基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环专利检索-电子振荡器或脉冲发生器的自动控制起振同步或稳定专利检索查询-专利查询网

基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环
申请号	CN202311592203.X	申请日	2023-11-27	公开(公告)号	CN117674831A	公开(公告)日	2024-03-08
申请人	浙江大学;			发明人	高翔; 陈妍; 徐豪杰;
摘要	本发明公开了一种基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，亚采样鉴相器根据参考信号和四相振荡信号输出鉴相电压结果；比较选择单元包括比较器和多路选择器，比较器比较其中两对差分的鉴相电压结果，多路选择器由寄存器输入固定的两比特数值或输入其中一对差分的鉴相电压结果；电荷泵与多路选择器连接，将输入电压信号转换为电流输出，其电流包括自身电流和偏置电流；环路滤波器与电荷泵连接，输出控制电压控制压控振荡器；TDC数字模块根据振荡信号和参考信号的频率差控制压控振荡器的频带选择，根据比较器的比较结果和频率差控制电荷泵的输入信号选择以及电荷泵偏置电流的开启或关闭。本发明的锁相环能快速锁定且相噪低。
权利要求	1.一种基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，其特征在于，包括：亚采样鉴相器、比较选择单元、电荷泵、环路滤波器、振荡器、差分转四相单元、TDC数字模块；所述亚采样鉴相器的第一输入端输入参考信号，第二输入端与差分转四相单元的输出端连接，接收均匀的四相振荡信号；所述亚采样鉴相器根据参考信号和四相振荡信号获得相位误差并输出四相的鉴相电压结果；所述比较选择单元包括比较器和多路选择器，所述比较器的输入端与亚采样鉴相器的输出端连接，用于比较其中两对差分的鉴相电压结果的大小并输出比较结果；多路选择器的第一输入端和第二输入端分别由寄存器输入固定的两比特数值，第三输入端输入其中一对差分的鉴相电压结果；所述电荷泵的第一输入端与得到多路选择器的输出端连接，用于将输入电压信号转换为电流输出；所述电荷泵的电流包括自身电流和额外的偏置电流，所述偏置电流由TDC数字模块控制开启或关闭；所述环路滤波器的输入端与电荷泵的输出端连接，输出控制电压控制压控振荡器；所述压控振荡器的第一输入端与环路滤波器的输出端连接，用于生成差分的振荡信号并输出；所述差分转四相单元的输入端与压控振荡器的输出端连接，用于将差分的振荡信号转为四相振荡信号输出；所述TDC数字模块的第一输入端输入参考信号，第二输入端与压控振荡器的输出端连接，得到振荡信号和参考信号的频率差；第一输出端与压控振荡器的第二输入端连接，用于根据所述频率差输出数字信号，控制压控振荡器的频带选择；所述TDC数字模块的第三输入端与比较器的输出端连接，用于接收比较器的比较结果；第二输出端与多路选择器的第四输入端连接，根据所述比较结果和频率差，输出数字信号控制电荷泵的输入信号选择；第三输出端与电荷泵的第二输入端连接，根据所述比较结果和频率差，输出数字信号控制电荷泵偏置电流的开启或关闭。 2.根据权利要求1所述的基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，其特征在于，所述亚采样鉴相器利用第二输入端的四相振荡信号的边沿采样第一输入端的电压，或利用第一输入端的参考信号边沿采样第二输入端的电压。 3.根据权利要求1所述的基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，其特征在于，所述偏置电流随振荡信号和参考信号的频率差的大小分不同档次开启，调节输出的总电流大小。 4.