低通滤波器、所述第二压控振荡器及所述第二数字分频器形成了一内环环路， 所述内环环路与所述第一鉴频鉴相器、所述第一电荷泵、所述第一低通滤波器及所述第一 压控振荡器共同形成一外环环路。 3.如权利要求2所述的锁相环系统，其特征在于：本系统为嵌套型结构。 4.如权利要求1所述的锁相环系统，其特征在于：所述输入端及所属第一数字分频器 的一端与所述第一鉴频鉴相。
5、器的一端相连，所述第一鉴频鉴相器的另一端与所述第一电荷 泵的一端相连，所述第一电荷泵的另一端分别与所述第一低通滤波器及所述第一压控振荡 器的一端相连，所述第一压控振荡器的另一端及所述第二数字分频器的一端与所述第二鉴 频鉴相器的一端相连，所述第二鉴频鉴相器的另一端与所述第二电荷泵相连，所述第二电 荷泵的另一端分别与所述第二低通滤波器及所述第二压控振荡器的一端相连，所述第二压 控振荡器的另一端分别与所述第一数字分频器的另一端、所述第二数字分频器的另一端及 所述输出端相连。 5.一种锁相环系统的工作方法，其特征在于：所述锁相环系统包括一输入端，一与所 述输入端相连的第一鉴频鉴相器，一与所述第一鉴频鉴。
6、相器相连的第一电荷泵，一与所述 第一电荷泵相连的第一低通滤波器，一与所述第一电荷泵及所述第一低通滤波器相连的第 一压控振荡器，一与所述第一压控振荡器相连的第二鉴频鉴相器，一与所述第二鉴频鉴相 器相连的第二电荷泵，一与所述第二电荷泵相连的第二低通滤波器，一与所述第二电荷泵 及所述第二低通滤波器相连的第二压控振荡器，一与所述第二压控振荡器相连的输出端， 一与所述第一鉴频鉴相器、所述第二压控振荡器及所述输出端相连的第一数字分频器，一 与所述第二鉴频鉴相器、所述第二压控振荡器及所述输出端相连的第二数字分频器。 6.如权利要求5所述的锁相环系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤： 所述输入端输入输入时。
7、钟Fin，并与第一反馈时钟Fb1一起作为所述第一鉴频鉴相器 的输入，所述第一鉴频鉴相器将所述输入时钟Fin与所述第一反馈时钟Fb1进行相位比较， 输出第一电荷泵控制信号Vup1、Vdn1； 所述第一电荷泵控制信号Vup1、Vdn1控制所述第一电荷泵对所述第一低通滤波器进 行充电或放电，以产生第一电压Vc1，同时，所述第一低通滤波器对所述第一电压Vc1进行 滤波，以输出稳定的电压； 所述第一电压Vc1作为所述第一压控振荡器的控制电压，所述第一压控振荡器将所述 第一电压Vc1转换成内环输入时钟Fs； 所述内环输入时钟Fs与第二反馈时钟Fb2一起作为所述第二鉴频鉴相器的输入，所述 权 利 要 求 书。
8、CN 102882518 A 2/2页 3 第二鉴频鉴相器将所述内环输入时钟Fs与所述第二反馈时钟Fb2进行相位比较，输出第二 电荷泵控制信号Vup2、Vdn2； 所述第二电荷泵控制信号Vup2、Vdn2控制所述第二电荷泵对所述第二低通滤波器进 行充电或放电，以产生第二电压Vc2，同时，所述第二低通滤波器对所述第二电压Vc2进行 滤波，以输出稳定的电压； 所述第二电压Vc2作为所述第二压控振荡器的控制电压，所述第二压控振荡器将所述 第二电压Vc2转换成锁相环的输出时钟Fout； 所述输出时钟Fout经过所述第二数字分频器分频得到所述第二反馈时钟Fb2，所述第 二反馈时钟Fb2通过所述第二鉴频鉴。
9、相器一直与所述内环输入时钟Fs比较，逐步调节内 环，直至所述第二反馈时钟Fb2和所述内环输入时钟Fs相位完全相同； 所述输出时钟Fout经过所述第一数字分频器分频得到所述第一反馈时钟Fb1，所述第 一反馈时钟Fb1通过所述第一鉴频鉴相器一直与所述输入时钟Fin进行相位比较，逐步调 节外环，直至所述第一反馈时钟Fb1和所述输入时钟Fin相位完全相同。 7.如权利要求6所述的锁相环系统的工作方法，其特征在于：所述第一电荷泵控制信 号Vup1、Vdn1作为所述第一电荷泵的输入，控制所述第一电荷泵对所述第一低通滤波器进 行充电或放电，以产生第一电压Vc1，并控制所述第一电压Vc1升高或降低，具体为当V。
