具有保护电路的锁相环的制作方法
具有保护电路的锁相环的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锁相环应用领域，具体的说，涉及一种具有保护电路的锁相环。
【背景技术】
[0002]锁相环作为一种典型的反馈控制电路，利用外部输入信号控制环路内部信号的频率和相位，进而实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪。因此，锁相环越来越多被用做视频监控领域的频率合成器以及时钟发生器的组成器件。图1是现有的一种锁相环的结构示意图。该锁相环中，相频侦测器11的两个输入端分别接收参考时钟信号INCLK及反馈信号FBCLK，计算差值后加入到充电泵12并由充电泵12控制调节滤波器13及压控振荡器14。压控振荡器14根据充电泵12和滤波器13调节得到的电压输出对应的频率信号VCOCLK，该信号依次通过前置反馈分频器15，产生PREFBCLK信号之后通过可编程反馈分频器16并最终加载到相频侦测器11输入端。
[0003]最接近的现有技术中，锁相环保护电路包括有边缘检测单元、计时器、延时单元和电压钳制单元。其中，边缘检测单元通过采用七个非门及一个与非门连接组成；计时器采用一个PMOS管、四个NMOS管及一个电容组成；延时单元由一个施密特触发器组成；电压钳制单元由两个NMOS管组成。
[0004]但现有技术也存在一定程度的不足，由于锁相环保护电路主要采用大规模模拟电路实现，因而造成电路面积大，功耗高；并且随着器件数量的增加，该保护电路的制造成本也越来越高。
【发明内容】
[0005]针对以上不足，本发明提出了一种具有保护电路的锁相环，解决了原有保护电路中，模拟电路面积大进而造成保护电路功耗高，成本高的问题。
[0006]为了实现上述技术方案，本发明提供了一种具有保护电路的锁相环，包括，第一可编程反馈分频器和压控振荡器，其中所述保护电路包括分频器、第二可编程反馈分频器、反相器、计数器、触发器和自动控制器；
[0007]其中，所述分频器的输入端与所述第一可编程分频器的输入端电连接电连接，用于接收前置反馈分频器的输出信号；
[0008]所述分频器的输出端与所述第二可编程反馈分频器的输入端电连接；
[0009]所述第二可编程反馈分频器的输出端分别与所述反相器的输入端及所述触发器的时钟端电电连接；
[0010]所述反相器的输出端与所述计数器的复位端电连接，并且所述计数器的时钟端与所述第二可编程分频器输出端电连接；
[0011]所述计数器的输出端与所述触发器的输入端电连接；
[0012]所述触发器的输出端与所述自动控制器的输入端电连接；
[0013]所述自动控制器的输出端与压控振荡器的控制端电连接，用于调节所述压控振荡器的输出信号。
[0014]进一步的，所述锁相环还包括相频侦测器、充电泵、滤波器和前置反馈分频器；
[0015]所述相频侦测器包括第一输入端及第二输入端，其中所述第一输入端与外部晶振电连接，所述第二输入端与所述第一可编程反馈分频器的输出端电连接；
[0016]所述相频侦测器的输出端与所述充电泵的输入端电连接；
[0017]所述充电泵的输出端分别与所述滤波器及压控振荡器的输入端电连接；
[0018]所述压控振荡器的输出端与所述前置反馈分频器输入端电连接；
[0019]所述前置反馈分频器的输出端分别与所述第一可编程反馈分频器的输入端电连接;
[0020]所述第一可编程反馈分频器的输出端与所述相频侦测器的第二输入端电连接。
[0021]进一步的，所述相频侦测器的第一输入端与外部晶振电连接，用于接收参考时钟信号；第二输入端与所述第一可编程反馈分频器的输出端电连接，用于接收反馈信号；
[0022]所述相频侦测器的输出端为参考时钟信号与反馈信号的相位差值信号。
[0023]进一步的，所述充电泵接收所述相位差值信号，并与所述滤波器共同调节，在所述相位差值信号为零时，将控制电压信号输出至所述压控振荡器的输入端。
[0024]进一步的，所述反相器为延迟反相器。
[0025]进一步的，所述延迟反相器用于接收分频后的信号，并经过反向操作之后，作为复位信号加载到所述计数器的复位端。
[0026]进一步的，所述触发器为D触发器。
[0027]进一步的，所述滤波器为低通滤波器。
[0028]本发明通过对现有锁相环电路加入数字保护电路，进而避免了锁相环电路陷入崩溃模式，同时由于保护电路的组成为数字电路器件，因而减少了器件的数量，降低了电路的功耗，同时降低了电路制造的成本。
【附图说明】
[0029]图1是现有技术中一种锁相环的结构示意图。
[0030]图2是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环中保护电路的结构示意图。
[0031]图3是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环结构示意图。
[0032]图4是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环压控振荡器曲线图。