根据权利要求1所述的基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，其特征在于，所述电荷泵采用单端支路结构，或者采用电流舵结构的双端支路结构。 5.根据权利要求1所述的基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，其特征在于，所述环路滤波器采用单路无源滤波器，所述单路无源滤波器的输入端与电荷泵的输出端连接，输出端与压控振荡器的第一输入端连接；所述环路滤波器还能采用双路滤波器，所述双路滤波器包括积分路和比例路，所述积分路的输入端与电荷泵的输出端连接，输出端与压控振荡器的第一输入端连接；所述比例路的输入端与亚采样鉴相器的输出端连接，输出端与压控振荡器的第一输入端连接；所述压控振荡器支持双路控制，且双路对应的振荡器增益不同。 6.根据权利要求1所述的基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，其特征在于，所述压控振荡器的控制信号分为粗调制和细调制，所述粗调制为TDC数字模块输出的频带选择信号，所述频带选择信号为多位数字信号，频率覆盖范围大；所述细调制来自环路滤波器的输出电压，精准控制振荡频率，对应的频率覆盖范围小；所述细调制的范围至少覆盖一个粗调制频带。 7.根据权利要求1所述的基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，其特征在于，所述差分转四相单元能被替代，一种情况是所述压控振荡器直接输出四相振荡信号到亚采样鉴相器；另一种情况是压控振荡器的输出通过分频器分频，产生四相振荡信号并传输至亚采样鉴相器，或者由移相单元接收压控振荡器的差分输出，产生同频四相信号并传输至亚采样鉴相器。 8.根据权利要求1所述的基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，其特征在于，所述锁相环的工作流程为：TDC数字模块接收参考信号和振荡信号，对振荡信号频率与参考信号频率进行粗略估计后，输出数字信号给多路选择器，控制亚采样电荷泵的输入信号选择，输出数字信号给压控振荡器，控制压控振荡器的频带选择；当振荡信号和参考信号的频率之比与设定的分频比不一致时，TDC数字模块输出数字信号给亚采样电荷泵，开启偏置电流；在锁相环路中，亚采样鉴相器接收四相振荡信号与参考信号，在参考信号上升沿时对四相振荡信号进行采样，采样结果经过电荷泵得到电流，最后经过环路滤波器后输出电压控制压控振荡器的频率。 9.根据权利要求1所述的基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，其特征在于，所述TDC数字模块包括TDC核心模块和状态机模块，TDC核心模块用于得到振荡信号和参考信号的频率差，其结构为计数器结构电路，或者时间数字转换器电路；状态机模块接收比较器输出以及频率差，输出信号控制锁相环路中电荷泵中额外偏置电流的开启与关闭、以及压控振荡器的频带选择，其结构为数字电路。
说明书全文	基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环技术领域 [0001] 本发明涉及数模混合集成电路领域，尤其涉及一种基于TDC(时间数字转换器，Time‑to‑Digital Converter)数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环。背景技术 [0002] 锁相环是集成电路中的基本模块之一，广泛应用于无线传输的接收机、发射机以及有线通信中的频率综合器、时钟数据恢复电路等。传统的电荷泵锁相环电路如图1所示，该电路由鉴相器、电荷泵、环路滤波器、振荡器和分频器五个模块组成。