數字相位鑑別器的製作方法

2024-01-28 22:42:15 2

專利名稱：數字相位鑑別器的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及一種相位偵測電路，更特別地是涉及一種悽史字 相位鑑別器。
背景技術：
響應兩信號間的相位差的相位鑑別器在無線通訊系統中具有
廣;乏的應用。舉例來i兌，在快速調變鎖才目迴路(Phase-Locked Loop, PLL)中，相位鑑別器可用以使迴路頻寬最佳化。在此PLL中，為 了使噪聲最小化，迴路頻寬應愈小愈好。為快速調變及解調頻道， 迴路頻寬必需夠大以利於頻率調變。然而，較寬的迴路頻寬將導致 參考突波(reference spur )消除4交差。為了調和PLL中這些對立的 需求，常使用迴路頻寬增幅器。在頻率的取得及追蹤的過程中，若 PLL的輸出頻率與參考頻率之間的差異大時，則迴路頻寬增幅器將 開啟，使得PLL具有較寬的迴路頻寬。當PLL的輸出頻率落在參 考頻率的閉合範圍中，迴路頻寬增幅器將關閉。
回^各頻寬增幅器控制傳統上透過如同^吏用多重相4立頻率偵測 器及電荷泵的模擬電路、或透過模擬及數字電路的混合而實現。傳 統實施的一個問題在於其無法非常精確地區分參考信號與PLL輸 出信號間的相位差。另一問題，與類似的電^各有關，當用以製造PLL 的製程遷移至不同節點時，迴路頻寬增幅器控制電路需重新設計， 以使新製程最佳化。
因此，需要可精細地偵測相位差異且不受製程遷移影響的相位 鑑別器。相位鑑別器可用以控制前述迴路頻寬增幅器，就像在許多 其它應用一樣地成功。

發明內容
鑑於前述，本發明提供用於鎖相迴路中的 一相位鑑別器電路， 以決定參考信號及目標信號間的相位差是否達到可程序化差距值。
在本發明的一方面，相位鑑別器電路包括用以接收一參考信號的 一可程序化相位差距選擇器； 一第一相位數字轉換器，轉換來自可 程序化相位差距選擇器的 一輸出信號為 一 第 一數字程序代碼； 一 第 二相位數字轉換器，轉換一 目標信號與此參考信號間的一相位差為 一第二數字程序代碼；以及一程序代碼比較器，比較第一及第二數 字程序代碼，並才艮據第 一及第二ft字程序代碼悽t值順序的 一 改變， 產生一第一指令信號。
本發明的另 一方面，相位鑑別器電路更包括一信號確認才莫塊， 在發出 一第二指令信號前，來決定程序代碼比較器是否一致地偵測 第 一及第二數字程序代碼數值順序的改變。
然而，本發明的架構及操作方法，及其目標及優點，由以下特 定具體實施例的描述，結合所附圖式閱讀時，將可更佳地了解。


圖1為說明利用數字相位鑑別器(DPD)的鎖相迴路(PLL) 電路的方塊圖。
圖2為根據本發明的一具體實施例，說明實施圖1的DPD的 方塊圖。
圖3為一時序波形，說明用於圖2信號確認模塊的計數器操作。
圖4為才艮據本發明另一具體實施例，i兌明圖2的可程序化相位 差距選擇器的實行的方塊圖。
所附隨並形成此i兌明書 一部分的圖式是用以描述本發明某些 方面。本發明及本發明所提供的系統的操作及組件的更清楚概念， 透過參考於圖式中說明的範例及具體實施例將更易顯而易見，且並 不限於此。其中相同的參考標號(若其出現於超過一個圖)代表相 同組件。本發明可通過參考結合描述於此處的一個或多個這些圖式 而有較佳的了解。應注意的是，圖式中所描述的特徵並非必定依比 例繪製。
具體實施例方式
以下將提供可區別小量相位差的數字相位鑑別器的詳細說明。 相位差的臨界值是可調整的。此外，所提出的數字相位鑑別器不受 製程遷移影響。
