专利名称：具有相位旋转扩频的锁相环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锁相环，具体涉及一种具有相位旋转扩频的锁相环。
技术背景随着电子科学技术的快速进步，多样化的应用已可由各种电子产品所提 供，由于各种电子产品的应用日趋复杂，所以需要有各种不同的时序，以提 供不同的应用。为了满足节省成本及提供不同时序的需求，锁相环成为最佳的选择.。图1为现有技术锁相环100的结构图，如图l所示，该锁相环由鉴 相器110、电荷泵浦(CP, Charge Pump) 120、低通滤波器130、压控振荡 器140(VCO， Voltage Control Oscillator )、及分频器150所组成。锁相环 100接收一频率为Fin的输入信号，并产生频率为Fout的输出信号，其中， Fout-YXFin， Y可为整凄史或分lt。由于输出信号的频率Fout远大于输入信 号的频率Fin,故经常无法通过电磁辐射检测，同时也容易干扰到其它电子 组件。为解决上述问题，美国专利公告第6377646号(名称Spread Spectrum at Phase Lock Loop Feedback Path )提供一个将锁相环输出信号扩频的方法， 该方法利用一只读存储器(ROM)记录分频器的修正值，以改变分频器的 除数，并在现有的分频器上利用相位吞噬(phase swallow )方法，以对锁相输出频率，对于输出频率等于输入频率的锁相环，其扩频方法就不可行，或 者当分频器的除数过小时，其鉴相器所输出的错误信号会很大，进而影响扩 频效果。由此可知，现有的锁相环仍有改善的空间。发明内容有鉴于此，本发明提供一种具有相位旋转扩频的锁相环，减少电磁辐射， 并避免干扰到其它电子组件。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种具有相位旋转扩频的锁相环，包含一鉴相器、 一电荷泵浦、 一滤波器、 一压控振荡器及一选择器。该鉴相器接收一参考时序信号及一反馈时序信号， 以产生一错误信号；该电荷泵浦连接至该鉴相器，以将该错误信号转换为一电 流信号；该滤波器连接至该电荷泵浦，将该电流信号转换成一电压信号；该压 控振荡器连接至该滤波器，用以依据该电压信号产生N个具有相同频率的时序 信号，其中，该N个时序信号的相位依序为&、《、&..... ,， 0,较^+1超前^, j=0，l,2，...，N-2;该选择器连接至该压控振荡器，以依据一预定次序由该N个时序信号选取其中一个时序信号，而产生一目标时序信号。
图1为现有技术锁相环的结构图。图2为本发明具有相位旋转扩频的锁相环的结构图。图3为本发明无源低通滤波器的电路图。图4为本发明有源低通滤波器的电路图。图5为本发明压控振荡器及选择器的示意图。图6为本发明未执行扩频的示意图。图7为本发明执行向上扩频的示意图。图8为本发明执行向下扩频的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。图2是本发明具有相位旋转扩频的锁相环200的结构图，包含一鉴相器210、 一电荷泵浦220、 一滤波器230、 一压控振荡器240、 一选择器250及 一分频器260。该鉴相器210用于接收一参考时序信号Vref及一反馈时序信号Vfbk, 以产生一错误信号，该错误信号是一相位误差信号。该电荷泵浦220连接至该鉴相器210,以将该错误信号转换为一电流信号。该滤波器230连接至该电荷泵浦220，将该电流信号转换成一电压信号， 其中，该滤波器230为一低通滤波器。该低通滤波器可为一无源滤波器(passive filter)。图3是该无源低通 滤波器的电路图，其可为一三阶低通滤波器，是由一第一电阻Rl、第一电 容C1、'第二电容C2、第二电阻R2及第三电容C3所组成。该第一电阻Rl的一端连接至该电荷泵浦220,另一端连接至该第一电 容Cl,该第一电容C1的另一端连接至一低电位。该第二电容C2的第一端 连接至该电荷泵浦220，其另一端连接至一低电位。该第二电阻R2的第一 端连接至该电荷泵浦220,其另一端连接至该第三电容C3及该压控振荡器 240，该第三电容C3的另一端连接至一低电位。该第一电阻R1及该第一电容C1提供一第一极点及一零点(zero)。该 第二电容C2提供一第二极点。该第二电阻R2及该第三电容C3提供一第三 极点。该滤波器230也可为一有源低通滤波器(active filter )。图4是该有源 低通滤波器的电路图，其是一二阶低通滤波器，其是由一第三电阻R3、第 四电容C4、第五电容C5及一运算放大器0P1所组成。