锁相环通过鉴相器检测参考时钟与反馈时钟(分频器输出)的频率与相位差，产生脉冲信号，从而控制电荷泵的输出电流大小，输出电流对环路滤波器电容进行充放电，将电流转化为控制电压，控制振荡器的振荡频率，分频器再将振荡器的输出高频信号分频后反馈输入鉴相器，形成负反馈网络，环路通过反复调整最终达到稳定状态。图2为该类电荷泵锁相环的鉴相特性图，可以看到在每个输入信号的周期内，鉴相曲线呈现单调线性的特性，这表明该类锁相环的鉴相范围为[‑2π,2π]。但是，对于图1所代表的电荷泵锁相环，在环路带宽内分频器、鉴相器、电2 荷泵的噪声会放大N倍(N：分频比)，这将严重恶化锁相环的抖动性能。 [0003] 近年来，亚采样锁相环技术在实现带内低相位噪声方面取得了很好的效果，其示2 意图如图3所示，它无需分频器，从本质上消除了鉴相器与电荷泵噪声被放大N的问题。图4为亚采样锁相环的鉴相特性图，可以看出在锁定点附近，亚采样鉴相器的鉴相增益远大于传统电荷泵锁相环，这也有效降低了带内相位噪声。但由于正弦波的周期特性，该类锁相环的鉴相范围仅为[‑π,π]，只由锁相环路工作的话容易误锁定至参考时钟的任意整数倍，这将导致锁相环无法正常工作，这意味着它只能保证相位锁定，并不能保证频率锁定。因此亚采样锁相环通常需要一个额外的锁频环路(工作方式类似传统电荷泵锁相环)对输出信号频率进行控制，以保证正确的锁频与锁相。 [0004] 传统的亚采样锁相环有锁频环路和亚采样环路两个环路，锁频环路实现频率锁定，亚采样环路实现锁相。为了降低功耗，电路在锁定后会将锁频环关掉，这是通过带有死区的PFD来实现的，但是锁频环中的鉴相器PFD和分频器并没有完全关断，这会消耗一定的功耗，尤其是在高频段下的分频器。此外，进行初始频率锁定后，从锁频环路切换到亚采样锁相环路，切换过程中存在着锁定点不对齐的问题，还增加了潜在的锁定时间，这导致目前的亚采样锁相环结构无法兼顾低相位噪声和快速锁定的性能。发明内容 [0005] 针对现有技术的不足，本发明提出一种基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，该锁相环去掉了传统亚采样锁相环中的锁频环路，通过TDC数字模块检测输出信号频率与目标频率的差别，直接控制振荡器的频带选择和锁相环路电荷泵的偏置电流开关，在锁相过程中保留亚采样锁相环高增益的特性，既扩展了亚采样锁相环的频率捕捉范围，又避免了锁频环路和锁相环路的切换对不齐的问题，加速了锁相环的锁定，同时TDC数字模块可关断从而降低其功耗。 [0006] 具体技术方案如下： [0007] 一种基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，包括：亚采样鉴相器、比较选择单元、电荷泵、环路滤波器、振荡器、差分转四相单元、TDC数字模块； [0008] 所述亚采样鉴相器的第一输入端输入参考信号，第二输入端与差分转四相单元的输出端连接，接收均匀的四相振荡信号；所述亚采样鉴相器根据参考信号和四相振荡信号获得相位误差并输出四相的鉴相电压结果； [0009] 所述比较选择单元包括比较器和多路选择器，所述比较器的输入端与亚采样鉴相器的输出端连接，用于比较其中两对差分的鉴相电压结果的大小并输出比较结果；多路选择器的第一输入端和第二输入端分别由寄存器输入固定的两比特数值，第三输入端输入其中一对差分的鉴相电压结果； [0010] 所述电荷泵的第一输入端与得到多路选择器的输出端连接，用于将输入电压信号转换为电流输出；所述电荷泵的电流包括自身电流和额外的偏置电流，所述偏置电流由TDC数字模块控制开启或关闭； [0011] 所述环路滤波器的输入端与电荷泵的输出端连接，输出控制电压控制压控振荡器； [0012] 所述压控振荡器的第一输入端与环路滤波器的输出端连接，用于生成差分的振荡信号并输出； [0013] 所述差分转四相单元的输入端与压控振荡器的输出端连接，用于将差分的振荡信号转为四相振荡信号输出； [0014] 