一种具备自适应加速锁定结构的电荷泵锁相环的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电荷栗锁相环实现方法，尤其涉及一种具备自适应加速锁定结构的电荷栗锁相环，属于半导体集成电路领域。
【背景技术】
[0002]高速串行接口是越来越多的集成电路需要具备的接口，在高速串行接口中需要有高精度的锁相环用来作数据发送/接受的基准时钟，高速串行接口采用的锁相环多数是整数分频的电荷栗锁相环，传统的电荷栗锁相环在锁定过程中，通过鉴频鉴相器分辨出输入时钟信号与锁相环输出时钟的相差控制电荷栗工作，电荷栗产生对应控制电压，控制压控振荡模块由低频向高频振荡，锁定时间长，且一旦发生失锁，整个锁相环重新进入稳定状态还是需要重复相同的步骤，采用外部干预的方式需要额外的检测控制结构控制锁相环的工作，在不同的状态切换时会不可避免地带来额外抖动。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】的不足提供了一种具备自适应加速锁定结构的电荷栗锁相环。
[0004]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案
一种具备自适应加速锁定结构的电荷栗锁相环，包括鉴频鉴相模块、电荷栗模块、环路滤波模块、压控振荡模块、输入时钟模块、输出时钟模块、分频模块和自适应加速锁定模块；所述分频模块和输入时钟模块的输出端分别连接鉴频鉴相模块和自适应加速锁定模块的输入端，所述鉴频鉴相模块的输出端连接电荷栗模块的输入端，所述电荷栗模块的输出端连接环路滤波模块的输入端;所述压控振荡模块的输入端同时连接环路滤波模块和自适应加速锁定模块的输出端，所述压控振荡模块的输出端分别连接分频模块和输出时钟模块的输入端;所述自适应加速锁定模块同时连接鉴频鉴相模块和电荷栗模块。
[0005]作为本发明一种具备自适应加速锁定结构的电荷栗锁相环的进一步优选方案，所述自适应加速锁定模块包含频率电压转换模块、电阻网络、电压比较器、自适应电荷调整器，所述频率电压转换模块包含第一频率电压转换模块和第二频率电压转换模块，所述第一频率电压转换模块连接分频器模块，所述第二频率电压转换模块连接输入时钟模块，所述第一频率电压转换模块和第二频率电压转换模块的输出端分别连接电压比较器的输入端;第二频率电压转换模块的输出端还通过电阻网络连接自适应电荷调整器的输入端。
[0006]作为本发明一种具备自适应加速锁定结构的电荷栗锁相环的进一步优选方案，所述自适应电荷调整器包含压控电流源、开关电容、偏置产生模块、通道开关，所述偏置产生模块连接压控电流源，所述压控电流源同时连接通道开关及偏置产生模块，所述开关电容连接压控电流源。
[0007]作为本发明一种具备自适应加速锁定结构的电荷栗锁相环的进一步优选方案，所述频率电压转换模块包含依次连接的鉴频器、开关电容和电流源，所述鉴频器用于将输入信号的频率特征转换为开关的控制信号，通过控制开关电容的充电放电将频率信号转化为电压的幅度信号。
[0008]作为本发明一种具备自适应加速锁定结构的电荷栗锁相环的进一步优选方案，所述鉴频器包含第一 D触发器和第二 D触发器，所述开关电容包含第一开关电容和第二开关电容，所述第一 D触发器的输入端连接待测频率，所述第一 D触发器的输出端连接第一开关电容的开关，第二 D触发器的输入连接参考时钟，第二 D触发器的输出端连接第二开关电容；所述第一开关电容的第一级开关连接电源电压及第一级电容;所述第二开关电容的第二级开关分别连接第一开关电容的第一级电容、第二级电容及恒流源，所述第三开关电容的第三级开关分别连接第二级电容及第三级电容，该开关同时受第一级电容上电压及第二级电容上电压。
[0009]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
