專利名稱：用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于傳送電子信息的技術(shù)，更具體而言，涉及用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
實(shí)現(xiàn)用于傳送電子信息的有效方法是當(dāng)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者和制造商需要考慮的一件重要事情。然而，有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)可能給系統(tǒng)設(shè)計(jì)者帶來重大挑戰(zhàn)。例如，對(duì)提高系統(tǒng)功能和性能的日益增強(qiáng)的需求可能需要更多的系統(tǒng)處理能力，并且需要額外的硬件資源。在處理或硬件需求方面的增長還可能會(huì)由于增長的生產(chǎn)成本和操作的低效而導(dǎo)致相應(yīng)的不利經(jīng)濟(jì)沖擊。
此外，雖然用于執(zhí)行各種高級(jí)傳送操作的增強(qiáng)的系統(tǒng)能力可以給系統(tǒng)用戶提供額外的益處，但是也可能使得對(duì)各種系統(tǒng)部件的控制和管理的需求增加。例如，有效傳送數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的增強(qiáng)電子系統(tǒng)可能由于所涉及的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的巨大數(shù)量和復(fù)雜性而從有效的實(shí)現(xiàn)方式中受益。
由于對(duì)系統(tǒng)資源的日益增長的需求以及數(shù)據(jù)量的大幅增加，顯然，開發(fā)用于實(shí)現(xiàn)和使用數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的新技術(shù)是一件關(guān)注相關(guān)電子技術(shù)的事情。因此，出于所有上述原因，開發(fā)用于傳送電子信息的有效系統(tǒng)仍然是當(dāng)代電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者、制造商及用戶需要考慮的重要事情。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，公開了一種有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的系統(tǒng)和方法。根據(jù)
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，鎖相環(huán)(PLL)執(zhí)行時(shí)鐘再生過程以再生成(regenerate)用于同步任何適當(dāng)?shù)脑O(shè)備或處理的主時(shí)鐘信號(hào)(primaryclock signal)。首先，壓控振蕩器(VCO)生成主時(shí)鐘信號(hào)。相位/頻率檢測器將主時(shí)鐘信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行比較，并根據(jù)主時(shí)鐘信號(hào)的頻率是否需要被提高或降低以匹配參考信號(hào)來向電荷泵提供向上信號(hào)或向下信號(hào)。電
荷泵隨后向包括電容器C2、電阻器Rd和電容器Cl的環(huán)路濾波器提供電荷泵輸出電流。環(huán)路濾波器隨后向求和節(jié)點(diǎn)提供環(huán)路濾波器電壓。
在第一實(shí)施例中，相位/頻率檢測器還向相位誤差檢測器提供前述的向上信號(hào)和向下信號(hào)，所述相位誤差檢測器生成去往向上/向下計(jì)數(shù)器(up/down counter)的相應(yīng)的向上計(jì)數(shù)信號(hào)和向下計(jì)數(shù)信號(hào)。當(dāng)來自相位/頻率檢測器的向上信號(hào)有效時(shí)，相位誤差檢測器響應(yīng)于相位誤差(PE)時(shí)鐘而生成向上計(jì)數(shù)信號(hào)。反之，當(dāng)來自相位/頻率檢測器的向下信號(hào)有效時(shí)，相位誤差檢測器響應(yīng)于相位誤差(PE)時(shí)鐘而生成向下計(jì)數(shù)信號(hào)。
在第二實(shí)施例中，環(huán)路濾波器向生成去往向上/向下計(jì)數(shù)器的向上計(jì)數(shù)信號(hào)和向下計(jì)數(shù)信號(hào)的電平檢測器提供前述的環(huán)路濾波器電壓。當(dāng)環(huán)路濾波器電壓大于預(yù)定的上限閾值時(shí)，電平檢測器使用激活向上計(jì)數(shù)信號(hào)的上限比較器。反之，當(dāng)環(huán)路濾波器電壓小于預(yù)定的下限閾值時(shí)，電平檢測器使用激活向下計(jì)數(shù)信號(hào)的下限比較器。
在第一和第二實(shí)施例兩者中，當(dāng)向上計(jì)數(shù)信號(hào)有效時(shí)，向上/向下計(jì)數(shù)器響應(yīng)于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘依次遞增計(jì)數(shù)器值。反之，當(dāng)向下計(jì)數(shù)信號(hào)有效時(shí)，向上/向下計(jì)數(shù)器響應(yīng)于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘依次遞減計(jì)數(shù)器值。向上/向下計(jì)數(shù)器隨后將計(jì)數(shù)器值提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將計(jì)數(shù)器值轉(zhuǎn)換為被提供給求和節(jié)點(diǎn)的模擬驅(qū)動(dòng)電壓。求和節(jié)點(diǎn)將驅(qū)動(dòng)電壓和前述環(huán)路濾波器電壓組合，以由此生成用于調(diào)節(jié)由VCO生成的主時(shí)鐘信號(hào)的頻率的VCO控制電壓。
