专利名称：锁相振荡电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及锁相振荡电路，且尤其是涉及用在需要低波动特性的高速通信系统中的锁相振荡电路。
在如白本专利公开申请特开平7-283726等常规锁相振荡电路中所描述的，将环路增益设计得很小从而消除由锁相振荡电路所产生的输出时钟信号中的相位噪声。
图7为常规锁相振荡电路的结构的示意方框图。在图中，锁相振荡电路(PLO)20包含相位比较器3、低通滤波器(LPF)4、放大器(AMP)5、压控振荡器(VCD或VCXO)6、分频器7、电阻器21、22和23及开关8。与本机振荡器或网络同步定时信号同步的参考信号10被PLO20频率多路复用以形成通信线路速度的时钟信号30。PLO20被设计用于满足产生通信线路定时信号所需的时钟，且其除了需要输入和输出信号外还需要用于VCD或VCX06控制的电源接地信号和输入信号。
在上面提到的用于时钟频率多路复用的常规锁相振荡电路中，由于相位比较信号的频率低于锁相振荡电路的输出时钟信号的频率，通过分频器电路对输出时钟信号的分频来使相位波动被均化，但并没想出抑制由通过电源的噪声所产生的相位波动的对策。
本发明的一个目的是提供一种锁相振荡电路，将能将由锁相振荡电路所产生的输出时钟信号的相位波动减到最小。
根据本发明的锁相振荡电路，其包括一增益可调锁相振荡器，其将输入参考信号转换为用于通信线路定时信号的输出时钟信号。
一电源滤波器部分，其包括多个用于消除由电源产生的噪声的电源滤波器；
一开关部分，其一边与所述锁相振荡器的电源相连，另一边与电源滤波器相连；及子波滤波器，其包括用于使输入参考信号相位波动的时间序列数据和锁相振荡器的输出时钟信号经受子波转换操作的子波转换器。
根据由子波转换器分离出的周期相位波动来控制锁相振荡器的环路增益的PLO增益控制器以及用于根据通过子波转换器分离出的非周期性波动来控制开关部分的接通/关闭操作的电源滤波器选择器。
本发明在一给定的时间来测量PLO的输入和输出信号的相位波动(其测量由振荡器的稳定性和PLO的输出频率来决定的时间)，对其测量结果进行子波转换操作，并根据其结果来通过使用最佳的环路增益和电源滤波器从而将PLO的相位波动减到最小。
根据本发明的实施例，锁相振荡电路还包含用于求出由子波转换器所获得的相位波动的周期性相位波动周期和振幅的周期性波动处理器，以及根据振幅和周期来进行锁相振荡器的增益控制的PLO控制器。
根据本发明的另一个实施例，PLO控制器根据锁相振荡器的输入和输出信号来判定由子波转换器所获得的相位波动的周期性相位波动的振幅的传递函数是否为小于1；并且当传递函数大于1时以及当输入和输出信号的周期彼此一致或满足整数倍的周期关系时来执行锁相振荡器的增益控制。
根据本发明的另一个实施例，锁相振荡电路还包含多个串联相连的锁相振荡器，且PLO控制器输入振幅和多个锁相振荡器输入和输出信号相位波动的周期性相位波动的周期，并比较每个锁相振荡器输入和输出信号振幅间的振幅比，并且当输入信号的周期与输出信号的周期相一致或为整数倍时，顺序地将来自具有最大振幅比的锁相振荡器的相位波动的振幅比设置为小于1。
根据本发明的另一个实施例，锁相振荡电路还包含用于求出通过子波转换器所获得的相位波动的非周期性相位波动的变化的非周期性波动处理器，以及用电源滤波器选择器来控制开关部分的接通/关闭操作从而选择出具有最小方差的一个电源滤波器。
此外还根据本发明的实施例，锁相振荡电路还包含用于求出通过子波转换器所获得的相位波动的非周期性相位波动方差的的非周期性波动处理器，以及电源滤波器选择器来控制开关部分的接通/关闭操作从而来选择针对所有电源滤波器的组合而言具有最小方差的一个被安装好的电源滤器。
根据本发明的其它实施例，锁相振荡电路包含多个串联相连的锁相振荡器，且电源滤波器选择器选择出其中一个电源滤波器，其具有非周期性相位波动的最小方差，该非周期性相位波动为多级锁相振荡器的最后一级输出信号的非周期性相位波动。
