專利名稱：混合式相鎖回路及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相鎖回路(Phase Locked Loop，PLL)，尤其是一種數(shù)字與模擬混合的混合式相鎖回路及其控制方法。
但是，此電路在設(shè)計時通常會有兩個問題的設(shè)計方向是互相沖突的。首先，對于參考頻率源Fref的抖動(jitter)而言，該P(yáng)LL的頻寬FLBW(LoopBandwidth)應(yīng)設(shè)計的很窄，藉以濾掉參考頻率源Fref的抖動。其次，對于壓控振蕩器16的抖動而言，該P(yáng)LL的頻寬應(yīng)設(shè)計的很寬，用以抑制壓控振蕩器16的抖動。另外，除了上述兩個互相沖突的設(shè)計問題外，還有關(guān)于PLL的穩(wěn)定度問題。通常PLL的頻寬FLBW與參考頻率源Fref的頻率比值需滿足式(1)的不等式，該P(yáng)LL才會穩(wěn)定。FrefFLBW≥K------(1)]]>上述的條件在參考頻率源Fref的頻率很高的情況下沒有太大問題。但是在參考頻率源Fref的頻率很低，但壓控振蕩器的輸出頻率很高的情形下，為了符合穩(wěn)定度的問題，PLL的頻寬FLBW不可取太大，則壓控振蕩器的抖動將無法有效抑制。例如在LCD控制晶片中，參考頻率源(即水平同步信號，HSYNC)Fref的頻率約為30KHZ～100KHZ，而壓控振蕩器所需的頻率約為25MHZ～200MHZ。倍頻數(shù)很高，約為800倍至2000倍之間。若以習(xí)知的PLL架構(gòu)來設(shè)計，則壓控振蕩器的抖動將無法達(dá)到要求。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在參考頻率源的頻率很低且抖動很大的情形下，亦可提供壓控振蕩器的抖動在要求范圍內(nèi)的混合式相鎖回路。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明混合式相鎖回路包含一相位頻率偵測器，用來偵測一參考頻率信號與一振蕩反饋信號的相位差，并以一平均頻率信號作為參考，產(chǎn)生數(shù)字的相位差信號；一數(shù)字泵，接收前述相位差信號，并根據(jù)一比例增益值與累積增益值產(chǎn)生比例增益信號與累積增益信號；一數(shù)字濾波器，接收前述比例增益信號與累積增益信號產(chǎn)生一數(shù)字的控制信號；一數(shù)字控制振蕩器，接收前述控制信號與前述平均頻率信號，產(chǎn)生相位變換信號；一相位選擇器，接收一組相位平均的多相位信號以及前述相位變換信號，并根據(jù)該相位變換信號選擇前后相位輸出，作為前述平均頻率信號；一模擬相鎖回路，接收前述平均頻率信號并過濾該平均頻率信號的抖動后產(chǎn)生輸出信號以及一除頻器，接收前述輸出信號，并除頻后產(chǎn)生前述振蕩反饋信號。
本發(fā)明還包含一種混合式相鎖回路的控制方法，包含下列步驟相位頻率偵測步驟，以數(shù)字方式偵測一參考頻率信號與一振蕩反饋信號的相位差，并以一平均頻率信號作為參考，產(chǎn)生數(shù)字的相位差信號；第一計算步驟，接收前述相位差信號，并以數(shù)字方式根據(jù)一比例增益值與累積增益值計算出比例增益信號與累積增益信號；第二計算步驟，以數(shù)字過濾方式根據(jù)前述比例增益信號與累積增益信號產(chǎn)生一數(shù)字的控制信號；數(shù)字振蕩步驟，根據(jù)前述控制信號與前述平均頻率信號，以數(shù)字型控制方式產(chǎn)生一相位變換信號；相位選擇步驟，接收一組相位平均的多相位信號以及前述相位變換信號，并根據(jù)前述相位變換信號的脈沖選擇前或后相位輸出，作為前述平均頻率信號，且該平均頻率信號為輸出信號；以及除頻步驟，接收前述平均頻率信號，并除頻后產(chǎn)生前述振蕩反饋信號。
