电荷泵锁相环综述
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了广 泛 应 用 和研 究［ １ ］
频 率 的调 节 一般 通 过 改 变 可调 电 容值 达到 。 由 于采 用 无 源谐
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振器件 。 谐波振 荡器的相位噪声性能较好 ， 谐振 网络 的 Ｑ值越
高， 输 出信 号 频 谱 越 纯 。
２ 电荷 泵锁相环结构
基 本 的 电荷 泵锁 相 环 一般 由鉴 频鉴 相 器 、 电荷 泵 、 环路 滤
Ｑ Ａ 、 Ｑ Ｂ ， 如 果 输 入 Ｂ的 频 率 大 于 Ａ 的 频 率 ， Ｐ Ｆ Ｄ在 Ｑ Ｂ 输 出ａ Ｔ ． 脉 越 来越 高 。 对 于 经典 结构 的研 究并 不 能 取得 突破 性 的进 展 ， 因 冲， Ｑ Ａ 保持为 ０ 。 相反 ， 如果 ｔ ｏ Ａ ＞ ｔ Ｏ Ｂ ， 则Ｑ Ａ 输 出正脉冲， Ｑ Ｂ 保持 此新 的设 计 思 想 ， 新 的 结构 将 会 成 为 突破 １ ： ７ 。
１ 电荷泵锁相环技术简介
随 着科 技 的进 步 ， 微 电子 技 术 的 发 展 ， 锁相环技术得到 了
锁 相 环 中 常见 的振 荡器 结构 有谐 波 振 荡 器和 环形 振 荡器 。
谐 波振 荡 器 包括 有 源放 大 电路 和 无 源谐 振 网络 ，通 过 谐 振 网络 的 选频 滤 波作 用 ， 只有谐振频率处的信号被放大 。 这 个 飞速发展 ， 再加 上锁相环结构 简单、 性 能优越等特 ． 羔． 其 在 通 信、 航天 、 航海 、 计算机 、 原 子 能 等 技 术领 域 得 到 广 泛 的 应 用 。 电荷 泵 锁 相 环 以 其性 能 、 成本 、 功 能 等 各 方 面 的 综 合 优 势 得 到
波器、 压 控 振 荡器 和 反 馈 分 频 器 组成 鉴相 器将 输 入 信 号 的 相 位相减 ． 输 出 ＵＰ和 ＤＮ信 号控 制 电荷 泵 对 Ｌ Ｐ Ｆ充， 放 电． 经 过
低 通 滤 波 后 的 电 压 信 号 控 制 压控 振 荡 器 输 出一 定 的频 率 ． 锁
环 形振 荡器包括单端信号 结构和差分信 号信号 结构 ， 由 于 不 需要 无 源 器件 ， 芯 片 实现 的 工 艺 成 本 较 低 ， 频 率 由每 级 的
延迟 决 定 ． 调 节 频 率 通 过 调 节 每 级 缓 冲 器 的 延 迟 大 小 来 实现 ， 由于 延迟 大 小 易 受 噪 声 干扰 和 工 艺偏 差 的 影 响 ，所 以这 种 振 荡器 结 构 的相 位 噪 声性 能 不 如 谐 波振 荡器 。
相 环通 过 调 整振 荡 器频 率 来使 得 输 入 参 考信 号 和反 馈 信 号 的 相位一致 ． 相 位锁 定后 ， 输 出频 率 是 输入 参 考频 率 的 Ｎ倍 目 。
锁 相 环 可输 出 的最 高频 率 除 了 受压 控 振 荡 器 的频 率调 节
范 围 限制 以外 ， 还 会 受到 分 频 器输 入 频 率 范 围 的 限制 。
鉴频鉴 相器（ Ｐ Ｆ Ｄ） 在 环 路 中 的作 用 是检 测 环 路 输 人 信 号
和 压控 振 荡 器 分频 后 产 生 的信 号之 间 的 相 位 差 ，并 产 生 与 该
电荷 泵锁 相 环 综述
口 十 璇 （ 国 家知识 产权局专利局专利审查协作 湖北中 心， 武 汉市４ ３ ０ ０ ７ ０ ）
【 摘 要 】 锁相环是把输出相位和输入相位相 比较 的负反馈系统。本文对 电 荷 泵锁相环技术做 了综述性介绍。 【 中图分类号 】 Ｔ Ｎ ７ １ ３ 【 文献标识码 】 Ａ 【 文章编号 】 １ ０ ０ ６ — ４ ２ ２ ２ （ ２ ０ １ ５ ） １ ８ — ０ １ ８ ２ 一 Ｏ １
２ ０ ０ ７， ０ ３ ．
的 主要 原 因是 ： 相 位 差较 小 时 Ｕ Ｐ和 ＤＮ信 号脉 冲 太 窄 而 无 法