图1为根据本发明的实施例的锁相振荡电路的结构方框示意图；图2为图1中子波滤波器的结构方框示意图；图3为由锁相振荡电路产生的输出时钟信号的相位波动(A)、非周期性波动成分(B)及周期性波动成分的抽样数据；图4为根据本发明另一个实施例的锁相振荡电路的结构方框示意图；图5为根据本发明又一个实施例的锁相振荡电路结构方框示意图；图6为图5中实施例的微自理器的操作流程图；图7为常规锁相振荡电路的结构方框示意图。
下面将参考附图对本发明的实施例进行描述。
图1为根据本发明实施例的锁相振荡电路的结构方框示意图。在图1中，与图7中相同的部分用同一数码或符号来表示。
本实施例的锁相振荡电路包含一增益可调锁相振荡器(PLO)20、、一子波滤波器40A、振荡器50、开关部分60以及电源滤波器部分70。其中子波滤波器40A用于对输入参考信号10的相位波动时间系列数据和输出时钟信号30进行子波转换并且在控制信号31的控制下对开关8执行开关操作操作以便调节锁相振荡器20的增益，一个振荡器50用于将稳定的时钟信号提供到子波滤波器40A，一开关单元60通过从子波滤波器40A接收到的选择信号32来进行接通/关闭操作，电源滤波器单元70由多个电源滤波器组成，这些电源滤波器为当开关单元60被接通时被选择的电源滤波器。
图2示出了子波滤波器40A的结构。子波滤波器40A由选择器41、数据输入部分42、频差校正器43、子波转换器44、周期性波动处理器45、非周期性波动处理器46、PLO增益控制器47以及电源滤波器选择器48组成。
数据输入部分42根据从振荡器50接收的时钟信号提取输入参考信号10中的相位波动并在由子波滤波器40A所限定的时间周期的时间系列内输出锁相振荡器20的时钟信号30。
频差校正器43校正锁相振荡器20的输出时钟信号30与振荡器50的输出时钟信号之间的频差。例如，用于校正频差的方法之一是使用最小平方方法。
通过此校正过程，根据频率差而得出的相位漂移成分被去除从而获得相位波动数据，对提供到子波转换器44的相位波动数据进行子波转换。
其结果，被频差校正器43所抽取的相位波动被分解成周期性波动成分和非周期性波动成分。如图3中所示的一种分解的实施例，图3中的符号A表示锁相振荡器20的相位波动数据，图3中的符号B表示从子波转换器分离出的相位波动的非周期性波动成分，而图3中的符号C表示周期性波动成分。
将被分离出的周期性相位波动成分提供到周期性波动处理器45。此外，将被分离出的非周期性波动成分提供到非周期性波动处理器46。
周期性波动处理器45计算并求出电子波转换器44所求出的周期性相位波动的周期和振幅，并将它们传送至PLO增益控制器47。
当振幅比值(输出时钟信号30的周期性相位波动振幅的峰—峰值除以输入参考信号10的周期性相位波动振幅的峰—峰值)为1或更大并且当接收到的周期和PLO20的相位比较周期之间的比值(即输出时钟信号30(或输入参考时钟10)的周期性相位波动平均叉点数目除以输入参考时钟10(或输出时钟信号30)的周期性相位波动平均交叉点的数目)为一整数倍时，PLO增益控制器47减小PLO20的增益(选择由PLO20所选择出的一个增益及另一个比当前值小的增益)；当周期比不是整数倍时，不作任何工作。当周期比为整数倍时，可以判定周期性波动的原因是由于PLO20的增益造成的。
非周期性波动处理器46求出由子波转换器44所求出的非周期性波动的方差并将其传给电源滤波器选择器48。
电源滤波器选择器48存储接收到的方差值及当前的选择信号，将方差通过所有的电源滤波器，并输出选择信号32，选择信号32用来选择提供最小方差值的其中一个电源滤波器。
现在回到图1，开关单元60根据从电源滤波器选择器48接收到的选择信号32来被接通/关闭。这可以通过使用模拟开关而被简单地设置。此外，电源滤波器70由多个具有不同截止频率的常规电源滤波器所组成。
图4为根据本发明第二个实施例的锁相振荡电路的结构。
