专利名称：相位检测模块及其检测方法
技术领域：
本发明是提供一种相位检测模块及其检测方法，尤指一种可提高检测准确度及抗噪声强 健度(robustness)的相位检测模块及其检测方法。
技术背景随着系统频率的需求复杂度持续提高，锁相回路(Phase Lock Loop, PLL)逐渐被用来作 为产生多组频率来源的重要组件。如图1所示，锁相回路110通常包含有一相位检测器(Phase detector) 112、 一低通滤波器(Low pass filter) 114、 一放大器(Amplifier) 116以及一压控 振荡器(Voltage Control Oscillator) 118，其中相位检测器112接收一输入讯号Vi及压控 振荡器118之输出讯号Vo，并输出对应于输入讯号Vi与输出讯号Vo之相位差的一脉波讯号 Vd，脉波讯号Vd再经过低通滤波器114滤除高频成分，保留低频成分，经放大器116放大后 用来控制压控振荡器118，以使输出讯号Vo的频率逐渐接近输入讯号Vi的频率。当两讯号间 的相位差维持固定时，压控震荡器118之输出讯号Vo的频率就等于输入讯号Vi的频率。在锁定频率的过程中，低通滤波器114的频宽并非维持不变，而是逐渐地切换变小，切 换的动作则是受到锁相指示器(Phase Lock Indicator) 120的控制。锁相指示器120首先从放 大器116的输出估计出输入讯号Vi与输出讯号Vo间的相位差，并在一段时间后，将估计出 的复数个相位差平均，得出一相位差的平均值，以根据该平均值判断锁相回路110此时是否 锁住输入讯号Vi的频率。若判断结果为锁相回路110此时己锁住输入讯号Vi的频率，则锁 相指示器120控制低通滤波器114将频宽縮小，以维持目前的锁定状态，锁相回路110便可 在此状态下进行更精确的频率锁定。锁相指示器120是简单地计算复数个估计的相位差的平均值，来作为是否切换低通滤波 器114频宽的依据，然而，这种简单地取平均值的机制并不适用于所有的通讯系统。以图2 所示之十字正交振幅调变(Cross-QAM)为例， 一般具有通常知识者应可了解，越靠近星象图 (constellation)中心代表调变后讯号所具有的讯噪比(SNR)越小，越容易受到噪声干扰，而 由于十字正交振幅调变不使用位于星象图角落的调变讯号(图中以虚线表示的点)，只使用位 于十字型内部的调变讯号(图中以实心表示的点)，因此，输入锁相回路110的输入讯号有很 高的机率是被噪声严重干扰的，在这种情形下，锁相指示器120所计算出的平均值存在有严重的误差，造成判断不准确，锁相回路iio的整体效能因而变差。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种相位检测模块，它可以有效地提升锁相指示器的 判断精确度以及抗噪声的强健度，有助于改善锁相回路的整体效能，并适用于各种通讯系统。 另外，本发明还提供一种相位检测方法。为了解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案根据本发明之一实施例，其是提供一种相位检测模块。所述相位检测模块包含有一相位 侦测电路、 一能量估测电路，以及一选择电路。相位侦测电路是于一侦测时间点侦测一输入 讯号的相位以产生一相位侦测值，而能量估测电路产生一能量估测值，用来指示输入讯号于 所述侦测时间点所具有之能量大小，选择电路则根据能量估测值来选择性地输出相位侦测电 路的相位侦测值。根据本发明之另一实施例，其是提供一种相位检测模块。所述相位检测模块包含有一相 位侦测电路、 一能量估测电路以及一调整电路，其中相位侦测电路是用来于一侦测时间点侦 测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值，能量估测电路是用来产生一能量估测值，其中所 述能量估测值是用来指示输入讯号于所述侦测时间点所具有之能量大小，而调整电路则依据 能量估测值决定一权重值，并将相位侦测电路所产生之相位侦测值乘上所述权重值。