专利名称：相位差检测装置及其相位检测方法
技术领域：
本发明有关一种相位差检测装置，且特别是有关一种经由对检测讯号进行相 位延迟来检测多个目标讯号间的相位差的相位差检测装置。
背景技术：
请参照图1B图1A及1B，图1A是传统的相位差检测装置的方块图，图1B是 图1A的相位差检测装的相关讯号时序图。当欲得知同频异相的时序讯号CK1及CK2 间的相位差时，输入其至异或(Exclusive 0R， X0R)门110以得到互斥讯号XS， 并将其及讯号产生器130产生的取样讯号SS输入触发器(Flip-fl叩)120，来以取 样讯号SS对互斥讯号XS取样以得到取样结果S0。之后计算取样结果S0为高讯 号电平的时间包括多少个取样讯号SS的周期来得到与时序讯号CK 2及CK 1间的 相位差对应的延迟时间Td，并根据延迟时间Td及时序讯号CK1的周期来得到时 序讯号CK 1及CK 2间的相位差。然而，传统相位差检测装置100具有若干缺点。
若欲经由传统相位差检测装置100来精确地检测时序讯号CK1及CK2间的相 位差，取样讯号SS的频率必须远高于时序讯号CK1及CK2的频率，例如为其的20 倍以上，始可精准地测量出时序讯号CK1及CK2间的相位差。然而在一般电子装 置中，时序讯号多接近其电路的硬件条件可允许的最高频率。如此，在一般实作 情形中，多半仅以频率略高于时序讯号的测量讯号SS来进行测量，使得时序讯号 CK1及CK2间相位差的测量结果精准程度较低。另外，欲产生出频率高于时序讯 号CK1及CK2的频率的测量讯号SS需采用昂贵的序号产生器130来产生，这样--来，使得相位差检测装置的成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种相位差检测装置及其相位差检测方 法，其可有效地克服传统相位差检测装置相位差的测量精准程度较低及成本 较高的缺点。
根据本发明的目的，提出一种相位差检测装置，用以检测第一讯号及第 二讯号间的相位差，其具有实质上相等的频率。相位差检测装置包括取样单
兀、讯号产生器及比较器。取样单元用以分别根据第一及第二讯号来对检测 讯号进行取样，以分别产生第一取样值及第二取样值。讯号产生器用以延迟 检测讯号延迟时间。比较器用以比较第一取样值及前一个第一取样值，并比 较第二取样值及前一个第二取样值。当第一及前一个第一取样值实质上相等 且第二及前-个第二取样值实质上相等时，比较器驱动讯号产生器延迟检测 讯号延迟时间。其中，当第一及前一个第一取样值不相等时，处理单元储存 目前检测讯号的延迟时间为第一时间，而当第二及前一个第二取样值不相等 时，处理单元储存目前检测讯号的延迟时间为第二时间。而相位差检测装置 并根据第一及第二时间之差得到第一及第二讯号的相位差。
根据本发明的另一目的，提出一种相位差检测方法，用以检测第一讯号 及第二讯号的相位差，第一及第二讯号具有实质上相等的频率。此相位差检 测方法包括下列的步骤。首先，产生检测讯号。接着，根据第一及第二讯号 来分别对检测讯号进行取样，以得到第一取样值及第二取样值。然后，判断 第一取样值及前一个第一取样值为实质上相等且第二取样值及前一个第二取 样值为实质上相等的判断条件是否成立。当判断条件为第一次不成立时，储 存此时检测讯号的延迟时间为第 一 时间。当判断条件非为第 一 次不成立时， 储存此时检测讯号的延迟时间为第二时间。之后，根据第 一 及第二时间得到 第一及第二讯号的相位差。
为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下面将特举一较 佳实施例，并配合附图进行详细说明。
图1A是传统的相位差检测装置的方块图。
图1B是图1A的相位差检测装的相关讯号时序图。
图2是本发明较佳实施例的相位差检测装置的方块图。图3是图2的相位差检测装置200的相关讯号时序图。
图4是图2中讯号产生器210的一详细电路图。
图5是依照本发明较佳实施例的相位检测方法的流程图。
具体实施例方式
本发明的相位差检测装置及其方法是以两时序讯号来分别对检测讯号进 行取样。本发明的相位差检测装置及其方法还通过对检测讯号进行相位延迟， 来经由两时序讯号的取样值找出两时序讯号的取样触发边缘(E d g e)间的时间 差，并根据此时间差来得到两时序讯号的相位差。
