庄锦清+李开航+罗雪芹

摘 要： 设计一款音频范围内的电荷泵锁相环，采用动态D触发器鉴频鉴相器及电流舵差分输入电荷泵。压控振荡器采用了对电容充放电的形式产生震荡波形，实现低频输出。采用HHNEC BCD035工艺并用Cadence软件实现仿真，实现250 kHz频率锁定，锁定时间为80 μs，锁定时相位差为75 ns且压控振荡器控制电压纹波为5 mV。

关键词： 低频率； 电荷泵锁相环； 电荷泵； 压控振荡器

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）16?0148?04

Design of low?frequency charge pump PLL

ZHUANG Jin?qing， LI Kai?hang， LUO Xue?qin

（College of Physics and Electromechanical Engineering， Xiamen University， Xiamen 361005， China）

Abstract： A charge pump PLL working in audio frequency was designed， in which a TSPC?PFD and a current steering charge pump were used. In order to get the low frequency， a VCO that get the output wave by charging or discharging the capacity is used. The circuit is designed with HHNEC BCD035 process and the behavior is simulated with Cadence. The locking frequency of 250 kHz was achieved. Its locking time is 80 μs. when it is locked， the phase difference is 75 ns， and the ripple of the VCO control voltage is 5 mV.

Keywords： low frequency PLL； charge pump PLL； charge pump； VCO

D类放大器由于其较高的效率得到了广泛的应用。而如今在高效率D类音频功放中低频率的锁相环也起了重要作用。D类音频功放最常用调制机制是脉冲编码调制即PWM（Pulse Width Modulation）技术，将音频信号与三角波信号相比较，经采样得到脉冲宽度与音频信号幅度成比例变化的PWM信号。因而，三角波的稳定性影响着音频信号调制的准确性。锁相环以其优良的信号稳定性很好地符合了这一要求。另外，锁相环还可以用于频率合成不同频率的三角波，对于不同频率的音频输入信号都能进行良好的PWM调制。锁相环一般分为模拟锁相环、混合锁相环和全数字锁相环，其基本原理结构包括鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO），如图1所示。本文主要介绍一款适用于音频范围的低频电荷泵锁相环。

1 电荷泵锁相环设计

本文介绍的电荷泵锁相环（CPPLL）属于混合型锁相环，其基本机构如图2所示，包括鉴频鉴相器（PFD）、电荷泵（CP）、低通滤波器和压控振荡器四个部分。参考信号与输出信号经过鉴频鉴相器比较得到的两路信号分别控制电荷泵开关S1，S2，根据频率相位比较结果对电容Cp进行充放电进而改变Vcont的大小，控制VCO产生和输入参考信号同频率同相位的输出信号[2]。……