專利名稱：帶有輸入信號之間的差值選擇的相位檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來檢測第一輸入信號和第二輸入信號之間相位的相位檢測器。
本發(fā)明還涉及一6種包括一個用于檢測第一輸入信號和第二輸入信號之間的相位的相位檢測器的鎖相環(huán)；本發(fā)明還涉及一種用于檢測第一輸入信號和第二輸入信號之間的相位的方法；本發(fā)明還涉及一種用于檢測第一輸入信號和第二輸入信號之間的相位的處理器程序產(chǎn)品。
例如當用在基于PLL的、其中調(diào)制相位被轉(zhuǎn)換成電壓的相位解調(diào)器中，以及用在需要帶有可能的頻率檢測能力的相位檢測器的零IF(中頻)接收器中時，這樣的相位檢測器形成例如鎖相環(huán)或稱為PLL的一部分。
現(xiàn)有技術(shù)的相位檢測器可以從US 6,366,145B1中知，該文件在其圖4中公開了一種數(shù)字相位檢測器(102)，包括一個相位檢測器(122)、一個濾波器(124)和一個相位切換器(126)。
這樣的已知相位檢測器例如是由兩個D觸發(fā)器和一個與非(NAND)門構(gòu)成兩個D觸發(fā)器的兩個D輸入端都接收邏輯“1”，第一個D觸發(fā)器的時鐘輸入端接收參考信號REF，第二個D觸發(fā)器的時鐘輸入端接收時鐘信號CLK，第一個D觸發(fā)器的Q輸出端產(chǎn)生UP-信號，第二個D觸發(fā)器的Q輸出端產(chǎn)生DOWN-信號，其中UP-信號和DOWN-信號被進一步輸入到所述與非門的輸入端，該與非門的輸出端被耦合至兩個D觸發(fā)器的兩個復位輸入端以實現(xiàn)復位的目的。
尤其由于不能在更惡劣的環(huán)境下正常地工作，已知的相位檢測器是有缺點的例如對較高頻率，線性范圍(相位檢測器線性工作的范圍)變??；以及例如抽樣輸入信號，輸出抖動大大增加；以及例如已知的相位檢測器的死區(qū)的缺點在更惡劣的情況下將變得更多。
本發(fā)明的目的尤其在于提供一種如前言所述的在更加惡劣的環(huán)境下正常工作的相位檢測器。
本發(fā)明的相位檢測器的特征在于所述的相位檢測器包括一個用來建立所述輸入信號之間差值的差值建立器，還包括一個用來從所述的差值中選擇一個作為輸出信號的選擇器。
所述差值建立器通過例如計算第一個差值信號和第二個差值信號來建立所述輸入信號之間的差值，然后，所述選擇器為了鎖相的目的，選擇所述差值信號中的一個用作輸出信號。
本發(fā)明尤其基于這樣的理解，即所述輸入信號間的差值將顯示要被檢測的相位(差)；并且尤其基于這樣的基本思想，即可以建立幾個差值，之后選擇最好的一個。
本發(fā)明尤其解決了這樣的問題，即提供一種在更惡劣環(huán)境下能夠正常運行的相位檢測器；而本發(fā)明的優(yōu)點尤其在于，作為建立差值然后選擇其一的結(jié)果，該相位檢測器的任何死區(qū)都會消失。
如權(quán)利要求2所定義的本發(fā)明的相位檢測器的第一個實施例的優(yōu)點在于所述選擇器是無反饋選擇器。
所述的無反饋選擇器沒有任何環(huán)路(在方塊級)，其結(jié)果就是在較高頻率處，因為所述選擇器中(在方塊級)不再存在環(huán)路延遲，所以線性范圍(相位檢測器線性工作的范圍)將不再變小。并且因為所述選擇器(在方塊級)中沒有任何環(huán)路的存在，所以對于抽樣輸入信號，輸出抖動將不再增加。
如權(quán)利要求3所定義的本發(fā)明的相位檢測器的第二個實施例的優(yōu)點在于所述選擇器包括由所述第二輸入信號提供時鐘的鎖存器，并用來接收所述第一輸入信號和用來產(chǎn)生鎖存信號；所述選擇器還包括一個由所述第二輸入信號控制的多路復用器，并用來接收所述的鎖存信號和用來產(chǎn)生一個選擇信號。
