锁定检测电路和具有锁定检测功能的锁相器的制作方法

1.本发明涉及锁定检测技术领域，特别是涉及一种锁定检测电路和具有锁定检测功能的锁相器。


背景技术：

2.电荷泵锁相环因其稳定性高，捕获范围大，便于集成等特点而被广泛应用于无线通信、频率综合器和时钟恢复等电路中。
3.锁相环锁定检测对于监测锁相环的工作特性具有重要意义。传统技术中常采用的模拟锁定检测是根据鉴相器所输出的相位差产生脉冲信号，并且对外部的电容进行充放电，来实现锁定检测。
4.但是申请人实施过程中发现：这种锁定检测方法需要较长的时间完成稳定电平信号的输出，否则将导致锁定检测不精准。


技术实现要素：

5.基于此，有必要提供一种锁定检测电路和具有锁定检测功能的锁相器，以解决上述锁定检测方案检测结果不精准的问题。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种锁定检测电路，包括：
7.脉冲宽度比较电路，第一输入端用于接入锁相器中鉴相器输出的第一路脉冲信号，第二输入端用于接入鉴相器输出的第二路脉冲信号，并用于输出脉冲宽度差信号；脉冲宽度差信号用于表征第一路脉冲信号和第二路脉冲信号的脉冲宽度差值情况；
8.阈值判断电路，输入端与脉冲宽度比较电路的输出端连接，阈值判断电路用于根据脉冲宽度差信号判定两路脉冲信号的脉冲宽度差值大于阈值时输出第一信号，并用于根据脉冲宽度差信号判定两路脉冲信号的脉冲宽度差值小于或等于阈值时输出第二信号；
9.锁定判断器，输入端与所阈值判断电路的输出端连接，且用于根据第一信号和第二信号输出判断结果信号，判断结果信号用于表征锁相器是否锁定。
10.在其中一个实施例中，第一信号为脉冲信号，判断结果包括第三信号和第四信号，第三信号用于表征锁相器锁定，第四信号用于表征锁相器未锁定，锁定判断器包括：
11.脉冲计数器，输入端与阈值判断电路的输出端连接，且用于计算第一信号的脉冲数；
12.锁定判断模块，输入端与脉冲计数器的输出端连接，用于在预设时间段内的脉冲数小于或等于预设次数时，输出第三信号；和/或用于在预设时间段内的脉冲数大于预设次数时，输出第四信号。
13.在其中一个实施例中，脉冲宽度比较电路包括：
14.第一异或逻辑器件，输入端用于接入鉴相器输出的两路脉冲信号，输出端与阈值判断电路的输入端连接。
15.在其中一个实施例中，阈值判断电路包括：
16.延迟模块，输入端与脉冲宽度比较电路的输出端连接；
17.第一与逻辑器件，第一输入端与脉冲宽度比较电路的输出端连接，第二输入端与延迟模块的输出端连接，输出端与锁定判断器的输入端连接。
18.在其中一个实施例中，脉冲计数器包括：
19.分频器，输入端与阈值判断电路的输出端连接，输出端与锁定判断器的输入端连接，预设时间段与分频器的工作参数相关。
20.在其中一个实施例中，锁定判断模块包括：
21.移位寄存器，输入端与脉冲计数器的输出端连接；
22.判断器，输入端与移位寄存器的输出端连接，且用于根据移位寄存器输出端输出的信号生成并输出判断结果信号。
23.在其中一个实施例中，脉冲计数器为2n分频器，n为大于等于1的正整数；判断器包括：
24.至少一个第一异或非逻辑器件，每个第一异或非逻辑器件的两个输入端分别一一对应连接相邻两个移位寄存器的输出端，且不同的第一异或非逻辑器件的输入端连接不同的移位寄存器的输出端；
25.第二与逻辑器件，输入端与各第一异或非逻辑器件的输出端连接，且用于输出判断结果信号。
26.在其中一个实施例中，脉冲计数器为二分频器；移位寄存器为八个，判断器包括：
27.第二异或非逻辑器件，每个第二异或非逻辑器件的两个输入端分别一一对应连接相邻两个移位寄存器的输出端，且不同的第二异或非逻辑器件的输入端不同的移位寄存器的输出端；