圖1為i兌明利用悽t字相4立鑑別器(Digital-Phase Discriminator, DPD)的鎖相迴路(PLL)電路的方塊圖。PLL為電子4空制系統， 其產生鎖固於輸入或參考(REF)信號的相位信號。PLL—般由相 ^立頻率偵測器(Phase Frequency Detector, PFD )110、電荷泵(Charge Pump， CP )120、迴路濾波器130、電壓控制振蕩器(Voltage Controlled Oscillator, VCO) 140，以負反々齎組態方式建造。為使PLL的OUT 信號達到REF信號的整數倍，反饋路徑上也許有一分頻器150。
再參考圖1， VCO 140產生周期性的OUT信號，其頻率由輸 入控制電壓控制，且通常與輸入控制電壓成比例。，li殳一開始VCO 140的頻率與REF信號的頻率幾乎相同。接著，若來自振蕩器的相 位落於REF信號之後，則PFD 110將激活電荷泵120以改變控制電
壓，而4吏VCO 140加速。同樣地，若OUT相位前進至超過REF相 位，則PFD 110會激活電荷泵120去改變控制電壓，而使VCO 140 減速。迴路濾波器130消除來自電荷泵120的突然控制輸入。若一 開始OUT頻率與REF頻率差3巨甚多，則PFD 110也會響應ot匕頻率 差異，以增加允許輸入的鎖定範圍。
再參考圖1 ，為了允許快速收斂OUT頻率及REF頻率，迴路 濾波器130使用頻寬增幅器135。當OUT與REF信號之間的頻率 差異大於由數字相位鑑別器(DPD) 160設定的一預定臨界值時， 頻寬增幅器135將開啟，而當頻率差異變得小於預定臨界值時，頻 寬增幅器135將關閉。DPD 160偵測REF及PFD 110的輸出 PFDOUT兩輸入信號間之相位差異。設定信號"BITCNTL"用於調 整預定的臨界值。DPD160產生輸出信號"PDC"用於開啟或關閉 頻寬增幅器135。
圖2為根據本發明一具體實施例，說明圖1的DPD 160實施的 方塊圖。DPD 160包括可禾呈序化相位差距選擇器210、 二相4立悽t字 轉換器220及230、程序代碼比較器240、及信號確i^莫塊250。可 程序化相位差距選糹奪器210有調整臨界相位差距i殳定裝置的功能。 臨界相位差距為REF及OUT信號間的相位差，若低於此值，頻寬 增幅器135將仍運作(開啟)以使相位收斂較快，若高於此值，頻 寬增幅器135將關閉以使噪聲減小至最少。顯然地，臨界相位差距 應能夠細^:地調整，且足夠的小。而描述於下文的可程序化相位差 距選擇器210將與如同前面所提及的數字相位鑑別器160相同以實 施。
回到圖2，信號PFDOUT為脈衝信號，且成比例於REF及OUT 信號間的相位差的脈沖寬度。可程序化相位差距選4奪器210接收 REF信號作為一參考，並產生一脈衝信號REFD。 REFD信號的脈 衝寬度成比例於臨界相位差距。信號PFDOUT也為脈沖信號，且成
比例於REF及OUT信號間的相位差的脈沖寬度。接著，PFDOUT 與REFD信號分別通過相位數字轉換器220及230分別轉換為數字 程序代碼PFDC及REFC。數字程序代碼PFDC及REFC在程序代 碼比較器240中比較。若程序代碼PFDC大於程序代碼RFEC，則 程序代碼比較器240將不會輸出任何指令信號。 一旦程序代碼PFDC 小於程序代碼RFEC，則程序代碼比較器240將輸出指令信號CC， 以關閉圖1的頻寬增幅器135。在此，數字程序代碼PFDC及REFC 可為熱程序代碼。熱程序代碼為可通過增加"1"到4交高階4立的悽t 字的一種程序代碼，例如OOOl、 0011、 0111、 1111，如同線性溫度 計。顯然地，熱程序代碼易用於比較。