所述鎖存器例如是D觸發(fā)器，每個D觸發(fā)器都接收第一輸入信號，該第一輸入信號例如是它們的D輸入端和D反相輸入端之間的時鐘信號CLK；每個D觸發(fā)器都產(chǎn)生一個在它們的Q輸出端和Q反相輸出端之間的鎖存信號；該第二輸入信號例如是參考信號REF提供至第一鎖存器的時鐘輸入端、第二鎖存器信號的時鐘反相輸入端、以及所述多路復用器控制輸入端。該低復雜度低成本的實施例與所述現(xiàn)有技術(shù)相位檢測器相比沒有任何環(huán)路，現(xiàn)有技術(shù)中觸發(fā)器的輸出端都通過所述的與非(NAND)反饋至所述觸發(fā)器的復位輸入端。對于所述的第二實施例，為了相位鎖定，不使用(和/或斷開，和/或不連接)這些復位輸入端。
如權(quán)利要求4所定義的本發(fā)明的相位檢測器的第三個實施例的優(yōu)點在于所述的相位電路包括一個將所述輸入信號轉(zhuǎn)換成補償輸入信號的轉(zhuǎn)換器。
所述轉(zhuǎn)換器，例如為了過程的變化，補償所述輸入信號，因此差值建立器將能更好的建立所述的差值。
如權(quán)利要求5所定義的本發(fā)明的相位檢測器的第四個實施例的優(yōu)點在于所述轉(zhuǎn)換器包括每個輸入信號一個緩沖器電路，該緩沖器電路耦合至復制電路(replica circuit)。
耦合至所述復制電路的所述緩沖器電路針對溫度的變化補償每個輸入信號，利用該緩沖器電路加復制電路的組合都提供具有(基本上)相等振幅的補償輸入信號，用于改善差值的建立。
如權(quán)利要求6所定義的本發(fā)明的相位檢測器的第五個實施例的優(yōu)點在于所述差值建立器包括一個減法電路，用來相互減去補償輸入信號并且產(chǎn)生一個結(jié)果信號；還包括一個模電路(modulus circuit)用來產(chǎn)生所述結(jié)果信號的模數(shù)；所述相位檢測器包括一個被選擇信號控制的多路復用器用來選擇一個模數(shù)。
第一個差值信號例如包括所述補償輸入信號之間差值的正模數(shù)，第二個差值信號例如包括所述補償輸入信號之間差值的負模數(shù)，所述多路復用器選擇這些模中的一個。
如權(quán)利要求7所定義的本發(fā)明的相位檢測器的第六個實施例的優(yōu)點在于所述差值建立器包括一個減法電路，用來相互減去補償輸入信號并且產(chǎn)生一個結(jié)果信號，還包括一個平方電路用來產(chǎn)生所述結(jié)果信號的平方；所述相位檢測器包括一個被選擇信號控制的多路復用器用來選擇一個平方。
第一個差值信號例如包括所述補償?shù)妮斎胄盘栔g的差值的正平方，第二個差值信號例如包括所述補償?shù)妮斎胄盘栔g差值的負平方，所述多路復用器選擇這些所產(chǎn)生的平方中的一個。
本發(fā)明的鎖相環(huán)的實施例、本發(fā)明方法的實施例和本發(fā)明處理器程序產(chǎn)品的實施例與本發(fā)明相位檢測器的實施例相對應。
本發(fā)明這些和其他方面將參考下文描述的實施例來展示和闡述。


圖1以框圖形式顯示了根據(jù)本發(fā)明包括一個帶有模電路和選擇器的差值建立器的相位檢測器的框圖，和圖2為根據(jù)本發(fā)明的所述基于模計算的相位檢測器的時序圖，其中圖2a公開了領(lǐng)先于補償REF信號或y信號的補償CLK信號或x信號，圖2b公開了滯后于補償REF信號或y信號的補償CLK信號或x信號。