请参照图2，其是本发明较佳实施例的相位差检测装置的方块图。相位差 检测装置200包括讯号产生器210、取样单元220及比较器230。讯号产生器 210用以产生检测讯号SD，并回应于控制讯号SC来延迟检测讯号SD —段固 定时间。
取样单元220用以分别根据时序讯号CLK1及CLK2来对检测讯号SD进行 取样，以分别产生取样值Sl(n)及S2(n)， n为大于1的自然数。而取样单元 220例如为正边缘(Positive Edge)取样的取样单元，检测讯号SD的频率是小 于或等于时序讯号CLK1的频率，也即是检测讯号SD的周期是大于或等于时 序讯号CLK1的周期，而固定时间例如等于时序讯号CLK1及CLK2的周期的二 十分之一。
比较器230用以比较取样值Sl(n)及前--个取样值Sl(n-1)，并比较取样 值S2(n)及前一个取样值S2(n-l)。当取样值Sl(n)及前一个取样值Sl(n-1) 为实质上相等且取样值S2(n)及前一个取样值S2(n-1)为实质上相等时，比较 器230用以产生控制讯号SC，以驱动讯号产生器210延迟检测讯号SD固定时 间，而取样单元220重复地根据时序讯号CLK1及CLK2来对检测讯号SD取样。
当取样值Sl (n)及前一个取样值SI (n-1)为不相等时，相位差检测装置200 记录此刻检测讯号SD相对于其的起始相位的相位差对应的时间数据Tl。相位 差检测装置200还判断是否已经记录到两笔时间数据，当相位差检测装置200 尚未记录到两笔时间数据时，比较器230继续产生控制讯号SC来驱动讯号产 生器210延迟检测讯号SD固定时间，以使取样单元220重复地根据时序讯号
CLK1及CLK2对检测讯号SD进行取样。
当取样值S2(n)及前一个取样值S2(n-l)再一次为不相等时，相位差检测 装置200记录此刻检测讯号SD相对于其的起始相位的相位差对应的时间数据 T2。此时，相位差检测装置是记录到两笔时间数据，而其是根据时间数据T2 及Tl之差来得到与时序讯号CLK1及CLK2间的相位差对应的延迟时间。例如 时间数据T2减去时间数据Tl得到的差值代表与时序讯号CLK2相对于时序讯 号CLK1的相位差对应的时间延迟，而将时间数据T2减去Tl得到的差值除以 时序讯号CLK1的周期是得到时序讯号CLK2相对于时序讯号CLK1的相位差。 如此，本实施例的相位差检测装置200可通过根据时序讯号CLK1及CLK2来 分别对检测讯号SD进行取样，以及对检测讯号SD进行相位延迟的方法来得 到时序讯号CLK1及CLK2间的相位差。
请参照图3，其是图2的相位差检测装置200的相关讯号时序图。在本实 施例中，检测讯号SD的周期例如等于时序讯号CLK1及CLK2的周期的三倍。 在本实施例中，是以讯号波形SDK SD2及SD3来表示检测讯号SD在不同时 间点的讯号波形。
讯号波形SD1的起始时间为时间点t0，其起始相位实质上等于0度。此 时，取样值Sl(n)二U， 1，0}，而S2(n)二(1,1，01。之后，讯号产生器210对检 测讯号SD进行相位延迟，直到检测讯号SD的起始相位时间点实质上等于时 间点tl时，取样值Sl(n)发生改变而不等于前一个取样值Sl(n-1)，如讯号 波形SD2所示。时间点tl与t0间的延迟时间实质...匕等于时间数据Tl，而此 时的取样值Sl (n)二(O， 1, 0} ， S2(n):U， 1, 0}。
接着，讯号产生器210继续对检测讯号SD进行相位延迟，直到检测讯号 SD的起始相位时间点实质上等于时间点t2时，取样值S2(n)发生改变而不等 于前一个取样值S2(n-l),如图3中的讯号波形SD3所示。时间点t2与t0间 的延迟时间实质上等于时间T2,而取样值S2(n)^0， 1,0}， Sl (n) = {0, 1, 0}。
其中，取样值Sl(n)及S2(n)例如分别于时序讯号CLK1及CLK2的正边缘 取样时间点与检测讯号SD的电平转态时间点为实质上重合时发生改变。在本 实施例中，时间点tl及t2为检测讯号SD的低电平至高电平转态时间点分别 与时序讯号CLK1及CLK2的正边缘重合的时间点。如此，本实施例的相位差
