子採樣鎖相環的製作方法

2023-10-19 01:17:47 1

本發明涉及一種子採樣鎖相環。此外，本發明還涉及一種對應方法和一種電腦程式。

背景技術：

鎖相環(phase-lockedloop，pll)是射頻(radiofrequency，rf)和毫米波(millimetre-wave，mw)無線發射機以及測試儀器和時鐘產生器中的重要部件。pll產生頻率是基準頻率n倍的信號。pll的一個重要品質因數是在相位噪聲和偽內容中定量的頻譜純度。在過去幾十年內已呈現若干pll架構。關於相位噪聲最佳執行pll中的一個是子採樣pll。

子採樣pll(sub-samplingpll，ss-pll)是反饋系統，具有周期為t的輸入參考時鐘、採樣器、前向環路功能和壓控振蕩器(voltagecontrolledoscillator，vco)。假設想要的頻率是基準頻率的整數n倍，即，每第n個vco過零點將與正基準邊一致。在每一倍基準周期t處，vco的正弦輸出應過零。vco頻率中的小誤差引導電壓誤差。通過採樣器捕獲此誤差電壓。

採樣器的輸出通常用於控制由兩個電流源組成的電荷泵，一個電流源具有固定電流並且一個電流源具有可以調製的電流。電流源在短脈衝期間同時連接到輸出端。電荷泵的輸出電流通常集成且由環路濾波器進行濾波，並且隨後控制vco的輸出頻率。

如果vco的輸出頻率偏低，採樣器將在較低電壓下在其循環中對早期的vco正弦波進行採樣。這樣會增加電荷泵的淨輸出電流。低通濾波器(lowpassfilter，)lpf輸出電壓增加並且vco頻率增加。如果vco頻率過高，發生相反的情況。此反饋環路將vco頻率保持在所需的基準頻率倍數處。

由於採樣器可以捕獲任何vco邊緣，所以子採樣pll具有小的鎖定範圍。為了避免此情況，典型的ss-pll具有額外的粗鎖環。ss-pll環附有從常規解決方案已知的並行傳統pll環。

上述ss-pll限於整數n操作。可以通過在參考輸入路徑中引入可控制數字-時間轉換器(digital-to-timeconverter，dtc)來實施分數n子採樣pll(fractional-nsub-samplingpll，ssf-pll)。ssf-pll隱含的原理是延遲正基準邊，使得所述正基準邊與vco輸出的(理想)過零點一致。當所述延遲是多於一個vco周期時，替代地對前一個vco過零點進行採樣。這樣會引起參考時鐘的鋸齒形延遲。

dtc的延遲設定在td的倍數中。在大多數情況下，理想的vco過零點將不與此延遲一致。這樣會在採樣後的電壓上引起所謂的量化誤差。採樣後的電壓將過低或過高。

dtc的受限解析度在採樣器的輸出端處引入電壓誤差。這將引入pll輸出的頻譜降級。歸因於dtc延遲的確定性斜坡狀形狀，降級將主要呈雜散音的形式。因此，增加解析度是最重要的。

技術實現要素：

本發明的目標在於提供一種緩解或解決常規解決方案的缺點和問題的解決方案。

本發明的另一目標在於提供一種子採樣鎖相環，通過所述子採樣鎖相環至少減少數字-時間轉換器的受限解析度的問題。

在本說明書和對應權利要求書中的「或」應被理解為涵蓋「和」以及「或」的數學或，而不是理解為xor(異或)。

通過獨立權利要求的主題滿足以上目標。在從屬權利要求中可以發現本發明的其它有利的實施形式。

根據本發明的第一方面，通過子採樣鎖相環實現上述以及其它目標，所述子採樣鎖相環包括數字-時間轉換器、採樣器模塊、內插器和壓控振蕩器。數字-時間轉換器用於提供第一時間點t1處的第一延遲信號sdly1以及第二時間點t2處的第二延遲信號sdly2，其中第一時間點t1在振蕩器輸出信號sout的第一理想採樣時刻之前，並且第二時間點t2在振蕩器輸出信號sout的第二理想採樣時刻之後。採樣器模塊用於提供基於第一延遲信號sdly1的在第一時間點t1處的振蕩器輸出信號sout的第一樣本s1以及基於第二延遲信號sdly2的在第二時間點t2處的振蕩器輸出信號sout的第二樣本s2。內插器用於通過內插第一樣本s1和第二樣本s2來提供採樣器信號ssampl。壓控振蕩器用於基於採樣器信號ssampl控制振蕩器輸出信號sout。