圖1所示的相位檢測器包括一個差值建立器1，該差值建立器1包括一個減法電路11，用來接收x信號(即補償?shù)臅r鐘信號)和y信號(即補償?shù)膮⒖夹盘?以及產(chǎn)生一個(x-y)信號作為結(jié)果信號。差值建立器1包括一個模電路12用來計算模|x-y|和-|x-y|，以便提供給一個多路復用器13用于產(chǎn)生一個相位鎖定信號。
轉(zhuǎn)換器3包括一個用來接收時鐘信號CLK的緩沖器電路31，該緩沖器電路31耦合至一個復制電路32用于產(chǎn)生補償時鐘信號或x信號，轉(zhuǎn)換器3還包括一個用來接收參考信號REF的緩沖器電路33，該緩沖器電路33耦合至一個復制電路34用于產(chǎn)生補償參考信號或y信號。轉(zhuǎn)換器3補償所述的輸入信號，例如針對過程的變化，其結(jié)果是差值建立器1將能更好的建立所述的差值。耦合至所述復制電路32、34的所述緩沖器電路31、33針對溫度的變化來補償每個輸入信號，組合電路31-32和33-34都提供具有(基本上)相等振幅的補償輸入信號，以改善差值的建立。換句話說，復制偏差電路32、34讓x信號和y信號基本上互相相等，并且利用過程的誤差和溫度的變化對信號進行補償。
圖1中所示的相位檢測器進一步包括一個選擇器2，該選擇器2包括鎖存器21和22，每一個鎖存器都是以例如D觸發(fā)器的形式，并且每一個鎖存器都接收D輸入端和D反相輸入端之間的時鐘信號，并且每一個鎖存器都由參考信號(其中鎖存器21在其時鐘輸入端接收REF信號，鎖存器22在其時鐘反相輸入端接收REF信號)提供時鐘。鎖存器21和22都產(chǎn)生存在于它們的Q輸出端和Q反相輸出端之間的鎖存信號，其中鎖存信號被提供至被所述REF信號控制的多路復用器23。因此，來自鎖存器21的鎖存信號被直接提供，而來自鎖存器22的鎖存信號被反相提供。多路復用器23的輸出信號是選擇信號，并且被提拱至多路復用器13的控制輸入端。
由圖2a看來，隨著補償CLK信號或者x信號領(lǐng)先于補償REF信號或稱為y信號，圖1所示的相位檢測器工作過程如下。選擇器2是一種利用開關(guān)式(bang-bang)操作、并擔當1比特量化器的的判定電路，同時在REF信號的兩個邊沿對兩個D觸發(fā)器21、22抽樣/提供時鐘。選擇器2決定補償CLK信號或x信號領(lǐng)先于補償REF信號或y信號，多路復用器23將以這樣的方式產(chǎn)生一個針對多路復用器13指定的和控制多路復用器的選擇信號，該方式是選擇正模數(shù)+|x-y|為相位鎖定信號。可以從圖2a中得出，這明顯是個正確的選擇。
由圖2b看來，隨著補償CLK信號或者x信號滯后于補償REF信號或稱為y信號，圖1所示的相位檢測器工作過程如下。選擇器2現(xiàn)在決定補償CLK信號或x信號滯后于補償REF信號或y信號，多路復用器23將以這樣的方式產(chǎn)生一個針對多路復用器13指定的和控制多路復用器的選擇信號，該方式是選擇負模數(shù)-|x-y|為相位鎖定信號?？梢詮膱D2b中得出，這明顯是個正確的選擇。
本發(fā)明尤其基于這樣的理解，即所述輸入信號之間的差值表示要被檢測的相位(差)；并且本發(fā)明尤其基于一個基本思想，即(通過從第二個減去第一個，反之亦然，并且第一個領(lǐng)先或者落后于另一個)可以建立幾個差值，然后選擇最好(或者是正確)的一個。
本發(fā)明尤其解決了問題，即提供一種在更惡劣環(huán)境下正常運行的相位檢測器，其優(yōu)點尤其在于，作為建立差值然后選擇其一的結(jié)果，該相位檢測器的任何死區(qū)都消失。