[0033]图5是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环波形仿真图。
[0034]图6是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环保护电路波形仿真图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0036]实施例一
[0037]图2是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环中保护电路的结构示意图。
[0038]图3是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环结构示意图。
[0039]如图2和图3所述，一种具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述锁相环包括第一可编程反馈分频器I1和压控振荡器120，保护电路130包括分频器131、第二可编程反馈分频器132、反相器133、计数器134、触发器135和自动控制器136 ;
[0040]其中，分频器131的输入端与所述第一可编程分频器110的输入端电连接电连接，用于接收前置反馈分频器170的输出信号PREFBCLK ；
[0041]分频器131的输出端与第二可编程反馈分频器132的输入端电连接；
[0042]第二可编程反馈分频器132的输出端分别与133反相器的输入端及触发器135的时钟端电电连接；
[0043]反相器133的输出端与计数器134的复位端电连接，并且计数器134的时钟端与第二可编程分频器132输出端电连接；
[0044]计数器134的输出端与触发器135的输入端电连接；
[0045]触发器135的输出端与自动控制器136的输入端电连接；
[0046]自动控制器136的输出端与压控振荡器120的控制端电连接，用于调节所述压控振荡器的输出信号。
[0047]当压控振荡器120输出电压-频率信号至保护电路，由于信号频率过高，因此首先需要对信号进行降频。这里需要指出的是，前置反馈分频器170此时仅处于不工作状态，并不是断开。当输出信号PREFBCLK通过分频器131之后，频率会降到原有频率的一半。之后信号会通过第二可编程反馈分频器132，并输出为保护电路正常工作频率范围的信号。
[0048]值得注意的是，第二可编程反馈分频器132是通过外部可编程控制器进行调节，进而能够输出所需频率信号。
[0049]从第二可编程反馈分频器132输出的信号DIVCLK将分为两股:
[0050]一股接入反相器133的输入端，由于该反相器133为延迟反相器，因此会输出一个在时钟上稍有延迟并且与原信号相反的反向信号，该反向信号会接入计数器134的复位端作为计数器134的复位信号；
[0051]另一股会接入触发器135的时钟端进而作为触发器的时钟信号。
[0052]值得注意的是，第二可编程反馈分频器132输出的信号DIVCLK为低占空比时钟信号。所谓低占空比是指时钟信号周期中，高电平所占时钟周期较短。因此，可以理解，接入触发器135的时钟端的时钟信号为低占空比信号，而经过反相器133加载到计数器134复位端的复位信号为稍有延迟高占空比信号。
[0053]计数器134复位端为低电平有效，时钟端为高电平有效。当复位端输入为0，输出端COUT为O ;当复位端为I，时钟端为0，输出端COUT为O ;当复位端为I，时钟端为1，输出端COUT为I。
[0054]触发器135为D触发器，上升沿有效。当时钟处于上升沿时，D触发器输出信号为COUT信号值。
[0055]因此，反相器133、计数器134和触发器三者之间的工作过程是这样的:
[0056]当第二可编程反馈分频器132输出的信号DIVCLK处于上升沿时，触发器135处于触发状态，此时，计数器134的复位端接收的信号则是经过反相器133反向延迟之后的信号DIVCLK，因此，此时复位端的信号处于高电平并将进入下跳沿。
[0057]若此时锁相环未发生崩溃，即第一可编程反馈分频器110输出信号FBCLK输出在计数器134时钟端可采集的范围内，当复位端的信号处于高电平时则计数器134输出信号COUT为I。并且该状态将一直维持至信号DIVCLK下一时钟周期的上跳沿。
[0058]当信号DIVCLK下一时钟周期的上跳沿时，触发器输出信号DET_SIGNAL为高电平。
[0059]若此时锁相环发生崩溃，即第一可编程反馈分频器110输出信号FBCLK输出频率不在计数器134时钟端可采集的范围内，当复位端的信号处于高电平时则计数器134输出信号COUT为O。
[0060]当信号DIVCLK下一时钟周期的上跳沿时，触发器135输出信号DET_SIGNAL为低电平。
[0061]由于自动控制器136为低电平触发，当信号DET_SIGNAL为低电平时，该信号触发启动自动控制器136进而调节压控振荡器输出频率。
[0062]本实施例通过采用分 频器、第二可编程反馈分频器、反相器、计数器、触发器和自动控制器构成保护电路器件，有效的抑制了锁相环出现崩溃模式，同时降低了器件的功耗，节约了成本。
