改进型CMOS电荷泵锁相环电路的应用设计

图10给出了锁相环建立过程的仿真波形，图中给出的是VCO控制电压的波形，在输入参考频率为31.5 MHz、频率反馈设置为32分频时，系统锁定时间约为1.5μs.MFC模块的采用和压控振荡器分段线性的处理有效扩展了锁频范围，输出频率在25 MHz~2.2 GHz内可调。在实际应用中，可以通过选择常用晶振频率和整数分频倍数获得更多的输出频率。图11和图12分别给出了输出频率在100 MHz~2.2 GHz变化时，锁相环的捕获时间tcap和稳态相对相位误差δp的变化曲线。结果表明，在100MHz~2.2GHz的输出频率范围内，锁相环的捕获时间小于2μs,相位相位误差小于0.6%.

图10 锁相环建立过程的瞬态仿真波形

图11 捕获时间(tcap)与输出频率的对应关系曲线

图12 稳态相对相位误差(δp)与输出频率的对应关系曲线

5、结论

在整个电荷泵锁相环系统中，电荷泵电路起着非常关键的作用。传统的电荷泵电路，其内部存在的一些非理想因素直接影响着整个环路的工作性能，如存在电荷泄漏、电流失配、电荷共享、时钟馈通等问题，会导致压控振荡器输出频率产生抖动和相位发生偏差。

本文设计的高性能CMOS电荷泵锁相环电路，通过对传统电荷泵电路的改进，提高了充放电电流的匹配性，有效抑制了锁相环输出的相位偏差，提高了环路的稳定性。同时在环路中增加了倍频控制模块MFC和压控振荡器分段处理，有效扩展了锁频范围。该电路基于Dongbu HiTek 0.18μm CMOS工艺设计，并进行了全面的仿真验证，结果表明：输出频率在100 MHz~2.2 GHz内变化时，频率锁定时间和相位误差都得到了有效控制，验证了设计的有效性。