所述的無反饋選擇器2沒有任何環(huán)路(在方框級)，因為所述選擇器中(在方框級)不再存在環(huán)路延遲，所以在較高頻率處，線性范圍(相位檢測器線性工作的范圍)將不再變小。并且因為所述選擇器2(在方框級)不再有任何環(huán)路的存在，所以對于抽樣輸入信號，輸出抖動將不再增加。
優(yōu)選地，選擇器2中的延遲(從輸入信號到選擇信號)比轉(zhuǎn)換器3(從輸入信號到補償輸入信號)和差值建立器1(從減法電路11通過模電路12到多路復用器13)的延遲總和還小，然后多路復用器13將在模到達之前準備好。此外，模電路12中的兩個通道應該有基本上相同的延遲以避免引入相位誤差。
例如，模電路12可以經(jīng)由|z|＝z·sign(z)、通過一個包括12個晶體管Q1-Q12和5個電流源CS1-CS5的電路來實現(xiàn)。Q9，Q10，Q11，Q12的集電極耦合至一個正電壓源，Q12和Q9的基極互相耦合，Q11和Q10的基極互相耦合并接收一個偏置電壓。Q12的發(fā)射極耦合至Q1的基極和第一個電流源CS1(Io(1+z))，Q1的集電極耦合至Q9的發(fā)射極、Q3的基極、Q4的集電極、Q5的基極和Q8的基極，Q1的發(fā)射極耦合至Q3、Q4和Q2的發(fā)射極和第二個電流源CS2(Ibias)。Q11的發(fā)射極耦合至Q2的基極和第三個電流源CS3(Io(1-z))，Q2的集電極耦合至Q10的發(fā)射極、Q4的基極、Q3的集電極、Q6的基極和Q7的基極。Q5和Q6的發(fā)射極互相耦合，并且耦合至第四個電流源CS4(Io(1-z))，Q7和Q8的發(fā)射極互相耦合，并且耦合至第五個電流源CS5(Io(1+z))。Q5和Q7的集電極耦合至第一個公共點用來傳導電流-|z|＝z·sign(z)，而Q6和Q8的集電極耦合至第二個公共點用來傳導電流+|z|＝z·sign(z)。
可替換地，代替模電路12，而引入一個平方電路，用來產(chǎn)生第一個平方+(x-y)2和第二個平方-(x-y)2。這可以例如經(jīng)由z2＝z·z、通過包括6個晶體管Q5-Q10和4個電流源CS1、CS3、CS4、CS5的電路實現(xiàn)。Q9和Q10的集電極耦合至正電壓源，Q9和Q10的基極接收一個偏置電壓。Q9的發(fā)射極耦合至Q5和Q8的基極和第一個電流源CS1(Io(1+z))。Q10的發(fā)射極耦合至Q6和Q7的基極和第三個電流源CS3(Io(1-z))。Q5和Q6的發(fā)射極互相耦合，并且耦合至第四個電流源CS4(Io(1-z))，Q7和Q8的發(fā)射極互相耦合，并且耦合至第五個電流源CS5(Io(1+z))。Q5和Q7的集電極耦合至第一個公共點用來傳導電流-z2，Q6和Q8的集電極耦合至第二個公共點用來傳導電流+z2。
有許多不背離本發(fā)明范圍的替代實施例。減法電路11、模電路12或者平方電路12、和多路復用器13可以用很多不同的方法設計。例如，所述的電路12可以使用其他的晶體管和/或其他極性來設計，并且使用一個“單線+接地”的結(jié)構(gòu)來代替“雙線”結(jié)構(gòu)。鎖存器21和22可以是其他觸發(fā)器或其他電路的形式。
本發(fā)明的相位檢測器有利地被用在運行在1GHz或10GHz的鎖相環(huán)或PLL中，例如當用在基于PLL的調(diào)制相位被轉(zhuǎn)換成電壓的相位解調(diào)器中，以及用在需要具有可能的頻率檢測能力的相位檢測器的零IF(中間頻率)接收器中時。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測第一輸入信號和第二輸入信號之間的相位的相位檢測器，其特征在于，所述的相位檢測器包括一個用來建立所述輸入信號之間的差值的差值建立器，還包括一個用來選擇所述差值中的一個作為輸出信號的選擇器。