[0063]实施例二
[0064]本实施例在实施例一的基础上，对具有保护电路的锁相环工作状态进行分析。
[0065]由图3所述，锁相环除了实施例一种提到的第一可编程反馈分频器110和压控振荡器120，保护电路130还包括相频侦测器140、充电泵150、滤波器160和前置反馈分频器170 ；
[0066]相频侦测器140包括第一输入端及第二输入端，其中第一输入端与外部晶振180电连接，第二输入端与所述第一可编程反馈分频器110的输出端电连接；
[0067]相频侦测器140的输出端与充电泵150的输入端电连接；
[0068]充电泵150的输出端分别与滤波器160及压控振荡器20的输入端电连接；
[0069]压控振荡器120的输出端与前置反馈分频器170输入端电连接；
[0070]前置反馈分频器170的输出端分别与第一可编程反馈分频器110的输入端电连接;
[0071]第一可编程反馈分频器110的输出端与相频侦测器140的第二输入端电连接。
[0072]进而，锁相环的工作过程如下:
[0073]相频侦测器140的第一输入端与外部晶振180电连接，用于接收参考时钟信号INCLK ;第二输入端与所述第一可编程反馈分频器110的输出端电连接，用于接收反馈信号。该反馈信号为第一可编程反馈分频器110输出信号FBCLK，并且该输出信号FBCLK同时接入计数器134。
[0074]相频侦测器141的作用在于将参考时钟信号INCLK与输出信号FBCLK进行比较，并且相频侦测器140的输出端为参考时钟信号INCLK与输出信号FBCLK的相位差值信号。该相位差值信号用于调节充电泵150和滤波器160的工作状态。
[0075]值得注意的是，滤波器160为低通滤波器，该滤波器允许低于截止频率的信号通过，并且具有储能的作用。
[0076]当相频侦测器141检测到参考时钟信号INCLK相位先于输出信号FBCLK时，充电泵150输出电流至滤波器160对其进行充电；
[0077]当相频侦测器141检测到参考时钟信号INCLK相位后于输出信号FBCLK时，滤波器160对充电泵150进行放电。
[0078]当参考时钟信号INCLK相位与输出信号FBCLK相位一致时，便产生电压信号输出至压控振荡器120的输入端。
[0079]压控振荡器120是一个具有输入电压与输出频率对应关系的振荡电路，因此，对输入电压值的调节会造成输出频率的变化。
[0080]压控振荡器120的输出信号即为锁相环的输出信号VCOCLK。同时该输出信号VCOCLK也依次接入前置反馈分频器170，产生信号PREFBCLK，再通过第一可编程反馈分频器110，并最终接入相频侦测器140的第二输入端。
[0081]前置反馈分频器170和第一可编程反馈分频器110的作用在于对锁相环的输出信号进行降频，以满足锁相环中某些器件的需要。
[0082]但此时涉及到一个问题，在对压控振荡器120初始工作的高频输出信号进行降频时，会需要关闭前置反馈分频器170，但这种方式会影响第一可编程反馈分频器110对高频输出信号的处理，因为此时的高频输出信号的频率值超出了第一可编程反馈分频器110的处理能力。因此，第一可编程反馈分频器110的输出为直流电平，并由此导致相频侦测器140、充电泵150和低通滤波器160处理并输出高电压值以提高压控振荡器120的输出频率。
[0083]这样的结果就造成了锁相环的死循环，并陷入崩溃模式。
[0084]加入保护电路的作用就是在于当压控振荡器120的输出信号经过前置反馈分频器170后输出为PREFBCLK信号，若此时前置反馈分频器170处于关闭状态，保护电路中的分频器131和第二可编程反馈分频器132能够保证将压控振荡器120的输出信号降至保护电路130可以工作的频率范围。保护电路130中其他器件的工作状态实施例一中已经做出描述，这里不再重复。
[0085]当锁相环进入崩溃模式，保护电路130中D触发器输出信号DET_SIGNAL为低电平并触发自动控制器(AOC) 136启动。此时压控振荡器120输出信号的频率范围如图4所示。
[0086]由图4可知，压控振荡器120输出频率可组合为8条曲线(Curvel_Curve8)，并且8条曲线有重叠部分，进而保证整个频率范围的连续性，Curvel的频率最低，如果进入崩溃状态，DET_SIGNAL会将压控振荡器120强制工作在Curve I，直至跳出崩溃状态，DET_SIGNAL回复高电位状态。
[0087]图5是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环波形仿真图。图中左侧为波形的电压轴，右侧为时间轴。由图5可知，当前置反馈分频器170处于关闭状态，由于压控振荡器120输出的信号频率过高，超过第一可编程反馈分频器110的处理能力，输出信号FBCLK持续为直流电平，锁相环进入崩溃模式。
[0088]图6是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环保护电路波形仿真图。图中左侧为波形的电压轴，右侧为时间轴。并且AOC〈2>为AOC〈l>的二分频信号，A0C<1>为A0C〈0>的二分频信号。由此，自动控制器136低电平的工作时间越来越长，直至锁相环跳出崩溃状态。