28.第三与逻辑器件，每个第三与逻辑器件的两个输入端一一对应连接两个相邻的第二异或非逻辑器件的输出端，且不同的第三与逻辑器件的输入端连接不同的第二异或非逻辑器件的输出端；
29.第四与逻辑器件，输入端连接各第三与逻辑器件的输出端，且用于输出判断结果信号。
30.第二方面，本技术实施例提供了一种具有锁定检测功能的锁相器，包括：
31.上述锁定检测电路；
32.鉴相器，第一输入端接入基准信号；
33.环路滤波器，输入端连接鉴相器的输出端；
34.压控振荡器，输入端连接环路滤波器的输出端；
35.反馈回路，输入端与压控振荡器的输出端连接，输入端与鉴相器的第二输入端连接。
36.在其中一个实施例中，具有锁定检测功能的锁相器还包括：
37.电荷泵，两个输入端与鉴相器的两个输出端一一对应连接，输出端与环路滤波器的输入端连接。
38.上述锁定检测电路和具有锁定检测功能的锁相器，至少具有以下有益效果：
39.通过该锁定检测电路，对锁相器中鉴相器的两路输出脉冲信号进行脉冲宽度比较，并输出能够表征两个脉冲信号宽度差异程度的脉冲宽度差信号，然后由阈值判断电路
根据该脉冲宽度差信号判断两路脉冲信号的宽度差值是否大于阈值，若大于阈值，则说明锁相器的锁定不符合预期，若小于或等于阈值，则说明锁相器的锁定结果在预期允许的范围内，分别对应输出第一信号和第二信号来表征该情况。最后由锁定判断器来根据阈值判断电路输出的第一信号和第二信号来最终判断锁相器是否锁定。锁定判断器可以在一收到第一信号时即判定锁相器未锁定，也可以在一个预设时间段内监测第一信号出现的次数，若出现的次数超过预设次数，则判定锁相器未锁定。反之，则判定锁相器锁定。该实现方式，检测精度高。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为一个实施例中锁定检测电路的结构示意图；
42.图2为一个实施例中锁定检测电路的结构示意图；
43.图3为一个实施例中锁定检测电路的结构示意图；
44.图4为一个实施例中锁定检测电路的结构示意图；
45.图5为一个实施例中锁定检测电路的结构示意图；
46.图6为一个实施例中锁定检测电路的结构示意图；
47.图7为一个实施例中锁相器的结构示意图。
具体实施方式
48.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
49.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
50.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
51.可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
52.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
53.针对上述问题，本技术在一个实施例中，如图1所示，提供了一种锁定检测电路，包括：脉冲宽度比较电路20、阈值判断电路40和锁定判断器60。其中，脉冲宽度比较电路20的第一输入端用于接入锁相器中鉴相器输出的第一路脉冲信号，脉冲宽度比较电路20的第二输入端用于接入鉴相器输出的第二路脉冲信号，并用于输出脉冲宽度差信号；脉冲宽度差信号用于表征第一路脉冲信号和第二路脉冲信号的脉冲宽度差值情况。
54.阈值判断电路40的输入端与脉冲宽度比较电路20的输出端连接，阈值判断电路40用于根据脉冲宽度差信号判定两路脉冲信号的脉冲宽度差值大于阈值时输出第一信号，并用于根据脉冲宽度差信号判定两路脉冲信号的脉冲宽度差值小于或等于阈值时输出第二信号。
55.锁定判断器60的输入端与所阈值判断电路40的输出端连接，且用于根据第一信号和第二信号输出判断结果信号，判断结果信号用于表征锁相器是否锁定。