2.如權(quán)利要求1所述的相位檢測器，其特征在于，所述選擇器是一個無反饋的選擇器。
3.如權(quán)利要求2所述的相位檢測器，其特征在于，所述的選擇器包括由所述第二輸入信號提供時鐘的鎖存器，用來接收所述第一輸入信號并用來產(chǎn)生鎖存信號；所述選擇器還包括一個由所述第二輸入信號控制的多路復用器，用來接收所述鎖存信號并用來產(chǎn)生一個選擇信號。
4.如權(quán)利要求1所述的相位檢測器，其特征在于，所述的相位電路包括一個用來把所述的輸入信號轉(zhuǎn)換成補償輸入信號的轉(zhuǎn)換器。
5.如權(quán)利要求4所述的相位檢測器，其特征在于，所述的轉(zhuǎn)換器包括每個輸入信號一個緩沖器電路，該緩沖器電路耦合至一個復制電路。
6.如權(quán)利要求4所述的相位檢測器，其特征在于，所述的差值建立器包括一個減法電路，用來相互減去補償輸入信號并且產(chǎn)生一個結(jié)果信號，還包括一個模電路用來產(chǎn)生所述結(jié)果信號的模；所述相位檢測器包括一個被選擇信號控制的多路復用器用來選擇模數(shù)。
7.如權(quán)利要求4所述的相位檢測器，其特征在于，所述的差值建立器包括一個減法電路用來相互減去補償輸入信號并且產(chǎn)生一個結(jié)果信號，還包括一個平方電路用來產(chǎn)生所述結(jié)果信號的平方；所述相位檢測器包括一個被選擇信號控制的多路復用器用來選擇一個平方。
8.一種包括一個用來檢測第一輸入信號和第二輸入信號之間相位的相位檢測器的鎖相環(huán)，其特征在于，所述的相位檢測器包括一個用來建立所述輸入信號之間差值的差值建立器，還包括一個用來選擇所述的差值中的一個作為輸出信號的選擇器。
9.一種用來檢測第一輸入信號和第二輸入信號之間相位的方法，其特征在于，所述方法包括建立所述輸入信號之間差值的步驟，和選擇所述差值中的一個作為輸出信號的步驟。
10.一種用來檢測第一輸入信號和第二輸入信號之間相位的處理器程序產(chǎn)品，其特征在于，所述的處理器程序產(chǎn)品包括建立所述輸入信號之間差值的功能，和選擇所述差值中的一個作為輸出信號的功能。
全文摘要
已知的相位檢測器帶有反饋環(huán)路，并且在惡劣的環(huán)境下不能正常工作。通過提供所述的帶有為建立輸入信號之間的差值的差值建立器(1)和帶有為了相位鎖定而選擇所述差值中的一個作為輸出信號的選擇器(2)的相位檢測器，該相位檢測器就能夠在更惡劣的環(huán)境下更好的工作，并且任何死區(qū)都消失了。所述選擇器(2)是一個無反饋選擇器，那么就不再存在環(huán)路延遲，因此較高頻率的線性范圍將不再變小，對于抽樣輸入信號，輸出抖動將不會增加。所述的選擇器(2)包括鎖存器(21，22)和一個多路復用器(23)。轉(zhuǎn)換器(3)通過一個耦合至每個輸入信號一個的復制電路(32，34)的緩沖器電路(31，33)，將輸入信號轉(zhuǎn)換為補償輸入信號，以提供擁有基本相等幅度的、利用過程誤差以及溫度變化補償?shù)妮斎胄盘?。差值建立?1)基于模數(shù)或者平方。
文檔編號H03L7/085GK1672321SQ03818437
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月1日
發(fā)明者M·A·T·桑杜利努 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司