基于分频加速的相位追踪环路和方法及电子设备与流程

1.本发明涉及基于分频加速的相位追踪环路和方法及电子设备。


背景技术：

2.在无线通信领域，有时候需要针对接收到的信号进行相位追踪。例如，在近场通信(nfc)场景，由于采用的是幅度调制，因此读卡器需要追踪从nfc卡片读取的信号的相位，当二者的相位差较大时，可能造成幅度信息丢失。读卡器从nfc卡片读取的信号来自nfc卡片进行负载调制产生的信号，nfc卡片一般可采用无源负载调制(plm)和有源负载调制(alm)两种方案之一。当采用无源负载调制方案时，由于nfc卡片完全依赖于读卡器提供的射频信号来产生被动读取信号，因此不存在相位差异，但是所产生的被动读取信号的能量较小，通信距离受到限制，而且容易受到干扰。当采用有源负载调制方案时，处于卡模拟角色的nfc装置(例如手机)可以模拟负载调制过程，主动发射与读卡器装置相位一致的载波信号。有源负载调制方案能够提供更大的信号功率和更好的抗干扰特性，但是由于nfc装置主动发射的载波信号与读卡器信号不同源，因此可能存在相位偏差问题。


技术实现要素：

3.本发明总体上提供一种基于分频加速的相位追踪环路和方法，以及包括这种相位追踪环路的电子设备，所述相位追踪环路能够在大的相差范围内快速并且高精度地追踪目标相位。
4.根据一实施例，一种相位追踪环路可包括：分频器，用于对时钟信号进行分频处理以获得载波信号；鉴相器，用于比较所述载波信号和参考时钟信号的相位，以生成相位指示信号；分频比控制模块，用于基于所述相位指示信号来调整所述分频器的分频比；以及相位调谐模块，用于基于所述相位指示信号来调整所述时钟信号的相位。
5.在一实施例中，所述鉴相器是二进制鉴相器，当所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位超前时，所述二进制鉴相器输出第一指示信号，当所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位滞后时，所述二进制鉴相器输出第二指示信号。
6.在一实施例中，所述分频比控制模块包括：动态检测调整单元，用于检测所述鉴相器生成的相位指示信号，并且生成分频比调整信号；以及分频比控制单元，用于基于所述分频比调整信号来控制所述分频器的分频比。
7.在一实施例中，当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更超前或者更滞后并且持续预定周期时，所述动态检测调整单元生成第一分频比调整信号，所述分频比控制单元响应于所述第一分频比调整信号提高所述分频器的分频档位，直到达到最高档位。当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位在比所述参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变并且所述跳变达到预定次数时，所述动态检测调整单元生成第二分频比调整信号，所述分频比控制单元响应于所述第二分频比调整信号降低所述分频器的分频档位，直到达到基础档位。所述分频器具有所述基础档位以及至少一个更
高档位，所述基础档位具有基础分频比n，所述更高档位具有更高分频比n+x或者更低分频比n-x，n为预设的正整数，x为比n更小的正整数并且档位越高，x的值越大，当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更超前时，所述更高档位具有所述更高分频比n+x，当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更滞后时，所述更高档位具有所述更低分频比n-x。
8.在一实施例中，所述基础分频比n使得所述载波信号的频率等于所述参考时钟信号的频率。
9.在一实施例中，所述相位调谐模块包括：数字环路滤波器，用于基于所述相位指示信号来生成选择指示信号；以及多相时钟选择单元，用于基于所述选择指示信号从多相时钟信号中选择一个时钟信号。
10.在一实施例中，所述多相时钟信号包括m个不同相位的时钟信号，m是大于一的整数。所述数字环路滤波器生成的选择指示信号表示m个索引值中的一个，以指示所述多相时钟选择单元从所述m个不同相位的时钟信号中选择一个对应的时钟信号。
11.在一实施例中，当所述鉴相器生成的相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位超前并且持续预定周期时，所述数字环路滤波器生成的选择指示信号指示所述多相时钟选择单元从所述多相时钟信号中选择一个比当前选择的时钟信号相位更滞后的时钟信号。当所述鉴相器生成的相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位滞后并且持续预定周期时，所述数字环路滤波器生成的选择指示信号指示所述多相时钟选择单元从所述多相时钟信号中选择一个比当前选择的时钟信号相位更超前的时钟信号。
12.在一实施例中，所述数字环路滤波器包括：比例路径，用于生成与所述相位指示信号成第一比例的第一比例信号；积分路径，用于生成与所述相位指示信号成第二比例的第二比例信号，并且对所述第二比例信号进行积分处理以生成积分信号；加法器，用于对所述第一比例信号和所述积分信号进行加法运算，以输出二者的和值；以及取余单元，用于对从所述加法器接收到的所述和值关于预定值进行取余运算，以生成表示余数的所述选择指示信号。