所述TDC数字模块的第一输入端输入参考信号，第二输入端与压控振荡器的输出端连接，得到振荡信号和参考信号的频率差；第一输出端与压控振荡器的第二输入端连接，用于根据所述频率差输出数字信号，控制压控振荡器的频带选择； [0015] 所述TDC数字模块的第三输入端与比较器的输出端连接，用于接收比较器的比较结果；第二输出端与多路选择器的第四输入端连接，根据所述比较结果和频率差，输出数字信号控制电荷泵的输入信号选择；第三输出端与电荷泵的第二输入端连接，根据所述比较结果和频率差，输出数字信号控制电荷泵偏置电流的开启或关闭。 [0016] 进一步地，所述亚采样鉴相器利用第二输入端的四相振荡信号的边沿采样第一输入端的电压，或利用第一输入端的参考信号边沿采样第二输入端的电压。 [0017] 进一步地，所述偏置电流随振荡信号和参考信号的频率差的大小分不同档次开启，调节输出的总电流大小。 [0018] 进一步地，所述电荷泵采用单端支路结构，或者采用电流舵结构的双端支路结构。 [0019] 进一步地，所述环路滤波器采用单路无源滤波器，所述单路无源滤波器的输入端与电荷泵的输出端连接，输出端与压控振荡器的第一输入端连接； [0020] 所述环路滤波器还能采用双路滤波器，所述双路滤波器包括积分路和比例路，所述积分路的输入端与电荷泵的输出端连接，输出端与压控振荡器的第一输入端连接；所述比例路的输入端与亚采样鉴相器的输出端连接，输出端与压控振荡器的第一输入端连接；所述压控振荡器支持双路控制，且双路对应的振荡器增益不同。 [0021] 进一步地，所述压控振荡器的控制信号分为粗调制和细调制，所述粗调制为TDC数字模块输出的频带选择信号，所述频带选择信号为多位数字信号，频率覆盖范围大；所述细调制来自环路滤波器的输出电压，精准控制振荡频率，对应的频率覆盖范围小；所述细调制的范围至少覆盖一个粗调制频带。 [0022] 进一步地，所述差分转四相单元能被替代，一种情况是所述压控振荡器直接输出四相振荡信号到亚采样鉴相器；另一种情况是压控振荡器的输出通过分频器分频，产生四相振荡信号并传输至亚采样鉴相器，或者由移相单元接收压控振荡器的差分输出，产生同频四相信号并传输至亚采样鉴相器。 [0023] 进一步地，所述锁相环的工作流程为：TDC数字模块接收参考信号和振荡信号，对振荡信号频率与参考信号频率进行粗略估计后，输出数字信号给多路选择器，控制亚采样电荷泵的输入信号选择，输出数字信号给压控振荡器，控制压控振荡器的频带选择；当振荡信号和参考信号的频率之比与设定的分频比不一致时，TDC数字模块输出数字信号给亚采样电荷泵，开启偏置电流；在锁相环路中，亚采样鉴相器接收四相振荡信号与参考信号，在参考信号上升沿时对四相振荡信号进行采样，采样结果经过电荷泵得到电流，最后经过环路滤波器后输出电压控制压控振荡器的频率。 [0024] 进一步地，所述TDC数字模块包括TDC核心模块和状态机模块，TDC核心模块用于得到振荡信号和参考信号的频率差，其结构为计数器结构电路，或者时间数字转换器电路；状态机模块接收比较器输出以及频率差，输出信号控制锁相环路中电荷泵中额外偏置电流的开启与关闭、以及压控振荡器的频带选择，其结构为数字电路。 [0025] 本发明的有益效果是： [0026] 本发明通过TDC数字模块和比较选择单元扩展亚采样锁相环锁定范围，避免了锁频环路和锁相环环路切换中引入的锁定点不对齐的问题，加速锁定过程，结合低抖动亚采样环路的低相噪优势，最终实现了低相位噪声和快速锁定的锁相环。附图说明 [0027] 图1是传统电荷泵锁相环的架构示意图。 [0028] 图2是传统电荷泵锁相环的鉴相特性图。 [0029] 图3是传统亚采样锁相环的架构示意图。 [0030] 图4是传统亚采样锁相环的鉴相特性图。 [0031] 图5是本发明基于TDC数字模块的快速锁定亚采样锁相环的架构示意图。 [0032] 图6是本发明基于TDC数字模块的快速锁定亚采样锁相环的一种可能实施例。 [0033] 图7是本发明基于TDC数字模块的快速锁定亚采样锁相环的另一种可能实施例。 [0034] 图8是本发明基于TDC数字模块的快速锁定亚采样锁相环的锁定时序图。 [0035] 图9是本发明基于TDC数字模块的快速锁定亚采样锁相环在锁相阶段的区域划分图和电荷泵输入信号图，其中，(a)为基于比较选择单元在锁相阶段划分的区域图；(b)为锁相阶段的电荷泵输入信号图。 [0036] 图10是本发明基于TDC数字模块的快速锁定亚采样锁相环的电荷泵的架构示意图以及鉴频鉴相特性图，其中(a)为电荷泵的架构示意图，(b)为鉴频鉴相特性图。具体实施方式 [0037] 下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 [0038] 在对本发明实施例进行进一步详细说明之前，对本发明实施例中涉及的名词和术语进行说明，本发明实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。 [0039] (1)压控振荡器，Voltage‑Controlled Oscillator，以下简称VCO，在锁相环中作为被控对象，用于提供频率可调的振荡信号。 [0040] (2)参考信号，Reference Signal，以下简称REF，在通信领域中，参考信号通常指用于提供参考相位或频率的信号，具有稳定性、精确性和可重复性。在锁相环中，参考信号用于控制本振信号的相位和频率，从而实现频率跟踪和同步。 [0041] (3)时间数字转换器，Time‑to‑Digital Converter，以下简称TDC，用于测量两个信号脉冲之间的时间间隔，并将这个间隔转化为数字形式进行表达。TDC主要用于确定开始脉冲和停止脉冲之间的时间间隔，当信号脉冲的上升沿或下降沿超过设定的阈值时，TDC开始测量并输出结果。 [0042] 如图5所示，一种基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环，包括：亚采样鉴相器、比较选择单元、亚采样电荷泵、环路滤波器、振荡器、差分转四相单元、TDC数字模块。 [0043] 亚采样鉴相器，其第一输入端输入参考信号，参考信号的频率为FREF；第二输入端与差分转四相单元的输出端连接，接收均匀的四相(90°/180°/270°/0°)振荡信号，四相振荡信号为正弦波，频率为FVCO_4PHASE(90°/180°/270°/0°)。亚采样鉴相器可利用第二输入端的四相振荡信号的边沿采样第一输入端的电压，也可利用第一输入端的参考信号边沿采样第二输入端的电压；在本实施例中，亚采样鉴相器根据参考信号对四相振荡信号进行亚采样处理，获得相位误差并输出鉴相电压结果Vsam0、Vsam90、Vsam270、Vsam180。 [0044] 比较选择单元包括比较器和多路选择器，比较器的输入端与亚采样鉴相器的输出端连接，用于比较其中两对差分的鉴相电压结果的大小并输出比较结果，即比较Vsam0和Vsam180的大小、Vsam90和Vsam270的大小。多路选择器的第一输入端和第二输入端分别由寄存器输入固定的两比特数值，第三输入端输入其中一对差分的鉴相电压结果。 [0045] 亚采样电荷泵，其第一输入端与多路选择器的输出端连接，用于将输入电压信号转换为电流输出。亚采样电荷泵的电流包括自身电流ICP和额外的偏置电流ΔICP，偏置电流ΔICP由TDC数字模块控制开启或关闭，偏置电流ΔICP也可随振荡信号和参考信号的频率差的大小分不同档次进行调节。亚采样电荷泵可采用单端支路结构，或者采用电流舵结构的双端支路结构。 [0046] 环路滤波器，其输入端与亚采样电荷泵的输出端连接，输出端输出控制电压控制压控振荡器。环路滤波器可采用单路无源滤波器，如图6所示，单路无源滤波器的输入端与电荷泵的输出端连接，输出端与压控振荡器的第一输入端连接。