检测装置200可根据时间点t0及tl间的时间差及时间点t0及t2间的时间 差，其是分别为时间数据Tl及T2，来得到时序讯号CLK1及CLK2的正边缘取
样时间点间的时间差，进而得到时序讯号CLK1及CLK2间的相位差。
取样单元220包括触发器(Flip-flop) 222及224，本实施例的触发器222 及224均例如为D型正边缘(Positive Edge)取样触发器。触发器222用以接 收检测讯号SD及时序讯号CLK1，并以时序讯号CLK1来对检测讯号SD进行取 样，以得到取样值Sl(n)。触发器224用以接收检测讯号SD及时序讯号CLK2， 并以时序讯号CLK2来对检测讯号SD进行取样，以得到取样值S2(n)。
相位差检测装置200还包括寄存单元240，用以暂时储存取样值Sl(n)、 S2(n)及前一个取样值Sl(n-l)及S2(n-1)。在本实施例中，寄存单元240例 如包括缓冲器(Buffer)Bl及B2。缓冲器Bl接收取样单元220输出的取样 值Sl(n)及S2(n)，并将其延后一段固定时间后输出至缓冲器B2。比较器230 以储存于缓冲器B2中的取样值来做为前一个取样值Sl(n-l)及S2(n-1)，并 以储存于缓冲器Bl中的取样值来做取样值Sl (n)及S2(n)。
请参照图4，其是图2中讯号产生器210的一详细电路图。讯号产生器210 包括N个串联连接的缓冲器B(l) B(N)及多路复用器112， N为自然数。缓 冲器B(1)用以接收起始讯号SI，并对其延迟固定时间后输出，缓冲器B(2) B(N)分别用以延迟前一级缓冲器B(l) B(N-l)固定吋间后输出。
多路复用器212包括包括N个输入端，分别接收起始讯号Sl及缓冲器 B(l) B(N)的输出讯号，而多路复用器112回应于选择讯号SCT来以起始讯 号SI及缓冲器B(l) B(N)的输出讯号其中之一来做为检测讯号SD输出至取 样单元220。在本实施例中，当选择讯号SCT等于0时多路复用器212是例如 以起始讯号SI做为检测讯号SD输出，当选择讯号SCT为1 N时多路复用器 212例如分别以缓冲器B(1) B(N)的输出讯号做为检测讯号SD输出。
相位差检测装置200还包括计数器250，用以接收比较器230输出的控制 讯SC，并据以对选择讯号SCT进行累加，而计数器250用以输出选择讯号至 讯号产生器210。其中，选择讯号SCT的起始数值实质上等于O。而计数器250 还例如用以根据其所累加的数字来决定目前检测讯号SD相对于其的起始相位 延迟多少段固定时间，以换算出时间数据T1及T2。在实际应用中，产生频率较低而相位延迟可调整且每次相位延迟量均实
质上小于2JI/20的检测讯号SD是远比产生传统相位差检测装置100所需的 频率远高于时序讯号CK1的取样讯号SS容易实现。例如，在0. 18微米(Micron) 工艺，时序讯号的频率实质上等于为200MHz的硬件条件中，要实现出频率实 质上接近200MHz的20倍，约4GHz的取样讯号SS是十分困难。而若于相同 的硬件条件下产生频率实质上小于或等于200腿z，而可一次延迟固定时间的 检测讯号SD可利用图4的讯号产生器210的结构，搭配0. 18微米工艺技术 中延迟时间约为0. 2奈秒(Nanosecond)的缓冲器来轻易实现。
如此，本实施例的相位差检测装置200可利用容易产生、频率较低及可 延迟固定时间的检测讯号SD来检测时序讯号CLK1及CLK2间的相位差，以解 决传统相位差检测装置100需使用实现困难而频率极高的取样讯号SS来精准 地测量时序讯号CK1及CK2间的相位差的问题。
请参照图5，其是依照本发明较佳实施例的相位检测方法的流程图。首先， 如步骤502，讯号产生器210产生检测讯号SD，其周期实质上为时序讯号CLK1 及CLK2的三倍。接着，如步骤504，根据时序讯号CLK1及CLK2来分别对检 测讯号SD进行取样，以得到取样值Sl(n)及S2(n)。然后，如步骤506，判断 取样值Sl(n)及前一个取样值Sl(n-l)为实质上相等，且取样值S2(n)及前一 个取样值S2(n)为实质上相等的判断条件是否成立。