由於不同實施方案相關的原因，難以根據現有技術增加子採樣鎖相環中的數字-時間轉換器dtc的解析度。所提出的本發明的目標是減小受限dtc解析度的影響。

通過根據本發明的第一方面的子採樣鎖相環的特徵實現的效果可以與通過增加dtc的解析度實現的效果相比較。然而，與增加dtc的解析度相比，所述子採樣鎖相環更易於實現對電路級的上述影響。使用所提出概念的結果是增加具有較低相位噪聲和雜散音ssf-pll的頻譜純度。因此，本發明的實施例的主要優點是本發明的實施例以更易於實施的方式提供所述結果，即，代替在理想採樣時刻處採樣，通過第一樣本與第二樣本之間的內插計算理想採樣時刻處的樣本。因此，不必提高dtc的解析度來實現更佳採樣。

第一理想採樣時刻可以與第二理想採樣時刻相同。然而，當前第二理想採樣時刻也可以不同於第一理想採樣時刻。可以通過本領域技術人員本身已知的多種不同方式提供內插器。

在根據第一方面的子採樣鎖相環的第一可能實施形式中，數字-時間轉換器進一步用於接收參考信號sref和控制信號，其中所述控制信號界定振蕩器輸出信號sout的所需頻率與參考信號sref的頻率之間的因數。數字-時間轉換器進一步用於產生界定採樣的可能時間點的轉換器信號sc並且基於轉換器信號sc、參考信號sref和控制信號提供第一延遲信號sdly1和第二延遲信號sdly2。

此第一可能實施形式的優點在於參考信號sref和控制信號可以來自外部源。這使得子採樣鎖相環具有更多功能。

在根據第一方面的第一實施形式的子採樣鎖相環的第二可能實施形式中，數字-時間轉換器進一步用於基於控制信號和參考信號sref確定第一理想採樣時刻和第二理想採樣時刻。

此第二可能實施形式的優點在於與將通過另一方式確定理想採樣時刻的情況相比子採樣鎖相環變得更易實施。

在根據第一方面的第一或第二可能實施形式中的任一個或根據子採樣鎖相環本身的子採樣鎖相環的第三可能實施形式中，子採樣鎖相環進一步包括正向傳遞函數模塊，用於對採樣器信號ssampl進行濾波以提供濾波後的採樣器信號sfilt。壓控振蕩器進一步用於使用濾波後的採樣器信號sfilt控制振蕩器輸出sout信號。

正向傳遞函數模塊優選地是低通濾波器，但還可以使用其它正向傳送函數。此第三可能實施形式的優點在於，通過對採樣器信號進行濾波，改進子採樣鎖相環的環動態。此外，濾波限制在壓控振蕩器處出現的基準頻率能量(紋波)的量。此波紋可能會產生不合需要的fm邊帶。

在根據第一方面的先前描述的可能實施形式中的任一個或根據子採樣鎖相環本身的子採樣鎖相環的第四可能實施形式中，採樣器模塊包括第一採樣器和第二採樣器。第一採樣器用於基於第一延遲信號sdly1提供第一樣本s1，並且第二採樣器用於基於第二延遲信號sdly2提供第二樣本s2。

此第四可能實施形式的優點在於每個採樣器僅必須提供一個樣本。這使得採樣器的實施更容易。當然還可以僅具有一個採樣器，但是這在獲取第二樣本時需要用於第一樣本的某一存儲單元。

在根據第一方面的先前描述的可能實施形式中的任一個或根據子採樣鎖相環本身的子採樣鎖相環的第五可能實施形式中，內插器進一步用於使用以下公式內插第一樣本s1和第二樣本s2：

ssampl＝(1-f)×s1+f×s2

其中f是具有間隔0-1的值的內插因子。

可以針對第一和第二樣本的內插使用其它公式。然而，由於優選地在接近振蕩器輸出信號的過零點的時間中獲取樣本，因此振蕩器輸出信號是直線的假設是非常良好的近似。因此，以上公式提供良好的內插結果。當然，出於某種原因，可以在振蕩器輸出信號無法近似為直線的情況下使用另一公式。此第五可能實施形式的優點在於在所述實施形式提供良好結果的同時實施起來相對容易。

在根據第一方面的第五可能實施形式或根據子採樣鎖相環本身的子採樣鎖相環的第六可能實施形式中，內插器包括第一可調整電容器設備和第二可調整電容器設備。內插器進一步用於將第一可調整電容器設備的電容值設定成(1-f)xc並且將第一樣本s1存儲在第一可調整電容器設備中。內插器進一步用於將第二可調整電容器設備的電容值設定成fxc並且將第二樣本s2存儲在第二可調整電容器設備中，其中c是第一可調整電容器設備的最大電容值以及第二可調整電容器設備的最大電容值。內插器進一步用於通過將第一可調整電容器設備與第二可調整電容器設備並聯連接來提供採樣器信號ssampl。

此第六可能實施形式的優點在於所述實施形式實施起來相對容易。此外，可容易獲得連續可調整的電容器。在可接受具有在步驟中可調整的電容值的情況下，可以通過大量方法實施可調整電容器。

