一种低噪声的锁相环的制作方法

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种低噪声的锁相环。

背景技术：

1、5g无线通信凭借带宽大、时延低、易于移动等特性，逐渐成为了现有无线通信的主流，尤其在移动系统、工业控制系统、应急响应系统、全球可互操作的公共安全系统等方面发挥着重要作用，而在5g无线信号的收发过程中，为了传输海量的信息，其射频电路常常需要运行在很高的工作频率下，因此对信号相位误差的容忍度很低。

2、锁相环作为实现外部信号与设备内部振荡信号同步的关键元件，包括鉴相器、电荷泵、环路滤波器、振荡器及分频器等，其中，电荷泵根据鉴相器的输出结果产生充放电电流，进而使得环路滤波器形成对振荡器的控制电压，但是在产生充放电电流时，常常存在充放电电流失配，混入杂散的噪声，进而影响整个锁相环的性能，使得无线信号的传输不够准确。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种低噪声的锁相环，通过对电荷泵模块在充放电过程中的电流匹配，有益于提升锁相环的性能，使得无线信号的传输更准确。

2、本发明实施例提供一种低噪声的锁相环，包括：鉴相器模块、电荷泵模块、环路滤波器模块、振荡器模块以及分频器模块，

3、所述鉴相器模块，用于在初始时刻，根据获取的输入信号生成控制信号或在非初始时刻，根据获取的输入信号以及由分频器模块产生的反馈信号生成控制信号，继而将所述控制信号传输给所述电荷泵模块；

4、所述电荷泵模块，用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号产生充放电电流，以使所述环路滤波器模块产生对所述振荡器模块的控制电压；

5、所述振荡器模块，用于根据所述控制电压产生振荡频率；

6、所述分频器模块，用于对所述振荡频率进行分频，产生下一时刻鉴相器模块所需的反馈信号并传输给所述鉴相器模块；

7、所述电荷泵模块包括电流源、第一运算放大器、第二运算放大器、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管、第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管、第十场效应管、第十一场效应管、第十二场效应管、第十三场效应管、第十四场效应管、第十五场效应管、第十六场效应管以及第十七场效应管；

8、所述第一场效应管的漏极分别连接所述电流源的第二端以及所述第一场效应管的栅极；

9、所述第一场效应管的栅极分别连接所述第二场效应管的栅极以及所述第八场效应管的栅极；

10、所述第二场效应管的漏极连接所述第三场效应管的源极；

11、所述第三场效应管的漏极连接所述第四场效应管的源极；

12、所述第四场效应管的漏极分别连接所述第五场效应管的漏极以及所述第一运算放大器的同相输入端；

13、所述第五场效应管的源极连接所述第六场效应管的漏极；

14、所述第六场效应管的源极连接所述第七场效应管的漏极；

15、所述第七场效应管的栅极分别连接所述第一运算放大器的输出端以及所述第十三场效应管的栅极；

16、所述第八场效应管的漏极分别连接所述第九场效应管的源极以及所述第十七场效应管的源极；

17、所述第九场效应管的漏极连接所述第十场效应管的源极；

18、所述第十场效应管的漏极分别连接所述第一运算放大器的反相输入端、所述第十一场效应管的漏极以及所述第二运算放大器的输出端；

19、所述第十一场效应管的源极连接所述第十二场效应管的漏极；

20、所述第十二场效应管的源极分别连接所述第十三场效应管的漏极以及所述第十四场效应管的源极；

21、所述第十三场效应管的漏极连接所述第十四场效应管的源极；

22、所述第十四场效应管的漏极连接所述第十五场效应管的源极；

23、所述第十五场效应管的漏极分别连接所述第二运算放大器的正相输入端以及所述第十六场效应管的漏极；

24、所述第十六场效应管的源极连接所述第十七场效应管的漏极；

25、所述第二运算放大器的反向输入端连接所述第二运算放大器的输出端；

26、所述电流源的第一端、所述第七场效应管的源极以及所述第十三场效应管的源极分别连接外接电压；

27、所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极、所述第五场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极、所述第八场效应管的源极、所述第十一场效应管的栅极以及所述第十五场效应管的栅极分别接地；