[0089]在崩溃状态下，由于计数器134复位后，计数不到输出信号FBCLK的跳变，计数器134输出信号COUT在DIVCLK高电平段持续为低电平，触发器135输出信号DET_SIGNAL出现低电平信号，将压控振荡器120输出频率强制拉回到最低频率范围的第一条曲线Curvel，直至DET_SIGNAL重回高电平信号，锁相环重新进入正常工作状态。由仿真波形可以看出，只需要两个FBCLK时钟周期，锁相环就可以跳出崩溃状态，重新开始锁定。
[0090]本发明通过采用数字电路器件作为锁相环保护电路，进而避免了锁相环电路陷入崩溃模式，同时由于保护电路的组成为数字电路器件，因而减少了器件的数量，降低了电路的功耗，同时降低了电路制造的成本。
[0091]值得注意的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的构思和原则的前提下所做的等同变化、修改与结合，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述锁相环包括第一可编程反馈分频器和压控振荡器，保护电路包括分频器、第二可编程反馈分频器、反相器、计数器、触发器和自动控制器； 其中，所述分频器的输入端与所述第一可编程分频器的输入端电连接，用于接收前置反馈分频器的输出信号； 所述分频器的输出端与所述第二可编程反馈分频器的输入端电连接； 所述第二可编程反馈分频器的输出端分别与所述反相器的输入端及所述触发器的时钟端电连接； 所述反相器的输出端与所述计数器的复位端电连接，并且所述计数器的时钟端与所述第二可编程分频器输出端电连接； 所述计数器的输出端与所述触发器的输入端电连接； 所述触发器的输出端与所述自动控制器的输入端电连接； 所述自动控制器的输出端与压控振荡器的控制端电连接，用于调节前置反馈分频器的输出信号。2.根据权利要求1所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述锁相环还包括相频侦测器、充电泵、滤波器和前置反馈分频器； 所述相频侦测器包括第一输入端及第二输入端，其中所述第一输入端与外部晶振电连接，所述第二输入端与所述第一可编程反馈分频器的输出端电连接； 所述相频侦测器的输出端与所述充电泵的输入端电连接； 所述充电泵的输出端分别与所述滤波器及压控振荡器的输入端电连接； 所述压控振荡器的输出端与所述前置反馈分频器输入端电连接； 所述前置反馈分频器的输出端分别与所述第一可编程反馈分频器的输入端电连接； 所述第一可编程反馈分频器的输出端与所述相频侦测器的第二输入端电连接。3.根据权利要求2所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述相频侦测器的第一输入端与外部晶振电连接，用于接收参考时钟信号；第二输入端与所述第一可编程反馈分频器的输出端电连接，用于接收反馈信号； 所述相频侦测器的输出端为参考时钟信号与反馈信号的相位差值信号。4.根据权利要求3所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述充电泵接收所述相位差值信号，并与所述滤波器共同调节，在所述相位差值信号为零时，将控制电压信号输出至所述压控振荡器的输入端。5.根据权利要求1所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述反相器为延迟反相器。6.根据权利要求5所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述延迟反相器用于接收分频后的信号，并经过反向操作之后，作为复位信号加载到所述计数器的复位端。7.根据权利要求1所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述触发器为D触发器。8.根据权利要求4所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述滤波器为低通滤波器。
【专利摘要】本发明提出了一种具有保护电路的锁相环，包括第一可编程反馈分频器和压控振荡器，保护电路包括分频器、第二可编程反馈分频器、反相器、计数器、触发器和自动控制器；分频器输入端与第一可编程分频器输入端电连接；输出端与第二可编程反馈分频器输入端电连接；第二可编程反馈分频器输出端分别与反相器输入端及触发器时钟端电连接；反相器输出端与计数器复位端电连接，计数器时钟端与第二可编程分频器输出端电连接；计数器输出端与触发器输入端电连接；触发器输出端与所述自动控制器输入端电连接；自动控制器输出端与压控振荡器控制端电连接。本发明采用数字保护电路，降低了锁相环功耗，节约了电路制造成本。
【IPC分类】H03L7/18
【公开号】CN104901692
【申请号】CN201510338707
【发明人】孙海涛
