专利名称：抖动平滑滤波器及驱动电荷泵的抖动平滑方法
技术领域：
本发明涉及一种滤波器，特别是涉及一种数字抖动平滑滤波器以及驱动 电荷泵的抖动平滑方法。
背景技术：
请参考图1。图1显示现有技术中的数字锁相环(DPLL) IOO方块图。数 字锁相环100包括数字相位检测器110、数字增益乘法器120、数字差异积 分调制器130、第一及第二数字至时间转换器140及150、第一电荷泵160、 环路滤波器170、第二电荷泵180以及压控振荡器190。数字相位检测器110， 检测参考频率与反馈频率的相位差，并产生一相位误差值ERRpD,其中，反馈 频率由压控振荡器190所产生。数字相位检测器110进一步产生指示向上或 向下的一指示信号DIR。数字增益乘法器120,调整相位误差值ERRpD的增益， 而数字差异积分调制器130用以抑制噪声。第一数字至时间转换器140,依 据反馈频率是否落后或领先参考频率，用以致能一积分控制信号"i叩，，或 "idn",并将其输出至第一电荷泵160。如果第一电荷泵160接收积分向上 控制信号"i叩"，则将使电流流入环路滤波器170;如果第一电荷泵160接 收积分向下控制信号"idn",则将使电流流出环路滤波器170。同样地，第 二数字至时间转换器150，依据反馈频率是否落后或领先参考频率，以致能 一比例控制信号"pup"或"pdn"，并将其输出至第二电荷泵180。环路滤 波器170，输出一用以调整压控振荡器190的第一控制电压VBN。同样地，第 二电荷泵180,输出一亦用于调整压控振荡器190的第二控制电压VBP。压控 振荡器190，产生反馈频率，其频率由控制电压VBN和VBP来控制。
由数字锁相环产生的信号，有时会偏移理想位置的边缘，此通常称为抖 动。抖动为输出信号上连续周期的频率或相位的变动，如参考频率的输入频 率、环路带宽等各种因素，都会导致抖动。例如当电源供应器噪声致使参 考信号波动时，相应地导致周期至周期的大抖动。
发明内容
为了增加数字锁相环的电路效能，本发明提供一抖动平滑滤波器，以减 少信号抖动的程度。
一种抖动平滑滤波器，接收一方向信号与一相位误差信号，相位误差信 号具有表示一相位误差值的一脉沖宽度。抖动平滑滤波器产生一向上比例控 制信号与一向下比例控制信号，以依据相位误差信号驱动一电荷泵。抖动平
滑滤波器，在相位误差信号的每一脉冲的向上或向下比例控制信号上至少产 生两个脉冲。透过该抖动平滑滤波器所产生的脉沖数目依据该脉冲误差信号 所对应的脉沖宽度而变化。
在某些实施例中，抖动平滑滤波器包括第一与第二操作单元，以及第一 与第二脉冲产生器，用以分别处理向上与向下的方向信号。方向信号指示向 上与向下方向，例如，高准位状态(l)指示向上的方向，而低准位状态(0)指 示向下的方向。在某些实施例中，方向会以向上信号与向下信号表示。第一 搡作单元，通过遮蔽频率信号、方向信号(或向上信号)以及相位误差信号以 产生向上相位误差信号。第一脉沖产生器，接收向上相位误差信号，并且在 相位误差信号的每一脉沖的向上比例控制信号上产生至少两个脉沖。第二操 作单元，通过遮蔽频率信号、反向的方向信号(或向下信号)以及相位误差信 号以产生一向下相位误差信号。第二脉冲产生器，接收向下相位误差信号， 并且在相位误差信号的每一脉冲的向下比例控制信号上至少产生两个脉冲。 在向上或向下比例控制信号上的脉冲数目是依据该脉沖误差信号的脉沖宽度 而变化。
一种抖动平滑方法，用以驱动一电荷泵，包括接收一相位误差信号与 一方向信号；并且在相位误差信号的每一脉冲的向上或向下比例控制信号上 至少产生两个脉冲。向上或向下比例控制信号是用以增加或减少一压控振荡 器的频率。 一抖动平滑滤波器所输出的控制信号是用以在每一频率信号周期 以一小单位增加或减少该压控振荡器的频率，以防止频率的快速与大幅度改
变，因为上述改变会导致周期至周期的大抖动，并且会导致组件出现故障。
本发明的抖动平滑滤波器，通过提供多个短脉冲来控制电荷泵，因此在 一既定频率的每一周期中，以小单位调整压控振荡器，以此实现数字锁相环 电路的抖动平滑。具有抖动平滑滤波器的数字锁相环可以实现低生产成本、 稳定的输入频率跟踪、窄环路带宽设计的低短期抖动、以及低输入频率的高带宽设定等优势。
图1显示现有技术的数字锁相环的方块图。
图2显示根据本发明实施例的数字锁相环的方块图。
图3显示图2所示的抖动平滑滤波器的方块图。
图4显示图3所示的抖动平滑滤波器的操作时序图。
图5显示根据本发明另一实施例的数字锁相环的方块图。
图6显示图5所示的抖动平滑滤波器的方块图。
