蔡霞+吳喆焱

摘要：本文設(shè)計(jì)的數(shù)字鑒頻鑒相器電路，解決了死區(qū)問(wèn)題，增強(qiáng)了相位誤差的檢測(cè)能力，仿真結(jié)果顯示輸出各相位信號(hào)之間相位差恒定、輸出信號(hào)抖動(dòng)小、功耗低。

關(guān)鍵詞：鑒頻鑒相器；D觸發(fā)器；鎖相環(huán)；死區(qū)

引言

鎖相技術(shù)自發(fā)展以來(lái)，得到了廣泛的應(yīng)用。鑒頻鑒相器在鎖相技術(shù)中起著非常關(guān)鍵的作用。現(xiàn)在的鎖相技術(shù)要求鑒頻鑒相器的低抖動(dòng)、高速。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字鑒頻鑒相器電路，能解決死區(qū)問(wèn)題，增強(qiáng)相位誤差的檢測(cè)能力。

1PFD具體電路設(shè)計(jì)

1.1數(shù)字鑒頻鑒相器的電路結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)采用數(shù)字PFD電路，其設(shè)計(jì)電路如圖1所示。

兩D觸發(fā)器如圖2所示，采用下降沿觸發(fā)，輸入的D端接高電位VDD，時(shí)鐘信號(hào)分別接參考信號(hào)VREF和反饋信號(hào)VFBK；D觸發(fā)器一路經(jīng)過(guò)與非門(mén)和兩個(gè)反相器反饋回D觸發(fā)器的RESET端；另一路接反相器或傳輸門(mén)輸出，形成同步的兩對(duì)互補(bǔ)控制信號(hào)DOWNB、DOWN和UP、UPB來(lái)控制與之相連的電荷泵單元。

1.2數(shù)字鑒頻鑒相器的死區(qū)解決方案

PFD電路的一個(gè)重要的非理想狀態(tài)是因數(shù)字門(mén)電路存在固有延遲而產(chǎn)生的死區(qū)問(wèn)題。

該設(shè)計(jì)是可以消除死區(qū)的，通過(guò)在反饋回D觸發(fā)器RESET端信號(hào)通路上增加DELAY單元，來(lái)使輸入信號(hào)間為零相差的時(shí)候，輸出信號(hào)仍有足夠?qū)挸潆娒}沖達(dá)到高電平，開(kāi)啟與之相連的電荷泵開(kāi)關(guān)，如果電荷泵的上拉和下拉電流匹配，那么同時(shí)導(dǎo)通的上下電流就沒(méi)有凈電流流入LPF，從而保持壓控振蕩器的控制電壓穩(wěn)定，鎖定輸出頻率；而兩輸入信號(hào)存在相差時(shí)，UP等信號(hào)脈沖會(huì)因?yàn)镈ELAY而變得更寬，控制電荷泵上拉和下拉電流開(kāi)關(guān)，使電流泵入或泵出低通濾波器LPF，壓控振蕩器的控制電壓VC也隨之改變，從而起到跟蹤輸入信號(hào)的作用。

2PFD的工作波形

2.1PFD跟蹤過(guò)程波形

跟蹤過(guò)程中，如果REF信號(hào)相位（頻率）超前，則PFD的DOWN端為高，開(kāi)啟電荷泵下拉開(kāi)關(guān)，使VCO的控制電壓降低，振蕩器輸出頻率升高，跟蹤參考信號(hào)的頻率并最終達(dá)到一致。相反，如果FBK信號(hào)相位（頻率）超前，則UP信號(hào)為高，電荷泵上拉開(kāi)關(guān)打開(kāi)，VCO的控制電壓升高輸出頻率降低，跟蹤REF頻率最終到鎖定。跟蹤過(guò)程波形如圖4所示：

2.2鎖定狀態(tài)下PFD的波形

輸入?yún)⒖夹盘?hào)VREF同反饋信號(hào)VFBK鎖定，即環(huán)路穩(wěn)定時(shí)PFD的工作波形如圖5所示。圖6為PFD鎖定波形圖?？梢钥吹剑h(huán)路穩(wěn)定時(shí)，PFD的UP、DN輸出信號(hào)都是在輸入時(shí)鐘信號(hào)的下降邊沿的一個(gè)短脈沖，脈沖寬度大概為710ps。這個(gè)脈沖寬度就是反饋回RESET端通路上的時(shí)延；而脈沖高度也達(dá)到足夠高以開(kāi)啟下一級(jí)連接的電荷泵開(kāi)關(guān)MOS管。

3結(jié)論

通過(guò)理論分析和模擬仿真，可以看出這款鑒頻鑒相器具有良好的線性鑒相功能、頻率捕捉和輸入信號(hào)頻率諧波的抑制功能。鑒頻鑒相器是無(wú)死區(qū)設(shè)計(jì)，整體仿真結(jié)果顯示輸出各相位信號(hào)之間相位差恒定，輸出信號(hào)抖動(dòng)小，功耗低。