10、up1 为高电平、Vdn1为低电平时，所述第一电荷泵对所述第一低通滤波器进行充电，升高所述第 一电压Vc1；当Vup1为低电平、Vdn1为高电平时，所述第一电荷泵对所述第一低通滤波器 进行放电，降低所述第一电压Vc1；在升高或降低所述第一电压Vc1的同时，所述第一低通 滤波器对所述第一电压Vc1进行滤波，滤除所述第一电压Vc1的高频抖动，以输出稳定的电 压。 8.如权利要求6所述的锁相环系统的工作方法，其特征在于：所述第二电荷泵控制信 号Vup2、Vdn2作为所述第二电荷泵的输入，控制所述第二电荷泵对所述第二低通滤波器进 行充电或放电，以产生第二电压Vc2，并控制所述第二电压Vc2升高或降低，。
11、具体为当Vup2 为高电平、Vdn2为低电平时，所述第二电荷泵对所述第二低通滤波器进行充电，升高所述第 二电压Vc2；当Vup2为低电平、Vdn2为高电平时，所述第二电荷泵对所述第二低通滤波器 进行放电，降低所述第二电压Vc2；在升高或降低所述第二电压Vc2的同时，所述第二低通 滤波器对所述第二电压Vc2进行滤波，滤除所述第二电压Vc2的高频抖动，以输出稳定的电 压。 权 利 要 求 书CN 102882518 A 1/5页 4 锁相环系统及锁相环系统的实现方法 技术领域 0001 本发明涉及一种锁相环系统，尤指一种能够降低锁相环的噪声的锁相环系统及锁 相环系统的实现方法。 背景技术 0002。
12、 请参阅图1，图1为现有技术中锁相环的系统结构图，现有技术中的锁相环由鉴频 鉴相器PFD、电荷泵CHP、低通滤波器LPF、压控振荡器VCO及数字分频器DIV组成，其中，鉴 频鉴相器PFD用于比较输入时钟Fin和反馈时钟Fb之间的相位差，并产生电荷泵控制信号 Vup、Vdn来控制电荷泵CHP；电荷泵CHP受电荷泵控制信号Vup、Vdn的控制，对电压端Vc进 行充电或放电；低通滤波器LPF用于滤除电压端Vc上的高频抖动；压控振荡器VCO受电压 端Vc的控制，产生输出时钟Fout，通常设定输出时钟Fout与电压端Vc的电压值成一次线 性关系；数字分频器DIV用于将输出时钟Fout进行分频后得到反馈时。
13、钟Fb。 0003 现有技术中的锁相环系统结构存在的问题是无法同时抑制输入时钟Fin的噪 声和压控振荡器VCO的相位噪声，若要抑制输入时钟Fin的噪声，必须设置环路带宽 Wc(1/10)Fin；若要抑制压控振荡器VCO的相位噪声，必须让环路带宽Wc越大越好，显然， 环路带宽的设计通常很难同时将输入时钟Fin的噪声和压控振荡器VCO的相位噪声抑制得 很好。 发明内容 0004 鉴于以上内容，有必要提供一种能够同时抑制输入噪声和压控振荡器噪声的锁相 环系统及锁相环系统的工作方法。 0005 一种锁相环系统，包括一输入端，一与所述输入端相连的第一鉴频鉴相器，一与所 述第一鉴频鉴相器相连的第一电荷泵，。
14、一与所述第一电荷泵相连的第一低通滤波器，一与 所述第一电荷泵及所述第一低通滤波器相连的第一压控振荡器，一与所述第一压控振荡器 相连的第二鉴频鉴相器，一与所述第二鉴频鉴相器相连的第二电荷泵，一与所述第二电荷 泵相连的第二低通滤波器，一与所述第二电荷泵及所述第二低通滤波器相连的第二压控振 荡器，一与所述第二压控振荡器相连的输出端，一与所述第一鉴频鉴相器、所述第二压控振 荡器及所述输出端相连的第一数字分频器，一与所述第二鉴频鉴相器、所述第二压控振荡 器及所述输出端相连的第二数字分频器，其中，所述第二鉴频鉴相器、所述第二电荷泵、所 述第二低通滤波器、所述第二压控振荡器及所述第二数字分频器形成了一内环环。