在根據第一方面的第六可能實施形式的子採樣鎖相環的第七可能實施形式中，第一可調整電容器設備包括m數目個可接合單元尺寸的電容器並且第二可調整電容器設備包括m數目個可接合單元尺寸的電容器，其中m≥1。內插器進一步用於接合第一可調整電容器設備中的m-m個可接合單元尺寸的電容器，其中m≥m。內插器進一步用於接合第二可調整電容器設備中的m個可接合單元尺寸的電容器，使得第一可調整電容器設備的電容是(m-m)xccap並且第二可調整電容器設備的電容是mxccap，其中ccap是每個單元尺寸的電容器的電容。

此第七可能實施形式的優點在於更易於實施具有多個可接合單元尺寸的電容器的可調整電容器。此類可接合單元尺寸的電容器可以容易地集成在集成電路上。

在根據第一方面的第五可能實施形式的子採樣鎖相環的第八可能實施形式中，內插器包括：第一輸入端，用於接收第一樣本s1；第二輸入端，用於接收第二樣本s2；串聯連接在第一輸入端與第二輸入端之間的m數目個電阻器，其中m≥2並且其中m個電阻器與導體連接；以及內插器輸出端。內插器進一步用於將內插器輸出端連接到導體、第一輸入端或第二輸入端中的任一個，以便在內插器輸出端上提供採樣器信號ssampl。

根據本發明的第一方面的子採樣鎖相環的此第八可能實施形式是使用如上所述的電容器的第七實施形式的替代方案。取決於應用，可以有利地使用電阻器來代替電容器。

在根據第一方面的第一至第四可能實施形式中的任一個或根據子採樣鎖相環本身的子採樣鎖相環的第九可能實施形式中，子採樣鎖相環進一步包括模數轉換器模塊，用於通過轉換第一樣本s1與第二樣本s2之間的差提供數位訊號sd，並且其中內插器進一步用於內插數位訊號sd，以便提供採樣器信號ssampl。

數字內插是本領域技術人員本身已知的技術並且此處將不再詳細描述。主要地，數字內插是上述內插技術的替代方案。根據本發明的第一方面的子採樣鎖相環的此第九可能實施形式的優點在於數字內插可以提供更穩固的結果。

在根據第一方面的先前描述的可能實施形式中的任一個或根據子採樣鎖相環本身的子採樣鎖相環的第十可能實施形式中，第一理想採樣時刻不同於第二理想採樣時刻。

此第十可能實施形式的優點在於樣本之間的時間變得較大。這使得能夠使用單個數字-時間轉換器，而不需要能夠在非常短的時間之間發出兩個延遲信號的數字-時間轉換器。此外，在第一理想採樣時刻不同於第二理想採樣時刻的情況下，還更易於實施具有僅一個採樣器的根據本發明的第一方面的子採樣鎖相環。

在根據第一方面的第十可能實施形式的子採樣鎖相環的第十一可能實施形式中，第一理想採樣時刻和第二理想採樣時刻處於參考信號sref的連續周期中。

此第十一可能實施形式的優點在於在第一理想採樣時刻不同於第二理想採樣時刻的情況下所述實施形式提供最佳內插結果。

根據本發明的第二方面，通過包括以下步驟的方法實現上述和其它目標：提供第一時間點t1處的第一延遲信號sdly1以及第二時間點t2處的第二延遲信號sdly2，其中第一時間點t1在振蕩器輸出信號sout的第一理想採樣時刻之前並且第二時間點t2在振蕩器輸出信號sout的第二理想採樣時刻之後。所述方法進一步包括提供至少基於第一延遲信號sdly1的在第一時間點t1處的振蕩器輸出信號sout的第一樣本s1以及基於第二延遲信號sdly2的在第二時間點t2處的振蕩器輸出信號sout的第二樣本s2的步驟。所述方法進一步包括通過內插第一樣本s1和第二樣本s2來提供採樣器信號ssampl以及基於採樣器信號ssampl控制振蕩器輸出信號sout的步驟。

通過根據本發明的第二方面的方法的特徵實現的效果可以與通過減小第一時間點t1與第二時間點t2之間的時間獲得的效果相比較。然而，與減小第一時間點t1與第二時間點t2之間的時間相比，更易於執行根據本發明的第二方面的方法。使用所提出概念的結果是增加具有較低相位噪聲和雜散音的振蕩器輸出信號sout的頻譜純度。因此，實施例的主要優點在於，所述實施例通過易於實施的方式提供所述結果。

