专利名称：锁相回路的制作方法
技术领域：
本发明与锁相回路相关，并且尤其与锁相回路的电路架构相关。
背景技术：
在现今的电脑系统和通信系统中，能提供具有准确频率的振荡信号的锁相回路扮演了不可或缺的重要角色。以无线通信系统为例，其传送端通常利用锁相回路所产生的振荡信号为发送信号的参考基准，锁相回路的锁定速度、回路频宽和突波(spur)能量等特性都会直接影响无线信号的品质。图1所示为第一型(type-I)锁相回路的架构图。此回路10包含相位检测器11、 充电泵浦12、由电阻R和电容C组成的滤波器13、压控振荡器14以及分频器15。由于电阻R在压控振荡器14的输入端和接地端之间形成一漏电路径，无论回路10是否处于锁定状态，相位检测器11仍必须输出周期性脉冲，令充电泵浦12为压控振荡器14的输入端充电，以补偿经由电阻R流失的电荷。在锁相回路稳定时，充电与放电达到平衡，上述脉冲的周期等于参考信号的周期。该周期性脉冲的存在，会对压控振荡器14输出端的振荡信号形成干扰。参考信号与反馈信号的相位差愈大，该脉冲愈宽，其能量愈高。以振荡信号的频率为3. 66GHz，而参考信号的频率为^MHz的情况为例。压控振荡器14的输出信号的频谱中， 除了出现在3. 66GHz的主成分之外，在3. 66GHz±^MHz两处也会出现所谓的突波。许多无线通信标准都会对突波能量的上限作出规范。第一型锁相回路的缺点在于该充电脉冲通常会造成过高的突波能量。图2所示为第二型(type-II)锁相回路的架构图。此回路20包含相位检测器21、 两充电泵浦22A和22B、由电阻R、电容C1/C2/C3、运算放大器23A组成的主动式滤波器23、 压控振荡器M以及分频器25。在回路20由未锁定状态进入锁定状态的过程中，第二充电泵浦22B负责根据相位检测器21所测得的相位差异对主动式滤波器23中的电容Cl充电 /放电，直到图中所标示的参考电压Vkef被逐步提升/拉低至等于回路20锁定时压控振荡器M输入端应得的控制电压。在锁定之前，Veef和该控制电压通常还会经过一段时间的减震(damping)才趋于稳定。此架构虽无第一型锁相回路突波能量过高的问题，但第二充电泵浦22B对电容Cl充电/放电的速度会直接限制回路20的锁定速度。此外，该减震现象也会导致回路20所需的锁定时间加长。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种新的锁相回路架构，以数字式充电路径取代先前技术中由第二充电泵浦22B和电容C2组成的模拟式充电路径。根据本发明的数字式充电路径可被设计为直接根据相位差异提供特定的充电量，藉此稳定拉高提供给主动式滤波器的参考电压，进而避免减震并有效锁相回路进入锁定状态所需的时间。根据本发明的一具体实施例为一锁相回路，其中包含一主动式滤波器、一压控振荡器、两相位检测器、一充电泵浦及一数字/模拟转换器。该压控振荡器根据主动式滤波器的输出端所提供的控制信号产生一振荡信号。第一相位检测器根据一参考信号及对应于该振荡信号的一反馈信号产生一相位差异信号。该充电泵浦根据该相位差异信号提供一充电电流至该主动式滤波器的第一输入端。该第二相位检测器根据该参考信号及该反馈信号的相位差产生一数字参考电压。该数字/模拟转换器将该数字参考电压转换为一模拟参考电压，并将该模拟参考电压提供至该主动式滤波器的第二输入端。相较于先前技术，根据本发明的锁相回路具有锁定速度快且突波能量低的优点。 关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
图1所示为传统第一型锁相回路的架构图。图2所示为传统第二型锁相回路的架构图。图3为根据本发明的第一具体实施例中的锁相回路方块图。图4为比较本实施例与先前技术的一电压锁定状态范例。图5为根据本发明的第二具体实施例中的锁相回路方块图。图6(A)为根据本发明的第三具体实施例中的锁相回路方块图。图6(B)为根据本发明的第四具体实施例中的锁相回路方块图。图7为根据本发明的第五具体实施例中的锁相回路校正方法流程图。主要元件符号说明10、20:锁相回路 11、21:相位检测器12:充电泵浦13:滤波器14、24:压控振荡器15、25:分频器22A:第一充电泵浦 22B:第二充电泵浦23:主动式滤波器 23A:运算放大器30 锁相回路31A 第一相位检测器31B 第二相位检测器32 充电泵浦33 主动式滤波器 33A 运算放大器34 压控振荡器 35 分频器36 数字/模拟转换器37 开关38:切换模块39:电压检测器40 控制模块41 校正模块42:积分三角调制器43:预先加强电路S71 S78 流程步骤技术领域