打 开 电荷 泵 开 关 ． 从 而 电荷 泵 无 法 对 环 路 滤 波 器 冲 放 电 ． 造 成
输 出 信 号 不 稳 定
［ ２ ］ ． ． Ｖ － －颖． 低 抖 动 锁 相 环 设 计 及 应 用［ Ｄ ］ ． 上 海 交通 大 学 ， ２ ０ ０ ８ ， ０ ７ ． 【 ３ 】 田 颖． 高速 低 噪 声 电荷 泵 锁 相 环 设 计［ Ｄ］ ． 天津大学， ２ ０ ０ ９ ， ０ ９ ．
双模 预 分 频 器和 可编 程 计 数 器 。 分 频 通 过 计 数 来 实现 ， 计 数 器
从 一 个初 始值 开始 计数 ．当遇 到 复位 信 号 或 着 计 满 时返 回 到
初 始值 。 这 就 完 成 了一 个分 频 周 期 ， 计数值就是分频数。
图 １ 电荷泵锁 相环的基本框 架图
２ ． ４ 分频 器
为 实现 时 钟倍 频功 能 ， 需要 在 环 路 中加 入 分 频 器 。分 频 器
为 纯 数 字 电路 ， 可 以把 输 入 信 号 周 期 加 倍 ， 从 而 实现 分 频 ， 通
２ ． １ 鉴频 鉴相 器
常 分频 器 由计 数 器 来 实现 。
分频 器 的 主 要 实 现 形 式 包括 ： 同步计数 器、 异 步计数器 、
为０ 。输 出 Ｑ Ａ 、 Ｑ Ｂ 通常被称作 Ｕ Ｐ和 Ｄ Ｎ信 号ｌ 引 。
在 Ｐ Ｆ Ｄ ／ Ｃ Ｐ的 设 计 中 ， 死 区 是 一 个 严 重 的 问 题 。 导 致 死 区
参考文献
【 １ ］ 王晓娟． Ｃ ＭＯ Ｓ集 成 电荷 泵 锁 相 环 的 设 计 与 研 究【 Ｄ 】 ． 合 肥 工 业 大 学
相 位 差 成 线性 比例 的 电压 信 号 ， 实现 相 位 一电压 变 换 。
典 型的 Ｐ Ｆ Ｄ 包 含 ２ 个 输 入 信 号 Ａ、 Ｂ 以 及 ２ 个 输 出 信 号
３ 结束语
目前 。 锁相环大都采用经典的结构 ， 虽 然 也 能 满 足 工 业使
用需求， 但 随 着 现 代 电子 技 术 的 发 展 ， 对 于锁 相 环 性 能 的要 求
频 率 的调 节 一般 通 过 改 变 可调 电 容值 达到 。 由 于采 用 无 源谐
Байду номын сангаас
振器件 。 谐波振 荡器的相位噪声性能较好 ， 谐振 网络 的 Ｑ值越
高， 输 出信 号 频 谱 越 纯 。
２ 电荷 泵锁相环结构
基 本 的 电荷 泵锁 相 环 一般 由鉴 频鉴 相 器 、 电荷 泵 、 环路 滤
Ｑ Ａ 、 Ｑ Ｂ ， 如 果 输 入 Ｂ的 频 率 大 于 Ａ 的 频 率 ， Ｐ Ｆ Ｄ在 Ｑ Ｂ 输 出ａ Ｔ ． 脉 越 来越 高 。 对 于 经典 结构 的研 究并 不 能 取得 突破 性 的进 展 ， 因 冲， Ｑ Ａ 保持为 ０ 。 相反 ， 如果 ｔ ｏ Ａ ＞ ｔ Ｏ Ｂ ， 则Ｑ Ａ 输 出正脉冲， Ｑ Ｂ 保持 此新 的设 计 思 想 ， 新 的 结构 将 会 成 为 突破 １ ： ７ 。
１ 电荷泵锁相环技术简介
随 着科 技 的进 步 ， 微 电子 技 术 的 发 展 ， 锁相环技术得到 了
锁 相 环 中 常见 的振 荡器 结构 有谐 波 振 荡 器和 环形 振 荡器 。
谐 波振 荡 器 包括 有 源放 大 电路 和 无 源谐 振 网络 ，通 过 谐 振 网络 的 选频 滤 波作 用 ， 只有谐振频率处的信号被放大 。 这 个 飞速发展 ， 再加 上锁相环结构 简单、 性 能优越等特 ． 羔． 其 在 通 信、 航天 、 航海 、 计算机 、 原 子 能 等 技 术领 域 得 到 广 泛 的 应 用 。 电荷 泵 锁 相 环 以 其性 能 、 成本 、 功 能 等 各 方 面 的 综 合 优 势 得 到
波器、 压 控 振 荡器 和 反 馈 分 频 器 组成 鉴相 器将 输 入 信 号 的 相 位相减 ． 输 出 ＵＰ和 ＤＮ信 号控 制 电荷 泵 对 Ｌ Ｐ Ｆ充， 放 电． 经 过