如步骤508，当上述判断条件不成立时，判断其是否为第一次不成立。若 是，执行步骤510,计数器250记录此刻检测讯号SD相对于其的起始相位的 相位差及对应的时间数据Tl。其中，计数器250是根据其累加数字来判断此 刻检测讯号SD相对于其的起始相位的相位差实质上等于多少段固定时间，以 换算得到对应的时间数据Tl。之后，执行步骤512，讯号产生器210延迟检 测讯号SD—段固定时间，接着执行步骤504，来再一次根据时序讯号CLK1及 CLK2对检测讯号SD进行取样。
于步骤508中，判断其是否为第一次不成立，若否，执行步骤514，计数 器250记录此刻检测讯号SD相对于其起始相位的相位差及对应的时间数据 T2。之后，如步骤516，根据时间数据T1、 T2及时序讯号CLK1的周其力来得到 时序讯号CLK1及CLK2的相位差。其中，步骤516是将该时间数据Tl及T2
之差除以时序讯号CLK1的周期，来得到时序讯号CLK1及CLK2的相位差。而 于步骤506中，判断上述判断条件是否成立，若是，执行步骤512。
本实施例中，虽仅以检测讯号SD的周期实质上等于时序讯号CLK1及CLK2 的周期的三倍为例作说明，然而，本实施例的检测讯号SD的周期不限于为时 序讯号CLK1及CLK2的周期的三倍，而可为任何周期大于或等于时序讯号CLK1 及CLK2的周期的讯号。检测讯号SD的周期是较佳地为时序讯号CLK1及CLK2 的周期的整数倍。
本实施例中，虽仅以检测讯号SD的延迟时间实质上等于时序讯号CLK1 及CLK2的周期的二十分之一的情形为例作说明，然而，检测讯号SD的延迟 时间是不限于等于时序讯号CLK1及CLK2的周期的二十分之 -，而还可实质 上小于时序讯号CLK1及CLK2的二十分之一。例如检测讯号SD的延迟时间实 质上等于时序讯号CLK1及CLK的周期的五十分之一，以使相位差检测装置200 检测到的相位差更加地精确。
本实施例的相位差检测装置及其方法是以两时序讯号来分别对相位可延 迟的检测讯号进行取样，并根据两时序讯号对检测讯号的取样值找出两时序 讯号的上升边缘间的时间差及相位差。如此，本实施例的相位差检测装置及 其方法可有效地解决传统相位差检测装置需使用频率极高、实现困难及实现 成本较高的取样讯号来检测两个时序讯号间的相位差及因取样讯号频率过低 导致相位差检测结果误差较大的问题，而具有可使用频率较低、实现容易而 实现成本低廉的检测讯号来检测两个时序讯号间的相位差及相位差检测精准 度较高的优点。
综上所述，虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限 定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神 和范围内，当可作各种等同的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后 附的本申请权利要求范围所界定的为准。
权利要求
1. 一种相位差检测装置，用以检测一第一讯号及一第二讯号间的相位差，该第一及该第二讯号具有实质上相等的频率，该相位差检测装置包括一讯号产生器，用以产生一检测讯号，并回应于一控制讯号来延迟该检测讯号一固定时间；一取样单元，用以分别根据该第一及该第二讯号来对该检测讯号进行取样，以分别产生一第一取样值及一第二取样值；以及一比较器，用以比较该第一取样值及前一个第一取样值，并比较该第二取样值及前一个第二取样值，当该第一及前一个第一取样值为实质上相等且该第二及前一个第二取样值为实质上相等时，该比较器产生该控制讯号以驱动该讯号产生器延迟该检测讯号该固定时间；其中，当该第一及前一个第一取样值为不相等时，该相位差检测单元记录此刻该检测讯号相对于该检测讯号的起始相位的相位差对应的一第一时间；其中，当该第二及前一个第二取样值为不相等时，该相位差检测单元记录此刻该检测讯号相对于该检测讯号的起始相位的相位差对应的一第二时间；其中，该相位差检测装置并根据该第一及该第二时间的差得到该第一及该第二讯号的相位差。