28、所述第三场效应管的栅极、所述第四场效应管的栅极、所述第十场效应管的栅极以及所述第十六场效应管的栅极分别接机壳；

29、将所述第十二场效应管的栅极以及所述第十四场效应管的栅极作为所述电荷泵模块的第一输入端；将所述第九场效应管的栅极以及第十七场效应管的栅极作为所述电荷泵模块的第二输入端；所述电荷泵模块的第一输入端和第二输入端用于接收所述控制信号；

30、将所述第十五场效应管的漏极作为所述电荷泵模块的输出端，所述电荷泵模块的输出端用于产生所述充放电电流。

31、进一步地，所述鉴相器模块包括：第一d触发器，第二d触发器，与门、第一非门、第二非门、第三非门、第四非门、第五非门以及第六非门；

32、所述第一d触发器的数据输入端以及所述第二d触发器的数据输入端分别接机壳；

33、将所述第一d触发器的时钟控制端作为所述鉴相器模块的输入信号的输入端；所述第一d触发器的输出端连接所述第一非门的输入端以及所述与门的第一输入端；所述第一d触发器的复位端连接所述第二d触发器的复位端；

34、将所述第二d触发器的时钟控制端作为所述鉴相器模块的反馈信号的输入端；所述第二d触发器的输出端连接所述第三非门的输入端以及所述与门的第二输入端；

35、所述第二非门的输入端连接所述第一非门的输出端；所述第二非门的输出端连接所述电荷泵模块的第一输入端；

36、所述第四非门的输入端连接所述第三非门的输出端；所述第四非门的输出端连接所述电荷泵模块的第二输入端；

37、所述第五非门的输入端连接所述与门的输出端；

38、所述第六非门的输入端连接所述第五非门的输出端；所述第六非门的输出端连接所述第一d触发器的复位端。

39、进一步地，所述环路滤波器模块，包括第一电容、第二电容以及第一电阻，

40、所述第一电容的第一端分别连接所述电荷泵模块的输出端以及所述第一电阻的第一端；

41、所述第一电阻的第一端连接所述电荷泵模块的输出端；

42、所述第一电阻的第二端连接所述第二电容的第一端；

43、所述第一电容的第二端以及所述第二电容的第二端接地；

44、将所述第一电容的第一端作为所述环路滤波器模块的输出端。

45、进一步地，所述振荡器模块包括若干级联的延迟单元，每一延迟单元包括第十八场效应管、第十九场效应管、第二十场效应管、第二十一场效应管、第二十二场效应管以及第二十三场效应管；

46、所述第十八场效应管的栅极分别连接所述环路滤波器模块的输出端以及所述第二十一场效应管的栅极；

47、所述第十八场效应管的漏极分别连接所述第二十二场效应管的漏极、所述第二十场效应管的栅极以及所述第十九场效应管的漏极；

48、所述第十八场效应管的衬底层连接所述第十九场效应管的衬底层；

49、所述第十九场效应管的漏极分别连接所述第二十二场效应管的漏极以及所述第二十场效应管的栅极；

50、所述第十九场效应管的栅极分别连接所述第二十三场效应管的漏极、所述第二十场效应管的漏极以及所述第二十一场效应管的漏极；

51、所述第二十场效应管的栅极连接所述第二十二场效应管的漏极；

52、所述第二十场效应管的漏极分别连接所述第二十三场效应管的漏极以及所述第二十一场效应管的漏极；

53、所述第二十场效应管的衬底层连接所述第二十一场效应管的衬底层；

54、所述第二十一场效应管的栅极连接所述环路滤波器模块的输出端；

55、所述第二十一场效应管的漏极连接所述第二十三场效应管的漏极；

56、所述第二十二场效应管的衬底层连接所述第二十三场效应管的衬底层；

57、所述第十八场效应管的源极、所述第十九场效应管的源极、所述第二十场效应管的源极以及所述第二十一场效应管的源极接地；

58、所述第二十二场效应管的源极以及所述第二十三场效应管的源极接机壳；

59、当所述延迟单元为首端的延迟单元时，所述延迟单元的第二十二场效应管的栅极连接末端的延迟单元的第二十二场效应管的漏极，所述延迟单元的第二十三场效应管的栅极连接末端的延迟单元的第二十三场效应管的漏极；

60、当所述延迟单元不为首端的延迟单元时，所述延迟单元的第二十二场效应管的栅极连接上一延迟单元的第二十二场效应管的漏极，所述延迟单元的第二十三场效应管的栅极连接上一延迟单元的第二十三场效应管的漏极，所述延迟单元的第二十二场效应管的漏极连接下一延迟单元的第二十二场效应管的栅极，所述延迟单元的第二十三场效应管的漏极连接下一延迟单元的第二十三场效应管的栅极；