环路滤波器还能采用双路滤波器(比例路/积分路)，如图7所示，双路滤波器的积分路的输入端与亚采样电荷泵的输出端连接，输出端与压控振荡器的第一输入端连接；比例路的输入端与亚采样鉴相器的输出端连接，输出端与压控振荡器的第一输入端连接，将亚采样鉴相器的输出直接输入到压控振荡器进行控制；压控振荡器支持双路控制，且双路对应的振荡器增益不同；本实施例中双路控制优点在于原滤波器的电阻和环路带宽相关性降低，电容面积得以大大降低。 [0047] 压控振荡器，第一输入端与环路滤波器的输出端连接，用于生成差分的正弦波振荡信号并输出，振荡信号的频率为FVCO；第二输入端与TDC数字模块的第一输出端连接。压控振荡器的控制信号分为粗调制和细调制，粗调制为TDC数字模块输出的频带选择信号，一般是多位数字信号，频率覆盖范围较大；细调制来自环路滤波器的输出电压，精准控制振荡频率，对应的频率覆盖范围较小，细调制范围一般至少覆盖一个粗调制频带。 [0048] 差分转四相单元，输入端与压控振荡器的输出端连接，用于将差分的正弦波振荡信号转为四相振荡信号输出至亚采样鉴相器。差分转四相单元能被替代，一种情况是压控振荡器直接输出四相振荡信号到亚采样鉴相器；另一种情况是压控振荡器的输出通过分频器分频，产生四相振荡信号并传输至亚采样鉴相器，或者由移相单元接收压控振荡器的差分输出，产生同频四相信号并传输至亚采样鉴相器。 [0049] TDC数字模块，其第一输入端输入参考信号，第二输入端与压控振荡器的输出端连接，用于得到正弦波振荡信号和参考信号的频率差；第一输出端与压控振荡器的第二输入端连接，用于根据频率差输出数字信号(即频带选择信号)控制压控振荡器的频带选择。 [0050] TDC数字模块的第三输入端与比较器的输出端连接，用于接收比较器的比较结果；第二输出端与多路选择器的第四输入端连接，根据比较结果和频率差，输出数字信号控制亚采样电荷泵的输入信号选择。TDC数字模块的第三输出端与亚采样电荷泵的第二输入端连接，根据比较结果和频率差，输出数字信号控制亚采样电荷泵偏置电流的开启或关闭。 [0051] TDC数字模块包括TDC核心模块和状态机模块，TDC核心模块用于得到振荡信号和参考信号的频率差，其结构为计数器结构电路，或者时间数字转换器电路；状态机模块接收比较器输出以及频率差，输出信号控制锁相环路中亚采样电荷泵、压控振荡器等相关单元的开启与关闭，其结构为数字电路。 [0052] 以图6给出的基于TDC数字模块的快速锁定亚采样锁相环的一种可能实施例为例，锁相环的工作流程为： [0053] TDC数字模块接收参考信号和振荡信号，对振荡信号频率与参考信号频率进行粗略估计后，输出数字信号给多路选择器，控制亚采样电荷泵的输入信号选择；输出数字信号给压控振荡器，控制压控振荡器的频带选择；当振荡信号和参考信号的频率之比与设定的分频比不一致时，输出数字信号选择多路选择器的前两路之一的信号输入电荷泵，同时开启额外的亚采样电荷泵电流向环路中注入或抽取电荷，即开启偏置电流，从而加速改变控制电压，防止误锁，达到加速锁定的功能。在锁相环路中，亚采样鉴相器接收四相振荡信号与参考信号，在参考信号上升沿时对四相振荡信号进行采样，采样结果经过亚采样电荷泵得到电流，最后经过环路滤波器后输出电压控制压控振荡器的频率。下面详细介绍锁频阶段和锁相阶段的工作原理： [0054] 如图8所示，假设分频比N＝100，在锁频阶段，TDC数字模块对x(图8中x＝1)个参考信号周期内的振荡信号边沿进行计数(上升沿、下降沿均计算在内)，对计数结果与Nx相减得到的差的绝对值进行判断，当绝对值大于x时，认为频率未锁定，处于锁频阶段；当绝对值小于等于x时，认为频率锁定且进入锁相阶段；当绝对值长时间不变且很小时，认为环路已锁定，关闭自身电路以节省功耗。