56.具体的，通过锁定检测电路对锁相器中鉴相器的两路输出脉冲信号进行脉冲宽度比较，并输出能够表征两个脉冲信号宽度差异程度的脉冲宽度差信号，然后由阈值判断电路40根据该脉冲宽度差信号判断两路脉冲信号的宽度差值是否大于阈值，若大于阈值，则说明锁相器的锁定情况不符合预期；若小于或等于阈值，则说明锁相器的锁定结果在预期允许的误差范围内，分别对应输出第一信号和第二信号来表征该情况。最后由锁定判断器60来根据阈值判断电路40输出的第一信号和第二信号来最终判断锁相器是否锁定，相对于传统技术来讲，不需要相对来讲较长的时间完成稳定电平的输出来保证锁定检测的精确度，可靠性高。
57.在其中一个实施例中，如图2所示，第一信号为脉冲信号，判断结果包括第三信号和第四信号，第三信号用于表征锁相器锁定，第四信号用于表征锁相器未锁定。锁定判断器60可以包括脉冲计数器62和锁定判断模块64。但需要注意的是，同一时刻，判断结果只可能是第三信号或第四信号中的一种。此处的判断结果包括第三信号和第四信号，本领域技术人员应当理解，判断结果信号有这两种可能。
58.其中，脉冲计数器62的输入端与阈值判断电路40的输出端连接，且脉冲计数器62用于计算第一信号的脉冲数。锁定判断模块64的输入端与脉冲计数器62的输出端连接，锁定判断模块64用于在预设时间段内的脉冲数小于或等于预设次数时，输出第三信号。和/或，锁定判断模块64用于在预设时间段内的脉冲数大于预设次数时，输出第四信号。
59.对于有些用电器件来说，短暂地出现第一信号(脉冲宽度差超过允许的误差范围)，此时，锁相器偶尔锁定异常不影响其测量的用电器件的正常使用，为避免在出现第一信号时，立即判定锁相器锁相失败，并进一步进行用电器件停电控制等操作，降低用电器件的使用效率，影响用户使用体验。基于此，锁定判断器60判断锁相器是否锁定的实现方式，可以在一个预设时间段内监测第一信号出现的次数，通过设置容错机制，只有当第一信号出现的脉冲次数超过预设次数，才判定锁相器未锁定。反之，则判定锁相器锁定。该实现方式，可在保证用户体验的基础上，保证高精度测量结果。
60.在其中一个实施例中，脉冲宽度比较电路20包括：第一异或逻辑器件22，输入端用于接入鉴相器输出的两路脉冲信号，输出端与阈值判断电路40的输入端连接。
61.异或逻辑器件的两个输入信号电平相同时输出低电平0，两个输入信号电平相异时输出高电平1。通过采用异或逻辑器件，在某一时刻，鉴相器输出的两路脉冲信号电平相
同时异或逻辑器件输出低电平0，电平不同时异或逻辑器件输出高电平1，基于第一异或逻辑器件22输出信号中高低电平的持续时间，即可知道鉴相器两路输出的脉冲信号在一个脉冲周期内的脉冲宽度差值情况。第一异或逻辑器件22将其输出信号传输至阈值判断电路40，由其进行进一步的判断。
62.在其中一个实施例中，如图3所示，阈值判断电路40可以包括延迟模块和第一与逻辑器件44。
63.其中，延迟模块的输入端与脉冲宽度比较电路20的输出端连接；第一与逻辑器件44的第一输入端与脉冲宽度比较电路20的输出端连接，第一与逻辑器件44的第二输入端与延迟模块的输出端连接，第一与逻辑器件44的输出端与锁定判断器60的输入端连接。
64.延迟模块将脉冲宽度比较电路20输出的脉冲信号进行延迟，延迟上述阈值对应的时间，若脉冲宽度差信号的脉冲宽度超过了上述阈值，则脉冲宽度差信号和延迟模块输出的脉冲信号之间存在一段相交的信号时段，这个信号时段第一与逻辑器件44的输出高电平1。反之，若脉冲宽度差信号的持续时间小于或等于阈值时，此时脉冲宽度差信号和延迟模块的输出脉冲信号不会有交集，输出低电平0。