根據本發明的第三方面，通過電腦程式實現上述和其它目標，所述電腦程式具有用於當電腦程式在計算機上運行時執行根據本發明的第二方面的方法的程序代碼。

附圖說明

圖1示意性地示出根據本發明的實施例的子採樣鎖相環。

圖2示出包括兩個單獨dtc的根據本發明的另一實施例的子採樣鎖相環。

圖3是示出參考信號sref、振蕩器輸出信號sout與來自dtc的轉換器信號sc之間的關係的時序圖。

圖4示意性地示出根據本發明的實施例的內插器和採樣器。

圖5示出根據本發明的實施例的內插器和採樣器，所述內插器包括離散電容。

圖6示出根據本發明的另一實施例的內插器和採樣器，所述內插器包括電阻梯。

圖7示出本發明的另一實施例的內插器和採樣器，所述內插器用於在數字域中工作。

圖8示出根據本發明的另一實施例的子採樣鎖相環，所述子採樣鎖相環用於內插兩個連續樣本。

圖9是示出參考信號sref、振蕩器輸出信號sout與來自dtc的轉換器信號sc之間的關係的時序圖。

圖10示出根據本發明的實施例的可以用於子採樣鎖相環中的電荷泵。

圖11示出與粗鎖定鎖相環連接的子採樣鎖相環。

圖12示出根據本發明的實施例的可以用於子採樣鎖相環中的基於電荷泵的dtc。

圖13說明根據本發明的實施例的方法。

具體實施方式

在以下詳細描述中，相同參考標號將用於不同附圖中的對應特徵。

圖1示意性地示出根據本發明的實施例的子採樣鎖相環100。子採樣鎖相環100包括數字-時間轉換器102、採樣器模塊104、內插器106和壓控振蕩器108。數字-時間轉換器102用於提供第一時間點t1處的第一延遲信號sdly1以及第二時間點t2處的第二延遲信號sdly2。第一時間點t1在振蕩器輸出信號sout的第一理想採樣時刻之前，並且第二時間點t2在振蕩器輸出信號sout的第二理想採樣時刻之後。第一理想採樣時刻根據實施例可以是與第二理想採樣時刻相同的採樣時刻。採樣器模塊104用於提供基於第一延遲信號sdly1的在第一時間點t1處的振蕩器輸出信號sout的第一樣本s1以及基於第二延遲信號sdly2的在第二時間點t2處的振蕩器輸出信號sout的第二樣本s2。內插器106用於通過內插第一樣本s1和第二樣本s2來提供採樣器信號ssampl。因此，採樣器信號是考慮第一時間點t1與第一理想採樣時刻之間的第一時間差以及第二時間點t2與第二理想採樣時刻之間的第二時間差的內插。第一和第二理想採樣時刻處於理想信號/所需信號的過零點處。

根據實施例，內插是線性的。因此，最接近理想採樣時刻獲取的樣本給定內插中的大部分權數。以此方式，提供採樣器信號，所述採樣器信號對應於基於在理想採樣時刻處獲取的樣本的採樣器信號。壓控振蕩器108用於基於採樣器信號ssampl控制振蕩器輸出信號sout。以此方式，將壓控振蕩器的頻率控制成所需頻率。

圖2示出根據本發明的另一實施例的子採樣鎖相環100，其中數字-時間轉換器包括兩個單獨的數字-時間轉換器模塊(digital-to-timeconverter，dtc)162、162'。根據所示實施例的子採樣鎖相環100還包括調製器154，所述調製器包括輸入端156和輸出端158。調製器154用於接收輸入端上的控制信號nf並且提供輸出端158上的用於dtc162、162'的控制信號。控制信號nf界定振蕩器輸出信號sout的所需頻率與參考信號sref的頻率之間的因數。調製器154用於在其輸出端158上提供調製器信號，用於控制數字-時間轉換器模塊。每個數字-時間轉換器162、162'包括第一輸入端150、150'和第二輸入端152、152'。每個數字-時間轉換器模塊162、162'用於接收所述第一輸入端150、150'上的參考信號sref以及第二輸入端152、152'上的來自調製器154的輸出端158的調製器信號。

由dtc162、162'產生的每個延遲信號界定振蕩器輸出信號sout的樣本將由下遊採樣器獲取的時間點。dtc162、162'用於產生界定採樣的可能時間點的轉換器信號sc並且基於轉換器信號sc、參考信號sref和控制信號nf提供第一延遲信號sdly1和第二延遲信號sdly2。