圖2為本發(fā)明混合式相鎖回路的架構(gòu)方塊圖。如該圖所示，混合式相鎖回路20包含一相位頻率偵測器21、一數(shù)字泵22、一數(shù)字濾波器23、一數(shù)字控制振蕩器24、一相位選擇器25、一多相位頻率產(chǎn)生器26、一模擬相鎖回路27、及一除頻器28。其中，相位頻率偵測器21、數(shù)字泵22、數(shù)字濾波器23、數(shù)字控制振蕩器24、相位選擇器25與除頻器28為數(shù)字處理，而多相位頻率產(chǎn)生器26與模擬相鎖回路27為模擬處理。
相位頻率偵測器21用來偵測參考頻率信號Fref與振蕩反饋信號Fb的相位差，并輸出相位差信號PE。該相位差信號PE為一數(shù)值信號，表示參考頻率信號Fref與振蕩反饋號Fb相位誤差期間平均頻率信號Fav所產(chǎn)生的脈沖數(shù)。該參考頻率信號Fref可為LCD控制晶片中的水平同步信號HSYNC。圖3顯示參考頻率信號Fref、振蕩反饋信號Fb以及相位差信號PE計數(shù)的時間的時序圖。由圖3可了解到，參考頻率信號Fref與振蕩反饋信號Fb的相位誤差越大，相位差信號PE計數(shù)的時間越長，因此相位差信號PE的值就越大。
圖4顯示數(shù)字泵22與數(shù)字濾波器23的架構(gòu)方塊圖。數(shù)字泵22接收相位差信號PE，并產(chǎn)生比例輸出信號P與累積輸出信號I。而數(shù)字濾波器23則接收比例輸出信號P與累積輸出信號I，并產(chǎn)生控制信號PCW。數(shù)字泵22包含兩個乘法器221、222。乘法器221將相位差信號PE乘上一比例增益值P-gain后產(chǎn)生比例輸出信號P。而乘法器222將相位差信號PE乘上一累積增益值I-gain后產(chǎn)生比例輸出信號I。該比例輸出信號I經(jīng)過加法器232與積分器233的積分后，利用加法器231與比例輸出信號P相加而產(chǎn)生控制信號PCW。根據(jù)圖4可了解到，加法器231相當(dāng)于習(xí)知模擬回路濾波器的電阻項Rs，而加法器232與積分器233相當(dāng)于習(xí)知模擬回路濾波器的電容項Cs。
數(shù)字控制振蕩器24接收控制信號PCW，并產(chǎn)生相位選擇信號PS。數(shù)字控制振蕩器24可為一累加器，并以平均頻率信號Fav為觸發(fā)時脈，持續(xù)累加控制信號PCW后，將進(jìn)位信號輸出作為相位選擇信號PS。因此，控制信號PCW的值越大，則相位選擇信號PS的頻率亦越高。式(2)顯示平均頻率信號Fav的頻率fav、控制信號PCW以及相位選擇信號PS的頻率fps的關(guān)，其中2n表示數(shù)字控制振蕩器24的最大數(shù)值，相當(dāng)于n位元累加器。fps=fav*pcw2n----(2)]]>多相位頻率產(chǎn)生器26用來提供復(fù)數(shù)個相位平均的多相位信號PH1～PHn。該等信號PH1～PHn的頻率接近于平均頻率信號Fav的頻率fav。由于多相位頻率產(chǎn)生器26為習(xí)知技術(shù)，不再詳加說明。相位選擇器25接收多相位信號PH1～PHn，并根據(jù)相位選擇信號PS選擇不同的相位信號。亦即，相位選擇信號PS每觸發(fā)一次，相位選擇器25就會向前或向后調(diào)一個相位，向前或向后選相位由信號PH1～PHn的頻率與平均頻率信號Fav的頻率fav決定。因此，當(dāng)整個系統(tǒng)被鎖定時(steady state)，控制信號PCW會固定一個數(shù)值，并使相位選擇信號PS的頻率讓相位選擇器25所輸出的平均頻率信號Fav的頻率為所需的頻率。
