摘 要
電荷泵鎖相環(huán)的鎖定指示電路設(shè)計(jì)，常用的方法是在PFD 電路中通過(guò)檢測(cè)經(jīng)分頻后的參考輸入和本振反饋信號(hào)的相位誤差來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)相位誤差超過(guò)某個(gè)鎖定檢測(cè)窗口時(shí)，鎖相環(huán)電路就上報(bào)失鎖告警。由于數(shù)字鎖定指示電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于被監(jiān)控而被廣泛應(yīng)用。在實(shí)際的鎖相環(huán)電路設(shè)計(jì)中，往往由于電路參數(shù)選擇不合理，盡管鎖相環(huán)處于正常的鎖定狀態(tài)，但由于PFD 的相位誤差超過(guò)鎖定檢測(cè)窗口而導(dǎo)致數(shù)字鎖定指示電路顯示失鎖。因此，必須需要根據(jù)特定鎖相環(huán)配置和外圍電路選擇合適的檢測(cè)窗口，或者根據(jù)檢測(cè)窗口要求設(shè)計(jì)合適的鎖相環(huán)環(huán)路參數(shù)和外圍電路。

1 概述
在各種鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)中，電荷泵鎖相環(huán)因其穩(wěn)定性高，捕獲范圍大，便于集成等特點(diǎn)而別廣泛應(yīng)用于無(wú)線通信、頻率綜合器和時(shí)鐘恢復(fù)電路中。隨著芯片設(shè)計(jì)集成化和電路設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔化，鎖相環(huán)芯片通常都集成了環(huán)路鎖定檢測(cè)電路。

電荷泵鎖相環(huán)的鎖定檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，包括模擬鎖定檢測(cè)和數(shù)字鎖定檢測(cè)兩種方法。其中，模擬檢測(cè)電路采用經(jīng)鑒頻鑒相器PFD 輸出的相位誤差，產(chǎn)生脈沖信號(hào)對(duì)外部電容進(jìn)行充電和放電，需要較長(zhǎng)的時(shí)間以達(dá)到穩(wěn)定的電平輸出，以指示當(dāng)前鎖相環(huán)狀態(tài)是鎖定或失鎖，在電路設(shè)計(jì)方面不夠靈活并缺乏精確判斷鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)，限制了其應(yīng)用范圍。數(shù)字鎖定檢測(cè)方法具有準(zhǔn)確性高、可編程性且電路設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。目前，電荷泵鎖相環(huán)的數(shù)字鎖定指示電路設(shè)計(jì)中，通常采用在鑒頻鑒相器PFD 電路中檢測(cè)經(jīng)過(guò)分頻后的參考時(shí)鐘輸入和同樣經(jīng)分頻后的本振反饋信號(hào)的相位誤差來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)相位誤差超過(guò)某個(gè)鎖定檢測(cè)窗口時(shí)，鎖相環(huán)電路就上報(bào)失鎖指示信號(hào)。本文介紹了電荷泵鎖相環(huán)電路鎖定檢測(cè)的基本原理，通過(guò)分析影響鎖相環(huán)數(shù)字鎖定電路的關(guān)鍵因子，推導(dǎo)出相位誤差的計(jì)算公式。并以CDCE72010 為例子，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了不合理的電路設(shè)計(jì)或外圍電路參數(shù)是如何影響電荷泵鎖相環(huán)芯片數(shù)字鎖定指示的準(zhǔn)確性。

2 電荷泵鎖相環(huán)電路的數(shù)字鎖定檢測(cè)原理

相位誤差是數(shù)字鎖定檢測(cè)原理的最關(guān)鍵參數(shù)，下面分析了電荷泵鎖相環(huán)電路中相位誤差的來(lái)源，以及數(shù)字鎖定檢測(cè)電路是如何基于相位誤差實(shí)現(xiàn)的。

2.1 PFD、電荷泵電流和相位誤差

典型的電荷泵鎖相環(huán)電路（如TI 的CDCE72010）的PFD 工作原理如圖1 所示。當(dāng)送達(dá)PFD 的參考
時(shí)鐘輸入超前本振時(shí)鐘輸入時(shí)，PFD1 就輸入一個(gè)高脈沖寬度的信號(hào)；反之，則在PFD2 輸出一個(gè)高脈沖電平寬度，通過(guò)PFD1 和PFD2 的脈沖信號(hào)以控制電荷泵電流的灌入和流出，經(jīng)后級(jí)低通濾波器后，產(chǎn)生不同的壓控電壓以控制外部振蕩器的輸出，達(dá)到負(fù)反饋的穩(wěn)定。通常PFD 電路是通過(guò)比較參考時(shí)鐘和本振時(shí)鐘上升沿之間的時(shí)延，該時(shí)延稱之為相位誤差。在電路處于鎖定狀態(tài)時(shí)，該相位誤差也就是鎖相環(huán)的穩(wěn)態(tài)相差參數(shù)。