15、路，所述 内环环路与所述第一鉴频鉴相器、所述第一电荷泵、所述第一低通滤波器及所述第一压控 振荡器共同形成了一外环环路。 0006 一种锁相环系统的工作方法，包括以下步骤： 0007 所述输入端输入输入时钟Fin，并与由外环环路产生的反馈时钟，即第一反馈时钟 Fb1一起作为所述第一鉴频鉴相器的输入，所述第一鉴频鉴相器将所述输入时钟Fin与所 述第一反馈时钟Fb1进行相位比较，输出第一电荷泵控制信号Vup1、Vdn1； 说 明 书CN 102882518 A 2/5页 5 0008 所述第一电荷泵控制信号Vup1、Vdn1控制所述第一电荷泵对所述第一低通滤波 器进行充电或放电，以产生第一电压Vc1。
16、，同时，所述第一低通滤波器对所述第一电压Vc1 进行滤波，以输出稳定的电压； 0009 所述第一电压Vc1作为所述第一压控振荡器的控制电压，所述第一压控振荡器将 所述第一电压Vc1转换成内环输入时钟Fs； 0010 所述内环输入时钟Fs与由内环环路产生的反馈时钟，即第二反馈时钟Fb2一起作 为所述第二鉴频鉴相器的输入，所述第二鉴频鉴相器将所述内环输入时钟Fs与所述第二 反馈时钟Fb2进行相位比较，输出第二电荷泵控制信号Vup2、Vdn2； 0011 所述第二电荷泵控制信号Vup2、Vdn2控制所述第二电荷泵对所述第二低通滤波 器进行充电或放电，以产生第二电压Vc2，同时，所述第二低通滤波器对所。
17、述第二电压Vc2 进行滤波，以输出稳定的电压； 0012 所述第二电压Vc2作为所述第二压控振荡器的控制电压，所述第二压控振荡器将 所述第二电压Vc2转换成锁相环的输出时钟Fout； 0013 所述输出时钟Fout经过所述第二数字分频器分频得到所述第二反馈时钟Fb2，所 述第二反馈时钟Fb2通过所述第二鉴频鉴相器一直与所述内环输入时钟Fs比较，逐步调节 内环，直至所述第二反馈时钟Fb2和所述内环输入时钟Fs相位完全相同； 0014 所述输出时钟Fout经过所述第一数字分频器分频得到所述第一反馈时钟Fb1，所 述第一反馈时钟Fb1通过所述第一鉴频鉴相器一直与所述输入时钟Fin进行相位比较，逐 步。
18、调节外环，直至所述第一反馈时钟Fb1和所述输入时钟Fin相位完全相同； 0015 本发明锁相环系统较佳实施方式的工作原理分析如下：内环：由所述第二鉴频鉴 相器、所述第二电荷泵、所述第二低通滤波器、所述第二压控振荡器、所述第二数字分频器 组成；其中，所述第二鉴频鉴相器负责比较所述内环输入时钟Fs和所述第二反馈时钟Fb2 的相位差，并产生第二电荷泵控制信号Vup2、Vdn2控制所述第二电荷泵，其中所述控制信 号Vup2、Vdn2的脉冲宽度正比于所述输入时钟Fs和所述第二反馈时钟Fb2的相位差，所 述第二电荷泵受所述第二电荷泵控制信号Vup2、Vdn2控制，对第二低通滤波器进行充电或 放电，以产生第。
19、二电压Vc2，并控制所述第二电压Vc2升高或降低，具体为当Vup2为高电 平、Vdn2为低电平时，所述第二电荷泵对所述第二低通滤波器进行充电，升高所述第二电 压Vc2；当Vup2为低电平、Vdn2为高电平时，所述第二电荷泵对所述第二低通滤波器进行 放电，降低所述第二电压Vc2；所述第二低通滤波器负责滤除所述第二电压Vc2上的高频抖 动；所述第二压控振荡器受所述第二电压Vc2控制，以产生输出时钟Fout，通常设定所述输 出时钟Fout与所述第二电压Vc2成一次线性关系；所述第二数字分频器负责将所述输出时 钟Fout进行分频后得到所述第二反馈时钟Fb2，设定所述第二数字分频器的分频比为N2； 由于。
20、内环输入时钟Fs通常较高，故所述环路的环路带宽可以设置为较高值；现设所述环路 的环路增益为： 0016 0017 其中A2为内环的低频增益，w1为内环环路的零点，w2为内环环路的极点；由于 w1、w2较大，且内环环路带宽Wc2与w1、w2成正比，即内环环路带宽Wc2也较大，从而具有 快速响应的特点，可以更好的抑制来自第二压控振荡器VCO2的相位噪声；同时由于内环输 说 明 书CN 102882518 A 3/5页 6 入时钟Fs的频率较高，故即使设置环路带宽Wc2(1/10)Fs，此时的内环环路带宽Wc2也是 很大的。 0018 外环：由所述第一鉴频鉴相器、所述第一电荷泵、所述第一低通滤波器、。