【申请人】上海玮舟微电子科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月17日
【技术领域】
[0001]本发明涉及锁相环应用领域，具体的说，涉及一种具有保护电路的锁相环。
【背景技术】
[0002]锁相环作为一种典型的反馈控制电路，利用外部输入信号控制环路内部信号的频率和相位，进而实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪。因此，锁相环越来越多被用做视频监控领域的频率合成器以及时钟发生器的组成器件。图1是现有的一种锁相环的结构示意图。该锁相环中，相频侦测器11的两个输入端分别接收参考时钟信号INCLK及反馈信号FBCLK，计算差值后加入到充电泵12并由充电泵12控制调节滤波器13及压控振荡器14。压控振荡器14根据充电泵12和滤波器13调节得到的电压输出对应的频率信号VCOCLK，该信号依次通过前置反馈分频器15，产生PREFBCLK信号之后通过可编程反馈分频器16并最终加载到相频侦测器11输入端。
[0003]最接近的现有技术中，锁相环保护电路包括有边缘检测单元、计时器、延时单元和电压钳制单元。其中，边缘检测单元通过采用七个非门及一个与非门连接组成；计时器采用一个PMOS管、四个NMOS管及一个电容组成；延时单元由一个施密特触发器组成；电压钳制单元由两个NMOS管组成。
[0004]但现有技术也存在一定程度的不足，由于锁相环保护电路主要采用大规模模拟电路实现，因而造成电路面积大，功耗高；并且随着器件数量的增加，该保护电路的制造成本也越来越高。
【发明内容】
[0005]针对以上不足，本发明提出了一种具有保护电路的锁相环，解决了原有保护电路中，模拟电路面积大进而造成保护电路功耗高，成本高的问题。
[0006]为了实现上述技术方案，本发明提供了一种具有保护电路的锁相环，包括，第一可编程反馈分频器和压控振荡器，其中所述保护电路包括分频器、第二可编程反馈分频器、反相器、计数器、触发器和自动控制器；
[0007]其中，所述分频器的输入端与所述第一可编程分频器的输入端电连接电连接，用于接收前置反馈分频器的输出信号；
[0008]所述分频器的输出端与所述第二可编程反馈分频器的输入端电连接；
[0009]所述第二可编程反馈分频器的输出端分别与所述反相器的输入端及所述触发器的时钟端电电连接；
[0010]所述反相器的输出端与所述计数器的复位端电连接，并且所述计数器的时钟端与所述第二可编程分频器输出端电连接；
[0011]所述计数器的输出端与所述触发器的输入端电连接；
[0012]所述触发器的输出端与所述自动控制器的输入端电连接；
[0013]所述自动控制器的输出端与压控振荡器的控制端电连接，用于调节所述压控振荡器的输出信号。
[0014]进一步的，所述锁相环还包括相频侦测器、充电泵、滤波器和前置反馈分频器；
[0015]所述相频侦测器包括第一输入端及第二输入端，其中所述第一输入端与外部晶振电连接，所述第二输入端与所述第一可编程反馈分频器的输出端电连接；
[0016]所述相频侦测器的输出端与所述充电泵的输入端电连接；
[0017]所述充电泵的输出端分别与所述滤波器及压控振荡器的输入端电连接；
[0018]所述压控振荡器的输出端与所述前置反馈分频器输入端电连接；
[0019]所述前置反馈分频器的输出端分别与所述第一可编程反馈分频器的输入端电连接;
[0020]所述第一可编程反馈分频器的输出端与所述相频侦测器的第二输入端电连接。
[0021]进一步的，所述相频侦测器的第一输入端与外部晶振电连接，用于接收参考时钟信号；第二输入端与所述第一可编程反馈分频器的输出端电连接，用于接收反馈信号；
[0022]所述相频侦测器的输出端为参考时钟信号与反馈信号的相位差值信号。
[0023]进一步的，所述充电泵接收所述相位差值信号，并与所述滤波器共同调节，在所述相位差值信号为零时，将控制电压信号输出至所述压控振荡器的输入端。
[0024]进一步的，所述反相器为延迟反相器。
[0025]进一步的，所述延迟反相器用于接收分频后的信号，并经过反向操作之后，作为复位信号加载到所述计数器的复位端。
[0026]进一步的，所述触发器为D触发器。
[0027]进一步的，所述滤波器为低通滤波器。
[0028]本发明通过对现有锁相环电路加入数字保护电路，进而避免了锁相环电路陷入崩溃模式，同时由于保护电路的组成为数字电路器件，因而减少了器件的数量，降低了电路的功耗，同时降低了电路制造的成本。
【附图说明】
[0029]图1是现有技术中一种锁相环的结构示意图。
[0030]图2是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环中保护电路的结构示意图。
[0031]图3是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环结构示意图。
[0032]图4是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环压控振荡器曲线图。
[0033]图5是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环波形仿真图。