13.在一实施例中，所述预定值等于所述多相时钟信号中包括的具有不同相位的时钟信号的个数。
14.在一实施例中，所述数字环路滤波器还包括以下中的至少一个：设置在所述比例路径中的第一比例调节单元，用于调节所述第一比例；以及设置在所述积分路径中的第二比例调节单元，用于调节所述第二比例。
15.在一实施例中，所述第一比例调节单元和所述第二比例调节单元使用相同的调节系数对所述第一比例和所述第二比例进行等比调节。
16.在一实施例中，所述相位追踪环路还包括：系数控制单元，用于控制对所述第一比例和所述第二比例中的至少一个进行调节的调节系数。当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更超前或者更滞后并且持续预定周期时，所述动态检测调整单元生成第一系数调整信号，所述系数控制单元响应于所述第一系数调整信号提高所述调节系数以增大所述第一比例和所述第二比例中的所述至少一个，直到达到最大比例。当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位在比所述参考时钟信号的相位更超前和
更滞后之间跳变并且所述跳变达到预定次数时，所述动态检测调整单元生成第二系数调整信号，所述系数控制单元响应于所述第二系数调整信号降低所述调节系数以减小所述第一比例和所述第二比例中的所述至少一个，直到达到基础比例。
17.在一实施例中，当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更超前或者更滞后并且持续预定周期时，所述动态检测调整单元先生成所述第一系数调整信号以增大所述第一比例和所述第二比例中的所述至少一个，直到达到最大比例，然后再生成所述第一分频比调整信号以提高所述分频器的分频档位直到达到最高档位。当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位在比所述参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变并且所述跳变达到预定次数时，所述动态检测调整单元先生成所述第二分频比调整信号以降低所述分频器的分频档位直到达到基础档位，然后再生成所述第二系数调整信号以减小所述第一比例和所述第二比例中的所述至少一个，直到达到基础比例。
18.根据一实施例，一种相位追踪方法可包括：对时钟信号进行分频处理以获得载波信号；比较所述载波信号和参考时钟信号的相位，以生成相位指示信号；基于所述相位指示信号来调整所述时钟信号的相位和所述分频处理的分频比，使得所述载波信号的相位更接近于所述参考时钟信号的相位。
19.在一实施例中，基于所述相位指示信号来调整所述分频处理的分频比包括：当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更超前或者更滞后并且持续预定周期时，提高所述分频处理的分频档位，直到达到最高档位；或者当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位在比所述参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变并且所述跳变达到预定次数时，降低所述分频处理的分频档位，直到达到基础档位。其中，所述分频处理具有所述基础档位以及至少一个更高档位，所述基础档位具有基础分频比n，所述更高档位具有更高分频比n+x或者更低分频比n-x，n为预设的正整数，x为比n更小的正整数并且档位越高，x的值越大，当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更超前时，所述更高档位具有所述更高分频比n+x，当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更滞后时，所述更高档位具有更低分频比n-x。
20.在一实施例中，所述基础分频比n使得所述载波信号的频率等于所述参考时钟信号的频率。
21.在一实施例中，基于所述相位指示信号来调整所述时钟信号的相位包括：基于所述相位指示信号生成选择指示信号；以及基于所述选择指示信号从多相时钟信号中选择一个时钟信号。其中，当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更超前时，所述选择指示信号指示从所述多相时钟信号中选择一个比当前选择的时钟信号相位更滞后的时钟信号；当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更滞后时，所述选择指示信号指示从所述多相时钟信号中选择一个比当前选择的时钟信号相位更超前的时钟信号。
22.在一实施例中，基于所述相位指示信号生成选择指示信号包括：生成与所述相位指示信号成第一比例的第一比例信号；生成与所述相位指示信号成第二比例的第二比例信号；对所述第二比例信号进行积分，以获得积分信号；对所述第一比例信号和所述积分信号进行加法运算，以获得二者的和值；将所述和值关于预定值进行取余运算，以生成所述选择