在替代實(shí)施例中，通過利用除了用數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成VCO控制電壓之外的適當(dāng)技術(shù)，前述向上/向下計(jì)數(shù)器可以被用來與計(jì)數(shù)器值成比例地調(diào)節(jié)VCO的頻率。例如，通過控制電流值、電容值或延遲元件的總數(shù)，計(jì)數(shù)器值可以被用來與計(jì)數(shù)器值成比例地控制VCO。至少出于前述原因，本發(fā)明因此提供了用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的框圖2是根據(jù)本發(fā)明的圖1的接收器的一個(gè)實(shí)施例的框圖3是圖示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的最佳數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)的示圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的眼狀圖(eye diagram)和相應(yīng)的直方
圖5是鎖相環(huán)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖6是相位/頻率檢測器的一個(gè)實(shí)施例的時(shí)序圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的鎖相環(huán)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖8A-8C是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖7的相位誤差檢測器的示例性時(shí)序圖9是根據(jù)本發(fā)明的鎖相環(huán)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；以及
圖IO是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖9的電平檢測器的波形時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及對(duì)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的改進(jìn)。提供下面的描述以使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明，并且是在專利申請(qǐng)及其要求的背景中來提供下面的描述的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)很容易地清楚對(duì)所公開的實(shí)施例的各種修改，并且這里的一般原理可以被應(yīng)用到其它實(shí)施例中。因此，本發(fā)明不希望被限定到所示出的實(shí)施例，而是與符合在此描述的原理和特征的最寬范圍一致。
本發(fā)明在此被描述為用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的設(shè)備，并且包括響應(yīng)于VCO控制電壓生成主時(shí)鐘信號(hào)的壓控振蕩器。檢測裝置生成包括向上計(jì)數(shù)信號(hào)和向下計(jì)數(shù)信號(hào)在內(nèi)的計(jì)數(shù)器控制信號(hào)，以指示主時(shí)鐘信號(hào)和參考信號(hào)之間的當(dāng)前關(guān)系。然后，向上/向下計(jì)數(shù)器響應(yīng)于相應(yīng)的計(jì)數(shù)器控制信號(hào)而將內(nèi)部計(jì)數(shù)器值遞增或遞減。然后，計(jì)數(shù)器值被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為用于調(diào)節(jié)由壓控振蕩器生成的主時(shí)鐘信號(hào)的頻率的模擬VCO控制電壓。在替代實(shí)施例中，通過利用除了用數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成VCO控制電壓之外的適當(dāng)技術(shù)，前述向上/向下計(jì)數(shù)器可以被用來與計(jì)數(shù)器值成比例地調(diào)節(jié)壓控振蕩器的頻率?，F(xiàn)在參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110的框圖。在圖1的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110包括但不限于發(fā)送器114和接收器122。在替代實(shí)施例中，可以使用除了結(jié)合圖1實(shí)施例討論的那些部件和配置的某些之外的其它部件和配置來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110，或者不用結(jié)合圖1實(shí)施例討論的那些部件和配置的某些而用其它部件和配置來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110。
在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110的圖1實(shí)施例中，發(fā)送器114利用數(shù)據(jù)采樣器126接收來自任何適當(dāng)數(shù)據(jù)源的初始數(shù)據(jù)116。數(shù)據(jù)采樣器126參考發(fā)送時(shí)鐘130來將初始數(shù)據(jù)116同步。驅(qū)動(dòng)器134隨后將同步后的初始數(shù)據(jù)116作為發(fā)送數(shù)據(jù)118通過任何適當(dāng)類型的傳輸信道輸出。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110的接收器122隨后可以接收并處理發(fā)送數(shù)據(jù)118，以由此向任何適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)目的地提供最終數(shù)據(jù)138。