[0034]图6是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环保护电路波形仿真图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0036]实施例一
[0037]图2是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环中保护电路的结构示意图。
[0038]图3是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环结构示意图。
[0039]如图2和图3所述，一种具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述锁相环包括第一可编程反馈分频器I1和压控振荡器120，保护电路130包括分频器131、第二可编程反馈分频器132、反相器133、计数器134、触发器135和自动控制器136 ;
[0040]其中，分频器131的输入端与所述第一可编程分频器110的输入端电连接电连接，用于接收前置反馈分频器170的输出信号PREFBCLK ；
[0041]分频器131的输出端与第二可编程反馈分频器132的输入端电连接；
[0042]第二可编程反馈分频器132的输出端分别与133反相器的输入端及触发器135的时钟端电电连接；
[0043]反相器133的输出端与计数器134的复位端电连接，并且计数器134的时钟端与第二可编程分频器132输出端电连接；
[0044]计数器134的输出端与触发器135的输入端电连接；
[0045]触发器135的输出端与自动控制器136的输入端电连接；
[0046]自动控制器136的输出端与压控振荡器120的控制端电连接，用于调节所述压控振荡器的输出信号。
[0047]当压控振荡器120输出电压-频率信号至保护电路，由于信号频率过高，因此首先需要对信号进行降频。这里需要指出的是，前置反馈分频器170此时仅处于不工作状态，并不是断开。当输出信号PREFBCLK通过分频器131之后，频率会降到原有频率的一半。之后信号会通过第二可编程反馈分频器132，并输出为保护电路正常工作频率范围的信号。
[0048]值得注意的是，第二可编程反馈分频器132是通过外部可编程控制器进行调节，进而能够输出所需频率信号。
[0049]从第二可编程反馈分频器132输出的信号DIVCLK将分为两股:
[0050]一股接入反相器133的输入端，由于该反相器133为延迟反相器，因此会输出一个在时钟上稍有延迟并且与原信号相反的反向信号，该反向信号会接入计数器134的复位端作为计数器134的复位信号；
[0051]另一股会接入触发器135的时钟端进而作为触发器的时钟信号。
[0052]值得注意的是，第二可编程反馈分频器132输出的信号DIVCLK为低占空比时钟信号。所谓低占空比是指时钟信号周期中，高电平所占时钟周期较短。因此，可以理解，接入触发器135的时钟端的时钟信号为低占空比信号，而经过反相器133加载到计数器134复位端的复位信号为稍有延迟高占空比信号。
[0053]计数器134复位端为低电平有效，时钟端为高电平有效。当复位端输入为0，输出端COUT为O ;当复位端为I，时钟端为0，输出端COUT为O ;当复位端为I，时钟端为1，输出端COUT为I。
[0054]触发器135为D触发器，上升沿有效。当时钟处于上升沿时，D触发器输出信号为COUT信号值。
[0055]因此，反相器133、计数器134和触发器三者之间的工作过程是这样的:
[0056]当第二可编程反馈分频器132输出的信号DIVCLK处于上升沿时，触发器135处于触发状态，此时，计数器134的复位端接收的信号则是经过反相器133反向延迟之后的信号DIVCLK，因此，此时复位端的信号处于高电平并将进入下跳沿。
[0057]若此时锁相环未发生崩溃，即第一可编程反馈分频器110输出信号FBCLK输出在计数器134时钟端可采集的范围内，当复位端的信号处于高电平时则计数器134输出信号COUT为I。并且该状态将一直维持至信号DIVCLK下一时钟周期的上跳沿。
[0058]当信号DIVCLK下一时钟周期的上跳沿时，触发器输出信号DET_SIGNAL为高电平。
[0059]若此时锁相环发生崩溃，即第一可编程反馈分频器110输出信号FBCLK输出频率不在计数器134时钟端可采集的范围内，当复位端的信号处于高电平时则计数器134输出信号COUT为O。
[0060]当信号DIVCLK下一时钟周期的上跳沿时，触发器135输出信号DET_SIGNAL为低电平。
[0061]由于自动控制器136为低电平触发，当信号DET_SIGNAL为低电平时，该信号触发启动自动控制器136进而调节压控振荡器输出频率。
[0062]本实施例通过采用分 频器、第二可编程反馈分频器、反相器、计数器、触发器和自动控制器构成保护电路器件，有效的抑制了锁相环出现崩溃模式，同时降低了器件的功耗，节约了成本。
[0063]实施例二