指示信号。
23.在一实施例中，所述预定值等于所述多相时钟信号中包括的具有不同相位的时钟信号的个数。
24.在一实施例中，所述方法还包括：基于所述相位指示信号调整所述第一比例和所述第二比例中的至少一个。
25.在一实施例中，调整所述第一比例和所述第二比例中的至少一个包括：当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更超前或者更滞后并且持续预定周期时，增大所述第一比例和所述第二比例中的所述至少一个，直到达到最大比例；或者当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位在比所述参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变并且所述跳变达到预定次数时，减小所述第一比例和所述第二比例中的所述至少一个，直到达到基础比例。
26.在一实施例中，当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位比所述参考时钟信号的相位更超前或者更滞后并且持续预定周期时，先增大所述第一比例和所述第二比例中的所述至少一个，直到达到最大比例，然后再提高所述分频处理的分频档位直到达到最高档位。当所述相位指示信号指示所述载波信号的相位在比所述参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变并且所述跳变达到预定次数时，先降低所述分频处理的分频档位直到达到基础档位，然后再减小所述第一比例和所述第二比例中的所述至少一个，直到达到基础比例。
27.根据另一实施例，提供一种电子设备，其包括上述相位追踪环路。
28.本发明的上述和其他特征和优点将从下面结合附图对示例性实施例的描述变得显而易见。
附图说明
29.图1示出根据本发明一实施例的相位追踪环路的示意图。
30.图2示出根据本发明一实施例的相位追踪环路的示意图。
31.图3示出根据本发明一实施例的数字环路滤波器的示意图。
32.图4示出根据本发明一实施例的通过改变分频比来调整相位的示意图。
33.图5示出根据本发明一实施例的分频档位设计的示意图。
34.图6示出根据本发明一实施例的相位追踪方法的流程图。
35.图7示出根据本发明一实施例的分频档位调节过程的流程图。
36.图8示出根据本发明一实施例的时钟相位调节过程的流程图。
37.图9示出根据本发明一实施例的生成时钟选择指示信号的方法的流程图。
38.图10示出根据本发明一实施例的系数和分频档位调节过程的流程图。
39.图11示出根据本发明一实施例的电子设备的示意图。
具体实施方式
40.下面将参照附图来描述本发明的一些示范性实施例。为了清楚和完整地描述这些示范性实施例，下面的描述提供了一些特定细节。但是应理解，本发明不应被限制到这些示范性实施例的特定细节。而是，可以在没有这些特定细节或者采用其他替代方式的情况下，
实施本发明的实施例，而不会偏离权利要求定义的本发明的思想和原理。
41.目前，用于有源负载调制(alm)模式下的nfc卡模拟装置的相位追踪技术包括基于无源匹配网络的技术方案和使用全数字锁相环(adpll)的技术方案。无源匹配网络的调节并非是线性的，在不同阻值时相位调整的步进不一致，难以在较大的相差范围内(例如0度到180度)实现高精度的调整。此外，阻值调整也会改变芯片的阻抗，对无线通信产生一定的不利影响。全数字锁相环具有复杂的设计和较高的成本，在卡模拟模式下产生的频率和相位信息完全来自于从读卡器信号恢复的时钟，而从读卡器信号恢复的时钟往往是间断的。例如，当读卡器发射信号时，数据处于低电平时磁场消失；又比如当nfc卡模拟装置本身发射信号时，过大的发射信号将淹没读卡器的磁场信号。因此，在间断的参考时钟条件下，对于锁相环的环路锁定速度要求非常高，因为只有非常短的时间用于频率和相位的锁定，这个问题难以解决。在传统设计中，快速锁定意味着环路带宽更大，带来更多由参考时钟引入的相位噪声，其会影响电路性能；另一方面，降低环路带宽虽然能够部分提升相位噪声性能，但难以达到快速锁定的要求。
42.图1示出根据本发明一实施例的相位追踪环路100的示意图。如图1所示，相位追踪环路100包括分频器110、鉴相器120、相位调谐模块130和分频比控制模块140。
43.分频器110可以对高频时钟信号进行分频处理，获得与从读卡器磁场恢复的时钟频率相同的低频时钟信号，即载波信号。应理解，在本技术中“高频”和“低频”都是相对概念，描述频率的相对大小，但是并不对频率的绝对大小即频率范围进行任何意义上的限定。
44.鉴相器120可以比较分频器110输出的载波信号和参考时钟信号的相位，并且输出相位指示信号。这里，参考时钟信号可以是从nfc读卡器恢复的时钟信号，相位追踪环路100用于使载波信号的相位与参考时钟信号的相位保持一致。
45.相位调谐模块130可以基于鉴相器120输出的相位指示信号来调整提供给分频器110的高频时钟信号的相位，使得分频器110输出的载波信号的相位追踪/更接近于参考时钟信号的相位。