根据本发明之另一实施例，其是提供一种相位检测方法。所述方法包含有于一侦测时间 点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值，产生用来指示输入讯号于所述侦测时间点所 具有之能量大小的一能量估测值，以及根据能量估测值来选择性地输出相位侦测值。根据本发明之另一实施例，其是提供一种相位检测方法。所述方法包含有于一侦测时间 点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值，产生用来指示输入讯号于所述侦测时间点所 具有的能量大小的一能量估测值，以及依据能量估测值决定一权重值，并将相位侦测值乘上 所述权重值。在本发明的相位检测模块包含相位侦测电路和能量估测电路，并可以根据情况设置选择 电路或调整电路或兼有选择电路和调整电路，从而改善了现有锁相回路的整体效能，以及不 能适用于所有的通讯系统的缺点。
6图l、现有锁相回路及锁相指示器的方块示意图。；图2、现有十字正交振幅调变的星象图。；图3、本发明相位检测模块的一实施例的方块示意图。。图4、图3所示的相位检测模块应用于一锁相指示器时一实施例的方块示意图。图5、相位检测模块应用于一锁相指示器时另一实施例的方块示意图。图6、表示能量估测电路的能量估测值与调整电路所设定的权重值间的关系示意图。主要组件符号说明110锁相回路112相位检测器114低通滤波器116放大器118压控震荡器120、 400、 500锁相指示器300、 510相位检测模块310、 520相位侦测电路320、 530能量估测电路330、 540选择电路410、 560平均电路550调整电路具体实施方式
为了解决现有技术所面临的问题，本发明所提出的相位检测模块会依据输入讯号所具有 的能量大小选择性地保留或舍弃该输入讯号的相位侦测值，因此，具有较低能量的讯号(亦即， 较易受到噪声影响的讯号)的相位侦测值便不会被用来作为锁相指示器的判断依据。在另一实 施例中，本发明的相位检测模块是依据输入讯号所具有的能量大小将该输入讯号的相位侦测值乘上一权重(weighting),因此，这些可能因噪声干扰而不准确的相位侦测值并不是被完全 舍弃，而是在锁相回路判断过程中所占的比重变低。上述两种实施例以及其组合均可有效地 提升锁相指示器的判断精确度以及抗噪声的强健度，有助于改善锁相回路的整体效能，并适 用于各种通讯系统。图3是本发明相位检测模块的一实施例的方块示意图，如图所示，相位检测模块300包 含有一相位侦测电路310、 一能量估测电路320以及一选择电路330。当一输入讯号输入相位 检测模块300时，相位侦测电路310以及能量估测电路320于一侦测时间点分别侦测输入讯 号的相位及能量以产生一相位侦测值以及一能量估测值，其中能量估测值是用来指示输入讯 号于该侦测时间点所具有的能量大小，接着，相位侦测值及能量估侧值均输入至选择电路330，由选择电路330根据能量估测值决定是否输出相位侦测电路310于该侦测时间点所侦测到的 相位侦测值。请注意，本发明并不限制相位侦测电路310与能量估侧电路320所采用的侦测方法，任 何可用来侦测相位与能量的算法均可应用于本发明，举例来说，能量估测值可以是输入讯号 于同相信道(in-phase channel)及正交通道(quadrature channel)上分量的平方和，或是输 入讯号的振幅大小。另外，选择电路330可利用一多任务器(miiltiplexer)来加以实现。当相位检测模块300应用于一锁相指示器时，其架构如图4所示。输入相位检测模块300 的讯号为锁相回路(图中未显示)所产生之一输出讯号Xe—与欲锁定之一参考讯号J^—的运算结果，因此，相位侦测电路310所侦测到的相位侦测值即为锁相回路之输出 讯号与参考讯号间的相位差e(,)-e'(O，在一实施例中，相位侦测电路310的输出是对应于该 相位差的一数值，例如cos09(,)-"'W)。