2. 如权利要求1所述的相位差检测装置，其特征在于还包括一暂存单元， 包括一第一缓冲器；一第二缓冲器，用以接收该第一及该第二取样值，并将其延迟该延迟时 间后输出至该第一缓冲器；其中，该比较器存取该第一缓冲器中的取样值来做为前一个第一及第二 取样值，并存取该第二缓冲器中的取样值来做为该第一及该第二取样值。
3. 如权利要求1所述的相位差检测装置，其特征在于该取样单元包括 一第一触发器，用以接收该检测讯号及该第一讯号，并根据该第一讯号对该检测讯号进行取样，以得到该第一取样值；及一第二触发器，用以接收该检测讯号及该第二讯号，并根据该第二讯号 对该检测讯号进行取样，以得到该第二取样值。
4. 如权利要求1所述的相位差检测装置，其特征在亍还包括 一计数器，接收该控制讯号，并回应于该控制讯号来对一选择讯号进行累加。
5. 如权利要求4所述的相位差检测装置，其特征在于该讯号产生器包括 多级缓冲器，这些级缓冲器的第一级缓冲器接收一起始讯号，并延迟该起始讯号该固定时间后输出，这些缓冲器分别用以延迟前-一级缓冲器的输出 讯号该固定时间后输出；及一多路复用器，包括多个输入端，分别接收该起始讯号及这些级缓冲器 的输出讯号，该多路复用器回应于该选择讯号来以该起始讯号及这些级缓冲 器的输出讯号其中之一做为该检测讯号输出。
6. 如权利要求4所述的相位差检测装置，其特征在于该计数器并根据该 选择讯号来判断并记录该第一及该第二时间实质上等于多少个该固定时间。
7. 如权利要求1所述的相位差检测装置，其特征在于该第一及该第二讯 号的相位差实质上等于该第 一 及该第二时间之差除以该第 一 讯号的周期。
8.如权利要求1所述的相位差检测装置，其特征在于检测讯号的频率是小于或等于该第一讯号的频率。
9. 如权利要求7所述的相位差检测装置，其特征在于该检测讯号的周期 为该第- 讯号的周期的整数倍。
10. —种相位差的检测方法，用以检测 一 第 一 讯号及 一 第二讯号的相位差，该第一及该第二讯号具有实质上相等的频率，该检测方法包括 产生一检测讯号；根据该第一及该第二讯号来分别对该检测讯号进行取样，以得到一第一 取样值及一第二取样值；判断该第一取样值及前一个第一取样值为实质上相等且该第二取样值及 前一个第二取样值为实质上相等的一判断条件是否成立；当该判断条件不成立时，判断该判断条件是否为第一次不成立；当该判断条件不成立且为第一次不成立时，记录此刻该检测讯号相对于该检测讯号的起始相位的相位差及对应的 一 第 一 时间当该判断条件不成立且非为第一次不成立时，记录此刻该检测讯号相对 f该检测讯号的起始相位的相位差及对应的-一第二时间；以及根据该第一及该第二时间得到该第一及该第二讯号的相位差。
11. 如权利要求10所述的检测方法，其特征在于记录该第一时间的步骤 之后还包括-延迟该检测讯号一延迟时间，并重复执行根据该第一及该第二讯号来分 别对该检测讯号进行取样的步骤。
12. 如权利要求11所述的检测方法，其特征在于判断该判断条件是否成 立的步骤之后还包括若是，执行延迟该检测讯号该延迟时间的步骤。
13. 如权利要求10所述的检测方法，其特征在于根据该第-、该第二时 间及该第 一 讯号的周期得到该第- 一 及该第二讯号的相位差的步骤是将该第一 及该第二时间之差除以该第一讯号的周期，来得到该第一及该第二讯号的相位差。
全文摘要
一种相位差检测方法，用以检测第一及第二讯号的相位差，其具有实质上相等的频率。此相位差检测方法包括下列步骤。首先，产生检测讯号。接着，根据第一及第二讯号来分别对检测讯号进行取样，以得到第一及第二取样值。然后，判断第一取样值等于前一个第一取样值且第二取样值等于前一个第二取样值的判断条件是否成立。当判断条件第一次不成立时，储存此时检测讯号的延迟时间为第一时间。当判断条件为第二次不成立时，储存此时检测讯号的延迟时间为第二时间。之后，根据第一、第二时间得到第一及第二讯号的相位差。
文档编号G01R25/00GK101206236SQ200610172000
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月22日 优先权日2006年12月22日
发明者陈信全, 颜铭宪 申请人:旺玖科技股份有限公司