46.分频比控制模块140可以基于鉴相器120输出的相位指示信号来调整分频器110的分频比，从而快速地调整载波信号的相位，其将在下面进一步详细地描述。
47.图2示出相位追踪环路100的一种示例性实施方式，其中示出了相位调谐模块130和分频比控制模块140的一种示例结构。参照图2，相位调谐模块130可包括数字环路滤波器(dlf)132和多相时钟选择单元134，并且可选地还可以包括系数控制单元136。分频比控制模块140可包括动态检测调整单元142和分频比控制单元144。
48.鉴相器120可以是二进制鉴相器(bbpd)，当载波信号(或者称为分频时钟信号)的相位比参考时钟信号的相位超前时，鉴相器120可输出高电平“1”；当载波信号的相位比参考时钟信号的相位滞后时，鉴相器120可输出低电平
“‑
1”，或者反之亦可。当鉴相器120的使能信号关断时(例如en＝0，未示出)，鉴相器120可以输出0。
49.数字环路滤波器(dlf)132可以检测鉴相器120输出的相位指示信号，并且基于其指示的载波信号和参考时钟信号的相对相位，来控制多相时钟选择单元134从多相时钟信号中选择适当相位的时钟信号。例如，当鉴相器120指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位超前时，数字环路滤波器132可以指示多相时钟选择单元134从多相时钟信号中选择相位更滞后的时钟信号；当鉴相器120指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位滞后时，数
字环路滤波器132可以指示多相时钟选择单元134从多相时钟信号中选择相位更超前的时钟信号。当鉴相器120输出的相位指示信号指示载波信号的相位在比参考时钟信号的相位超前和滞后之间来回跳变时，多相时钟选择单元134选择的时钟信号在两个信号之间来回跳变，总体等效为相位不变，环路达到锁定状态。
50.图3示出根据本发明一实施例的数字环路滤波器200的示意图，数字环路滤波器200可以实施为图2所示的数字环路滤波器132。
51.参照图3，数字环路滤波器200可包括比例路径210和积分路径220，二者在第一输入端口in-1处接收鉴相器120输出的相位指示信号作为输入。比例路径210和积分路径220可以分别生成与相位指示信号成第一比例“a”的第一比例信号和与相位指示信号成第二比例“p”的第二比例信号。例如，比例路径210可包括第一寄存器212，其中存储有第一比例系数“a”，以输出第一比例信号；积分路径220可包括第二寄存器222，其中存储有第二比例系数“p”，以输出第二比例信号。例如，当鉴相器120的输出为“1”时，比例路径210生成的第一比例信号为“a”，积分路径220生成的第二比例信号为“p”；当鉴相器120的输出从“1”变为
“‑
1”时，第一比例信号产生
“‑
2a”的变化，从“a”变为
“‑
a”，第二比例信号产生
“‑
2p”的变化，从“p”变为
“‑
p”。类似地，当鉴相器120的输出从
“‑
1”变为“1”时，第一比例信号产生“+2a”的变化，从
“‑
a”变为“a”，第二比例信号产生“+2p”的变化，从
“‑
p”变为“p”。
52.在一实施例中，比例路径210生成的第一比例信号和积分路径220生成的第二比例信号，或者说第一比例系数“a”和第二比例系数“p”，还可以被调整。例如，比例路径210可包括第一比例调节单元例如乘法器214，其使用调整因子与第一比例信号相乘，以生成调整后的第一比例信号；积分路径220可包括第二比例调节单元例如乘法器224，其使用调整因子与第二比例信号相乘，以生成调整后的第二比例信号。在图3所示的实施例中，第一比例调节单元214和第二比例调节单元224从第二输入端口in-2接收相同的调整因子，从而对第一比例信号和第二比例信号进行等比调整。在另一些实施例中，第一比例调节单元214和第二比例调节单元224也可以接收不同的调整因子以对第一比例信号和第二比例信号进行不同的调整，或者可以仅设置第一比例调节单元214和第二比例调节单元224中的一个以对第一比例信号和第二比例信号之一进行调整。
53.调整后的第二比例信号可以在积分器226中进行积分处理，以生成积分信号。积分器226可以从第三输入端口in-3接收积分时钟信号，以根据积分时钟对调整后的第二比例信号进行积分处理。
54.然后，积分路径220的积分器226输出的积分信号和比例路径210输出的第一比例信号可以在加法器232中执行加法处理，获得二者的和值，该和值可以在取余(mod)单元234中关于预定值m进行取余运算，从而生成表示余数的时钟选择指示信号，其在输出端口out处输出。当鉴相器120输出的信号为“1”时，积分器226输出的积分值逐渐增大，取余单元234输出的时钟选择指示信号表示的余数值在预定周期之后会从0增大到1，然后预定周期之后又增大到2，一直增大到m-1，然后又会增大回到0，如此循环变化。相反，如果鉴相器120输出的信号为
“‑
1”，积分器226输出的积分值逐渐减小，取余单元234输出的时钟选择指示信号表示的余数值在预定周期之后会从0减小到m-1，然后减小到m-2，一直减小到0，如此循环减小。这里，时钟选择指示信号表示的余数值用作索引，用于多相时钟选择单元134从m个不同相位的时钟信号中选择与索引值对应的时钟信号。