在能量估侧电路320估计出能量大小IX卩后，选择电路330于能量估测值IX卩大于一预定的临界值时，才输出相位侦测值cos09W-从W)至后续的运算电路，这是为了排除讯噪比过低、容易受到噪声干扰的讯号的相位侦测结果，避免失真 的相位造成锁相指示器的误判断，进而影响锁相回路的效能(也就是说，若一通讯系统是需要 能量较低的讯号来进行侦测或任何处理，选择电路300可改成于能量估测值小于一预定的临 界值时，才输出相位侦测值)。在本实施例中，选择电路330所设定的临界值是与锁相回路中 低通滤波器的频宽，以及调变时所使用的星象图有关。具有一定可靠度的相位侦测值经过运算处理后，可用来指示锁相回路是否已锁住参考讯 号的频率。在本实施例中，平均电路410是对相位检测模块300所输出的相位检测值进行平均计算，由于相位差e(O-e'(,)越小时，相位检测值cos09(0-^V))会越接近1，因此，若平均电路410计算出的平均值接近1，即表示锁相回路巳锁住参考讯号的频率，锁相指示器400可 控制锁相回路中的低通滤波器切换频宽大小。除了直接将相位检测模块300所输出的相位检 测值平均之外，平均电路410亦可利用计算相位检测值的期望值的方式，或是将每一次输出 的相位检测结果分别乘上对应权重值并相加来达成类似的效果，本发明并不限制平均电路410 所进行的运算，只要能得出可指示相位检测值的分布或大小等状态的结果即可。图5为锁相指示器的另一实施例。如图所示，相位检测模块510更包含有一调整电路550，
权利要求
1.一种相位检测模块，其特征在于，它包含一相位侦测电路，用来于一侦测时间点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值；一能量估测电路，用来产生一能量估测值，其中所述能量估测值是用来指示所述输入讯号于所述侦测时间点所具有的能量大小；以及一选择电路，耦接于所述能量估测电路与所述相位侦测电路，用来根据所述能量估测值来选择性地输出所述相位侦测值。
2. 如权利要求1所述的相位检测模块，其特征在于，所述相位检测模块还包含一调整电 路，用来依据所述能量估测值决定一权重值，并将所述相位侦测值乘上所述权重值来调整输 入至所述选择电路的所述相位侦测值。
3. 如权利要求2所述的相位检测模块，其特征在于，当所述能量估测值等于第一数值时， 所述调整电路所设定的所述权重值等于第二数值；当所述能量估测值小于所述第一数值的第 三数值时，则所述调整电路所设定的所述权重值为小于所述第二数值的第四数值。
4. 如权利要求1所述的相位检测模块，其特征在于，所述相位检测模块还包含一调整电 路，用来依据所述能量估测值决定一权重值，并于所述选择电路输出所述相位侦测值时，将 所述相位侦测值乘上所述权重值来调整所述选择电路所输出的所述相位侦测值。
5. 如权利要求4所述的相位检测模块，其特征在于，当所述能量估测值等于第一数值时， 所述调整电路所设定的所述权重值等于第二数值；当所述能量估测值小于所述第一数值的第 三数值时，则所述调整电路所设定的所述权重值为小于所述第二数值的第四数值。
6. 如权利要求1所述的相位检测模块，其特征在于，所述选择电路在所述能量估测值大 于一临界值时输出所述相位侦测值。
7. 如权利要求1所述的相位检测模块，其特征在于，所述输入讯号是一锁相回路所产生 的输出讯号与欲锁定的参考讯号的运算结果。
8. —种相位检测模块，其特征在于，所述相位检测模块包含-一相位侦测电路，用来于一侦测时间点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值； 一能量估测电路，用来产生一能量估测值，其中所述能量估测值是用来指示所述输入讯号于所述侦测时间点所具有之能量大小；以及一调整电路，用来依据所述能量估测值决定一权重值，并将所述相位侦测值乘上所述权重值来调整所述相位侦测值。
9. 如权利要求8所述的相位检测模块，其特征在于，当所述能量估测值等于第一数值时， 所述调整电路所设定的所述权重值等于第二数值；当所述能量估测值小于所述第一数值的第 三数值时，则所述调整电路所设定的所述权重值为小于所述第二数值的第四数值。