21、所述第一 压控振荡器、所述第一数字分频器和内环组成；其中，所述第一鉴频鉴相器负责比较所述输 入时钟Fin和所述第一反馈时钟Fb1的相位差，并产生第一电荷泵控制信号Vup1、Vdn1控 制所述第一电荷泵；其中所述控制信号Vup1、Vdn1的脉冲宽度正比于所述输入时钟Fin和 所述第一反馈时钟Fb1的相位差，所述第一电荷泵受所述第一电荷泵控制信号Vup1、Vdn1 控制，对第一低通滤波器进行充电或放电，以产生第一电压Vc1，并控制所述第一电压Vc1 升高或降低，具体为当Vup1为高电平、Vdn1为低电平时，所述第一电荷泵对所述第一低通 滤波器进行充电，升高所述第一电压Vc1；当Vup1为低电平、V。
22、dn1为高电平时，所述第一电 荷泵对所述第一低通滤波器进行放电，降低所述第一电压Vc1；所述第一低通滤波器负责 滤除所述第一电压Vc1上的高频抖动；所述第一压控振荡器受所述第一电压Vc1控制，以产 生内环输出时钟Fs，通常设定所述内环输出时钟Fs与所述第一电压Vc1成一次线性关系； 所述第一数字分频器负责将输出时钟Fout进行分频后得到所述第一反馈时钟Fb1，设定所 述第一数字分频器的分频比为N1；由于输入时钟Fin通常较低，故所述环路的环路带宽设 计为较低值；现设所述环路的环路增益为： 0019 0020 其中A 1 为外环低频增益，w3为外环环路的零点，w4为外环环路的极点，其中N2 所述。
23、第二数字分频器DIV2的分频比，H 2 (s)为内环的环路增益，设置w3、w4远小于w1、w2， 且外环环路带宽Wc1与w3、w4成正比，即外环环路带宽Wc1远小于内环环路带宽Wc2，即 （1）式的带宽仍为外环环路带宽Wc1。为了滤除输入时钟Fin的噪声，设置外环环路带宽 Wc1(1/10)Fin，由于外环环路带宽Wc1远小于内环环路带宽Wc2，故此设置并不影响内环 环路带宽Wc2。 0021 综上所述，相对现有技术，本发明由于增加了内环，通过调节内环环路带宽来抑制 第二压控振荡器的相位噪声，通过调节外环环路带宽来抑制输入噪声，从而使现有技术设 置环路带宽的折中关系消失了，这样可以更好的抑制锁。
24、相环系统的噪声。 附图说明 0022 图1为现有技术系统框图。 0023 图2为本发明系统框图。 0024 图3为本发明流程图。 具体实施方式 0025 请参阅图2，本发明锁相环系统较佳实施方式包括一输入端，一与所述输入端相连 的第一鉴频鉴相器PFD1，一与所述第一鉴频鉴相器PFD1相连的第一电荷泵CHP1，一与所述 第一电荷泵CHP1相连第一低通滤波器LPF1，一与所述第一低通滤波器LPF1及第一电荷泵 CHP1相连的第一压控振荡器VCO1，一与所述第一压控振荡器VCO1相连的第二鉴频鉴相器 PFD2，一与所述第二鉴频鉴相器PFD2相连的第二电荷泵CHP2，一与所述第二电荷泵CHP2 说 明。
25、 书CN 102882518 A 4/5页 7 相连的第二低通滤波器LPF2，一与所述第二低通滤波器LPF2及第二电荷泵CHP2相连的第 二压控振荡器VCO2，一与第二压控振荡器VCO2相连的输出端，一分别与所述第一鉴频鉴相 器PFD1、所述第二压控振荡器VCO2及所述输出端相连的第一数字分频器DIV1，一分别与所 述第二鉴频鉴相器PFD2、所述第二压控振荡器VCO2及所述输出端相连的第二数字分频器 DIV2。 0026 其中，所述第二鉴频鉴相器PFD2、所述第二电荷泵CHP2、所述第二低通滤波器 LPF2、所述第二压控振荡器VCO2及所述第二数字分频器DIV2形成了一内环环路，所述内环 环路。
