具有校正功能的鎖相迴路及其校正方法
2023-06-23 04:29:06
專利名稱：具有校正功能的鎖相迴路及其校正方法
技術領域：
本發明與鎖相迴路相關，並且尤其與鎖相迴路的校正方法相關。
背景技術：
在現今的電腦系統和通信系統中，能提供具有準確頻率的振蕩信號的鎖相迴路扮演了不可或缺的重要角色。以無線通信系統為例，其傳送端通常利用鎖相迴路所產生的振蕩信號為發送信號的參考基準，鎖相迴路的鎖定速度、迴路頻寬和突波(spur)能量等特性都會直接影響無線信號的品質。圖1所示為第一型(type-I)鎖相迴路的架構圖。此迴路10包含相位檢測器11、 充電泵浦12、由電阻R和電容C組成的濾波器13、壓控振蕩器14以及分頻器15。由於電阻R在壓控振蕩器14的輸入端和接地端之間形成一漏電路徑，無論迴路10是否處於鎖定狀態，相位檢測器11仍必須輸出周期性脈衝，令充電泵浦12為壓控振蕩器14的輸入端充電，以補償經由電阻R流失的電荷。在鎖相迴路穩定時，充電與放電達到平衡，上述脈衝的周期等於參考信號的周期。該周期性脈衝的存在，會對壓控振蕩器14輸出端的振蕩信號形成幹擾。參考信號與反饋信號的相位差愈大，該脈衝愈寬，其能量愈高。以振蕩信號的頻率為3. 66GHz，而參考信號的頻率為^MHz的情況為例。壓控振蕩器14的輸出信號的頻譜中， 除了出現在3. 66GHz的主成分之外，在3. 66GHz±^MHz兩處也會出現所謂的突波。許多無線通信標準都會對突波能量的上限作出規範。第一型鎖相迴路的缺點在於該充電脈衝通常會造成過高的突波能量。圖2所示為第二型(type-II)鎖相迴路的架構圖。此迴路20包含相位檢測器21、 兩充電泵浦22A和22B、由電阻R、電容C1/C2/C3、運算放大器23A組成的主動式濾波器23、 壓控振蕩器M以及分頻器25。在迴路20由未鎖定狀態進入鎖定狀態的過程中，第二充電泵浦22B負責根據相位檢測器21所測得的相位差異對主動式濾波器23中的電容Cl充電 /放電，直到圖中所標示的參考電壓Vkef被逐步提升/拉低至等於迴路20鎖定時壓控振蕩器M輸入端應得的控制電壓。在鎖定之前，Veef和該控制電壓通常還會經過一段時間的減震(damping)才趨於穩定。此架構雖無第一型鎖相迴路突波能量過高的問題，但第二充電泵浦22B對電容Cl充電/放電的速度會直接限制迴路20的鎖定速度。此外，該減震現象也會導致迴路20所需的鎖定時間加長。無論是以上哪一種架構的鎖相迴路，其中的參數都可能隨著製程、溫度、電壓等環境因素變動，有相當程度的漂移，導致鎖相迴路實際運作時的許多特性(例如頻寬)不同於原本設計時希望達到的預設值。
發明內容
為解決上述問題，本發明提出一種鎖相迴路校正方法，藉由提供測試電流量和測試分頻量並觀察迴路中的電壓變化，找出迴路增益的誤差量。根據本發明的一具體實施例為一種配合鎖相迴路的校正方法。該方法首先執行
4的步驟為於鎖相迴路的充電泵浦提供一預設電流量並於鎖相迴路的分頻器提供一預設分頻量後，測量與該鎖相迴路的一輸出頻率相關的一電壓，以產生第一參考電壓值。接著，該方法執行一測試步驟於該充電泵浦提供一測試電流量後測量該電壓，以產生第二參考電壓值。接著，該方法執行另一測試步驟於該分頻器提供一測試分頻量後測量該電壓，以產生第三參考電壓值，其中該測試分頻量為一特定值。根據該預設電流量、該預設分頻量、該測試電流量、該測試分頻量、該第一參考電壓值、該第二參考電壓值、該第三參考電壓值及一參考頻率，可估計該鎖相迴路的迴路增益(loop gain)，並根據該迴路增益校正該鎖相迴路。根據本發明的校正方法可被廣泛應用在各種不同架構的鎖相迴路。關於本發明的優點與精神可以藉由以下的發明詳述及附圖得到進一步的了解。