61、将末端的延迟单元的第二十二场效应管的漏极作为所述振荡器模块的反向输出端，将末端的延迟单元的第二十三场效应管的漏极作为所述振荡器模块的正向输出端。

62、进一步地，所述分频器模块包括两个级联的分频单元，每一分频单元包括：第二电阻、第三电阻、第二十四场效应管、第二十五场效应管、第二十六场效应管、第二十七场效应管、第二十八场效应管以及第二十九场效应管；

63、所述第二十四场效应管的漏极分别连接所述第二电阻的第二端，所述第二十六场效应管的漏极以及所述第二十七场效应管的栅极；

64、所述第二十四场效应管的源极分别连接所述第二十五场效应管的源极以及所述第二十八场效应管的漏极；

65、所述第二十五场效应管的漏极分别连接所述第三电阻的第二端、所述第二十六场效应管的栅极以及所述第二十七场效应管的漏极；

66、所述第二十五场效应管的源极连接所述第二十八场效应管的漏极；

67、所述第二十六场效应管的漏极分别连接所述第二电阻的第二端以及所述第二十七场效应管的栅极；

68、所述第二十六场效应管的栅极分别连接所述第三电阻的第二端以及所述第二十七场效应管的漏极；

69、所述第二十六场效应管的源极分别连接所述第二十七场效应管的源极以及所述第二十九场效应管的漏极；

70、所述第二十七场效应管的漏极连接所述第三电阻的第二端；

71、所述第二十七场效应管的源极连接所述第二十九场效应管的漏极；

72、所述第二十八场效应管的栅极连接所述振荡器模块的正向输出端；

73、所述第二十九场效应管的栅极连接所述振荡器模块的反向输出端；

74、所述第二电阻的第一端以及所述第三电阻的第一端接机壳；所述第二十八场效应管的源极以及所述第二十九场效应管的源极接地；

75、当所述分频单元为首端的分频单元时，所述分频单元的第二十四场效应管的栅极连接末端的分频单元的第三电阻的第二端，所述分频单元的第二十五场效应管的栅极连接末端的分频单元的第二电阻的第二端，所述分频单元的第三电阻的第二端连接末端的分频单元的第二十四场效应管的栅极，所述分频单元的第二电阻的第二端连接末端的分频单元的第二十五场效应管的栅极；

76、将末端的分频单元的第三电阻的第二端作为所述分频器模块的输出端，所述分频器模块的输出端连接所述鉴相器模块的反馈信号的输入端。

77、进一步地，所述第十八场效应管、第十九场效应管、第二十场效应管、第二十一场效应管、第二十二场效应管以及第二十三场效应管均为fdsoi器件。

78、通过实施本发明的实施例具有如下有益效果：

79、本发明提供了一种低噪声的锁相环，包括鉴相器模块、电荷泵模块、环路滤波器模块、振荡器模块及分频器模块，在电荷泵模块中，第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管、第六场效应管及第七场效应管构成一冗余支路，该支路的电流处处相等，而第七场效应管和第十三场效应管的栅极直连，通过第一预算放大器的负反馈特性，使得第十三场效应管能够镜像通过第七场效应管的电流，进一步地，第一场效应管、第二场效应管、第八场效应管同在一支路，该支路的电流处处相等，因此第八场效应管能够镜像通过第七场效应管的电流，即通过第十三场效应管、第八场效应管的电流大小相同，而本方案中，第十二场效应管，第十四场效应管、第九场效应管及第十七场效应管作为电荷泵的开关，即当第十二场效应管接收的信号高于第十七场效应管接收的信号，则第九场效应管及第第十四场效应管断开，电荷泵模块对所述环路滤波模块进行充电，即当第十二场效应管接收的信号低于第十七场效应管接收的信号，电荷泵模块对所述环路滤波模块进行放电，另外，第二运算放大器对第十二场效应管及第十四场效应管所在的开关支路、第九场效应管及第十七场效应管所在的开关支路的输出进行跟踪反馈，进一步提高镜像电流的匹配度，从而保证了电荷泵在充放电过程中的电流匹配，有益于提升锁相环的性能，使得无线信号的传输更准确。