55.在一些实施例中，也可以省略比例路径210，而仅采用积分路径220，同样也可以生成包含索引值(即余数)的时钟选择指示信号，以用于从m个多相时钟信号中选择一个对应的时钟信号。但是应理解，通过设置比例路径210，相当于在环路中引入了参考零点，可以避免环路起振而产生噪声。因此，引入比例路径210后，相位追踪环路100可以具有改善的相位噪声性能。
56.返回参照图2，多相时钟选择单元134基于数字环路滤波器132输出的时钟选择指示信号从m个不同相位的时钟信号中选择一个时钟信号。这m个不同相位的时钟信号可以具有360
°
/m的相位差，例如当m＝12时，这m个时钟信号的相位可以分别为0
°
、30
°
、60
°
、90
°
、120
°
、150
°
、180
°
、210
°
、240
°
、270
°
、300
°
和330
°
。
57.例如，当鉴相器120的输出为“1”时，表示分频器110提供的载波信号(即分频信号)的相位比参考时钟信号的相位超前。此时，随着积分器226输出的积分值逐渐增大，数字环路滤波器132输出的时钟选择指示信号表示的余数逐渐增大，使得多相时钟选择单元134从这m个(m是大于1的整数)时钟信号中选择相位更滞后的时钟信号，从而分频器110提供的载波信号的相位也向后移动。当载波信号的相位变得比参考时钟信号的相位更滞后时，鉴相器120的输出变为
“‑
1”。此时，积分器226输出的积分值逐渐减小，数字环路滤波器132输出的时钟选择指示信号表示的余数也逐渐减小，使得多相时钟选择单元134从这m个时钟信号中选择相位更超前的时钟信号，从而分频器110提供的载波信号的相位也向前移动。当鉴相器120的输出在“1”和
“‑
1”之间来回变化时，表明多相时钟选择单元134选择的时钟信号在比参考时钟信号相位超前的一个时钟信号和比参考时钟信号相位滞后的一个时钟信号之间变化，总体等效为载波信号的相位等于或最接近于参考时钟信号的相位，环路达到锁定状态。
58.这里，多相时钟选择单元134选择的m个时钟信号之间的相位步进为360
°
/m，但是当分频器110进行分频处理之后，相邻分频信号之间的相位步进(即相位差)变为360
°
/(m*n)，其中n是分频器110的分频比，因为分频信号的脉冲宽度是分频前的时钟信号的脉冲宽度的n倍。例如，nfc读卡器的信号频率为13.56mhz，多相时钟信号的频率为867.84mhz，可以采用分频比n＝64的分频器110。当然，也可以采用其他分频比，例如多相时钟信号的频率为542.4mhz时，可以采用n＝40的分频比。
59.如果m＝12，多相时钟信号之间的相位步进为30
°
，那么分频后的信号的相位步进变为0.46875
°
，这样就可以实现精确的相位调整和跟踪。当时钟选择指示信号表示的索引值从0增大到11时，多相时钟选择单元134选择的时钟信号的相位推迟了330
°
，分频后的时钟信号的相位推迟了5.15625
°
；然后索引值从11变为0，多相时钟选择单元134选择的时钟信号的相位继续推迟30
°
，分频后的时钟信号的相位继续推迟0.46875
°
。类似地，循环减小索引值可以使分频信号的相位不断向前移动。这样，可以在大的范围内改变分频信号(即载波信号)的相位。
60.这种方案通过采用分频处理，大大提高了相位调节的精度，也就是相位追踪环路100的相位追踪精度。但是，其调整相位的速度较慢，每次调整的步进是360
°
/(m*n)，因此可能需要较长时间才能实现环路锁定。为了缩短锁定时间，本发明的实施例还通过调整分频器110的分频比n，来加快相位调整速度。
61.图4示意性示出了通过改变分频比来调整相位的原理图。参照图4，假设系统设计
的分频比n＝64，此时高电平和低电平分别对应于分频前的高频时钟信号的32个脉冲。这里，设计分频比是使得载波信号的频率与参考时钟信号的频率相等的分频比，因此也将设计分频比称为基础分频比。当分频比从64变为63时，那么下一周期的63分频信号的起点要比64分频信号的起点提前一个短/高频脉冲，也就是64分频信号的周期的1/64，因此相位提前了360
°
/64＝5.625
°
；再下一个周期，63分频信号比64分频信号相位提前了11.25
°
，以此类推。当分频比从64变为65时，那么下一周期的65分频信号的起点要比64分频信号的起点之后一个短/高频脉冲，也就是64分频信号的周期的1/64，因此相位滞后了360
°
/64＝5.625
°
；再下一个周期，65分频信号比64分频信号相位滞后了11.25
°
，以此类推。可以理解，当分频比从n变为n
±
x时，相比提前或滞后的步进为(360
°
*x)/n，可以根据需要设置x的值。因此，通过改变分频比，可以快速调整载波信号的相位，从而加快相位调节速度。
62.返回参照图2，动态检测调整单元142可以检测鉴相器120生成的相位指示信号，并且生成分频比调整信号。分频比控制单元144可以基于动态检测调整单元142提供的分频比调整信号来控制分频器110的分频比。在一实施例中，可以将分频器110的分频比设置为多个档位，其示例示于图5中。图5示出了0-3一共四个档位，但是也可以采用更多或更少的档位，例如两个档位、三个档位、五个档位等。档位0也称为基础档位，其对应于基础分频比n。更高档位的分频比为n