65.在其中一个实施例中，脉冲计数器62包括分频器622。分频器622的输入端与阈值判断电路40的输出端连接，分频器622的输出端与锁定判断器60的输入端连接，预设时间段与分频器622的工作参数相关。分频器622用于对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能。这里的分频器622不是指锁相环中的分频器622，而是指用于锁定检测的分频器622。基于该分频器622对阈值判断电路40的输出信号进行分频计数，分频器622在检测到第一信号时，计数一次，在预设时间段内进行累加计数。分频器622在预设时间段的最后时刻清0，开始下一个预设时间段内第一信号出现次数的脉冲计数。
66.在其中一个实施例中，如图4所示，锁定判断模块64包括移位寄存器642和判断器644。其中，移位寄存器642的输入端与脉冲计数器62的输出端连接。判断器644的输入端与移位寄存器642的输出端连接，且判断器644用于根据移位寄存器642输出端输出的信号生成并输出判断结果信号。
67.移位寄存器642在移位脉冲信号(如图所示的refclk)作用下进行脉冲信号移位。从移位寄存器642的输入端接入的分频器622的输出信号，在移位作用下进行存储，判断器644根据移位寄存器642存储的信号进行是否锁定的判断，判断预设时间段内脉冲数和预设次数的大小关系。
68.在其中一个实施例中，如图5所示，脉冲计数器62为2n分频器622，n为大于等于1的正整数；判断器644包括：至少一个第一异或非逻辑器件6442，每个第一异或非逻辑器件6442的两个输入端分别一一对应连接相邻两个移位寄存器642的输出端，且不同的第一异或非逻辑器件6442的输入端连接不同的移位寄存器642的输出端。第二与逻辑器件6444，输入端与各第一异或非逻辑器件6442的输出端连接，且用于输出判断结果信号。采用2n分频器622，通过复用的方式，减少寄存器数目，降低成本。且通过分频，可以降低相同时间内移位寄存器642所需移位的次数，从而降低对其运算要求，降低成本。移位寄存器642的数量与2n分频器622匹配；预设时间段与n和移位寄存器642的数量相关。其中，异或非逻辑器件的两个输入信号电平相同时，输出高电平1，两个输入信号电平相异时，输出低电平0。
69.如图5所示，采用2n分频器622时，可采用异或非逻辑器件和与逻辑器件来进行判
断实现，每一个第一异或非逻辑器件6442的两个输入端分别连接两个相邻移位寄存器642的输出端q，当两个相邻移位寄存器642的输出q相同时第一异或非逻辑器件6442输出低电平1，反之，则输出高电平0。未出现过脉冲信号宽度差大于阈值的情况时，在预设时间段内，各移位寄存器的输出相同，第一异或非逻辑器件6442的输出均为高电平1，此时，第二与逻辑器件6444输出高电平表示锁定。反之，第二与逻辑器件6444输出低电平0时，则表示未锁定。
70.当然，也可以在第二与逻辑器件6444的输出端再接一个非逻辑器件，利用非逻辑器件的输出信号表征是否锁定，此时，由于非逻辑的加入，则非逻辑器件输出低电平时表示锁定，输出高电平时表示未锁定，本领域技术人员基于本技术实施例中的举例，可合理得到的采用异或非逻辑器件替代每个第二异或器件，由于非逻辑的加入，此时，第二与逻辑器件6444输出为低电平0时表示未锁定，输出为高电平1时表示锁定。
71.在其中一个实施例中，脉冲计数器62为二分频器622；移位寄存器642为八个，判断器644包括：第二异或非逻辑器件6446，每个第二异或非逻辑器件6446的两个输入端分别一一对应连接相邻两个移位寄存器642的输出端，且不同的第二异或非逻辑器件6446的输入端不同的移位寄存器642的输出端；第三与逻辑器件6448，每个第三与逻辑器件6448的两个输入端一一对应连接两个相邻的第二异或非逻辑器件6446的输出端，且不同的第三与逻辑器件6448的输入端连接不同的第二异或非逻辑器件6446的输出端；第四与逻辑器件6449，输入端连接各第三与逻辑器件6448的输出端，且用于输出判断结果信号。