图7显示根据本发明实施例的脉冲产生器的方块图。
具体实施例方式
请参考图2。图2显示依据本发明实施例的数字锁相环200方块图。数 字锁相环200与现有技术的数字锁相环的主要差异在于进一步包括一抖动平 滑滤波器255,以减少由压控振荡器所产生的频率信号VC0引起的抖动。第 二数字至时间转换器250,将数字域的相位误差值ERRp。转换至时域的相位误 差信号PE。抖动平滑滤波器255,致能一比例控制信号"pup"或"pdn"， 以控制第二电荷泵280。有关抖动平滑滤波器255的描述将在下文详细说明。
请参考图3。图3显示图2所示的抖动平滑滤波器255的方块图。抖动 平滑滤波器255,包括与门320、 340，以及脉沖产生器330、 350。请一并 参考图2以及图3。数字相位检测器210，产生一方向信号DIR。当反馈频率 VCO落后于参考频率时，方向信号DIR则处于高电平状态(l)，显示一向上方 向，用以控制电荷泵280。与门320，遮蔽(mask)相位误差信号PE、方向信 号DIR、以及一频率信号VCO,用以产生一向上相位误差信号UPE，在此实施 例中，频率信号VCO是图2所示的压控振荡器290所产生的反馈频率。在其 它实施例中，频率信号的频率可以是反馈频率的N倍。将向上相位误差信号 UPE传送至脉沖产生器330,以产生一向上比例控制信号"p叩"。同样地， 当反馈频率VCO领先参考频率时，方向信号DIR则处于低电平状态(O),显示 一向下方向，用以控制电荷泵280。与门340,遮蔽该位误差信号PE、反向 的方向信号DIR以及反馈频率VCO,用以产生一向下相位误差信号DPE。将向 下相位误差信号DPE传送至脉沖产生器350,用以产生一向下比例控制信号
"pdn，，。
图4显示图3所示的抖动平滑滤波器255的操作时序图。来自第二数字 至时间转换器"0(图"的相位误差信号PE,依据方向信号DIR是否带有向 下方向(0)或向上方向(1)来表示落后量或领先量。在此图中，假设反馈信号 落后参考频率，则方向信号DIR为一高电平状态(l)。与门320,由相位误差 信号PE、反馈频率VCO与方向信号DIR产生一向上相位误差信号UPE。脉冲 产生器330产生一向上比例控制信号pup,其脉冲宽度窄于向上相位误差信 号PE的脉冲宽度。在图4所示的实施例中，相位误差信号PE,大约具有4 个反馈频率周期的脉冲宽度，因此，向上相位误差信号UPE与向上比例控制 信号pdn,两者均有4个对应的脉冲。相位误差信号PE的脉冲宽度愈长，抖 动平滑滤波器255在向上/向下比例控制信号上产生的脉冲也愈多。也就是 说，抖动平滑滤波器，将相位误差信号的单一脉冲转换至多个脉沖，用以驱 动电荷泵280。在相关技术中，遮蔽有方向信号或反向的方向信号(依据电荷 泵的控制方向)的相位误差信号直接用以驱动电荷泵。 一旦参考频率与反馈频 率VCO突然发生很大差距时，相位误差值ERRpD会增大，且第二数字至时间转 换器150在输出(pup或pdn)上产生一长脉冲并传送至第二电荷泵180。由于 压控振荡器190频率的剧烈变化，此用以驱动电荷泵的单一长脉沖将极有可 能引起抖动。在本发明所提供的抖动平滑方法与抖动平滑滤波器，可通过提 供电荷泵许多短脉冲而减少抖动，且压控振荡器的频率因此可以用步阶(step wise)方式调整。
请同时参考图5与图6。图5显示根据本发明另一实施例的数字锁相环 500的方块图。图6显示图5所示的抖动平滑滤波器555的方块图。在上述 实施例中，反馈频率VCO被视为频率信号，与相位误差信号PE—起被遮蔽。 而在此实施例中，选择另一频率信号JCLK作为欲遮蔽的频率信号。在图5与 图6中，将两信号Up与Dj是供至抖动平滑滤波器555,以取代单一方向信号 DIR。数字相位检测器510可包括相位频率检测器与相位误差量测电路。
图7显示根据本发明实施例的脉沖产生器330、 350、 630、或650的方 块图。脉沖产生器，包括一与门以及三个串联反相器(例如，非门，NOTgate)。 值得注意的是，反相器的数目可以是任意奇数，且脉冲产生器输出的脉冲宽 度取决于这些反相器的整体延迟。脉沖产生器的输入，为向上相位误差信号 或向下相位误差信号其中之一，具有如脉沖的频率周期。脉沖产生器利用串联反相器的延迟来调整脉沖的宽度，所以反相器数目愈多，脉沖宽度愈宽。 另外可用一延迟电路取代偶数个反相器，但请注意整体延迟不可以长于频率 信号的周期。
权利要求
