一种锁相环的锁定检测电路的制作方法

本实用新型属于锁相环技术领域，具体是涉及到一种锁相环的锁定检测电路。

背景技术：

随着集成电路的发展，锁相环被广泛应用于各领域的芯片中，用来提供精确且稳定的时钟信号。锁相环的输出时钟信号的精确度和稳定度对下一级的应用会产生较大的影响，因此检测锁相环的频率锁定状态非常有必要。

锁相环的频率锁定检测有多种方法实现，如基于pfd电路以及基于模拟电路等实现锁定检测方法。基于pfd电路的锁定检测在输入频率较高时产生的窄脉冲，可能导致无法正确检测，造成虚报。而基于模拟电路的检测需要仔细计算电路中的滤波电容以及上拉和串接电阻，检测方式复杂，此外，通过模拟电路实现的检测，检测结果更容易受工艺温度的影响，使得这种方法对工艺温度的要求很高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种锁相环的检测电路，以解决现有的锁定检测电路存的检测不灵活、误差较大、对工艺温度要求高、不易实现的问题。

一种锁相环的锁定检测电路，包括：锁定检测主电路和输入检测电路，

所述输入检测电路被配置为接收锁相环的输入时钟信号，以输出模式信号，所述模式信号的一个状态表示所述输入时钟信号的一个频率范围，

所述锁定检测主电路被配置为接收所述输入时钟信号、反馈时钟信号和所述模式信号输出锁定检测信号，所述反馈时钟信号为所述锁相环的输出时钟信号经过分频器反馈到输入端的输出时钟反馈信号，

其中，所述锁定检测主电路根据所述模式信号的不同状态选择不同的计数模式，并在每一个所述计数模式下，分别对所述输入时钟信号和反馈时钟信号进行计数，以及根据所述计数的结果计算在计数时间段内所述反馈时钟信号的计数值和所述输入时钟信号的计数值之间的差值，当所述差值小于或等于设定的预设差值时，所述锁定检测信号指示所述锁相环当前处于锁定状态，当所述差值大于设定的预设差值时，所述锁定检测信号指示所述锁相环当前处于失锁状态。

优选地，所述锁定检测主电路具有复位接收端口，被配置为接收复位信号，所述复位信号为所述锁定检测电路所在系统的系统复位信号。

优选地，所述输入检测电路将所述输入时钟信号的频率范围分为第一范围和第二范围，使得所述模式信号的状态具有与所述第一范围对应的第一状态和与所述第二范围对应的第二状态，在所述模式信号为第一状态时，所述锁定检测主电路用第一计数模式分别对所述输入时钟信号和反馈时钟信号进行计数，而在所述模式信号为第二状态时，所述锁定检测主电路用第二计数模式分别对所述输入时钟信号和反馈时钟信号进行计数。

优选地，所述第一范围为所述输入时钟信号的频率高于预设频率值的范围，所述第二范围为所述时钟信号的频率低于所述预设频率值的频率范围，

所述第一计数模式为采用第一位数计数器对所述输入时钟信号和反馈时钟信号的周期个数进行计数的模式，所述第二计数模式为采用第二位数计数器对所述输入时钟信号和反馈时钟信号的周期个数进行计数的模式，所述第二位数大于所述第一位数。

优选地，所述第二位数为所述第一位数的两倍。

优选地，所述第一状态为高电平，所述第二状态为低电平，

所述锁定检测为高电平时指示所述锁相环当前处于锁定状态，

所述锁定检测为低电平时指示所述锁相环当前处于失锁状态。

优选地，所述锁相检测主电路包括：第一计数器、第二计数器和第一比较电路，

所述第一计数器接收所述模式信号、所述复位信号，和输入时钟信号，所述第二计数器接收所述模式信号、复位信号和反馈时钟信号，

所述第一计数器和第二计数器根据所述模式信号的不同状态选择不同的计数位数，以在所述复位信号将所述第一计数器和第二计数器进行复位后，以分别对所述所述输入时钟信号和所述反馈时钟信号进行计数，以分别输出第一计数值和第二计数值，