圖1所示為傳統第一型鎖相迴路的架構圖。圖2所示為傳統第二型鎖相迴路的架構圖。圖3為根據本發明的第一具體實施例中的鎖相迴路方塊圖。圖4為比較本實施例與先前技術的一電壓鎖定狀態範例。圖5為根據本發明的第二具體實施例中的鎖相迴路方塊圖。圖6(A)為根據本發明的第三具體實施例中的鎖相迴路方塊圖。圖6(B)為根據本發明的第四具體實施例中的鎖相迴路方塊圖。圖7為根據本發明的第五具體實施例中的鎖相迴路校正方法流程圖。主要元件符號說明10、20:鎖相迴路 11、21:相位檢測器12:充電泵浦13:濾波器14,24 壓控振蕩器15、25 分頻器22A:第一充電泵浦 22B:第二充電泵浦23 主動式濾波器 23A 運算放大器30 鎖相迴路31A 第一相位檢測器31B 第二相位檢測器32 充電泵浦33 主動式濾波器 33A 運算放大器34 壓控振蕩器 35 分頻器36 數字/模擬轉換器37 開關38:切換模塊39:電壓檢測器40 控制模塊41 校正模塊42:積分三角調製器43:預先加強電路S71 S78:流程步驟
具體實施例方式根據本發明的第一具體實施例為圖3所繪示的鎖相迴路。此迴路30包含兩相位檢測器3IA和3IB、一充電泵浦32、由電阻R、電容C、運算放大器33A組成的主動式濾波器33、一壓控振蕩器；34、一分頻器35以及一數字/模擬轉換器36。如圖3所示，主動式濾波器33包含連接至充電泵浦32的第一輸入端、連接至數字 /模擬轉換器36的第二輸入端，以及用以提供一控制信號的輸出端。電容C與電阻R並聯耦接於該第一輸入端及該輸出端間。壓控振蕩器34的功用在於根據該控制信號產生一振蕩信號。分頻器35則是負責將該振蕩信號分頻，以產生一反饋信號。根據輸入迴路30的參考信號及該反饋信號，第一相位檢測器31A產生一相位差異信號。充電泵浦32會根據該相位差異信號提供一充電電流至主動式濾波器33的第一輸入端。第二相位檢測器31B是用來檢測參考信號及反饋信號的相位差的正負，其輸出信號為一數字參考電壓。舉例而言，該數字參考電壓可為八位元的二進位式信號；此電壓可以是將大小各有不同的多段式數字單元值送入一數字累加器(未繪示於圖中)產生。上述相位差的正負將決定累加器的輸入信號的正負，而累加器輸出值的變化速度取決於累加器的輸入信號的大小。比方說，當參考信號的相位領先反饋信號的相位，該累加器的輸入信號為正。相對地，當參考信號的相位落後反饋信號的相位，該累加器的輸入信號為負。接著，數字/模擬轉換器36負責將該數字參考電壓轉換為一模擬參考電壓，並將該模擬參考電壓提供至主動式濾波器33的第二輸入端。與傳統第二型鎖相迴路不同的是，在迴路30尚未鎖定之前，由第二相位檢測器 3IB和數字/模擬轉換器36組成的數字式充電路徑可被設計為直接根據相位差異的正負及大小提供特定的充電量。圖4所示為比較本實施例與先前技術的一電壓鎖定狀態範例；圖中的橫軸為時間，縱軸則是主動式濾波器33的輸出端的電壓值(亦即提供給壓控振蕩器34 的控制電壓)。由圖4可看出，若採用如圖2的傳統架構，該電壓在趨於穩定之前會出現一段時間的減震。相對地，若採用根據本發明的架構，數字/模擬轉換器36所提供的模擬參考電壓可快速的逼近某個穩定值，藉此令主動式濾波器33的輸出端的電壓快速的穩定。