10. 如权利要求8所述的相位检测模块，其特征在于，当所述能量估测值小于一临界值 时，所述调整电路将所述权重值设为零。
11. 如权利要求8所述的相位检测模块，其特征在于，所述输入讯号为一锁相回路所产 生的输出讯号与欲锁定的参考讯号的运算结果。
12. —种相位检测方法，其特征在于，所述相位检测方法包含以下步骤 于一侦测时间点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值；产生用来指示所述输入讯号于所述侦测时间点所具有之能量大小的一能量估测值；以及根据所述能量估测值来选择性地输出所述相位侦测值。
13. 如权利要求12所述的相位检测方法，其特征在于，根据所述能量估测值来选择性地 输出所述相位侦测值之步骤前还包含以下步骤依据所述能量估测值决定一权重值，并将所述相位侦测值乘上所述权重值来调整所 述相位侦测值。
14. 如权利要求13所述的相位检测方法，其特征在于，当所述能量估测值等于第一数值 时，依据所述能量估测值所决定的所述权重值等于第二数值；当所述能量估测值小于所述第 一数值的第三数值时，则依据所述能量估测值所决定的所述权重为小于所述第二数值的第四 数值。
15. 如权利要求12所述的相位检测方法，其特征在于，根据所述能量估测值来选择性地输出所述相位侦测值之步骤后还包含以下步骤依据所述能量估测值决定一权重值，并将输出的所述相位侦测值乘上所述权重值来 调整所输出的所述相位侦测值。
16. 如权利要求15所述的相位检测方法，其特征在于，当所述能量估测值等于第一数值 时，依据所述能量估测值所决定的所述权重值等于第二数值；当所述能量估测值小于所述第 一数值的第三数值时，则依据所述能量估测值所决定的所述权重值为小于所述第二数值的第四数值。
17. 如权利要求12所述的相位检测方法，其特征在于，根据所述能量估测值来选择性地 输出所述相位侦测值的步骤是在所述能量估测值大于一临界值时输出所述相位侦测值。
18. 如权利要求12所述的相位检测方法，其特征在于，所述输入讯号为一锁相回路所产 生的一输出讯号与欲锁定的参考讯号的运算结果。
19. 一种相位检测方法，其特征在于，所述相位检测方法包含以下步骤于一侦测时间点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值；产生用来指示所述输入讯号于所述侦测时间点所具有的能量大小的一能量估测值；以及依据所述能量估测值决定一权重值，并将所述相位侦测值乘上所述权重值来调整所述 相位侦测值。
20. 如权利要求19所述的相位检测方法，其特征在于，当所述能量估测值等于第一数值 时，依据所述能量估测值所决定的所述权重值等于第二数值；当所述能量估测值小于所述第 一数值的第三数值时，则依据所述能量估测值所决定的所述权重值小于所述第二数值的第四 数值。
21. 如权利要求19所述的相位检测方法，其特征在于，当所述能量估测值小于一临界值 时，所述权重值设为零。
22. 如权利要求19项所述的相位检测方法，其特征在于，所述输入讯号为一锁相回路所 产生的一输出讯号与欲锁定的参考讯号的运算结果。
全文摘要
本发明公开了一种相位检测模块及其检测方法，它可提高检测准确度及抗噪声强健度。相位检测模块包含有一相位侦测电路、一能量估测电路，以及一选择电路，其中相位侦测电路是于一侦测时间点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值，而能量估测电路产生一能量估测值，用来指示输入讯号于该侦测时间点所具有的能量大小，选择电路则根据能量估测值来选择性地输出相位侦测电路的相位侦测值。
文档编号H04L1/20GK101615994SQ20081012678
公开日2009年12月30日 申请日期2008年6月23日 优先权日2008年6月23日
发明者吴山宗 申请人:晨星软件研发(深圳)有限公司;晨星半导体股份有限公司