圖2中的子採樣鎖相環100進一步包括第一採樣器116，所述第一採樣器具有用于振蕩器輸出信號sout的輸入端170、用於第一延遲信號sdly1的延遲信號輸入端172以及用於第一樣本s1的輸出端174。圖2中的子採樣鎖相環100進一步包括：第二採樣器130，所述第二採樣器具有用于振蕩器輸出信號sout的輸入端176、用於第二延遲信號sdly2的延遲信號輸入端178以及用於第二樣本s2的輸出端180。第一採樣器116用於基於第一延遲信號sdly1在第一時間點t1處對振蕩器輸出信號sout進行採樣以得到第一樣本s1。第二樣本130用於基於第二延遲信號sdly2在第二時間點t2處對振蕩器輸出信號sout進行採樣以得到第二樣本s2。第一採樣器116和第二採樣器130共同形成圖1中所示的採樣器模塊104的可能實施方案。第一採樣器116和第二採樣器130各自包括用於測量和存儲電壓的構件，例如，電容器。圖4和圖5中示出採樣器的可能實施方案。

子採樣鎖相環100進一步包括內插器106，所述內插器具有用於來自第一採樣器116的第一樣本的第一輸入端182、用於來自第二採樣器的第二樣本的第二輸入端184以及輸出端186。內插器106用於內插在樣本之間以產生提供於內插器106的輸出端186上的採樣器信號ssampl。子採樣鎖相環進一步包括濾波器188，所述濾波器包括連接到內插器106的輸出端的輸入端190以及輸出端192。濾波器188用於對採樣器信號ssampl進行低通濾波。此外，子採樣鎖相環包括壓控振蕩器108，所述壓控振蕩器包括耦合到濾波器的輸出端的輸入端194以及用于振蕩器輸出信號sout的輸出端266。壓控振蕩器用於基於濾波後的採樣器信號控制振蕩器輸出信號sout。稱為電荷泵224的中間電路可以布置在內插器106與濾波器188之間，如通過虛線所指示。電荷泵224充當內插器106與濾波器188之間的匹配電路。

圖3是示出參考信號sref、振蕩器輸出信號sout與來自dtc的轉換器信號sc之間的關係的時序圖。圖3還示出振蕩器輸出信號sout的小部分以及採樣的時間點t1、t2。用于振蕩器輸出信號sout的從負電壓到正電壓的過零點164與用於參考信號sref的從負電壓到正電壓的過零點166一起示出。兩個過零點可以用作理想採樣時刻。在此實例中，應理解，過零點164對應於所提及的理想採樣時刻。s1和s2是在時間t1和t2處獲取的第一和第二樣本。如圖3中所示，第一時間點t1在振蕩器輸出信號sout的過零點164之前，並且第二時間點t2在振蕩器輸出信號sout的過零點164之後。數字-時間轉換器或轉換器提供第一時間點t1處的第一延遲信號sdly1(例如，上升緣或下降緣)和第二時間點t2處的第二延遲信號sdly2(例如，上升緣或下降緣)。

假設振蕩器輸出信號sout和參考信號sref在t＝0處對準，那麼對於分數比n＝ni+nf，0≤nf<1，略微在基準邊之前出現第ni個振蕩器輸出信號過零點。略微在基準邊之後出現第(ni+1)個過零點。時間差te通過以下公式給出：

te＝(1-nf)×tvco

其中tvco是振蕩器輸出信號的周期。

也便於在多個振蕩器輸出信號循環中表示此延遲，或：

ne＝1-nf

應注意，這些延遲對於任何給定輸出頻率是恆定的。在第k個基準循環處的延遲通過以下公式給出：

ne[k]＝k×ne＝k×(1-nf)

te[k]＝ne[k]×tvco＝k×(1-nf)×tvco

子採樣鎖相環隱含的原理是延遲正基準邊，使得所述正基準邊與振蕩器輸出信號sout的理想過零點一致。當延遲多于振蕩器輸出信號sout的一個周期(ne[k]≥1)時，替代地對前一個sout過零點進行採樣。這樣會引起參考信號sref的鋸齒形延遲。

延遲ne[k]的修改表達通過以下公式給出：

ne[k]＝(k×(1-nf))mod1

其中mod是模運算符。

數字-時間轉換器可以通過若干方法實施，所述方法是本領域技術人員已知的並且此處將不再詳細論述。

圖4示意性地示出根據本發明的實施例的包括內插器106和採樣器104的組合的內插器-採樣器模塊400。使用延遲和兩次對振蕩器輸出信號sout進行採樣，即，理想採樣時刻之前一個樣本和理想採樣時刻之後一個樣本。δt是轉換器信號sc的解析度並且因此是振蕩器輸出信號的兩個連續樣本之間的最小可能時間。