该第三电阻R3的第一端连接至该电荷泵浦220及该运算放大器0P1的 反相输入端(-),其另一端连接至该第四电容C4，该第四电容C4的另一 端连接至该运算放大器OP1的非反相输出端(+ )。该第五电容C5的第一 端连接至该电荷泵浦220及该运算放大器0P1的反相输入端(-)，其另一 端连接至该运算放大器0P1的非反相输出端(+ )。该运算放大器0P1的非反相l餘入端(+ )连接至-H氐电位。图4的有源低通滤波器使用运算放大器0P1，可增加输出电压的摆幅范 围(voltage swing )，同时也更容易调整极点及零点的位置，进而得到更好 的频率响应。图5是压控振荡器240及选择器250的示意图。该压控振荡器240连接 至该滤波器230，以依据该电压信号产生N个具有相同频率的时序信号。该 压控振荡器240较佳为环振荡(ring oscillation)型式的振荡器，可提供N个相位依序为&、《、《..... ，的时序信号，其中，《较0,+|超前^,j=0，l，2,...，N-2。该选择器250连接至该压控振荡器240，以依据一预先设定的次序由该 N个时序信号选取其中的一个时序信号，进而产生一目标时序信号。该选择 器250为一相位旋转及多路控制逻辑251及一 N对一多路选择器252所组成。该分频器260连接至该选择器250，以将该目标时序信号分频而产生该 反馈时序信号Vfbk。该分频器260是对该目标时序信号Vtar进行整数分频 而产生该反馈时序信号Vfbk。在其它实施例中，该分频器260也可以对该 目标时序信号Vtar进行分数分频而产生该反馈时序信号Vfbk。图6是本发明未执行扩频的示意图。多路选择器252选择相位为e。的信 号CLK0作为该目标时序信号Vtar。该目标时序信号Vtar经由该分频器260 进行分频而产生该反馈时序信号Vfbk (此例中除数=1 )。由于未执行扩频， 故当相位锁住后，该反馈时序信号Vfbk与该参考时序信号Vref的相位差为 0。图7是本发明执行向上扩频(up spreading)的示意图。当本发明具有相位旋转扩频的锁相环执行向上扩频时，该多路选择器252依序选取具有相 位《、《、《、…、^一相对应的时序信号CLK0、 CLK1.....CLKN-l,以作为该目标时序信号Vtar。该目标时序信号Vtar经由该分频器260进行分频(此例中除数-l)而产生该反馈时序信号Vfbk。由图7可知，由于该反 馈时序信号Vfbk的相位持续落后该参考时序信号Vref的相位，故该鉴相器 210会持续产生一相位误差信号，进而提高该目标时序信号Vtar的频率，达 到向上扩频的目的。图8是本发明执行向下扩频(down spreading)的示意图。当本发明具 有相位旋转扩频的锁相环执行向下扩频时，该多路选择器252依序选取具有 相位A、 一、、…、6>2、《相对应的时序信号CLKO、 CLKN-1、 CLKN-2、...、 CLK1，作为该目标时序信号Vtar。该目标时序信号Vtar经由该分频器260 进行分频(此例中除数=1)而产生该反馈时序信号Vfbk。由图8可知，由 于该反馈时序信号Vfbk的相位持续超前该参考时序信号Vref的相位，故该 鉴相器210会持续产生一相位误差信号，进而降低该目标时序信号Vtar的 频率，达到向下扩频的目的。同样地，当以该目标时序信号Vtar的频率为中心而扩频时，该选择器依序选取&、《、《.....~_,、 e。、 ~—,、 —2、...、《、《相对应的时序信号，作为该目标时序信号。相较之下，美国专利公告第6377646号改变分频器的除数，并在分频器 上利用相位吞噬(phase swallow)方法，以对锁相环输出信号进行扩频。然 而，此种方式基本上乃是利用改变分频器的除数以改变输出频率，对于输出 频率需等于输入频率的锁相环，其扩频方法就不可行。或者当分频器的除数 过小时，其鉴相器所输出的错误信号会很大而影响扩频效果。而本发明只需 新增相位旋转及多路控制逻辑251及N对一多路选择器252,即可克服所述 限制及达到相同的扩频功效。同时，由于其扩频不需要通过改变分频器的除 数来达成，所以对于输出频率等于输入频率的锁相环，或是因分频器的除数 过小，而造成的扩频效果不佳均可避免。由上述说明可知，本发明利用相位旋转及多路控制逻辑251及N对一 多路选择器252互相搭配的方式，依据一预先设定的次序选择该压控振荡器输出的N个相位依序为&、《、《.....^-,的时序信号，即可达到扩频的目的。同时可以减少组件的使用量，而达到降低成本的目的。上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所要求的权利范围应 以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1. 