參考圖2，指令信號CC在傳送至圖1的頻寬增幅器135前， 實際上是傳送至信號確認模塊250。信號確認模塊250確認指令信 號CC重複地出現於程序代碼比4交器240的輸出，更確i人REF與 OUT信號間的相位差小於預設相位臨界值，且指令信號CC非由偶 發的噪聲所產生。信號確認模塊250可由一計數器(圖未顯示)實 施。接著，在此情況下，來自程序代碼比較器的CC信號為一具有 預定頻率的脈衝信號。當計數器計數達到一默認值，計數器將輸出 PDC信號，以關閉圖1的頻寬增幅器135。在達到默認值前的任何 時刻，當CC脈沖信號停止，計數器將重新i殳定。因而，先前的CC 脈衝信號被視為噪聲引起的信號。顯然地，本領域技術人員可通過 許多其它方式來批j亍信號確iU漠塊250。
圖3為一時序波形，說明用於圖2信號確認模塊的計數器操作。 在Tl期間，程序代碼比較器240未產生指令信號CC。在T2期間， 程序代碼比較器240開始產生脈衝指令信號CC,其使計數器向上 或向下計數。當到達一默認值時，計數器將產生一切換信號PDC 於T3時期的開始。切換信號PDC用以關閉圖1的頻寬增幅器135。圖4為根據本發明另一具體實施例，說明圖2的可程序化相位 差距選擇器210的實4於的方塊圖。可程序4匕相位差距選擇器210具 有一連串延遲單元410
的延遲鏈、可程序化延遲選擇器420、 及SR閂鎖器430。延遲單元410
可由主動閘極(如圖4所示) 或被動組件所構成。雖然圖4僅說明四階延遲單元410
， 4旦本 領域技術人員可了解到，針對其個別應用，可擴大或縮減階悽t為其 它數目。
可程序化延遲選擇器420於其輸入端DI
接收不同的延遲。 設定信號"BITCNTL"於輸出端DO
決定哪個延遲被激化。SR 閂鎖器430結合原始及延遲的REF信號形成具有欲獲得的脈沖寬度 的4言號REFD。
雖然在以上描述中使用了相位差，但本領域技術人員可了解， 相位及頻率二詞可交替4吏用。當頻率差小於時間^永衝周期(clock cycle)時，則使用相位差來偵測。而在其它時候，使用頻率差本身
來偵測。
以上說明提供許多不同的具體實施例或實施本發明不同特徵 的具體實施例。特定具體實施例的組成及製程的描述用以幫助闡明 本發明。當然，這些僅為具體實施例，並不會去限制描述於申請專 利範圍中的本發明。
雖然本發明以一個或多個特定範例具體化描述及說明於jt匕，然 而其並非用以去限制本發明於所示詳細il明中，因為在不偏離本發 明的精神下及在申請專利範圍的均等範疇及範圍內，可做出許多修 改及結構改變。因此，後附申i青專利範圍應以廣義、符合本發明範 疇的方式來解釋，如以下所提出的申請專利範圍。
符號說明
110相4立頻率偵測器
120電4肓泵
130回^各濾波器
135頻寬增幅器
140電壓控制振蕩器
150分頻器
160數字相位鑑別器
210可一呈序化相位差^巨選擇器
220相位數字轉換器
230相位數字轉換器
240程序代碼比4交器
250信號確認才莫塊
410
延遲單元
420可程序化延遲選4奪器
430 SR閂鎖器
權利要求
1.一種相位鑑別器，包括一可程序化相位差距選擇器，用以接收一參考信號；一第一相位數字轉換器，用以轉換來自所述可程序化相位差距選擇器的一輸出信號為一第一數字程序代碼；一第二相位數字轉換器，用以轉換一目標信號與所述參考信號間的一相位差為一第二數字程序代碼；以及一程序代碼比較器，用以比較所述第一及所述第二數字程序代碼，並根據所述第一及所述第二數字程序代碼數值順序的一改變，產生一第一指令信號。
2. 根據權利要求1所述的相位鑑別器，其中，所述可程序化相位 差距選擇器包括一延遲鏈，耦合於所述參考信號，用以供應具有不同延 遲的多個延遲參考信號；一可程序化延遲選4奪器，用以選4奪至少其中一個所述延 遲參考信號；以及一閂鎖器，根據所述參考信號及所選擇的所述延遲參考 信號兩者，產生一脈衝信號，所述脈衝信號為來自該可程序化 相位差距選擇器的所述輸出信號。
3. 根據權利要求1所述的相位鑑別器，其中，所述第一及所述第 二數字程序代碼為熱程序代碼。