26、与所述第一鉴频鉴相器PFD1、所述第一电荷泵CHP1、所述第一低通滤波器LPF1及所述 第一压控振荡器VCO1共同形成了一外环环路，从而使得本发明锁相环系统为嵌套型锁相 环系统结构，所述外环环路具有低带宽的特性，可以抑制所述输入时钟Fin的噪声，所述内 环环路具有高带宽的特性，可以抑制所述第二压控振荡器VCO2的相位噪声，因此本发明锁 相环系统通过两个环路分别抑制了输入噪声与第二压控振荡器的相位噪声，从而在抑制锁 相环系统的噪声方面具有明显的优势。 0027 本发明锁相环系统较佳实施方式的连接关系如下：所述输入端及所属第一数字分 频器DIV1的一端与所述第一鉴频鉴相器PFD1的一端相连，所述第。
27、一鉴频鉴相器PFD1的另 一端与所述第一电荷泵CHP1的一端相连，所述第一电荷泵CHP1的另一端分别与所述第一 低通滤波器LPF1及所述第一压控振荡器VCO1的一端相连，所述第一压控振荡器VCO1的另 一端及所述第二数字分频器DIV2的一端与所述第二鉴频鉴相器PFD2的一端相连，所述第 二鉴频鉴相器PFD2的另一端与所述第二电荷泵CHP2相连，所述第二电荷泵CHP2的另一 端分别与所述第二低通滤波器LPF2及所述第二压控振荡器VCO2的一端相连，所述第二压 控振荡器VCO2的另一端分别与所述第一数字分频器DIV1的另一端、所述第二数字分频器 DIV2的另一端及所述输出端相连。 0028 请参阅。
28、图3，本发明锁相环系统的工作方法包括以下步骤： 0029 步骤一：从所述输入端输入输入时钟Fin，并与第一反馈时钟Fb1一起作为所述第 一鉴频鉴相器PFD1的输入，所述第一鉴频鉴相器PFD1将所述输入时钟Fin与所述第一反 馈时钟Fb1进行相位比较，输出第一电荷泵控制信号Vup1、Vdn1； 0030 步骤二：所述第一电荷泵控制信号Vup1、Vdn1控制所述第一电荷泵对所述第一低 通滤波器进行充电或放电，以产生第一电压Vc1，同时，所述第一低通滤波器对所述第一电 压Vc1进行滤波，以输出稳定的电压； 0031 步骤三：所述第一电压Vc1作为所述第一压控振荡器VCO1的控制电压，所述第一 压控振。
29、荡器VCO1将所述第一电压Vc1转换成内环输入时钟Fs； 0032 步骤四：所述内环输入时钟Fs与第二反馈时钟Fb2一起作为所述第二鉴频鉴相器 PFD2的输入，所述第二鉴频鉴相器PFD2将所述内环输入时钟Fs与所述第二反馈时钟Fb2 进行相位比较，输出第二电荷泵控制信号Vup2、Vdn2； 0033 步骤五：所述第二电荷泵控制信号Vup2、Vdn2控制所述第二电荷泵对所述第二低 通滤波器进行充电或放电，以产生第二电压Vc2，同时，所述第二低通滤波器对所述第二电 压Vc2进行滤波，以输出稳定的电压； 0034 步骤六：所述第二电压Vc2作为所述第二压控振荡器VCO2的控制电压，所述第二 压控振荡。
30、器VCO2将所述第二电压Vc2转换成锁相环的输出时钟Fout； 说 明 书CN 102882518 A 5/5页 8 0035 步骤七：所述输出时钟Fout经过所述第二数字分频器DIV2分频得到所述第二反 馈时钟Fb2，所述第二反馈时钟Fb2通过所述第二鉴频鉴相器PFD2一直与所述内环输入时 钟Fs比较，逐步调节内环，直至所述内环输入时钟Fs和所述第二反馈时钟Fb2的相位完全 相同； 0036 步骤八：所述输出时钟Fout经过所述第一数字分频器DIV1分频得到所述第一反 馈时钟Fb1，所述第一反馈时钟Fb1通过所述第一鉴频鉴相器PFD1一直与所述输入时钟 Fin进行相位比较，逐步调节外环，直至所述输入时钟Fin和所述第一反馈时钟Fb1的相位 完全相同。 说 明 书CN 102882518 A 1/2页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102882518 A 2/2页 10 图3 说 明 书 附 图CN 102882518 A 10 。