所述第一比较电路用于接收所述第一计数值和第二计数值，以比较所述第一计数值和第二计数值之间的差值的大小是否小于预设差值，以输出所述锁定检测信号。

优选地，所述输入检测电路包括：时钟电路和第二比较电路，所述时钟电路用于产生参考时钟信号，使得所述参考时钟信号的频率为所述预设频率值，

所述第二比较电路用于比较所述输入时钟信号的频率和参考时钟信号的频率，并根据比较的结果输出所述模式信号。

优选地，所述时钟电路为时钟振荡器，

所述时钟振荡器产生的时钟信号的频率值为所述输入时钟信号频率范围的中间值。

优选地，所述锁相环包括鉴相器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器和分频器，

所述鉴相器将所述输入时钟信号和反馈时钟信号的相位进行比较以输出上控制信号和下控制信号，

所述上控制信号和下控制信号分别控制所述电荷泵在所述电荷泵的输出线上加电荷和减电荷，

所述电荷泵的输出线上的电压经过所述低通滤波器滤波，输出控制电压，

所述控制电压用于控制所述压控振荡器输出所述输出时钟信号，

所述分频器将所述输出时钟信号分频后，输出所述反馈时钟信号。

本实用新型有益效果：通过输入检测电路检测锁相环的输入时钟信号的频率范围，以输出表征所述输入信号频率范围的模式信号，在通过锁定检测主电路根据所述模式信号的状态选择的不同的计数模式对所述锁相环和输入时钟信号和输出反馈时钟信号进行计数，并根据每个计数模式下的计数结果输出锁定检测信号，以指示当前所述锁相环是否处于锁定状态，所述锁定检测电路检测误差低、所述锁相环的不同输入时钟频率的锁定时间差较小、电路结构简单且易于实现。

附图说明

图1为依据本实用新型提供的一种用于锁相环的锁定检测电路的结构框图，

图2为依据本实用新型提供的锁定检测主电路的一种具体实现方式电路结构示意图；

图3为依据本实用新型提供的输入检测电路的一种具体实现方式电路结构示意图；

图4为依据本实用新型提供的锁相环电路结构框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所产生的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。此外需要说明的是，在具体实施方式这一项内容中“所述…”是仅指本实用新型的中的技术属于或特征。

图1为依据本实用新型提供的一种用于锁相环的锁定检测电路的结构框图，图2为依据本实用新型提供的锁定检测主电路的一种具体实现方式电路结构示意图；图3为依据本实用新型提供的输入检测电路的一种具体实现方式电路结构示意图；图4为依据本实用新型提供的锁相环电路结构框图。下面我们将结合图1至图4具体阐述本实用新型提供的所述用于锁相环的锁定检测电路。

在本实用新型实施例中，所述锁相环的结构如图4所示，其包括：鉴相器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器和分频器。所述鉴相器将所述输入时钟信号in_ck和反馈时钟信号fb_ck的相位进行比较以输出上控制信号up和下控制信号dn，所述上控制信号up和下控制信号dn分别控制所述电荷泵在所述电荷泵的输出线上加电荷和减电荷，所述电荷泵的输出线上的电压经过所述低通滤波器滤波，输出控制电压，所述控制电压用于控制所述压控振荡器输出所述输出时钟信号out_ck，所述分频器将所述输出时钟信号分频后，输出所述反馈时钟信号fb_ck。在其它实施例中，所述锁相环的结构不局限于图4所示的结构。

如图1所示，本实用新型提供的锁相环的锁定检测电路主要包括：锁定检测主电路和输入检测电路。所述输入检测电路被配置为接收锁相环的输入时钟信号in_ck，以输出模式信号mode，所述模式信号mode的一个状态表示所述输入时钟信号的一个频率范围，所述锁定检测主电路被配置为接收所述输入时钟信号int_ck、所述反馈时钟信号fb_ck和所述模式信号mode输出锁定检测信号dlk。

其中，所述锁定检测主电路根据所述模式信号mode的不同状态选择不同的计数模式，并在每一个所述计数模式下，分别对所述输入时钟信号in_ck和反馈时钟信号fb_ck进行计数，以及根据所述计数的结果计算在计数时间段内所述反馈时钟信号的计数值和所述输入时钟信号的计数值之间的差值，当所述差值小于或等于设定的预设差值时，所述锁定检测信号dlk指示所述锁相环当前处于锁定状态，当所述差值大于设定的预设差值时，所述锁定检测信号dlk指示所述锁相环当前处于失锁状态。如图1所示，所述锁定检测主电路具有复位接收端口，被配置为接收复位信号reset，以用于复位所示锁定检测主电路，所述复位信号为所述锁定检测电路所在系统的系统复位信号。

在本实用新型实施例中，所述输入检测电路将所述输入时钟信号的频率范围分为第一范围和第二范围，使得所述模式信号的状态具有与所述第一范围对应的第一状态和与所述第二范围对应的第二状态，在所述模式信号为第一状态时，所述锁定检测主电路用第一计数模式分别对所述输入时钟信号和反馈时钟信号进行计数，而在所述模式信号为第二状态时，所述锁定检测主电路用第二计数模式分别对所述输入时钟信号和反馈时钟信号进行计数。其中，所述第一范围为所述输入时钟信号的频率高于预设频率值的范围，所述第二范围为所述时钟信号的频率低于所述预设频率值的频率范围。而所述第一计数模式为采用第一位数计数器对所述输入时钟信号和反馈时钟信号的周期个数进行计数的模式，所述第二计数模式为采用第二位数计数器对所述输入时钟信号和反馈时钟信号的周期个数进行计数的模式，所述第二位数大于所述第一位数，例如当所述第一位数为n位时，所述第二位数为2n位。由于本实施例中，所述输入时钟信号in_ck的频率仅分为两个范围，即仅需要将所述输入时钟信号in_ck的频率与一个参考预设频率值进行比较即可，因此所述模式信号mode为一位二进制数，因此所述模式信号mode的所述第一状态为高电平和第一电平中的一个，所述第二状态为所述高电平和低电平中的另一个。在本实施例中，我们设置所述第一状态为高电平，所述第二状态为低电平，所述锁定检测为高电平时指示所述锁相环当前处于锁定状态，所述锁定检测为低电平时指示所述锁相环当前处于失锁状态，即在本实施例中，各个所述信号为高电平有效，而在其它实施例中，也可以为低电平有效。

