电荷泵模块、锁相环电路及控制方法与流程

本发明属于电子电路，具体涉及一种电荷泵模块、锁相环电路及控制方法。

背景技术：

1、随着半导体先进制程工艺持续迭代，各类传统分立功能模块被高度集成至单一芯片，形成片上系统（system on chip, soc）。片内各功能模块的工作速率存在显著差异，需要的时钟信号的频率各不相同，且每个模块的时钟源都需要可以独立调频。

2、以集成射频收发器片上系统为例：芯片内部集成发射通路（tx）、接收通路（rx）、本振通路（lo）三类射频通路，上述通路均需千兆赫兹（ghz）级高频时钟驱动；模数转换器（adc）需兆赫兹（mhz）级时钟；基带处理器则工作于百兆赫兹区间。

3、锁相环（pll）是时钟产生电路，其将低频参考时钟高精度倍频、生成满足各模块需求的高频时钟信号。然而，每个pll只能生成单一输出频率时钟，因此目前行业内soc时钟管理系统的主流设计方案为一对一独立pll架构，即针对每一路所需的高频时钟，单独配置一套完整且相互独立的pll系统，每套独立pll均配套专属的鉴相器（pfd）电荷泵（cp）及其上下拉电流校正电路、环路滤波器、压控振荡器，分频器等单元，通过多套pll并行独立工作的方式，分别输出各路模块所需的时钟信号。

4、现有采用多组独立pll的时钟管理架构，虽能够实现多路时钟独立调频输出，但在芯片集成度与系统功耗方面仍存在显著优化空间：

5、当各功能模块稳态工作时，每一路 pll 内置的电荷泵（cp）绝大多数时间处于待机状态，仅在参考时钟上升沿附近对后端低通滤波器（lpf）进行小幅调整。为抑制电荷泵开关切换带来的寄生电荷注入效应，电荷泵待机阶段的消耗电流与正常工作阶段持平，产生大量无效静态功耗。除此之外，为降低 pll 输出时钟的确定性抖动，每套 pll 均需配置独立的电荷泵上下拉电流实时校正电路，该校正电路持续运行，进一步增加系统能耗。

6、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电荷泵模块、锁相环电路及控制方法，其能够实现多路时钟独立调频输出。

2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案如下：

3、一种电荷泵模块，包括：多个输出节点；电荷泵主体，具有与多个输出节点相连的上拉电流源和下拉电流源，所述上拉电流源和下拉电流源根据控制信号的控制与对应的输出节点相连通，以输出电流。

4、在本发明的一个或多个实施例中，所述电荷泵主体还包括电流控制单元，所述电流控制单元用于调节上拉电流和/或下拉电流的大小。

5、在本发明的一个或多个实施例中，所述电荷泵模块还包括电流校正单元，所述电流校正单元与电荷泵主体相连，用于产生校正电流并基于校正电流对电荷泵主体进行电流校正。

6、在本发明的一个或多个实施例中，所述电流校正单元包括：电流产生单元，与上拉电流源相连，用于产生校正电流；导通控制单元，与电流产生单元和下拉电流源相连，用于控制电流产生单元与下拉电流源之间的通断。

7、在本发明的一个或多个实施例中，所述导通控制单元包括第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端与电流产生单元和上拉电流源相连，所述第一开关的第二端、第二开关的第一端与电流产生单元相连，所述第二开关的第二端与下拉电流源相连。

8、在本发明的一个或多个实施例中，所述电流校正单元还包括第三开关，所述第三开关与电流产生单元和上拉电流源相连，以基于自身通断控制电流产生单元与上拉电流源之间的通断。

9、本发明一具体实施例还提供一种锁相环系统，包括锁相环电路以及上述的电荷泵模块，所述锁相环电路包括：第一鉴频鉴相器，基于所述锁相环电路的输出信号与参考信号之间的相位差和/或频率差产生第一控制信号；所述电荷泵模块根据第一控制信号的控制通过对应的输出节点输出电流；第一环路滤波器，与所述电荷泵模块的对应的输出节点相连以基于电荷泵模块输出的电流产生第一电压信号；压控振荡器，与第一环路滤波器相连以基于第一电压信号产生输出信号。