4. 根據權利要求1所述的相位鑑別器，更包括一信號確認;漠塊， 自所述程序代碼比較器接收所述第一指令信號，且產生一確認 的第二指令信號。
5. 根據權利要求1所述的相位鑑別器，其中，所述第一及所述第 二悽t字程序^碼的^t值順序的所述改變為選自以下所組成的 群組從所述第一程序代碼大於所述第二程序代碼到所述第一 程序代碼小於所述第二程序代碼的 一改變，以及/人所述第 一禾呈 序代碼小於所述第二程序代碼到所述第 一 程序代碼大於所述 第二程序代碼的 一 改變。
6. 根據權利要求1所述的相位鑑別器，其中，所述目標信號為由 追蹤所述參考信號的 一鎖相迴路所產生。
7. —種相位鑑別器，包括一可程序化相位差3巨選4奪器，用以*接收一參考4言號；一第一相位數字轉換器，用以轉換來自所述可程序化相 位差距選擇器的 一輸出信號為 一第 一數字程序代碼；一第二相位數字轉換器，用以轉換一目標信號與所述參 考信號間的一相位差為 一第二數字程序代碼；一程序代碼比較器，用以比專交所述第一及所述第二凌t字 程序代碼，並才艮據所述第 一及所述第二數字程序代碼悽t值順序 的一改變，產生一第一指令信號；以及一信號確認模塊，自所述程序代碼比較器接收所述第一 指令信號，且產生一確認的第二指令信號。
8. 根據權利要求7所述的相位鑑別器，其中，所述可程序化相位 差距選擇器包括一延遲鏈，耦合於所述參考信號，用以供應具有不同延遲的多個延遲參考信號；一可程序化延遲選擇器，用以選4奪至少其中一個所述延 遲參考信號；以及一閂鎖器，根據所述參考信號及所選擇之所述延遲參考 信號兩者，產生一脈沖信號，所述脈衝信號為來自該可程序化 相位差距選擇器的該輸出信號。
9. 根據權利要求7所述的相位鑑別器，其中，所述第 一及所述第 二悽t字程序代i碼為熱禾呈序^碼。
10. 根據權利要求7所述的相位鑑別器，其中，所述信號確認模塊 包括一可程序化計數器，且所述第 一指令信號為具有一預定脈 沖寬度的一脈衝信號。
11. 根據權利要求7所述的相位鑑別器，其中，所述第二指令信號 為一開關切換信號。
12. —種決定一參考信號及一 目標信號間的一相位差是否達到一 可程序化差距值的方法，該方法包括轉變所述可程序化差距值為一"永衝信號的一預定力永衝寬度；轉換所述脈衝信號為 一第 一數字程序代碼；轉換所述相位差為 一 第二數字程序代碼；比專交所述第一及所述第二數字程序代碼；以及基於所述第 一及所述第二數字程序代碼數值順序之一 改 變，產生一第一指令信號。
13. 根據權利要求12所述的方法，更包括在釋出一第二指令信號 前，確認順序所述改變是一致的。
14. 才艮據權利要求12所述的方法，其中所述轉變包括由所述參考信號產生多個延遲信號； 選衝奪其中 一個所述延遲^f言號；根據所述參考信號及所選擇的所述延遲信號產生所述脈 沖信號。
全文摘要
本發明涉及一種用於鎖相迴路中的相位鑑別器電路，該數字相位鑑別電路可程序設定參考信號及目標信號間的相位差，由此判斷是否達到兩信號相位差，進而對PLL頻寬的控制，該電路包括接收一參考信號的可程序化相位差距選擇器；一第一相位數字轉換器，轉換來自可程序化相位差距選擇器的一輸出信號為一第一數字程序代碼；一第二相位數字轉換器，轉換一目標信號與此參考信號間的一相位差為一第二數字程序代碼；以及一程序代碼比較器，比較第一及第二數字程序代碼，並根據第一及第二數字程序代碼數值順序的一改變，產生一第一指令信號進而控制。
文檔編號H03L7/08GK101350620SQ20081000390
公開日2009年1月21日 申請日期2008年1月14日 優先權日2007年7月20日
發明者劉鳳銘 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司