一种具有相位旋转扩频的锁相环，其特征在于，该锁相环包括鉴相器、电荷泵浦、滤波器、压控振荡器和选择器，所述鉴相器，用于接收一参考时序信号及一反馈时序信号，进而产生一错误信号；一电荷泵浦，连接至该鉴相器，用于将该错误信号转换为一电流信号；一滤波器，连接至该电荷泵浦，用于将该电流信号转成一电压信号；一压控振荡器，连接至该滤波器，用于依据该电压信号产生N个时序信号，该N个时序信号具有相同频率，其中，该N个时序信号的相位依序为θ0、θ1、θ2、...、θN-1，θj较θj+1超前id="icf0001" file="A2007100035350002C1.gif" wi="7" he="8" top= "105" left = "79" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>j＝0，1，2，...，N-2；以及一选择器，连接至该压控振荡器，用于依据一预先设定的次序由该N个时序信号选取其中一个所述时序信号，进而产生一目标时序信号。
2、 如权利要求1所述的锁相环，其特征在于，该锁相环进一步包括 一分频器，连接至该选择器，用于将该目标时序信号分频，进而产生该反馈时序信号。
3、 如权利要求1所述的锁相环，其特征在于，所述压控振荡器是环振荡型 式的振荡器，用于提供该N个相位依序为e。、《、《、...、6^,的时序信号。
4、 如权利要求1所述的锁相环，其特征在于，当向上扩频时，该选择器依 序选取《、《、《.....^一的时序信号，作为该目标时序信号。
5、 如权利要求1所述的锁相环，其特征在于，当向下扩频时，该选择器依 序选取《、 —,、 —2、 ...、 6>2、《的时序信号，作为该目标时序信号。
6、 如权利要求1所述的锁相环，其特征在于，当以该目标时序信号的频率 为中心进行扩频时，该选择器依序选取&、《、《、...、~_,、 &、 —,、6V2 、…、 6>2、《的时序信号，作为该目标时序信号。
7、 如权利要求2所述的锁相环，其特征在于，该错误信号是一相位误差信号。
8、 如权利要求2所述的锁相环，其特征在于，该滤波器为一低通滤波器。
9、 如权利要求8所述的锁相环，其特征在于，该低通滤波器为一无源滤波 器或者一有源低通滤波器。
10、 如权利要求9所述的锁相环，其特征在于，该无源低通滤波器为一三 阶低通滤波器。
11、 如权利要求IO所述的锁相环，其特征在于，该三阶低通滤波器是由一 第一电阻、 一第一电容、 一第二电容、 一第二电阻及一第三电容所组成，该第 一电阻的第一端连接至该电荷泵浦，该第一电阻的第二端连接至该第一电容的 第一端，该第一电容的第二端连接至一低电位，该第二电容的第一端连接至该 电荷泵浦，该第二电容的第二端连接至所述低电位，该第二电阻的第一端连接 至该电荷泵浦，该第二电阻的第二端连接至该第三电容的第一端及该压控振荡 器，该第三电容的第二端连接至所述低电位。
12、 如权利要求9所述的锁相环，其特征在于，该有源低通滤波器为一二 阶低通滤波器。
13、 如权利要求12所述的锁相环，其特征在于，该二阶低通滤波器是由一 第三电阻、 一第四电容、 一第五电容及一运算放大器所组成，该第三电阻的第 一端连接至该电荷泵浦及该运算放大器的反相输入端，该第三电阻的第二端连 接至该第四电容的第一端，该第四电容的第二端连接至该运算放大器的一非反 相输出端，该第五电容的第一端连接至该电荷泵浦及该运算放大器的一反相输 入端，该第五电容的第二端连接至该运算放大器的该非反相输出端，该运算放 大器的一非反相输入端连接至一低电位。
14、 如权利要求2所述的锁相环，其特征在于，该分频器是对该目标时序 信号进行整数分频或者分数分频，进而产生该反馈时序信号。
15、 如权利要求1所述的锁相环，其特征在于，该选择器为一N对一多路 选择器。
全文摘要
本发明公开了一种具有相位旋转扩频的锁相环。鉴相器接收一参考时序信号及一反馈时序信号，以产生一错误信号。电荷泵浦将该错误信号转换为一电流信号。滤波器将此电流信号转换成一电压信号。压控振荡器依据该电压信号产生N个具有相同频率的时序信号，其中，该N个时序信号的相位依序为θ<sub>0</sub>、θ<sub>1</sub>、θ<sub>2</sub>、...、θ<sub>N-1</sub>，θ<sub>j</sub>较θ<sub>j+1</sub>超前2π/N，j＝0，1，2，...，N-2。选择器依据一预先设定的次序由该N个时序信号选取一个时序信号，进而产生一目标时序信号，并微调目标时序信号的频率，以对目标时序信号进行扩频。
文档编号H03L7/08GK101242182SQ20071000353
公开日2008年8月13日 申请日期2007年2月6日 优先权日2007年2月6日
发明者周明忠 申请人:凌阳科技股份有限公司