[0064]本实施例在实施例一的基础上，对具有保护电路的锁相环工作状态进行分析。
[0065]由图3所述，锁相环除了实施例一种提到的第一可编程反馈分频器110和压控振荡器120，保护电路130还包括相频侦测器140、充电泵150、滤波器160和前置反馈分频器170 ；
[0066]相频侦测器140包括第一输入端及第二输入端，其中第一输入端与外部晶振180电连接，第二输入端与所述第一可编程反馈分频器110的输出端电连接；
[0067]相频侦测器140的输出端与充电泵150的输入端电连接；
[0068]充电泵150的输出端分别与滤波器160及压控振荡器20的输入端电连接；
[0069]压控振荡器120的输出端与前置反馈分频器170输入端电连接；
[0070]前置反馈分频器170的输出端分别与第一可编程反馈分频器110的输入端电连接;
[0071]第一可编程反馈分频器110的输出端与相频侦测器140的第二输入端电连接。
[0072]进而，锁相环的工作过程如下:
[0073]相频侦测器140的第一输入端与外部晶振180电连接，用于接收参考时钟信号INCLK ;第二输入端与所述第一可编程反馈分频器110的输出端电连接，用于接收反馈信号。该反馈信号为第一可编程反馈分频器110输出信号FBCLK，并且该输出信号FBCLK同时接入计数器134。
[0074]相频侦测器141的作用在于将参考时钟信号INCLK与输出信号FBCLK进行比较，并且相频侦测器140的输出端为参考时钟信号INCLK与输出信号FBCLK的相位差值信号。该相位差值信号用于调节充电泵150和滤波器160的工作状态。
[0075]值得注意的是，滤波器160为低通滤波器，该滤波器允许低于截止频率的信号通过，并且具有储能的作用。
[0076]当相频侦测器141检测到参考时钟信号INCLK相位先于输出信号FBCLK时，充电泵150输出电流至滤波器160对其进行充电；
[0077]当相频侦测器141检测到参考时钟信号INCLK相位后于输出信号FBCLK时，滤波器160对充电泵150进行放电。
[0078]当参考时钟信号INCLK相位与输出信号FBCLK相位一致时，便产生电压信号输出至压控振荡器120的输入端。
[0079]压控振荡器120是一个具有输入电压与输出频率对应关系的振荡电路，因此，对输入电压值的调节会造成输出频率的变化。
[0080]压控振荡器120的输出信号即为锁相环的输出信号VCOCLK。同时该输出信号VCOCLK也依次接入前置反馈分频器170，产生信号PREFBCLK，再通过第一可编程反馈分频器110，并最终接入相频侦测器140的第二输入端。
[0081]前置反馈分频器170和第一可编程反馈分频器110的作用在于对锁相环的输出信号进行降频，以满足锁相环中某些器件的需要。
[0082]但此时涉及到一个问题，在对压控振荡器120初始工作的高频输出信号进行降频时，会需要关闭前置反馈分频器170，但这种方式会影响第一可编程反馈分频器110对高频输出信号的处理，因为此时的高频输出信号的频率值超出了第一可编程反馈分频器110的处理能力。因此，第一可编程反馈分频器110的输出为直流电平，并由此导致相频侦测器140、充电泵150和低通滤波器160处理并输出高电压值以提高压控振荡器120的输出频率。
[0083]这样的结果就造成了锁相环的死循环，并陷入崩溃模式。
[0084]加入保护电路的作用就是在于当压控振荡器120的输出信号经过前置反馈分频器170后输出为PREFBCLK信号，若此时前置反馈分频器170处于关闭状态，保护电路中的分频器131和第二可编程反馈分频器132能够保证将压控振荡器120的输出信号降至保护电路130可以工作的频率范围。保护电路130中其他器件的工作状态实施例一中已经做出描述，这里不再重复。
[0085]当锁相环进入崩溃模式，保护电路130中D触发器输出信号DET_SIGNAL为低电平并触发自动控制器(AOC) 136启动。此时压控振荡器120输出信号的频率范围如图4所示。
[0086]由图4可知，压控振荡器120输出频率可组合为8条曲线(Curvel_Curve8)，并且8条曲线有重叠部分，进而保证整个频率范围的连续性，Curvel的频率最低，如果进入崩溃状态，DET_SIGNAL会将压控振荡器120强制工作在Curve I，直至跳出崩溃状态，DET_SIGNAL回复高电位状态。
[0087]图5是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环波形仿真图。图中左侧为波形的电压轴，右侧为时间轴。由图5可知，当前置反馈分频器170处于关闭状态，由于压控振荡器120输出的信号频率过高，超过第一可编程反馈分频器110的处理能力，输出信号FBCLK持续为直流电平，锁相环进入崩溃模式。
[0088]图6是本发明实施例提供的一种具有保护电路的锁相环保护电路波形仿真图。图中左侧为波形的电压轴，右侧为时间轴。并且AOC〈2>为AOC〈l>的二分频信号，A0C<1>为A0C〈0>的二分频信号。由此，自动控制器136低电平的工作时间越来越长，直至锁相环跳出崩溃状态。