內插器-採樣器模塊400包括第一可調整電容器設備132和第二可調整電容器設備134。內插器-採樣器模塊400進一步包括：第一開關196，所述第一開關布置在第一輸入端170與第一可調整電容器設備132之間；以及第二開關198，所述第二開關布置在第二輸入端176與第二可調整電容器設備134之間。內插器-採樣器模塊400進一步包括：第三開關200，所述第三開關布置在第一可調整電容器設備與內插器-採樣器模塊400的輸出端186之間；以及第四開關202，所述第四開關布置在第二可調整電容器設備與輸出端186之間。內插器-採樣器模塊400進一步包括控制器168，用於調整可調整電容器設備132、134以及開關196、198、200和202的電容。第一開關196和第一可調整電容器設備132構成第一採樣器116。第二開關198和第二可調整電容器設備134構成第二採樣器130。開關200和202以及開關200、202的輸出端處的節點構成內插器106。在跟蹤相位期間，閉合第一開關196和第二開關198並且打開第三開關200和第四開關202。在第一可調整電容器設備132和第二可調整電容器設備134中的每一個上的電壓追蹤輸入電壓(振蕩器輸出信號sout的電壓)。第一可調整電容器設備132保持q1(t)＝sout(t)(1-f)×c的電荷，0≤ft2>t1時，同時閉合第三開關和第四開關。總電荷現在分布在兩個電容器上，所述電容器的總電容是c。因此電壓變成：

使用此技術，通過因數f內插電壓。

圖5示意性地示出包括第一可調整電容器設備132和第二可調整電容器設備134的另一可能內插器-採樣器模塊500。第一可調整電容器設備132包括m數目個可接合單元尺寸的電容器146，並且第二可調整電容器設備134包括m數目個可接合單元尺寸的電容器146，其中m≥1。內插器-採樣器模塊500進一步用於接合第一可調整電容器設備132中的m-m個可接合單元尺寸的電容器146，其中m≥m，並且用於接合第二可調整電容器設備134中的可接合單元尺寸的電容器146，使得第一可調整電容器設備132的電容是(m-m)xccap並且第二可調整電容器設備134的電容是mxccap，其中ccap是每個單元尺寸的電容器146的電容。

內插器-採樣器模塊500進一步包括：第一開關196，所述第一開關布置在第一輸入端170與第一可調整電容器設備132之間；以及第二開關198，所述第二開關布置在第二輸入端176與第二可調整電容器設備134之間。內插器-採樣器模塊500進一步包括：第三開關200，所述第三開關布置在第一可調整電容器設備與內插器106的輸出端186之間；以及第四開關202，所述第四開關布置在第二可調整電容器設備與輸出端186之間。第一開關196和第一可調整電容器設備132構成第一採樣器116。第二開關198和第二可調整電容器設備134構成第二採樣器130。開關200和202以及開關200、202的輸出端處的節點構成內插器106。內插器-採樣器模塊500進一步包括控制器168，用於調整可調整電容器設備132、134以及開關196、198、200和202的電容。根據此實施例的可調整電容器實施起來相對簡單。根據此實施例的內插器106和採樣器的功能與相對於圖4的實施例描述的功能相同。控制器168可以集成到內插器-採樣器模塊500中，可以是單獨單元或者可以是在中央控制單元上執行的電腦程式。

圖6示意性地示出根據本發明的另一實施例的包括內插器106和採樣器模塊104的另一可能內插器-採樣器模塊600，所述內插器106包括電阻梯。內插器-採樣器模塊600包括第一採樣器116，所述第一採樣器具有用于振蕩器輸出信號sout的輸入端170、用於第一延遲信號sdly1的延遲信號輸入端172以及用於第一樣本s1的輸出端174。內插器-採樣器模塊600進一步包括第二採樣器130，所述第二採樣器具有用于振蕩器輸出信號sout的輸入端176、用於第二延遲信號sdly2的延遲信號輸入端178以及用於第二樣本s2的輸出端180。第一緩衝放大器212連接到第一採樣器116的輸出端174，並且第二緩衝放大器214連接到第二採樣器130的輸出端180以提供每個採樣器的高阻負載。

內插器106包括用於接收第一樣本s1的第一輸入端136以及用於接收第二樣本s2的第二輸入端138。內插器106進一步包括：m數目個電阻器148，所述電阻器串聯連接在第一輸入端136與第二輸入端138之間，其中m≥2，並且其中m個電阻器148與導體144連接；以及內插器輸出端142。內插器106進一步用於將內插器輸出端142連接到導體144、第一輸入端136或第二輸入端138中的任一個，以便在內插器輸出端142上提供採樣器信號ssampl。內插器-採樣器模塊600進一步包括控制器168，用於控制輸出端連接到哪個導體144。控制器可以替代地是中央控制單元或處理器的一部分。在第m個電阻器上獲取輸出電壓，得出以下輸出電壓：