本实施例被这样设计，即2个PLO20A和20B被串联联接，而子波滤波器40B来检测各PLO20A和20B中输入参考信号10和输出时钟信号30中的相位波动。子波滤波器40B具有与图2中所描述的子波滤波器的结构类似；而振荡器50、电源滤波器单元70及开关单元60也与图1所描述的相同。
当周期性相位波动中的PLO20A的输入参考信号和输出时钟信号间的振幅比为1或更大时，子波滤波器48B使PLO20A的环路增益减小，并对PLO20B进行类似的增益控制，由此可实现时钟路径的全部增益最优化。
选择电源滤波器从而将由子波滤波器40B检测到的非周期性波动除至最小。也即，对于所有电源滤波器的组合而言，求出PLO20B的输出相位波动的方差值并选择电源滤波器来提供最小的方差。
即使当串联的锁相振荡器的数目增多时，也可适用如上所述的类似描述，只是将串联级的级数从2起进行改变。
正如上面所描述的，在图1中，子波滤波器40A将参考信号10的相位波动与振荡器50的输出时钟进行比较以算出振荡器50的时钟的上升缘(或下降缘)与参考信号10的时钟的上升缘(或下降缘)之间的相位差，将相差输入到数据输入部分42并转化为数字信号，正因如此，可通过数字信号处理电路来完成随后的处理过程。
图5示出了此种处理完成的一个实例。虽然数字信号处理电路以图中微处理器49的形式来实现，其也可通过数字信号处理器或专用集成电路的形式来实现。
将输入参考信号10和输出时钟信号30输入到选择器41并由微处理器49来选择其中的一个。被选择的信号被输入到数据输入部分42来检测其中的上升相或下降相与从振荡器50接收到的时钟信号的相位差。
对于检测方法，例如在数字计算方法中，通过使用高速时钟来计算相位差，或在模拟计算方法中，通过使用模拟一数字转换器来将相差转换为数字信号。
由数字输入部分42检测到的相差数字信号被作为时间系列数据在一给定的时间输入到微处理器49。在大多数情况下，由于从选择器41接收到的信号的频率不与从振荡器50接收到的时钟信号的频率相吻合，有必要来校正频差。
一般通过最小平方方法来进行校正。
当相差被作为时钟系列数据输入时的时间可以被任意设定。输入的时间系列数据根据图6的流程图进行处理以控制锁相振荡器20和开关单元60并将相位波动降到最小。
下面将对图6进行详细描述。
在图5中，只有当锁相振荡器20稳定工作时才操作子波滤波器40C。
首先，选择器41选择锁相振荡器20的输入参考信号10(步骤100)，通过一设定数目的数据来输入数据(步骤101)，然后对其进行子波转换操作以便将相位波动分解为周期性数据和非周期性数据(步骤102)。选择器从分离的周期性数据求出振幅峰—峰值和周期性相位波动的周期并通过分离出的非周期性波动求出波动的方差。这三个数据被作为现在选取的输入参考信号10的数据存入选择器41的存储器。
其次，回到对选择器选择操作的控制(步骤100)从而数据输入部分42的输入信号被变为输出时钟信号30。
输入数据后(步骤101)，选择器根据上面提到的操作将峰—峰值、周期和方差存入存储器中，这些数据是作为输出定时信号30的数据。
在本实施例中只提供了一级锁相振荡器，也可提供多级的锁相振荡器。例如当级数为N时，通过N个锁相振荡器来进行上面提到的操作。
当全部的数据都被输入时，判定条件(步骤103)为是，并执行步骤104的控制。在步骤104中，当输入参考信号10的波动振幅与输出时钟信号30的波动振幅的比值(即输出时钟信号30的周期性相位波动振幅的峰—峰值除以输入参考信号10的周期性相位波动振幅的峰—峰值)为1或更大时，子波滤波器执行其增益调节操作，相应地，当比值小于1时子波波器执行其电源滤波器改变操作。当在步骤104中振幅比为1或更大时，子波滤波器将输入参考信号10的相位波动周期与输出时钟信号30的相位波动周期进行比较(步骤105)。
在比较中，当输入参考信号10的相位波动的周期为输出时钟信号30的相位波动周期的整数倍时，或满足其相反关系时，子波滤波器输出选择信号一指令来改变环路增益(步骤106)。
当在步骤104或105中判定为“否”时，子波滤波器开始其改变电源滤波器的操作。在步骤107中，进行增益调节并将当前滤波器结构的非周期性相位的相位波动方差存入存储器中。