±
x，档位越高，x的值越大，其中n和x都是正整数，且n大于x。例如，档位1的分频比可以为n
±
1，档位2的分频比可以为n
±
2，档位3的分频比可以为n
±
3，以此类推。当相位指示信号指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位超前时，档位的分频比可以为n+x，以使用更大的分频比，使得载波信号的相位滞后；当相位指示信号指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位滞后时，档位的分频比可以为n-x，以使用更小的分频比，使得载波信号的相位提前。
63.在一实施例中，当鉴相器120指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位更超前或者更滞后(相位指示信号为“1”或者
“‑
1”)并且持续预定周期数时，说明载波信号和参考时钟信号之间的相位差较大，此时动态检测调整单元142可以生成第一分频比调整信号，分频比控制单元144可以响应于第一分频比调整信号提高分频器110的分频档位。可以重复此操作，以不断提高载波信号的相位调整步进，直到达到最高档位。当鉴相器120指示载波信号的相位在比参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变(相位指示信号在“1”和
“‑
1”之间跳变)并且跳变达到预定次数时，说明载波信号的相位已经被调整到参考时钟信号的相位前后附近，此时动态检测调整单元142可以生成第二分频比调整信号，分频比控制单元144响应于第二分频比调整信号降低分频器110的分频档位，以减小载波信号的相位调整步进，直到达到基础档位。可以理解，动态检测调整单元142除了指示分频比控制单元144分频比调整信号以提高或降低分频器110的分频档位之外，还指示分频比控制单元144当前的载波信号相位状态，即超前还是滞后于参考时钟信号的相位，从而分频比控制单元144可以控制分频器110在每个分频档位的分频比是n+x还是n-x。
64.下面举例说明分频档位的调整过程。例如，开始时，分频器110处于基础档位，此时分频比为64。当动态检测调整单元142检测到鉴相器120的输出为“1”且持续达到例如4个周期时，其指示分频比控制单元144将分频器110的分频档位提高到档位1，此时分频器110的分频比变为65。当动态检测调整单元142又检测到鉴相器120的输出仍为“1”且持续达到例如4个周期时，其指示分频比控制单元144将分频器110的分频档位提高到档位2，此时分频
器110的分频比变为66。可以重复此操作，直到分频器110达到最高档位3，此时分频器110的分频比变为67，相位调整步进达到最大。通过上述操作，载波信号的相位不断向后移动，当其变得比参考时钟信号的相位滞后时，鉴相器120的输出从“1”变为
“‑
1”，此时分频器110仍保持在最高档位3，但是分频比从67变为61，载波信号的相位变为向前移动，导致其相位又变得比参考时钟信号的相位超前，鉴相器120的输出又从
“‑
1”变为“1”，分频器110的分频比从61变为67。当动态检测调整单元142检测到鉴相器120的输出在“1”和
“‑
1”之间跳变达到预定次数例如6次时，其指示分频比控制单元144降低分频器110的分频档位，从档位3变为档位2，相位调整步进减小。可以重复此操作，直到分频器110达到基础档位，分频比为64，此时分频比不再影响载波信号的相位，并且载波信号的频率与参考时钟信号相等。
65.除了通过分频比来控制相位调整速度之外，可以理解，相位调整速度还取决于数字环路滤波器132根据鉴相器120输出的相位指示信号来改变其输出的时钟选择指示信号的速度，也就是加法器232输出的和值的改变速度。可以理解，第一比例系数a和第二比例系数p变大时，加法器232输出的和值的变化速度也增大。因此，通过调节第一比例系数a和第二比例系数p中的至少一个，优选地至少调节第二比例系数p(因为其通过积分运算能够更快地改变加法器232输出的和值)，可以改变相位调整速度。
66.继续参照图2，系数控制单元136可以控制提供到数字环路滤波器132/200的第二输入端口in-2上的、用于对第一比例系数a和第二比例系数p中的至少一个进行调节的调节系数的大小。例如，当动态检测调整单元142检测到鉴相器120指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位更超前或者更滞后(相位指示信号为“1”或
“‑
1”)并且持续预定周期数(可以与用于分频控制的周期数相同或不同)时，动态检测调整单元142可以生成第一系数调整信号，系数控制单元136可以响应于第一系数调整信号来提高调节系数以增大第一比例系数a和第二比例系数p中的至少一个，从而加快相位调整速度。可以重复该操作，直到达到最大比例系数。当动态检测调整单元142检测到鉴相器120指示载波信号的相位在比参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变(相位指示信号在“1”和
“‑