具体实施例方式根据本发明的第一具体实施例为图3所绘示的锁相回路。此回路30包含两相位检测器3IA和3IB、一充电泵浦32、由电阻R、电容C、运算放大器33A组成的主动式滤波器 33、一压控振荡器；34、一分频器35以及一数字/模拟转换器36。如图3所示，主动式滤波器33包含连接至充电泵浦32的第一输入端、连接至数字 /模拟转换器36的第二输入端，以及用以提供一控制信号的输出端。电容C与电阻R并联耦接于该第一输入端及该输出端间。压控振荡器34的功用在于根据该控制信号产生一振荡信号。分频器35则是负责将该振荡信号分频，以产生一反馈信号。根据输入回路30的参考信号及该反馈信号，第一相位检测器31A产生一相位差异信号。充电泵浦32会根据该相位差异信号提供一充电电流至主动式滤波器33的第一输入端。第二相位检测器31B是用来检测参考信号及反馈信号的相位差的正负，其输出信号为一数字参考电压。举例而言，该数字参考电压可为八位元的二进位式信号；此电压可以是将大小各有不同的多段式数字单元值送入一数字累加器(未绘示于图中)产生。上述相位差的正负将决定累加器的输入信号的正负，而累加器输出值的变化速度取决于累加器的输入信号的大小。比方说，当参考信号的相位领先反馈信号的相位，该累加器的输入信号为正。相对地，当参考信号的相位落后反馈信号的相位，该累加器的输入信号为负。接着，数字/模拟转换器36负责将该数字参考电压转换为一模拟参考电压，并将该模拟参考电压提供至主动式滤波器33的第二输入端。与传统第二型锁相回路不同的是，在回路30尚未锁定之前，由第二相位检测器 3IB和数字/模拟转换器36组成的数字式充电路径可被设计为直接根据相位差异的正负及大小提供特定的充电量。图4所示为比较本实施例与先前技术的一电压锁定状态范例；图中的横轴为时间，纵轴则是主动式滤波器33的输出端的电压值(亦即提供给压控振荡器34 的控制电压)。由图4可看出，若采用如图2的传统架构，该电压在趋于稳定之前会出现一段时间的减震。相对地，若采用根据本发明的架构，数字/模拟转换器36所提供的模拟参考电压可快速的逼近某个稳定值，藉此令主动式滤波器33的输出端的电压快速的稳定。举例而言，如图4中标示的区段0-A，第二相位检测器31B可将累加器的输入固定为一预设较大单元值，令主动式滤波器33的输出端的电压被快速地拉升。接着，如图4中标示的区段A-B，当经过某设定好的时间，第二相位检测器31B可将该累加器的输入改为另一预设中等单元值，令主动式滤波器33的输出端的电压上升斜率减缓，且逐渐趋近锁定状态。如图4所示，若采用根据本实施例中的架构，锁相回路可更较先前技术快进入锁定状态。换句话说，藉由适当控制提供给主动式滤波器33的参考电压，根据本发明的做法可以避免减震并有效缩短回路30进入锁定状态所需的时间。实务上不限于图4所示，上述累加器的输出初始值可为可设定式，例如被设定为锁相回路的电源电压VDD的二分之一或任何经设计选订的预设值。若令主动式滤波器33的输出端的电压由VDD/2稳定达到目标电压， 因所须变化的压差变少，锁定速度更快。请参阅图5，图5为根据本发明的第二具体实施例的方块图。相较于图3所示，本实施例中的回路30进一步包含用以取代上述累加器的电容CP、开关37和切换模块38。电容Cp耦接于主动式滤波器33的该第二输入端，开关37则是耦接于该第二输入端及数字/ 模拟转换器36间。当锁相回路30将由撷取(acquisition)模式进入追踪(tracking)模式，切换模块38会控制开关37以截断数字/模拟转换器36与该第二输入端间的连结。在开关37处于令数字/模拟转换器36与该第二输入端相连的状况下，此锁相回路的运作方式与图3所示大致相同，亦等效于图2所示的第二型锁相回路。当开关37被控制为截断数字/模拟转换器36与该第二输入端间的连结，相当于由电容Cp所储存的电荷继续供应主动式滤波器33所需的参考电压。该连结被截断后，此回路的运作模式即等效于第一型锁相回路。