此后，子波滤波器求出所有滤波器组合中的每个滤波器的非周期性相位波动的方差并准备滤波器结构与方差间的一校正表。
在步骤110中，从校正表中选出提供最小方差的一个电源滤波器。
如上所述，根据本发明，来自PLO的相位波动被分解为周期性波动成分和非周期性波动成分并根据数值来实现PLO的环路增益的最优化和电源滤波器的最优化，从而提供具有优良相位噪声特性的锁相振荡器。
虽然已参考相应附图对本发明的最佳实施例进行了充分的描述，但很明显的对本领域的技术人员而言可作各种改变和更改。因此，除非这些改变和更改脱离了本发明的范围，否则它们都包含在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种锁相振荡电路，其特在于它包含一增益可调锁相振荡器，其用于将输入参考信号转换为可被用于通信线路定时信号的输出时钟信号；一个包含多个用于消除由电源引起的噪声的电源滤波器的电源滤波器部分；一个开关部分，其一边与所述锁相振荡器的电源相连而另一边与所述电源滤波器相连；及一子波滤波器包括一子波转换器，其用于对输入参考信号的相位波动的时间系列数据和锁相振荡器的输出时钟信号进行子波转换操作；一PLO增益控制器，其用于根据由子波转换器分离出的周期性相位波动来控制所述锁相振荡器的环路增益；及一电源滤波器选择器，其用于根据由所述子波转换器分离出的非周期性波动来控制所述开关部分的开/关操作。
2.根据权利要求1所述的锁相振荡电路，其特征在于还包含一周期性波动处理器，用于求出由子波转换器所获得的相位波动的周期性相位波动的振幅和周期，而其中所述PLO控制器根据振幅和周期来进行所述锁相振荡器的增益控制。
3.根据权利要求1所述的锁相振荡电路，其特征在于其中所述PLO控制器根据所述锁相振荡器的输入和输出信号，来判断由子波转换器所获得的相位波动的周期性相位波动的振幅的传递函数是否小于1；并且当传递函数不小于1时以及当输入输出信号的周期彼此相吻合或满足整数倍的周期关系时来执行所述锁相振荡器的增益控制。
4.根据权利要求1所述的锁相振荡电路，其特征在于还包含多个串联连接的所述锁相振荡器，且其中所述PLO控制器输入多个锁相振荡器的输入及输出信号的相位波动的周期性相位波动的振幅和周期，并比较每个锁相振荡器的输入和输出信号的振幅间的比值，并且当输入信号的周期与输出信号的周期相吻合或为整数倍时，顺序地从具有最大振幅比的一个锁相振荡器开始将相位波动的振幅比设定为小于1。
5.根据权利要求1所述的锁相振荡电路，其特征在于还包含一非周期性波动处理器，用于求出由子波转换器所获得的相位波动的非周期性相位波动的方差，且其中所述电源滤波器选择器控制所述开关部分的开/关操作以选择出具有最小方差的其中一个电源滤波器。
6.根据权利要求4所述的锁相振荡电路，其特征在于还包含一非周期性波动处理器，用于求出由子波转换器所获得的相位波动的非周期性相位波动的方差，且其中所述的电源滤波器选择器控制所述开关部分的开/关操作，以针对全部电源滤波器的组合来选择出具有最小方差的安装好的其中一个电源滤波器。
7.根据权利要求1所述的锁相振荡器，其特征在于包含多个串联相连的锁相振荡器，而其中所述电源滤波器选择器选择多级锁相振荡器的最后一级输出信号的非周期性相位波动具有最小方差的其中一个电源滤波器。
全文摘要
提供的一种锁相振荡电路,它使锁相振荡电路产生的输出时钟信号的相位波动减到最小。子波滤波器对输入参考信号10的相位波动和锁相振荡器20的输出时钟信号30执行子波转换操作,将相应波动分离成周期性相位波动成分和非周期性相位波动成分,并根据周期性波动成分来最优化锁相振荡器20的增益,根据非周期性波动成分来最优化锁相振荡器20的电源滤波器。
文档编号H03L7/093GK1175130SQ9711522
公开日1998年3月4日 申请日期1997年8月20日 优先权日1996年8月21日
发明者山口繁德 申请人:日本电气株式会社