72.常用的用电器件，8个移位寄存器642足以判断其预设时间段内第一信号的脉冲数是否大于预设次数了，所以，如图6所示，在一个实施方式中，脉冲计数器62可以采用二分频器622，配合8位移位寄存器642和第二异或非逻辑器件6446以及第三与逻辑器件6448和第四与逻辑器件6449，实现锁定判断。例如，当未发生脉冲宽度值大于阈值的情况时，预设时间段内，各个移位寄存器的输出保持一致，所以各第二异或非逻辑器件6446的输出为高电平1，第三与逻辑器件6448的输出也为高电平1。此时，第四与逻辑器件6449的输出也为高电平1，高电平1表征锁定成功，反之，低电平0则表示锁相器未锁定。
73.类似于上述实施例中描述，可以在第四与逻辑器件6449的输出端接一个非逻辑器件，并将非逻辑器件的输出信号作为判断结果信号，此时由于非逻辑的加入，第四与逻辑器件6449的输出为低电平时表示锁相器锁定，反之，第四与逻辑器件6449的输出为高电平时表示锁相器未锁定。
74.第二方面，本技术实施例提供了一种具有锁定检测功能的锁相器，如图7所示，包括：上述锁定检测电路2、鉴相器4、环路滤波器6、压控振荡器8和反馈电路9。其中，鉴相器4的第一输入端接入基准信号。环路滤波器6的输入端连接鉴相器4的输出端。压控振荡器8的输入端连接环路滤波器6的输出端。反馈回路的输入端与压控振荡器8的输出端连接，反馈回路的输入端与鉴相器4的第二输入端连接。
75.锁定检测电路2可参照上述实施例中描述去理解，在此不做赘述。鉴相器4是指(phasedetector)是指能够鉴别出输入信号的相位差的器件，是使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路。具体的，利用输入的基准信号，控制鉴相器4、环路滤波器6、压控振荡器8和反馈电路9所构成的环路内部振荡信号的频率和相位，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪。为了保持频率不变，则要求相位差不能发生改变，若发生相
位差变化，需要控制压控振荡器8，直至相位差恢复，实现锁相。
76.而本技术实施例提供的锁相器可以实现锁定自检测。当锁相器应用在电视接收机的行同步和帧同步时，当判断锁相器未锁定时，由于其会影响到电视接收机等设备的使用，此时通过输出判断结果信号，使获知该未锁定的情况。例如，可以发送至控制器，控制器控制压控振荡器8，直至相位差恢复，实现相位的重新锁定，恢复电视接收机等设备的正常使用。
77.在其中一个实施例中，具有锁定检测功能的锁相器还包括电荷泵，电荷泵的两个输入端与鉴相器4的两个输出端一一对应连接，输出端与环路滤波器6的输入端连接。电荷泵可以基于鉴相器4的两路输出脉冲信号产生泵电流，泵电流在环路滤波器6作用下进行滤波并进一步传输至压控振荡器8，压控振荡器8基于滤波后的泵电流产生相位锁定信号，实现震荡的电信号的幅值和相位的测量，相位是相较于上述基准信号而言的。
78.本技术实施例提供的具有电荷泵和锁定检测电路2的锁相器，不仅捕获范围大，便于集成，而且具有锁定检测能力，可以在未锁定时输出第四信号，使得可以获知锁相器未锁定的情况，从而制定进一步的解决方案，使锁相器重新处于锁定状态。
79.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
80.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
81.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。