图5所示的锁相回路的优点在于(1)相较于传统的第一型锁相回路，此架构的撷取模式主要由数字式充电路径提供滤波器所需的参考电压，因此可避免减震并有效缩短回路30进入锁定状态所需的时间；( 将进入追踪模式后改以第一型锁相回路的模式运作， 即毋须采用最小位元十分精细的数字/模拟转换器36，亦可达成令压控振荡器34的控制电压精确锁定的效果。根据本发明的第三具体实施例为包含校正功能的锁相回路。请参阅图6(A)。除了图3已绘示的元件之外，本实施例中的锁相回路进一步包含一电压检测器39、一控制模块 40和一校正模块41。于此实施例中，充电泵浦32被设计为可选择性地提供一预设电流量 Inorm或一测试电流量Itest，分频器35则被设计为可选择性地提供一预设分频量Nnmi或一特定的测试分频量Ntest。举例而言，预设电流量Inmi和预设分频量Nnmi可以是该锁相回路在正常运作状态下所采用的电流量和分频量，但不以此为限。在提供预设电流量Inmi和预设分频量Nnmi的情况下，此锁相回路的回路增益Gltrap 可表示如下
权利要求
1.一种锁相回路，包含一主动式滤波器，包含第一输入端、第二输入端以及用以提供一控制信号的一输出端；一压控振荡器，用以根据该控制信号产生一振荡信号；第一相位检测器，用以根据一参考信号及一反馈信号产生一相位差异信号，该反馈信号对应于该振荡信号；一充电泵浦，用以根据该相位差异信号提供一充电电流至该主动式滤波器的该第一输入端；第二相位检测器，用以根据该参考信号及该反馈信号的一相位差产生一数字参考电压；以及一数字/模拟转换器，用以将该数字参考电压转换为一模拟参考电压，并将该模拟参考电压提供至该主动式滤波器的该第二输入端。
2.如权利要求1所述的锁相回路，其特征在于，进一步包含 一电容，耦接至该主动式滤波器的该第二输入端；一开关，耦接于该第二输入端及该数字/模拟转换器之间；以及一切换模块，当该锁相回路将由一撷取模式进入一追踪模式，该切换模块控制该开关以截断该数字/模拟转换器与该第二输入端间的连结。
3.如权利要求1所述的锁相回路，其特征在于，当该相位差大于一门槛值，该数字参考电压被固定为一预设电压。
4.如权利要求1所述的锁相回路，其特征在于，中该主动式滤波器包含一运算放大器、 一电容与一电阻，该运算放大器的两输入端分别为该第一输入端及该第二输入端，该电容与该电阻并联耦接于该第一输入端及该输出端间。
5.如权利要求1所述的锁相回路，其特征在于，该第二相位检测器包含用以产生该数字参考电压的一累加器，该相位差的正负对应于该累加器的一输入信号的正负。
6.如权利要求5所述的锁相回路，其特征在于，该数字参考电压的一变化速度对应于该累加器的该输入信号的大小。
7.如权利要求1所述的锁相回路，其特征在于，进一步包含一分频器，耦接于该压控振荡器，用以将该振荡信号分频，以产生该反馈信号。
全文摘要
本发明提供一种锁相回路，包含主动式滤波器、压控振荡器、两相位检测器、充电泵浦及数字/模拟转换器。该压控振荡器根据主动式滤波器的输出端所提供的控制信号产生一振荡信号。第一相位检测器根据一参考信号及对应于该振荡信号的一反馈信号产生一相位差异信号。该充电泵浦根据该相位差异信号提供一充电电流至该主动式滤波器的第一输入端。该第二相位检测器根据该参考信号及该反馈信号的相位差产生一数字参考电压。该数字/模拟转换器将该数字参考电压转换为一模拟参考电压，并将该模拟参考电压提供至该主动式滤波器的第二输入端。
文档编号H03L7/099GK102468844SQ20101055418
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者谢明谕, 颜仕杰 申请人:晨星半导体股份有限公司, 晨星软件研发(深圳)有限公司