當(dāng)然多相位頻率產(chǎn)生器26所產(chǎn)生的多相位信號PH1～PHn的頻率與信號數(shù)n會限制平均頻率信號Fav的頻率范圍。例如，若多相位信號PH1～PHn的頻率為35MHz，且信號數(shù)n為16，則平均頻率信號Fav所能達(dá)到的頻率范圍為Fmax～Fmin，其中Fmax=35MHz*1716=37.1875MHz]]>Fmin=35Hz*1516=32.8125MHz]]>模擬相鎖回路27則為一般的相鎖回路，用來濾掉平均頻率信號Fav的抖動(cycle to cycle jitter)。由于平均頻率信號Fav的頻率遠(yuǎn)大于參考頻率信號Fref的頻率，故模擬相鎖回路27的頻寬可以設(shè)計的較寬，用以抑制模擬相鎖回路27內(nèi)部的壓控振蕩器的抖動(long term jitter)，使輸出信號FVCO的抖動變小。另外，將比例增益值P-gain與累積增益值I-gain調(diào)小即可使整個回路的頻寬變窄來濾棹參考頻率信號Fref的抖動。而除頻器28用來將輸出信號FVCO除以一數(shù)值后，產(chǎn)生振蕩反饋信號Fh。并且，該P(yáng)LL可利用控制除頻數(shù)值的大小控制輸出信號FVCO的頻率。
以下說明本發(fā)明混合式相鎖回路的控制方法。該控制方法包含下列步驟步驟一偵測相似頻率。以數(shù)字方式偵測一參考頻率信號與一振蕩反饋信號的相位差，并以一平均頻率信號作為參考，產(chǎn)生數(shù)字的相位差信號。
步驟二計算增益信號。接收前述相位差信號，并以數(shù)字方式根據(jù)一比例增益值與累積增益值計算出比例增益信號與累積增益信號。該步驟類似于一般PLL的電荷泵的動作。
步驟三計算控制信號。以數(shù)字過濾方式根據(jù)前述比例增益信號與累積增益信號產(chǎn)生一數(shù)字的控制信號。該步驟類似于一般PLL的回路濾波器的動作。
步驟四數(shù)字振蕩步驟。根據(jù)前述控制信號與前述平均頻率信號，以數(shù)字型控制方式產(chǎn)生一相位變換信號。該數(shù)字型控制方式是以累加控制信號，并以進(jìn)位值作為相位變換信號。
步驟五相位選擇步驟。接收一組相位平均的多相位信號以及前述相位變換信號，并根據(jù)前述相位變換信號的脈沖選擇前或后相位輸出，作為前述平均頻率信號。向前或向后選擇是根據(jù)多相位信號的頻率與平均頻率信號的頻率來決定。
步驟六過濾步驟。利用模擬相鎖回路過濾前述平均頻率信號的抖動后產(chǎn)生輸出信號。
步驟七除頻步驟。接收前述輸出信號，并除頻后產(chǎn)生前述振蕩反饋信號。
當(dāng)然，若對于平均頻率信號的抖動要求不高的話，步驟六的過濾動作可以省略。
以上雖以實施例說明本發(fā)明，但并不因此限定本發(fā)明的范圍，只要不脫離本發(fā)明的要旨，該行業(yè)者可進(jìn)行各種變形或變更。
權(quán)利要求