舉例而言，如圖4中標示的區段0-A，第二相位檢測器31B可將累加器的輸入固定為一預設較大單元值，令主動式濾波器33的輸出端的電壓被快速地拉升。接著，如圖4中標示的區段A-B，當經過某設定好的時間，第二相位檢測器31B可將該累加器的輸入改為另一預設中等單元值，令主動式濾波器33的輸出端的電壓上升斜率減緩，且逐漸趨近鎖定狀態。如圖4所示，若採用根據本實施例中的架構，鎖相迴路可更較先前技術快進入鎖定狀態。換句話說，藉由適當控制提供給主動式濾波器33的參考電壓，根據本發明的做法可以避免減震並有效縮短迴路30進入鎖定狀態所需的時間。實務上不限於圖4所示，上述累加器的輸出初始值可為可設定式，例如被設定為鎖相迴路的電源電壓VDD的二分之一或任何經設計選訂的預設值。若令主動式濾波器33的輸出端的電壓由VDD/2穩定達到目標電壓， 因所須變化的壓差變少，鎖定速度更快。請參閱圖5，圖5為根據本發明的第二具體實施例的方塊圖。相較於圖3所示，本實施例中的迴路30進一步包含用以取代上述累加器的電容CP、開關37和切換模塊38。電容Cp耦接於主動式濾波器33的該第二輸入端，開關37則是耦接於該第二輸入端及數字/ 模擬轉換器36間。當鎖相迴路30將由擷取(acquisition)模式進入追蹤(tracking)模式，切換模塊38會控制開關37以截斷數字/模擬轉換器36與該第二輸入端間的連結。在開關37處於令數字/模擬轉換器36與該第二輸入端相連的狀況下，此鎖相迴路的運作方式與圖3所示大致相同，亦等效於圖2所示的第二型鎖相迴路。當開關37被控制為截斷數字/模擬轉換器36與該第二輸入端間的連結，相當於由電容Cp所儲存的電荷繼續供應主動式濾波器33所需的參考電壓。該連結被截斷後，此迴路的運作模式即等效於第一型鎖相迴路。圖5所示的鎖相迴路的優點在於(1)相較於傳統的第一型鎖相迴路，此架構的擷取模式主要由數字式充電路徑提供濾波器所需的參考電壓，因此可避免減震並有效縮短迴路30進入鎖定狀態所需的時間；( 將進入追蹤模式後改以第一型鎖相迴路的模式運作， 即毋須採用最小位元十分精細的數字/模擬轉換器36，亦可達成令壓控振蕩器34的控制電壓精確鎖定的效果。根據本發明的第三具體實施例為包含校正功能的鎖相迴路。請參閱圖6(A)。除了圖3已繪示的元件之外，本實施例中的鎖相迴路進一步包含一電壓檢測器39、一控制模塊 40和一校正模塊41。於此實施例中，充電泵浦32被設計為可選擇性地提供一預設電流量 Inorm或一測試電流量Itest，分頻器35則被設計為可選擇性地提供一預設分頻量Nnmi或一特定的測試分頻量Ntest。舉例而言，預設電流量Inmi和預設分頻量Nnmi可以是該鎖相迴路在正常運作狀態下所採用的電流量和分頻量，但不以此為限。在提供預設電流量Inmi和預設分頻量Nnmi的情況下，此鎖相迴路的迴路增益Gltrap 可表示如下
權利要求
1.一種配合一鎖相迴路的校正方法，該鎖相迴路包含一充電泵浦及一分頻器，該校正方法包含下列步驟於該充電泵浦提供一預設電流量並於該分頻器提供一預設分頻量後，測量與該鎖相迴路的一輸出頻率相關的一電壓，以產生第一參考電壓值；於該充電泵浦提供一測試電流量並於該分頻器提供該預設分頻量後，測量該電壓，以產生第二參考電壓值；於該充電泵浦提供該預設電流量並於該分頻器提供一測試分頻量後，測量該電壓，以產生第三參考電壓值，其中該測試分頻量為一特定值；根據該預設電流量、該預設分頻量、該測試電流量、該測試分頻量、該第一參考電壓值、 該第二參考電壓值、該第三參考電壓值及一參考頻率，估計該鎖相迴路的一迴路增益；以及根據該迴路增益校正該鎖相迴路。