圖7示出根據本發明的另一實施例的內插器-採樣器模塊700。內插器-採樣器模塊700包括第一採樣器116，所述第一採樣器具有用于振蕩器輸出信號sout的輸入端170、用於第一延遲信號sdly1的延遲信號輸入端172以及用於第一樣本s1的輸出端174。內插器-採樣器模塊700進一步包括第二採樣器130，所述第二採樣器具有用于振蕩器輸出信號sout的輸入端176、用於第二延遲信號sdly2的延遲信號輸入端178以及用於第二樣本s2的輸出端180。圖7中的內插器-採樣器模塊700還包括可變增益放大器216，所述可變增益放大器連接到第一採樣器116的輸出端174和第二採樣器130的輸出端180。內插器-採樣器模塊700包括可變增益放大器216、模數轉換器217、增益調整塊218以及用於在數字域中工作的數字內插器106。第一採樣器116的輸出端與第二採樣器130的輸出端之間的差，即第一樣本s1與第二樣本s2之間的差通過可變增益放大器vga放大。隨後使用模數轉換器adc將放大信號轉換成數位訊號。增益調整塊218形成反饋環路，所述反饋環路調整vga的增益，使得使用模數轉換器adc的全範圍。數字內插器220的輸出是數字字，並且可以用作模擬或再次轉換回模擬。在數字字用於控制壓控振蕩器108的情況下，壓控振蕩器必須用於由數字字控制。

圖8示出根據本發明的另一實施例的子採樣鎖相環100，其中子採樣鎖相環100用於內插兩個連續樣本。因此，第一理想採樣時刻不同於第二理想採樣時刻。子採樣鎖相環100包括數字-時間轉換器模塊dtc162。根據所示實施例的子採樣鎖相環100還包括調製器154，所述調製器包括輸入端156和輸出端158。調製器154用於接收輸入端上的控制信號nf並且提供輸出端158上的用於dtc的控制信號。控制信號nf界定振蕩器輸出信號sout的所需頻率與參考信號sref的頻率之間的因數。調製器154用於在其輸出端158上提供調製器信號，用於控制數字-時間轉換器模塊162。數字-時間轉換器162包括第一輸入端150和第二輸入端152。數字-時間轉換器模塊162用於接收所述第一輸入端150上的參考信號sref以及第二輸入端152上的來自調製器154的輸出端158的調製器信號，延遲信號界定獲取振蕩器輸出信號的樣本的時間點。dtc用於產生界定採樣的可能時間點的轉換器信號sc並且基於轉換器信號sc、參考信號sref和控制信號提供第一延遲信號sdly1和第二延遲信號sdly2。子採樣鎖相環100進一步包括採樣器116，所述採樣器具有用于振蕩器輸出信號sout的輸入端170、用於第一延遲信號sdly1的延遲信號輸入端172以及用於第一樣本s1和第二樣本s2的輸出端174。子採樣鎖相環100進一步包括具有第一單元c1和第二單元c2的模擬移位寄存器222。每個樣本s1、s2注入到模擬移位寄存器222的單元c1、c2中，並且在樣本s1＝s[k]和s2＝s[k-1]之間執行內插。基準循環k處的延遲是d(k)。表達為多個dtc延遲的基準循環k處的理想延遲通過以下公式給出：

由於dtc將輸入延遲整數數目個循環，因此此數目必須捨入成整數。如果延遲在偶數循環(k＝0、2、……)上向下捨入並且在奇數循環(k＝1、3、……)上向上捨入，樣本s1、s2將在過低與過高之間交替。每個循環處的電壓可以表達為：

項sq[k]是歸因於dtc量化的電壓。項se[k]是歸因於vco相位波動的電壓。後一者是希望採樣的量。在以上等式中，假設採樣器在vco信號的過零點周圍的小區域中操作，使得採樣器可以近似為線性函數。子採樣鎖相環100進一步包括內插器106，所述內插器具有用於來自第一單元c1的第一樣本的第一輸入端182、用於來自第二單元c2的第二樣本的第二輸入端184以及輸出端186。內插器106用於內插在樣本之間以產生提供於內插器106的輸出端186上的採樣器信號ssampl。子採樣鎖相環進一步包括濾波器188，所述濾波器包括連接到內插器106的輸出端的輸入端190以及輸出端192。濾波器188用於對採樣器信號ssampl進行低通濾波。此外，子採樣鎖相環包括壓控振蕩器108，所述壓控振蕩器包括耦合到濾波器的輸出端的輸入端194以及用于振蕩器輸出信號sout的輸出端266。壓控振蕩器108用於基於濾波後的採樣器信號控制振蕩器輸出信號sout。

圖9是示出參考信號sref、振蕩器輸出信號sout與來自dtc的轉換器信號sc之間的關係的時序圖。圖9示出兩個連續樣本，一個樣本在t＝(k-1)×t處並且一個樣本在t＝k×t處。

如果假設se[k]在循環之間變化不大，即|se[k]-se[k-1]|＜＜|sq[k]-sq[k-1]|，可以內插樣本ss[k]和ss[k-1]，使得移除sq[k]並且僅保留se[k]。此假設適用於pll，因為se[k]上的高頻噪聲通常較小。內插因數通過以下公式給出：