TDC数字模块会将结果通过查表的方式，确定合适的频带控制信号，输出给VCO，使得振荡频率切换到正确的频带；输出使能信号与选择信号，确定是否打开锁频锁相环路中亚采样电荷泵中额外的偏置电流，将亚采样电荷泵输入拉高为高电平或拉低为低电平(具体电压大小取决于计数差值结果)。通过以上的判断，TDC数字模块将锁相阶段的两输入的相位差缩小到了[‑1.5π,1.5π]内。 [0055] 在锁相阶段，VCO的频带控制信号已经确认，TDC数字模块也会关闭锁频锁相环路中亚采样电荷泵额外的偏置电流。由于正弦波的特性，在最后的锁相阶段周期内，亚采样鉴相器采样得到的采样电压Vsam对应有两种可能的相位差，为了加快锁定，本发明引入比较选择单元。比较选择单元接收亚采样鉴相器的结果Vsam0/Vsam90/Vsam180/Vsam270，将最后的锁相周期分为了三个区域，如图9的(a)所示。在区域II中，Vsam90 [0056] 在区域I中，Vsam90>Vsam270且经过以上判断，TDC数字模块中的状态机输出信号给多路选择器，选择亚采样电荷泵输入为2’b01，即亚采样电荷泵的两个输入Vsam0为低电平，Vsam180为高电平，此时亚采样电荷泵从环路滤波器中抽取电流，减小控制电压，使得压控振荡器输出信号频率有较小幅度的变化，迫使锁相进入区域II。 [0057] 在区域III中，Vsam90>Vsam270且经过以上判断，TDC数字模块中的状态机输出信号给多路选择器，选择亚采样电荷泵输入为2’b10，即亚采样电荷泵的两个输入Vsam0为高电平，Vsam180为低电平，此时亚采样电荷泵往环路滤波器中注入电流，增大控制电压，使得压控振荡器输出信号频率有较小幅度的变化，迫使锁相进入区域II，加快锁定，避免误锁。 [0058] 经过比较选择单元和TDC数字模块处理后，电压输入给亚采样电荷泵，经过环路滤波器给到压控振荡器控制振荡频率。本发明实施例所提供的基于TDC数字模块的快速锁定宽频带亚采样型锁相环结合了传统型亚采样锁相环较好噪声的特点，采用TDC数字模块，能在亚采样锁相环锁定的时候自动关断整个锁频环。 [0059] 如图10的(a)所示，为本发明亚采样电荷泵的一种可能的实施例。亚采样电荷泵有三个输入，其中两个是一对差分的电压输入Vsam0和Vsam180，另一个输入是使能信号EN，用于开启或关闭额外的偏置电流电路。亚采样电荷泵输出电流IOUT的大小由差分输入电压Vsam0、Vsam180和亚采样电荷泵的增益Gm决定，其中IOUT＝Gm(Vsam0‑Vsam180)。亚采样电荷泵输出电流来源除了默认电流ICP＝gm(Vsam0‑Vsam180)，还引入额外的偏置电流ΔICP＝Δgm(Vsam0‑Vsam180)，故该亚采样电荷泵的总增益为Gm＝gm+Δgm。其中，额外的偏置电路电路的增益Δgm可随频率差的大小分不同档次进行调节，从而改变亚采样电荷泵输出电流的大小ΔICP。偏置电流电路部分的开启使能信号EN受TDC数字模块控制，当振荡信号和输入信号的频率之比与分频比相差较大时，使能信号EN开启偏置电流，使亚采样电荷泵向环路中注入或抽取更多电荷，同时将亚采样电荷泵的输入信号Vsam0和Vsam180拉高或者拉低，加速改变控制电压进入锁相区域；当振荡信号与输入信号频率接近，进入锁相区域时，将使能信号EN关闭，TDC数字模块通过接收比较器的输出判断实际采样所在的区域，通过将亚采样电荷泵输入Vsam0和Vsam180拉高或者拉低的方式迫使环路进入最终的锁相区域II，此时相位差缩小到了[‑0.5π,0.5π]，可以仅凭借亚采样环路实现最终的锁定，鉴相增益曲线如图10的(b)所示。 [0060] 本发明针对传统的亚采样锁相环结构进行优化，以TDC数字模块代替了锁频环路，增加了比较选择单元，在保证亚采样锁相环性能的同时，扩展了亚采样鉴相器的频率捕捉范围，加速了锁定过程。 [0061] 本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

意见反馈