1.一種混合式相鎖回路，其特征是包含一相位頻率偵測器，偵測一參考頻率信號與一振蕩反饋信號的相位差，并以一平均頻率信號作為參考，產(chǎn)生數(shù)字的相位差信號；一數(shù)字泵，接收前述相位差信號，并根據(jù)一比例增益值與累積增益值產(chǎn)生比例增益信號與累積增益信號；一數(shù)字濾波器，接收前述比例增益信號與累積增益信號，產(chǎn)生一數(shù)字的控制信號；一數(shù)字控制振蕩器，接收前述控制信號與前述平均頻率信號，產(chǎn)生相位變換信號；一相位選擇器，接收一組相位平均的多相位信號以及前述相位變換信號，并根據(jù)該相位變換信號選擇前后相位輸出，作為前述平均頻率信號；一模擬相鎖回路，接收前述平均頻率信號并過濾該平均頻率信號的抖動后產(chǎn)生輸出信號以及一除頻器，接收前述輸出信號，并除頻后產(chǎn)生前述振蕩反饋信號。
2.如權(quán)利要求1所述的混合式相鎖回路，其特征是還包含一產(chǎn)生前述多相位信號的多相位頻率產(chǎn)生器。
3.如權(quán)利要求1所述的混合式相鎖回路，其特征是前述數(shù)字泵以前述平均頻率信號作為參考時脈。
4.如權(quán)利要求1所述的混合式相鎖回路，其特征是前述數(shù)字濾波器以前述平均頻率信號作為參考時脈。
5.如權(quán)利要求1所述的混合式相鎖回路，其特征是通過控制前述反饋除頻器的倍頻數(shù)，可控制前述輸出信號。
6.一種混合式相鎖回路，其特征是包含一相位頻率偵測器，偵測一參考頻率信號與一振蕩反饋信號的相位差，并以一平均頻率信號作為參考，產(chǎn)生數(shù)字的相位差信號；一數(shù)字泵，接收前述相位差信號，并根據(jù)一比例增益值與累積增益值產(chǎn)生比例增益信號與累積增益信號；一數(shù)字濾波器，接收前述比例增益信號與累積增益信號產(chǎn)生一數(shù)字的控制信號；一數(shù)字控制振蕩器，接收前述控制信號與前述平均頻率信號，產(chǎn)生相位變換信號；一相位選擇器，接收一組相位平均的多相位信號以及前述相位變換信號，并根據(jù)該相位變換信號選擇前后相位輸出，作為前述平均頻率信號；以及一除頻器，接收平均頻率信號，并除頻后產(chǎn)生前述振蕩反饋信號；其中前述平均頻率信號為輸出信號。
7.如權(quán)利要求6所述的混合式相鎖回路，其特征是還包含一產(chǎn)生前述多相位信號的多相位頻率產(chǎn)生器。
8.如權(quán)利要求6所述的混合式相鎖回路，其特征是前述數(shù)字泵以前述平均頻率信號作為參考時脈。
9.如權(quán)利要求6所述的混合式相鎖回路，其特征是前述數(shù)字濾波器以前述平均頻率信號作為參考時脈。
10.如權(quán)利要求6所述的混合式相鎖回路，其特征是通過控制前述反饋除頻器的倍頻數(shù)，可控制前述輸出信號的頻率。
11.一種混合式相鎖回路的控制方法，其特征是包含下列步驟相位頻率偵測步驟，以數(shù)字方式偵測一參考頻率信號與一振蕩反饋信號的相位差，并以一平均頻率信號作為參考，產(chǎn)生數(shù)字的相位差信號；第一計算步驟，接收前述相位差信號，并以數(shù)字方式根據(jù)一比例增益值與累積增益值計算出比例增益信號與累積增益信號；第二計算步驟，以數(shù)字過濾方式根據(jù)前述比例增益信號與累積增益信號產(chǎn)生一數(shù)字的控制信號；數(shù)字振蕩步驟，根據(jù)前述控制信號與前述平均頻率信號，以數(shù)字型控制方式產(chǎn)生一相位變換信號；相位選擇步驟，接收一組相位平均的多相位信號以及前述相位變換信號，并根據(jù)前述相位變換信號的脈沖選擇前或后相位輸出，作為前述平均頻率信號；過濾步驟，利用模擬相鎖回路過濾前述平均頻率信號的抖動后產(chǎn)生輸出信號；除頻步驟，接收前述輸出信號，并除頻后產(chǎn)生前述振蕩反饋信號。