[0089]在崩溃状态下，由于计数器134复位后，计数不到输出信号FBCLK的跳变，计数器134输出信号COUT在DIVCLK高电平段持续为低电平，触发器135输出信号DET_SIGNAL出现低电平信号，将压控振荡器120输出频率强制拉回到最低频率范围的第一条曲线Curvel，直至DET_SIGNAL重回高电平信号，锁相环重新进入正常工作状态。由仿真波形可以看出，只需要两个FBCLK时钟周期，锁相环就可以跳出崩溃状态，重新开始锁定。
[0090]本发明通过采用数字电路器件作为锁相环保护电路，进而避免了锁相环电路陷入崩溃模式，同时由于保护电路的组成为数字电路器件，因而减少了器件的数量，降低了电路的功耗，同时降低了电路制造的成本。
[0091]值得注意的是，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的构思和原则的前提下所做的等同变化、修改与结合，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述锁相环包括第一可编程反馈分频器和压控振荡器，保护电路包括分频器、第二可编程反馈分频器、反相器、计数器、触发器和自动控制器； 其中，所述分频器的输入端与所述第一可编程分频器的输入端电连接，用于接收前置反馈分频器的输出信号； 所述分频器的输出端与所述第二可编程反馈分频器的输入端电连接； 所述第二可编程反馈分频器的输出端分别与所述反相器的输入端及所述触发器的时钟端电连接； 所述反相器的输出端与所述计数器的复位端电连接，并且所述计数器的时钟端与所述第二可编程分频器输出端电连接； 所述计数器的输出端与所述触发器的输入端电连接； 所述触发器的输出端与所述自动控制器的输入端电连接； 所述自动控制器的输出端与压控振荡器的控制端电连接，用于调节前置反馈分频器的输出信号。2.根据权利要求1所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述锁相环还包括相频侦测器、充电泵、滤波器和前置反馈分频器； 所述相频侦测器包括第一输入端及第二输入端，其中所述第一输入端与外部晶振电连接，所述第二输入端与所述第一可编程反馈分频器的输出端电连接； 所述相频侦测器的输出端与所述充电泵的输入端电连接； 所述充电泵的输出端分别与所述滤波器及压控振荡器的输入端电连接； 所述压控振荡器的输出端与所述前置反馈分频器输入端电连接； 所述前置反馈分频器的输出端分别与所述第一可编程反馈分频器的输入端电连接； 所述第一可编程反馈分频器的输出端与所述相频侦测器的第二输入端电连接。3.根据权利要求2所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述相频侦测器的第一输入端与外部晶振电连接，用于接收参考时钟信号；第二输入端与所述第一可编程反馈分频器的输出端电连接，用于接收反馈信号； 所述相频侦测器的输出端为参考时钟信号与反馈信号的相位差值信号。4.根据权利要求3所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述充电泵接收所述相位差值信号，并与所述滤波器共同调节，在所述相位差值信号为零时，将控制电压信号输出至所述压控振荡器的输入端。5.根据权利要求1所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述反相器为延迟反相器。6.根据权利要求5所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述延迟反相器用于接收分频后的信号，并经过反向操作之后，作为复位信号加载到所述计数器的复位端。7.根据权利要求1所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述触发器为D触发器。8.根据权利要求4所述的具有保护电路的锁相环，其特征在于，所述滤波器为低通滤波器。
【专利摘要】本发明提出了一种具有保护电路的锁相环，包括第一可编程反馈分频器和压控振荡器，保护电路包括分频器、第二可编程反馈分频器、反相器、计数器、触发器和自动控制器；分频器输入端与第一可编程分频器输入端电连接；输出端与第二可编程反馈分频器输入端电连接；第二可编程反馈分频器输出端分别与反相器输入端及触发器时钟端电连接；反相器输出端与计数器复位端电连接，计数器时钟端与第二可编程分频器输出端电连接；计数器输出端与触发器输入端电连接；触发器输出端与所述自动控制器输入端电连接；自动控制器输出端与压控振荡器控制端电连接。本发明采用数字保护电路，降低了锁相环功耗，节约了电路制造成本。
【IPC分类】H03L7/18
【公开号】CN104901692
【申请号】CN201510338707
【发明人】孙海涛
【申请人】上海玮舟微电子科技有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月17日
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