1”之间跳变)并且跳变达到预定次数(可以与用于分频控制的跳变次数相同或不同)时，动态检测调整单元142可以生成第二系数调整信号，系数控制单元136可以响应于第二系数调整信号降低调节系数以减小第一比例系数a和第二比例系数p中的至少一个，从而降低相位调整速度，直到达到基础比例。可以理解，增大和减小比例系数a和p可以改变相位调整速度，但是并不会影响相位调整精度。
67.通过分频比调整实现的相位调整速度控制和通过比例系数调整实现的相位调整速度控制可以组合使用。可以理解，分频器110的分频比变化导致的相位调整步进一般远大于数字环路滤波器132的时钟选择指示信号变化导致的相位调整步进，因此分频器110的分频比调整方式可以称为粗调，数字环路滤波器132的比例系数调整方式可以称为微调。在一实施例中，当相位指示信号指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位更超前或者更滞后并且持续预定周期时，动态检测调整单元142可以先生成第一系数调整信号以增大第一比例系数a和第二比例系数p中的至少一个，直到达到最大比例系数，然后再生成第一分频比调整信号以提高分频器110的分频档位，直到达到最高档位。当相位指示信号指示载波信号的相位在比参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变并且跳变达到预定次数时，动态检测调整单元142可以先生成第二分频比调整信号以降低分频器110的分频档位，直到达到
基础档位，然后再生成第二系数调整信号以减小第一比例系数a和第二比例系数p中的所述至少一个，直到达到基础比例。
68.虽然上面以相位调谐模块130包括数字环路滤波器132和多相时钟选择单元134为例进行了说明，但是应理解，本发明不限于此。相位调谐模块130可以实施为任何可以对时钟信号的相位进行调节的模块或装置，并且系数控制单元136可以被省略。
69.图6示出根据本发明一实施例的相位追踪方法300的流程图。方法300可以利用上面参照图1-5描述的相位追踪环路100来实施。参照图6，相位追踪方法300可包括：步骤310，对时钟信号进行分频处理以获得载波信号；步骤320，比较载波信号和参考时钟信号的相位，以生成相位指示信号；以及步骤330，基于相位指示信号来调整时钟信号的相位和分频处理的分频比，使得载波信号的相位更接近于参考时钟信号的相位。
70.图7示出根据本发明一实施例的分频档位调节过程的流程图，其可应用于图6所示的方法300的步骤330中。在一实施例中，分频处理可具有基础档位以及至少一个更高档位，基础档位具有基础分频比n，更高档位具有更高分频比n+x或者更低分频比n-x，其中n为预设的正整数，x为比n更小的正整数并且档位越高，x的值越大。当相位指示信号指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位更超前时，更高档位具有更高分频比n+x；当相位指示信号指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位更滞后时，更高档位具有更低分频比n-x。基础分频比n使得分频后获得的载波信号的频率等于参考时钟信号的频率。
71.参照图7，基于相位指示信号来调整分频处理的分频比可以包括：在步骤331，基于相位指示信号确定载波信号的相位是否在比参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变并且跳变达到预定次数。如果是(y)，则在步骤333降低分频处理的分频档位。可以重复执行步骤331和333，直到分配档位达到基础档位。
72.如果在步骤331确定没有发生上述跳变或者跳变未达到预定次数，则在步骤335中确定载波信号的相位是否比参考时钟信号的相位更超前或者更滞后并且持续预定周期。如果确定载波信号的相位比参考时钟信号的相位更超前或者更滞后并且持续预定周期，则可以在步骤337中提高分频处理的分频档位。可以重复执行步骤335和337，直到分频处理的分频档位达到最高档位。
73.图8示出根据本发明一实施例的时钟相位调节过程的流程图，其可应用于图6所示的方法300的步骤330中。参照图8，基于相位指示信号来调整时钟信号的相位可以包括：在步骤332，基于相位指示信号生成选择指示信号；以及在步骤334，基于选择指示信号从多相时钟信号中选择一个时钟信号。其中，当相位指示信号指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位更超前时，所生成的选择指示信号可以指示从多相时钟信号中选择一个比当前选择的时钟信号相位更滞后的时钟信号。当相位指示信号指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位更滞后时，所生成的选择指示信号可以指示从多相时钟信号中选择一个比当前选择的时钟信号相位更超前的时钟信号。
74.图9示出根据本发明一实施例的生成时钟选择指示信号的方法的流程图，其可应用在例如图8所示的步骤332中。参照图9，在步骤412，可以生成与相位指示信号成第一比例的第一比例信号；在步骤414，可以生成与相位指示信号成第二比例的第二比例信号。
