本发明属于集成电路,具体涉及一种硅基cmos超宽带双路径采样锁相环电路。
背景技术:
1、随着通信、雷达等技术的迅猛发展,对能够覆盖超宽带频率的锁相环(phaselocked loop,pll)系统的需求日益增长。在这些应用中,传统的采样锁相环系统面临处理不同频率信号的挑战,尤其是在超宽频带的应用环境下,如无线通信、雷达系统和高速数据传输等,这些系统对pll的频率覆盖范围提出了更高的要求。
2、为了实现宽频覆盖,现有的常见解决方案是增加压控振荡器(voltage-controlled oscillator,vco)的调谐范围。这可以通过多核并联压控振荡器、开关电容方案以及基于可编程电感或电容的模式切换设计来实现。尽管多核并行压控振荡器因其优越的相位噪声和结构鲁棒性在工业上得到了广泛应用,但这种设计往往需要付出额外的芯片面积和功耗。另一方面,基于开关电容的宽带设计受限于寄生电容和q因子,这可能会降低系统的鲁棒性和频率上限。此外,基于变压器的可编程电感vco虽然能够实现大范围和小面积的优势,但由于射频电流流经导通电阻,不可避免地会影响q因子,进而导致相位噪声性能的降低。
3、综上,如何在实现宽频覆盖的同时兼顾锁相环噪声性能成为目前采样锁相环系统亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种硅基cmos超宽带双路径采样锁相环电路,频率覆盖范围可达50mhz~18ghz。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
2、一种硅基cmos超宽带双路径采样锁相环电路,包括:采样鉴相器、低通滤波器、跨导电荷泵、电容器、压控振荡器、两相非交叠时钟生成器、分频器和时钟分配网络;其中,
3、采样鉴相器用于基于两相非交叠时钟生成器输出的反馈时钟对参考时钟进行采样,得到电压信号;
4、低通滤波器用于对电压信号进行滤波处理,并将滤波后的电压信号分为两个输出支路;其中一个输出支路连接至跨导电荷泵,另一个输出支路连接至压控振荡器的比例路径输入端;
5、跨导电荷泵用于将滤波后的电压信号转换为电流信号,并为滤波电容充放电,以形成控制电压至压控振荡器的积分路径输入端;
6、压控振荡器用于基于控制电压和滤波后的电压信号产生宽频的输出电压;
7、两相非交叠时钟生成器的输入端通过分频器连接压控振荡器的输出端,用于根据输出电压生成反馈时钟至采样鉴相器;
8、时钟分配网络连接压控振荡器的输出端,用于基于重定时技术和隔离分频技术对输出电压进行分频,得到最终的超宽带输出信号。
9、本发明的有益效果:
10、1、本发明在现有采样锁相环的基础上,增加了时钟分配网络,并配合双路径环路和双输入的压控振荡器,减小了芯片版图面积且扩大了锁相环的输出频率范围;其中,时钟分配网络一方面采用了重定时技术,电路的噪声依赖于重定时,并且放松了中间电路的噪声要求,降低了分频器噪声的影响,另一方面采用了隔离分频技术,使得时钟分配电路同时只能产生最低频率的输出,避免了电路遭受不同频率之间的耦合问题,实现了低抖动和超宽频覆盖的采样锁相环电路;经验证,采用发明的设计方案可以实现50mhz~18ghz的超宽频率覆盖范围;
11、2、本发明采用双路径环路相比于单路径,环路滤波器的电容较小,版图面积也较小,且双路径环路也可以降低环路锁定后vco控制电压的波动,从而降低了输出的杂散。
12、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
1.一种硅基cmos超宽带双路径采样锁相环电路,其特征在于,包括:采样鉴相器(spd)、低通滤波器(lpf)、跨导电荷泵(gm)、电容器(ci)、压控振荡器(vco)、两相非交叠时钟生成器(ncg)、分频器(div)和时钟分配网络(cd);其中,
2.根据权利要求1所述的硅基cmos超宽带双路径采样锁相环电路,其特征在于,所述采样鉴相器(spd)包括斜坡生成电路(sg)和采样保持电路(sh);其中,
3.根据权利要求1所述的硅基cmos超宽带双路径采样锁相环电路,其特征在于,所述压控振荡器(vco)包括两个振荡器,分别为高频振荡器和低频振荡器;其中,
4.根据权利要求1所述的硅基cmos超宽带双路径采样锁相环电路,其特征在于,所述时钟分配网络(cd)采用三模可编程分频电路和五模可编程分频电路实现,具体包括一个/0/2/3分频器、两个/0/2/4/6/8分频器、一个多路复用器mux和两个重定时器rt1、rt2;其中,
5.根据权利要求4所述的硅基cmos超宽带双路径采样锁相环电路,其特征在于,两个所述/0/2/4/6/8分频器具有相同的结构,均包括四个高速d触发器d1-d4以及六个开关k1-k6;其中,
6.根据权利要求4所述的硅基cmos超宽带双路径采样锁相环电路,其特征在于,所述四个高速d触发器d1-d4具有相同的结构,均包括十二个晶体管m1-m12、四个三态门i1-i4以及输出buffer;且m1、m2、m3、m7、m8、m9为pmos管,m4、m5、m6、m10、m11、m12为nmos管;其中,
7.根据权利要求6所述的硅基cmos超宽带双路径采样锁相环电路,其特征在于,所述四个三态门i1-i4具有相同的结构,均包括四个晶体管m13-m16;其中,