2.如權利要求1所述的校正方法，其特徵在於，該迴路增益(^㈤為
3.如權利要求1所述的校正方法，其特徵在於，該鎖相迴路亦包含一主動式濾波器、一相位檢測器及一數字/模擬轉換器，該相位檢測器用以根據一參考信號及一反饋信號的一相位差產生一數字參考電壓，該數字/模擬轉換器用以將該數字參考電壓轉換為供該主動式濾波器參考的一模擬參考電壓，並且受測量的該電壓即為該數字參考電壓。
4.如權利要求1所述的校正方法，其特徵在於，該鎖相迴路亦包含一濾波元件與一壓控振蕩器，並且該校正步驟根據該迴路增益校正該濾波元件或該壓控振蕩器。
5.如權利要求1所述的校正方法，其特徵在於，該鎖相迴路亦包含一預先加強電路，並且該校正步驟系根據該迴路增益校正該預先加強電路。
6.如權利要求1所述的校正方法，其特徵在於，該測試分頻量經過一積分三角調製。
7.一種具有校正功能的鎖相迴路，包含一充電泵浦，用以提供一預設電流量或一測試電流量；一分頻器，用以提供一預設分頻量或一測試分頻量，其中該測試分頻量為一特定值；一電壓檢測器，當該充電泵浦提供該預設電流量且該分頻器提供該預設分頻量，該電壓檢測器測量與該鎖相迴路的一輸出頻率相關的一電壓，以產生第一參考電壓值；當該充電泵浦提供該測試電流量且該分頻器提供該預設分頻量，該電壓檢測器測量該電壓，以產生第二參考電壓值；當該充電泵浦提供該預設電流量且該分頻器提供該測試分頻量，該電壓檢測器測量該電壓，以產生第三參考電壓值；一控制模塊，用以根據該預設電流量、該預設分頻量、該測試電流量、該測試分頻量、該第一參考電壓值、該第二參考電壓值、該第三參考電壓值及一參考頻率，估計該鎖相迴路的一迴路增益；以及一校正模塊，用以根據該迴路增益校正該鎖相迴路。
8.如權利要求7所述的鎖相迴路，其特徵在於，該迴路增SG1top為
9.如權利要求7所述的鎖相迴路，其特徵在於，亦包含 一主動式濾波器；一相位檢測器，用以根據一參考信號及一反饋信號的一相位差產生一數字參考電壓；以及一數字/模擬轉換器，用以將該數字參考電壓轉換為供該主動式濾波器參考的一模擬參考電壓，並且該電壓檢測器所測量的該電壓即為該數字參考電壓。
10.如權利要求7所述的鎖相迴路，其特徵在於，包含一濾波元件與一壓控振蕩器，並且該校正模塊根據該迴路增益校正該濾波元件或該壓控振蕩器。
11.如權利要求7所述的鎖相迴路，其特徵在於，亦包含一預先加強電路，並且該校正模塊根據該迴路增益校正該預先加強電路。
12.如權利要求7所述的鎖相迴路，其特徵在於，包含一積分三角調製器，用以調製該測試分頻量。
全文摘要
本發明提供一種鎖相迴路，包含充電泵浦、分頻器、電壓檢測器、控制模塊及校正模塊。當一預設電流量與一預設分頻量被採用，電壓檢測器測量與鎖相迴路之輸出頻率相關之一電壓，以產生第一參考電壓。當一測試電流量與該預設分頻量被採用，電壓檢測器測量該電壓，以產生第二參考電壓。當該預設電流量與除一測試分頻量被採用，電壓檢測器測量該電壓，以產生第三參考電壓。該控制模塊根據這些電流量、分頻量及參考電壓估計該鎖相迴路的迴路增益。該校正模塊根據該迴路增益校正該鎖相迴路。
文檔編號H03L7/18GK102468848SQ201010554190
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者謝明諭, 顏仕傑 申請人:晨星半導體股份有限公司, 晨星軟體研發(深圳)有限公司