75.任选地，在步骤416中，还可以基于相位指示信号来对第一比例和第二比例中的至少一个进行调整。例如，当相位指示信号指示载波信号的相位比参考时钟信号的相位更超
前或者更滞后并且持续预定周期时，可以增大第一比例和第二比例中的至少一个，直到达到最大比例。当相位指示信号指示载波信号的相位在比参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变并且所述跳变达到预定次数时，可以减小第一比例和第二比例中的至少一个，直到达到基础比例。
76.继续参照图9，在步骤418，可以对第二比例信号进行积分，以获得积分信号。然后在步骤420，可以对第一比例信号和积分信号进行加法运算，以获得二者的和值。在步骤422，可以将所述和值关于预定值进行取余运算，以生成所述选择指示信号。所述预定值可以等于待选择的多相时钟信号中包括的具有不同相位的时钟信号的个数。
77.图10示出根据本发明一实施例的系数和分频档位调节过程的流程图，其中示出了系数调节和分频档位调节的执行顺序。参照图10，在步骤501，可以基于相位指示信号确定载波信号的相位是否在比参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变并且跳变达到预定次数。如果没有发生跳变或者跳变没有达到预定次数，则在步骤503确定载波信号的相位是否比参考时钟信号的相位更超前或者更滞后并且持续预定周期。如果没有检测到载波信号的相位比参考时钟信号的相位更超前或者更滞后达到预定周期，则可以在步骤521，保持数字环路滤波器的比例系数以及分频器的分频档位不变，然后返回到步骤501。
78.如果在步骤503确定载波信号的相位比参考时钟信号的相位更超前或者更滞后达到预定周期，则可以在步骤505确定数字环路滤波器的待调整的比例系数(第一比例系数和/或第二比例系数)是否达到最大值。如果尚未达到最大值，则可以在步骤507提高数字环路滤波器的待调整的比例系数，然后返回到步骤501。
79.如果在步骤505确定数字环路滤波器的要调整的比例系数已经达到最大值，则可以在步骤509确定分频器的分频档位是否达到了最大档位。如果尚未达到最大档位，则可以在步骤511提高分频器的分频档位，然后返回步骤501。如果分频器的分频档位已经达到了最大档位，则可以在步骤521，保持数字环路滤波器的比例系数以及分频器的分频档位不变，然后返回到步骤501。
80.另一方面，如果在步骤501确定载波信号的相位在比参考时钟信号的相位更超前和更滞后之间跳变并且跳变达到预定次数，则可以在步骤513确定分频器的分频档位是否在最低/基础档位。如果分频器的分频档位不是最低档位，则可以在步骤515降低分频器的分频档位，然后返回到步骤501。
81.如果在步骤513确定分频器的分频档位是在最低档位，则可以在步骤517确定数字环路滤波器的待调整的比例系数(第一比例系数和/或第二比例系数)是否为最小值。如果不是最小值，则可以在步骤519降低数字环路滤波器的待调整的比例系数，然后返回到步骤501。如果数字环路滤波器的待调整的比例系数已经是最小值，则可以在步骤521保持数字环路滤波器的比例系数以及分频器的分频档位不变，然后返回到步骤501。
82.上面参照附图描述了本发明的相位追踪环路和相位追踪方法的实施例，可以看出，本发明的相位追踪环路和相位追踪方法能够在大的相差范围内实现快速并且高精度的相位锁定，并且具有改善的相位噪声性能。例如，以分频比n＝64和多相时钟信号存在30
°
相差(m＝12)为例，传统的相位调整步进为0.46875
°
，如果载波信号和参考时钟信号之间存在180
°
的相位差，则相位锁定时间一般在100μs左右。如果载波信号和参考时钟信号之间存在一定的频率偏差，则相位锁定时间在100μs以上。利用本发明的动态检测调整技术，可以在
相位追踪的初始阶段启动分频比动态调整，根据分频比调整档位数十倍地提升相位调整步进，大幅加快锁定时间。而在接近锁定时降低分频比调整档位，直至停用，将步进恢复至0.46875
°
，从而不损失相位调整精度。整体稳定时间可以缩短至10us以内。
83.图11示出根据本发明一实施例的电子设备600的示意图。电子设备600可以包括根据本发明一实施例的相位追踪环路620。例如，电子设备600可以具有nfc模块610，其可以工作在卡模拟模式下。nfc模块610可以包括相位追踪环路620，以追踪nfc读卡器的信号相位。这样的电子设备600的示例包括但不限于手机、平板、便携式个人数字助理、可穿戴电子设备等。
84.以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
85.本技术中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
86.还需要指出的是，在本技术的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
87.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
88.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。