12.如權(quán)利要求11所述的混合式相鎖回路的控制方法，其特征是還包含一多相位頻率產(chǎn)生步驟，用來產(chǎn)生前述多相位信號。
13.如權(quán)利要求11所述的混合式相鎖回路的控制方法，其特征是前述第一計算步驟以前述平均頻率信號作為參考時脈。
14.如權(quán)利要求11所述的混合式相鎖回路的控制方法，其特征是前述第二計算步驟以前述平均頻率信號作為參考時脈。
15.如權(quán)利要求11所述的混合式相鎖回路的控制方法，其特征是通過控制前述除頻步驟的除頻數(shù)，可控制前述輸出信號的頻率。
16.一種混合式相鎖回路的控制方法，其特征是包含下列步驟相位頻率偵測步驟，以數(shù)字方式偵測一參考頻率信號與一振蕩反饋信號的相位差，并以一平均頻率信號作為參考，產(chǎn)生數(shù)字的相位差信號；第一計算步驟，接收前述相位差信號，并以數(shù)字方式根據(jù)一比例增益值與累積增益值計算出比例增益信號與累積增益信號；第二計算步驟，以數(shù)字過濾方式根據(jù)前述比例增益信號與累積增益信號產(chǎn)生一數(shù)字的控制信號；數(shù)字振蕩步驟，根據(jù)前述控制信號與前述平均頻率信號，以數(shù)字型控制方式產(chǎn)生一相位變換信號；相位選擇步驟，接收一組相位平均的多相位信號以及前述相位變換信號，并根據(jù)前述相位變換信號的脈沖選擇前或后相位輸出，作為前述平均頻率信號，且該平均頻率信號為輸出信號；以及除頻步驟，接收前述平均頻率信號，并除頻后產(chǎn)生前述振蕩反饋信號。
17.如權(quán)利要求16所述的混合式相鎖回路的控制方法，其特征是還包含一多相位頻率產(chǎn)生步驟，用來產(chǎn)生前述多相位信號。
18.如權(quán)利要求16所述的混合式相鎖回路的控制方法，其特征是前述第一計算步驟以前述平均頻率信號作為參考時脈。
19.如權(quán)利要求16所述的混合式相鎖回路的控制方法，其特征是前述第二計算步驟以前述平均頻率信號作為參考時脈。
20.如權(quán)利要求16所述的混合式相鎖回路的控制方法，其特征是通過控制前述除頻步驟的除頻數(shù)，可控制前述輸出信號的頻率。
全文摘要
一種混合式相鎖回路及其控制方法，可有效抑制參考頻率源與輸出信號的抖動；該混合式相鎖回路包含一相位頻率偵測器，用來偵測一參考頻率信號與一振蕩反饋信號的相位差，并以一平均頻率信號作為參考，產(chǎn)生數(shù)字的相位差信號；一數(shù)字泵，接收相位差信號，并根據(jù)一比例增益值與累積增益值產(chǎn)生比例增益信號與累積增益信號；一數(shù)字濾波器，接收比例增益信號與累積增益信號產(chǎn)生一數(shù)字的控制信號；一數(shù)字控制振蕩器，接收控制信號與平均頻率信號，產(chǎn)生相位變換信號；一相位選擇器，接收一組相位平均的多相位信號以及相位變換信號，并根據(jù)該相位變換信號選擇前后相位輸出，作為平均頻率信號；一模擬相鎖回路，接收平均頻率信號并過濾該平均頻率信號的抖動后產(chǎn)生輸出信號；以及一除頻器，接收輸出信號，并除頻后產(chǎn)生振蕩反饋信號。
文檔編號H03L7/08GK1442955SQ0210672
公開日2003年9月17日 申請日期2002年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月1日
發(fā)明者張宏德 申請人:瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司