1.一种抖动平滑滤波器，接收一方向信号与一具有表示相位误差值的脉冲宽度的相位误差信号，以及产生一向上比例控制信号与一向下比例控制信号，进而驱动一电荷泵，其特征在于该抖动平滑滤波器在该相位误差信号的每一脉冲的向上或向下比例控制信号上至少产生两个脉冲，其中，所产生的该向上或向下比例控制信号的脉冲数目是依据该脉冲误差信号所对应脉冲的脉冲宽度而改变。
2. 根据权利要求1所述的抖动平滑滤波器，其特征在于进一步包含 一第一操作单元，通过遮蔽一频率信号、该方向信号以及该相位误差信号以产生 一向上相位误差信号；一第一脉冲产生器，耦接至该第一操作单元，用以接收该向上相位误差 信号，并且在该向上相位误差信号的每一周期的该向上比例控制信号上产生 一脉沖；一第二操作单元，通过遮蔽该频率信号、 一反向的方向信号以及该相位误差信号以产生一向下相位误差信号；以及一第二脉冲产生器，耦接至该第二操作单元，用以接收该向下相位误差 信号，并且在该向下相位误差信号的每一周期的该向下比例控制信号上产生 一脉沖。
3. 根据权利要求2所述的抖动平滑滤波器，其特征在于该第一操作单 元为一与门，以在该频率信号、该方向信号以及该相位误差信号上执行逻辑 与操作；该第二操作单元为一与门，以在该频率信号、该反向的方向信号以 及该相位误差信号上执行逻辑与操作。
4. 根据权利要求2所述的抖动平滑滤波器，其特征在于该第一或第二 脉冲产生器包括一与门，以及奇数个串联的反相器。
5. 根据权利要求2所述的抖动平滑滤波器，其特征在于该频率信号为 一反馈频率，该反馈频率由来自该电荷泵所控制的一压控振荡器输出。
6. 根据权利要求l所述的抖动平滑滤波器，其特征在于该方向信号包 括一向上信号与一向下信号，且该抖动平滑滤波器进一步包括一第一操作单元，通过遮蔽一频率信号、该方向信号以及该相位误差信 号以产生一向上相位误差信号；一第一脉冲产生器，耦接至该第一操作单元，用以接收该向上相位误差 信号，并且在该向上相位误差信号的每一周期的向上比例控制信号上产生一脉沖；一第二操作单元，通过遮蔽该频率信号、 一反向的方向信号以及该相位 误差信号以产生一向下相位误差信号；以及一第二脉冲产生器，连接至该第二操作单元，用以接收该向下相位误差 信号，并且在该向下相位误差信号的每一周期的向下比例控制信号上产生一 脉冲。
7. —种用以驱动电荷泵的抖动平滑方法，该方法包括 接收一相位误差信号以及一方向信号；以及在该相位误差信号的每一脉冲的一向上比例控制信号或一向下比例控制 信号中产生至少两个脉冲；其中，该向上比例控制信号或向下比例控制信号用以在一频率信号的每 一周期以一 d 、单位增加或减少 一压控振荡器的频率。
8. 根据权利要求7所述的抖动平滑方法，其特征在于进一步包括 通过遮蔽该频率信号、该方向信号以及该相位误差信号以产生一向上相位误差信号；通过调整该向上相位误差信号的脉冲宽度，以产生该向上比例控制信号； 通过遮蔽该频率信号、 一反向的方向信号以及该相位误差信号以产生一 向下相位误差信号；以及通过调整该向下相位误差信号的脉冲宽度，以产生该向下比例控制信号。
9. 根据权利要求8所述的抖动平滑方法，其特征在于该频率信号是一 反馈频率，该反馈频率由该压控振荡器输出。
10. 根据权利要求7所述的抖动平滑方法，其特征在于该方向信号包 括一向上信号与一向下信号，且该方法更进一步包括通过遮蔽该频率信号、该向上信号以及该相位误差信号以产生一向上相 位误差信号；通过调整该向上相位误差信号的脉冲宽度，以产生该向上比例控制信号； 通过遮蔽该频率信号、该向下信号以及该相位误差信号以产生一向下相 位误差信号；以及通过调整该向下相位误差信号的脉沖宽度，以产生该向下比例控制信号。
全文摘要
一种抖动平滑滤波器，接收一方向信号与一相位误差信号，相位误差信号具有表示一相位误差值的一脉冲宽度。抖动平滑滤波器产生一向上比例控制信号与一向下比例控制信号，以驱动一电荷泵。抖动平滑滤波器在相位误差信号的每一脉冲的向上或向下比例控制信号上至少产生两个脉冲。抖动平滑滤波器产生的脉冲数目，依据脉冲误差信号所相应脉冲的脉冲宽度而变化。本发明的抖动平滑滤波器，通过提供多个短脉冲来控制电荷泵，因此在一预定频率的每一周期中，以小单位调整压控振荡器，以此达成数字锁相环电路的抖动平滑。具有抖动平滑滤波器的数字锁相环可以实现低生产成本、稳定的输入频率跟踪、窄环路带宽设计的低短期抖动、以及低输入频率的高带宽设定等优势。
文档编号H02M3/04GK101192795SQ20071012741
公开日2008年6月4日 申请日期2007年7月5日 优先权日2006年11月27日
发明者汪炳颖 申请人:联发科技股份有限公司