可以如先前部分中所描述使用電容內插器、電阻內插器或數字內插器執行實際內插。

圖10示出根據本發明的實施例的可以用於如在例如圖2中所示的子採樣鎖相環中的電荷泵224。電荷泵224包括具有固定電流(iu)的第一電流源226以及具有可以調製的電流(id+gm×vctrl)的第二電流源228。電荷泵還包括輸出端268。在短脈衝期間電流源同時連接到輸出端268並且淨輸出電流變為iu-id-gm×vctrl。輸出脈衝的工作循環設定電荷泵224的總體增益。電荷泵還包括第一電流源226與輸出端268之間的第一開關270以及第二電流源228之間的第二開關272。電荷泵224還包括脈衝器274，用於控制第一開關270和第二開關272。

圖11示出包括與粗鎖定鎖相環連接的子採樣鎖相環的電路230。電路包括採樣器232，所述採樣器具有用於參考信號sref的輸入端234和用于振蕩器輸出信號sout的輸入端262以及用於樣本s1的輸出端258。電路進一步包括第一電荷泵236，所述第一電荷泵具有用於樣本s1的輸入端238以及用於控制電流icp的輸出端240。電路進一步包括環路濾波器238，所述環路濾波器具有用於控制電流icp的輸入端260以及用於濾波後的控制信號scontrol的輸出端242。電路進一步包括壓控振蕩器vco，所述壓控振蕩器具有用於濾波後的控制信號scontrol的輸入端264以及用于振蕩器輸出信號sout的輸出端244。由於採樣器232可以捕獲任何vco邊緣，而不僅僅是第n個邊緣，由此子採樣pll具有小的鎖定距離。為了避免此，典型ss-pll具有額外的粗鎖定環，如圖11中所示。因此電路進一步包括除以n部件246、相頻檢測器pfd和額外電荷泵248。將第二電荷泵248的輸出電流添加到第一電荷泵236的輸出電流。此傳統pll環具有大的鎖定距離。為了在粗pll環鎖定之後停用所述粗pll環，將死區添加到pfd輸出，使得對於小的相位差，其輸出是零。在本發明的可能的另外實施例中，所描述的粗鎖定鎖相環可以與子採樣鎖相環100的上述實施例一起使用。

圖12示出根據本發明的實施例的可以用於子採樣鎖相環中的基於電荷泵的數字-時間轉換器dtc162。dtc162包括用於參考信號sref的第一輸入端150。dtc162進一步包括電容器組252和邏輯緩衝器254中的電流源250、多個電容器c和開關256。當參考時鐘sref變高時，電流源250為電容器組充電。當達到邏輯緩衝器254的閾值電壓時，dtcsdly的輸出信號從低轉換成高。為電容器組充電所花費的時間取決於閉合的開關256的數目。由此，可以使用數字控制來設定td倍數的延遲。應注意，對於ssf-pll的成功操作，應該已知td。

圖13說明根據本發明的實施例的方法。在第一步驟202中，在第一時間點t1處提供第一延遲信號sdly1並且在第二時間點t2處提供第二延遲信號sdly2。第一時間點t1在振蕩器輸出信號sout的第一理想採樣時刻之前，並且第二時間點t2在振蕩器輸出信號sout的第二理想採樣時刻之後。在第二步驟204中，在第一步驟提供202之後，振蕩器輸出信號sout的至少第一樣本s1基於第一延遲信號sdly1提供於第一時間點t1處，並且振蕩器輸出信號sout的第二樣本s2基於第二延遲信號sdly2提供於第二時間點t2處。在第三步驟206中，通過內插第一樣本s1和第二樣本s2來提供採樣器信號ssampl。最後，在第四步驟208中，基於採樣器信號ssampl控制振蕩器輸出信號sout。

如在圖2中所示，不必使用兩個dtc。如果單個dtc可以輸出兩個連續基準邊，兩個採樣器可以通過這些基準邊計時。

可以內插多於兩個樣本。這可以具有以下增加的益處：平均化dtc步長的差。這將增加內插器的複雜性。

此外，根據本發明的任何方法可以在具有編碼方式的電腦程式中實施，當通過處理措施運行時，可以使所述處理措施執行方法步驟。電腦程式包括在電腦程式產品的計算機可讀媒體中。計算機可讀媒體基本可以包括任何存儲器，例如，只讀存儲器(read-onlymemory，rom)、可編程只讀存儲器(programmableread-onlymemory，prom)、可擦除可編程只讀存儲器(erasableprom,eprom)、快閃記憶體、電可擦可編程只讀存儲器(electricallyerasableprom,eeprom)以及硬碟驅動器。

最後，應理解，本發明並不局限於上述實施例，而是同時涉及且併入到所附獨立權利要求書的範圍內的所有實施例。