低 通 滤 波 后 的 电 压 信 号 控 制 压控 振 荡 器 输 出一 定 的频 率 ． 锁
环 形振 荡器包括单端信号 结构和差分信 号信号 结构 ， 由 于 不 需要 无 源 器件 ， 芯 片 实现 的 工 艺 成 本 较 低 ， 频 率 由每 级 的
延迟 决 定 ． 调 节 频 率 通 过 调 节 每 级 缓 冲 器 的 延 迟 大 小 来 实现 ， 由于 延迟 大 小 易 受 噪 声 干扰 和 工 艺偏 差 的 影 响 ，所 以这 种 振 荡器 结 构 的相 位 噪 声性 能 不 如 谐 波振 荡器 。
相 环通 过 调 整振 荡 器频 率 来使 得 输 入 参 考信 号 和反 馈 信 号 的 相位一致 ． 相 位锁 定后 ， 输 出频 率 是 输入 参 考频 率 的 Ｎ倍 目 。
锁 相 环 可输 出 的最 高频 率 除 了 受压 控 振 荡 器 的频 率调 节
范 围 限制 以外 ， 还 会 受到 分 频 器输 入 频 率 范 围 的 限制 。
鉴频鉴 相器（ Ｐ Ｆ Ｄ） 在 环 路 中 的作 用 是检 测 环 路 输 人 信 号
和 压控 振 荡 器 分频 后 产 生 的信 号之 间 的 相 位 差 ，并 产 生 与 该
电荷 泵锁 相 环 综述
口 十 璇 （ 国 家知识 产权局专利局专利审查协作 湖北中 心， 武 汉市４ ３ ０ ０ ７ ０ ）
【 摘 要 】 锁相环是把输出相位和输入相位相 比较 的负反馈系统。本文对 电 荷 泵锁相环技术做 了综述性介绍。 【 中图分类号 】 Ｔ Ｎ ７ １ ３ 【 文献标识码 】 Ａ 【 文章编号 】 １ ０ ０ ６ — ４ ２ ２ ２ （ ２ ０ １ ５ ） １ ８ — ０ １ ８ ２ 一 Ｏ １
２ ０ ０ ７， ０ ３ ．
的 主要 原 因是 ： 相 位 差较 小 时 Ｕ Ｐ和 ＤＮ信 号脉 冲 太 窄 而 无 法
打 开 电荷 泵 开 关 ． 从 而 电荷 泵 无 法 对 环 路 滤 波 器 冲 放 电 ． 造 成
输 出 信 号 不 稳 定
［ ２ ］ ． ． Ｖ － －颖． 低 抖 动 锁 相 环 设 计 及 应 用［ Ｄ ］ ． 上 海 交通 大 学 ， ２ ０ ０ ８ ， ０ ７ ． 【 ３ 】 田 颖． 高速 低 噪 声 电荷 泵 锁 相 环 设 计［ Ｄ］ ． 天津大学， ２ ０ ０ ９ ， ０ ９ ．
双模 预 分 频 器和 可编 程 计 数 器 。 分 频 通 过 计 数 来 实现 ， 计 数 器
从 一 个初 始值 开始 计数 ．当遇 到 复位 信 号 或 着 计 满 时返 回 到
初 始值 。 这 就 完 成 了一 个分 频 周 期 ， 计数值就是分频数。
图 １ 电荷泵锁 相环的基本框 架图
２ ． ４ 分频 器
为 实现 时 钟倍 频功 能 ， 需要 在 环 路 中加 入 分 频 器 。分 频 器
为 纯 数 字 电路 ， 可 以把 输 入 信 号 周 期 加 倍 ， 从 而 实现 分 频 ， 通
２ ． １ 鉴频 鉴相 器
常 分频 器 由计 数 器 来 实现 。
分频 器 的 主 要 实 现 形 式 包括 ： 同步计数 器、 异 步计数器 、
为０ 。输 出 Ｑ Ａ 、 Ｑ Ｂ 通常被称作 Ｕ Ｐ和 Ｄ Ｎ信 号ｌ 引 。
在 Ｐ Ｆ Ｄ ／ Ｃ Ｐ的 设 计 中 ， 死 区 是 一 个 严 重 的 问 题 。 导 致 死 区
参考文献
【 １ ］ 王晓娟． Ｃ ＭＯ Ｓ集 成 电荷 泵 锁 相 环 的 设 计 与 研 究【 Ｄ 】 ． 合 肥 工 业 大 学
相 位 差 成 线性 比例 的 电压 信 号 ， 实现 相 位 一电压 变 换 。
典 型的 Ｐ Ｆ Ｄ 包 含 ２ 个 输 入 信 号 Ａ、 Ｂ 以 及 ２ 个 输 出 信 号
３ 结束语
目前 。 锁相环大都采用经典的结构 ， 虽 然 也 能 满 足 工 业使
用需求， 但 随 着 现 代 电子 技 术 的 发 展 ， 对 于锁 相 环 性 能 的要 求