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      一種解決死區(qū)問題的數(shù)字鑒頻鑒相器設(shè)計

      2017-06-15 23:08:33蔡霞吳喆焱
      科技經(jīng)濟(jì)市場 2017年3期
      關(guān)鍵詞:死區(qū)鎖相環(huán)

      蔡霞+吳喆焱

      摘要:本文設(shè)計的數(shù)字鑒頻鑒相器電路,解決了死區(qū)問題,增強(qiáng)了相位誤差的檢測能力,仿真結(jié)果顯示輸出各相位信號之間相位差恒定、輸出信號抖動小、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,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?,F(xiàn)在的鎖相技術(shù)要求鑒頻鑒相器的低抖動、高速。本文設(shè)計的數(shù)字鑒頻鑒相器電路,能解決死區(qū)問題,增強(qiáng)相位誤差的檢測能力。

      1PFD具體電路設(shè)計

      1.1數(shù)字鑒頻鑒相器的電路結(jié)構(gòu)

      本文設(shè)計采用數(shù)字PFD電路,其設(shè)計電路如圖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,時鐘信號分別接參考信號VREF和反饋信號VFBK;D觸發(fā)器一路經(jīng)過與非門和兩個反相器反饋回D觸發(fā)器的RESET端;另一路接反相器或傳輸門輸出,形成同步的兩對互補(bǔ)控制信號DOWNB、DOWN和UP、UPB來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電路的一個重要的非理想狀態(tài)是因數(shù)字門電路存在固有延遲而產(chǎn)生的死區(qū)問題。

      該設(shè)計是可以消除死區(qū)的,通過在反饋回D觸發(fā)器RESET端信號通路上增加DELAY單元,來使輸入信號間為零相差的時候,輸出信號仍有足夠?qū)挸潆娒}沖達(dá)到高電平,開啟與之相連的電荷泵開關(guān),如果電荷泵的上拉和下拉電流匹配,那么同時導(dǎo)通的上下電流就沒有凈電流流入LPF,從而保持壓控振蕩器的控制電壓穩(wěn)定,鎖定輸出頻率;而兩輸入信號存在相差時,UP等信號脈沖會因?yàn)镈ELAY而變得更寬,控制電荷泵上拉和下拉電流開關(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的作用。

      2PFD的工作波形

      2.1PFD跟蹤過程波形

      跟蹤過程中,如果REF信號相位(頻率)超前,則PFD的DOWN端為高,開啟電荷泵下拉開關(guān),使VCO的控制電壓降低,振蕩器輸出頻率升高,跟蹤參考信號的頻率并最終達(dá)到一致。相反,如果FBK信號相位(頻率)超前,則UP信號為高,電荷泵上拉開關(guān)打開,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夹盘朧REF同反饋信號VFBK鎖定,即環(huán)路穩(wěn)定時PFD的工作波形如圖5所示。圖6為PFD鎖定波形圖??梢钥吹?,環(huán)路穩(wěn)定時,PFD的UP、DN輸出信號都是在輸入時鐘信號的下降邊沿的一個短脈沖,脈沖寬度大概為710ps。這個脈沖寬度就是反饋回RESET端通路上的時延;而脈沖高度也達(dá)到足夠高以開啟下一級連接的電荷泵開關(guān)MOS管。

      3結(jié)論

      通過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頻率諧波的抑制功能。鑒頻鑒相器是無死區(qū)設(shè)計,整體仿真結(jié)果顯示輸出各相位信號之間相位差恒定,輸出信號抖動小,功耗低。

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