10、在本发明的一个或多个实施例中，所述锁相环电路系统还包括延迟锁相环电路，所述延迟锁相环电路用于对基准信号进行延迟产生用于锁相环电路的参考信号。

11、在本发明的一个或多个实施例中，所述延迟锁相环电路包括第二鉴频鉴相器、第二环路滤波器和延迟器，所述第二鉴频鉴相器产生第二控制信号，所述电荷泵模块还根据第二控制信号的控制通过对应的输出节点输出电流，所述第二环路滤波器与电荷泵模块的对应的输出节点相连以基于电荷泵模块输出的电流产生第二电压信号vctrl，所述延迟器与第二环路滤波器相连以基于第二电压信号vctrl的控制对基准信号进行延迟产生参考信号和延迟输出信号，所述第二鉴频鉴相器还基于延迟输出信号与基准信号之间的相位差和/或频率差调节第二控制信号。

12、本发明一具体实施例还提供一种锁相环系统的控制方法，基于上述的锁相环系统，所述控制方法包括：在所有锁相环电路的相位锁定前，关闭电流校正单元对电荷泵主体的电流校正；在所有锁相环电路的相位锁定后，开启电流校正单元对电荷泵主体的电流校正；和/或，所述控制方法包括：基于所述锁相环电路的输出信号与参考信号之间的相位差，调节上拉电流的大小和/或下拉电流的大小。

13、与现有技术相比，本发明的电荷泵模块、锁相环电路及控制方法中，电荷泵模块能够通过不同的输出节点实现时分复用的电流输出，在保留多路输出时钟独立调频能力、不恶化输出相位噪声指标的前提下，令多路锁相环共享同一电荷泵模块及其配套的电流校正单元，大幅提升电荷泵的工作效率。与现有多路时钟独立调频技术相比，删减了系统内冗余的电荷泵与对应校正校正电路，有效提升芯片集成度、降低整体功耗。同时，本发明配套提出适用于该共享架构的频率锁定阶段控制策略，解决时分复用架构易造成锁定时间变长的技术缺陷。

1.一种电荷泵模块，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电荷泵模块，其特征在于，所述电荷泵主体还包括电流控制单元，所述电流控制单元用于调节上拉电流和/或下拉电流的大小。

3.根据权利要求1所述的电荷泵模块，其特征在于，所述电荷泵模块还包括电流校正单元，所述电流校正单元与电荷泵主体相连，用于产生校正电流并基于校正电流对电荷泵主体进行电流校正。

4.根据权利要求3所述的电荷泵模块，其特征在于，所述电流校正单元包括：

5.根据权利要求4所述的电荷泵模块，其特征在于，所述导通控制单元包括第一开关和第二开关，所述第一开关的第一端与电流产生单元和上拉电流源相连，所述第一开关的第二端、第二开关的第一端与电流产生单元相连，所述第二开关的第二端与下拉电流源相连。

6.根据权利要求4所述的电荷泵模块，其特征在于，所述电流校正单元还包括第三开关，所述第三开关与电流产生单元和上拉电流源相连，以基于自身通断控制电流产生单元与上拉电流源之间的通断。

7.一种锁相环系统，包括锁相环电路以及如权利要求1~6中任一项所述的电荷泵模块，其特征在于，所述锁相环电路包括：

8.根据权利要求7所述的锁相环系统，其特征在于，所述锁相环电路系统还包括延迟锁相环电路，所述延迟锁相环电路用于对基准信号进行延迟产生用于锁相环电路的参考信号。

9.根据权利要求8所述的锁相环系统，其特征在于，所述延迟锁相环电路包括第二鉴频鉴相器、第二环路滤波器和延迟器，所述第二鉴频鉴相器产生第二控制信号，所述电荷泵模块还根据第二控制信号的控制通过对应的输出节点输出电流，所述第二环路滤波器与电荷泵模块的对应的输出节点相连以基于电荷泵模块输出的电流产生第二电压信号，所述延迟器与第二环路滤波器相连以基于第二电压信号的控制对基准信号进行延迟产生参考信号和延迟输出信号，所述第二鉴频鉴相器还基于延迟输出信号与基准信号之间的相位差和/或频率差调节第二控制信号。

10.一种锁相环系统的控制方法，基于权利要求7～9中任一项所述的锁相环系统，其特征在于，