具体的，如图2所示，本实用新型提供的所述锁相检测主电路包括：第一计数器、第二计数器和第一比较电路。所述第一计数器接收所述模式信号mode、所述复位信号reset和输入时钟信号in_ck，所述第二计数器接收所述模式信号mode、复位信号reset和反馈时钟信号fb_ck。所述第一计数器和第二计数器根据所述模式信号mode的不同状态选择不同的计数位数，以在所述复位信号将所述第一计数器和第二计数器进行复位后，以分别对所述输入时钟信号和所述反馈时钟信号进行计数，以分别输出第一计数值c1和第二计数值c2。所述第一比较电路用于接收所述第一计数值c1和第二计数值c2，以比较所述第一计数值c1和第二计数值c2之间的差值的大小是否小于预设差值，以输出所述锁定检测信号dlk。在本实施例中，所述计数是指对信号的周期数进行计数，可以在每个信号的上升沿到来时计数依次。当所述第一计数值c1达到预定数值时，所述第一计数器将所述第一计数值c1发送到所述第一比较电路，在所述第一比较电路所述第一计数值c1后，所述第一比较电路用于比较所述第二比较器最后输出的一个第二计数值c2和达到所述预定数值的第一计数值c1之间的差值是否在预设差值范围内，若是则所述锁定检测信号指示当的锁相环处于锁定状态，即所述反馈时钟信号fb_ck被锁定到输入时钟信号in_ck，否则处于失去锁状态。在此我们进行举例说明，若所述第一计数值c1的所述预定数值设置为18个周期，即c1＝18，所述第二计数器收到的最后一个计数信号的值是17个周期的，即所述第二计数值为c2＝17，由于c2与c1之间的差值小于预设差值，例如所述预设差值为2，则所述第一比较电路在17个周期输出锁定检测信号dlk为高电平。其中，所述预设差值需要根据所述输入时钟信号in_ck在计数期间内的周期数进行相应的选择设定。若所述第二计数值c2为16个周期，而所述第一计数值c1为18个周期，则所述则所述第一比较电路输出的锁定检测信号指示“失锁”。

如图3所示，时钟电路和第二比较电路，所述时钟电路用于产生参考时钟信号，使得所述参考时钟信号ref_ck的频率为所述预设频率值，所述第二比较电路用于比较所述输入时钟信号in_ck的频率和参考时钟信号ref_ck的频率，并根据比较的结果输出所述模式信号mode。其中，所述时钟电路为时钟振荡器，所述时钟振荡器产生的时钟信号的频率值为所述输入时钟信号频率范围的中间值。

本实施例中，根据锁相环的的输入时钟信号的频率范围，把所述输入检测电路中的的时钟电路产生的参考时钟信号rfe_ck的频率设置为输入时钟信号in_ck的频率中间值，当in_ck的频率大于参考时钟信号ref_ck的频率时，所述输入时钟信号的频率较大，此期间锁定时间可能会比较快，因此我们需要增加锁定时间，我们通过模式信号mode为高电平，控制所述锁定检测主电路采用2n位计数器模式，锁定频率计数时间为r*2n*tin-ck，r为任意个整数周期，2n为计数器位数，tin_ck为输入信号in_ck的周期，这时整体锁定时间被延长，锁定信号dlk输出延迟大。

反之当in_ck的频率小于参考时钟信号ref_ck的频率时，所述输入时钟信号的频率较小，此期间锁定时间可能会比较慢，因此我们需要减小锁定时间，mode为低电平，控制所述锁定检测主电路采用n位计数器模式，锁定频率计数时间为r*n*tin_ck，r为任意个整数周期，n为计数器位数，tin_ck为输入信号in_ck的周期，这时整体锁定时间被减小，锁定信号dlk输出延迟减小。显然，本实用新型这种根据输入时钟信号的频率范围选择相应的计数模式的锁定检测电路有利于减小宽输入范围时的频率锁定时间差。此外，所述时钟电路可采用产生多档基准频率信号，使得所述模式信号具有高于两个的状态，以选择高于两种计数模式的方式进行所述锁定检测，以便更精确的补偿锁定频率时间。

综上所述，本实用新型提供的锁定检测电路，通过输入检测电路检测锁相环的输入时钟信号的频率范围，以输出表征所述输入信号频率范围的模式信号，在通过锁定检测主电路根据所述模式信号的状态选择的不同的计数模式对所述锁相环和输入时钟信号和输出反馈时钟信号进行计数，并根据每个计数模式下的计数结果输出锁定检测信号，以指示当前所述锁相环是否处于锁定状态，所述锁定检测电路检测误差低、所述锁相环的不同输入时钟频率的锁定时间差较小、电路结构简单且易于实现。

依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。