1、本发明通过自适应的快速锁定结构，使得高速锁相环能够快速完成锁定，该结构在锁相环频率远低于目标频率时会自动启动，无须外界干预，在锁相环频率接近目标频率时会自动关闭，避免了额外抖动注入；
2、本发明通过在结构中引入自适应加速锁定模块，降低锁相环的锁定时间消耗；自适应的结构使得一旦因频率偏差过大发生失锁，可以自动启动，同时当锁相环重新趋向稳定时，模块可以自行关闭，无需外部干预；
3、本发明在输入时钟频率与振荡器相差较大时，由自适应加速锁定模块控制振荡器由高频向低频振荡；当频率接近时，自适应加速锁定模块关闭，由锁相环的鉴频鉴相模块及电荷栗控制振荡器工作。
[0010]4、本发明在通过自适应单元逼近目标频率时，由于电压控制信号直接作用于压控振荡器，因此逼近速度更快；当频率接近后，通过环路滤波器平滑过的电压信号控制振荡最终到达目标频率，并维持线性，避免抖动。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的系统结构图；
图2是本发明自适应加速锁定模块的电路结构示意图；
图3是本发明频率电压转换模块的电路结构示意图；
图4是本发明自适应电荷调整器的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
如图1所示，一种具备自适应加速锁定结构的电荷栗锁相环，包括鉴频鉴相模块、电荷栗模块、环路滤波模块、压控振荡模块、输入时钟模块、输出时钟模块、分频模块和自适应加速锁定模块;所述分频模块和输入时钟模块的输出端分别连接鉴频鉴相模块和自适应加速锁定模块的输入端，所述鉴频鉴相模块的输出端连接电荷栗模块的输入端，所述电荷栗模块的输出端连接环路滤波模块的输入端;所述压控振荡模块的输入端同时连接环路滤波模块和自适应加速锁定模块的输出端，所述压控振荡模块的输出端分别连接分频模块和输出时钟模块的输入端;所述自适应加速锁定模块同时连接鉴频鉴相模块和电荷栗模块。
[0013]该结构中包含两个环路，环路I为鉴频鉴相模块、电荷栗模块、环路滤波模块、压控振荡模块、分频模块组成，在锁相环稳定后的工作状态由环路I维持;环路2为自适应加速锁定模块、压控振荡模块、分频模块组成，在锁相环的振荡频率远低于目标频率时，由环路2控制锁相环的工作状态。例如:收到复位信号后，整个结构被置于初始状态，自适应加速锁定模块会关闭鉴频鉴相模块及电荷栗模块，同时将压控振荡器的控制电压设置为电源电压，令压控振荡器模块由高频开始振荡，随着压控振荡器的经过分频模块分频后的时钟频率接近输入时钟频率，自适应加速锁定模块会开启鉴频鉴相模块及电荷栗模块，并放弃对压控振荡器的工作控制，由鉴频鉴相模块及电荷栗模块产生的控制电压控制，通过无源低通滤波器组成LoopFl itter后控制压控振荡器工作;一旦锁相环的振荡频率远低于目标频率，且该状态持续时间达到/超过自适应加速锁定模块的侦测时间窗口(即频率电压转化模块所需的分辨周期数)后，自适应加速锁定模块会再次关闭鉴频鉴相、电荷栗模块，由其自身、压控振荡模块、分频模块构成的环路2快速令振荡频率逼近目标频率。
[0014]如图2所示，所述自适应加速锁定模块包含频率电压转换模块、电阻网络、电压比较器、自适应电荷调整器，所述频率电压转换模块包含第一频率电压转换模块和第二频率电压转换模块，所述第一频率电压转换模块连接分频模块，所述第二频率电压转换模块连接输入时钟模块，所述第一频率电压转换模块和第二频率电压转换模块的输出端分别连接电压比较器的输入端;第二频率电压转换模块的输出端还通过电阻网络连接自适应电荷调整器的输入端。
[0015]自适应加速锁定模块的架构如图2所示，包括频率电压转换器I及频率电压转换器2，这里频率电压转换器I即上述第一频率电压转换模块，所述频率电压转换器2即上述第二频率电压转换模块，还包含电压比较器、自适应电荷调整器、电阻网络、频率电压转换器I将经过分频模块分频的时钟频率转化成电压幅度，频率电压转换器2将输入的参考时钟频率转化成电压