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110因此可以經(jīng)由傳輸信道在兩個(gè)分開的位置之間傳送任何所希望類型的電子數(shù)據(jù)或信息。這些位置彼此可以相當(dāng)遠(yuǎn)(例如，洲之間或衛(wèi)星之間)，或者可替代地可以彼此相對(duì)較近(例如，電子裝備內(nèi)的設(shè)備之間)。廣泛的物理傳輸介質(zhì)可以被用來輔助這種傳輸。示例包括自由空間中的電磁波(無線傳輸)，或者受限介質(zhì)(光纖、波導(dǎo)、電纜等)中的電磁波。
這種發(fā)送數(shù)據(jù)118 —般被處理成為適于以這樣一種方式通過信道傳輸?shù)母袷?，該方式使可理解?intelligibility)最大化(在接收器122處具有低差錯(cuò)出險(xiǎn)率)，具有低比特差錯(cuò)率(BER)，使數(shù)據(jù)吞吐率(以比特/秒或符號(hào)/秒來計(jì))最大化，使諸如傳輸功率、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度之類的某些成本因素最小化，并使頻譜效率最大化。
一種處理方法涉及在傳輸之前將初始數(shù)據(jù)116串行化(serialize)，以使得每個(gè)數(shù)據(jù)比特由唯一的符號(hào)來表示。這些符號(hào)按照由發(fā)送器114的發(fā)送時(shí)鐘130控制的特定速率通過信道被發(fā)送。為了準(zhǔn)確接收這些具有較低BER的經(jīng)編碼的符號(hào)并對(duì)其解串行化，接收器122可以再生成在頻率和相位方面類似于發(fā)送器114的發(fā)送時(shí)鐘130的本地接收器時(shí)鐘。接收器時(shí)鐘與進(jìn)入的(incoming)發(fā)送數(shù)據(jù)118的頻率和相位的同步可以在時(shí)鐘再生過程期間通過鎖相環(huán)(PLL)設(shè)備來有利地執(zhí)行。下面結(jié)合圖2-圖10進(jìn)一 步討論了關(guān)于接收器122的實(shí)現(xiàn)和利用的更多細(xì)節(jié)。
現(xiàn)在參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的圖1的接收器122的一個(gè)實(shí)施例 的框圖。在圖2的實(shí)施例中，接收器122可以包括但不限于接口 212、鎖 相環(huán)(PLL) 218以及處理模塊230。在替代實(shí)施例中，可以使用除了結(jié)合 圖2實(shí)施例討論的那些部件和配置的某些之外的其它部件和配置來實(shí)現(xiàn)接 收器122，或者不用結(jié)合圖2實(shí)施例討論的那些部件和配置的某些而用其 它部件和配置來實(shí)現(xiàn)接收器122。在各種實(shí)施例中，接收器122可以被實(shí) 現(xiàn)為任何其它適當(dāng)類型的電子設(shè)備。
在圖2的實(shí)施例中，發(fā)送數(shù)據(jù)118可以是從任何所希望的數(shù)據(jù)源接收 的，并且可被以任何適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)格式來編碼。例如，在某些實(shí)施例中，發(fā) 送數(shù)據(jù)118可以是從數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110 (圖1)的發(fā)送器114接收的。在 圖2的實(shí)施例中，接收器122的接口 212將發(fā)送數(shù)據(jù)118轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸. 入數(shù)據(jù)214。在圖2的實(shí)施例中，鎖相環(huán)(PLL) 218接收輸入數(shù)據(jù)214， 并作為響應(yīng)而執(zhí)行時(shí)鐘再生過程以生成時(shí)鐘信號(hào)226。處理模塊230可以 接收用于執(zhí)行任何適當(dāng)處理過程的輸出數(shù)據(jù)222和時(shí)鐘226以由此生成最 終數(shù)據(jù)138。下面結(jié)合圖3-圖IO進(jìn)一步討論了 PLL 218的實(shí)現(xiàn)和利用的某 些其它細(xì)節(jié)。
現(xiàn)在參考圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例圖示出最佳數(shù)據(jù)采樣 點(diǎn)的示圖。圖3的示圖被呈現(xiàn)用于說明的目的，在替代實(shí)施例中，本發(fā)明 可以利用除了結(jié)合圖3實(shí)施例討論的那些技術(shù)和時(shí)序關(guān)系的某些之外的技 術(shù)和時(shí)序關(guān)系，或者不用結(jié)合圖3實(shí)施例討論的那些技術(shù)和時(shí)序關(guān)系的某 些而用其它技術(shù)和時(shí)序關(guān)系。
在圖3的實(shí)施例中，示出了到接收器122 (圖1)的進(jìn)入數(shù)據(jù)118的 示例性脈沖。還示出了用于判定進(jìn)入數(shù)據(jù)118的高狀態(tài)或低狀態(tài)的判定閾 值(decision threshold) 316。圖3的實(shí)施例還示出了接收器122讀取進(jìn)入 數(shù)據(jù)118的脈沖的當(dāng)前狀態(tài)的最佳采樣點(diǎn)序列。例如，圖3的示圖示出了 與在時(shí)間324處發(fā)生的相應(yīng)最佳采樣點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的進(jìn)入數(shù)據(jù)118的第一脈沖 320。由于進(jìn)入數(shù)據(jù)118的上升或下降轉(zhuǎn)變(transition)中的各種潛在類型 的噪聲、轉(zhuǎn)變沿偏斜(skew)、抖動(dòng)(jitter)以及其它信號(hào)失真 (artifact)，接收器122需要與進(jìn)入數(shù)據(jù)118對(duì)準(zhǔn)的再生時(shí)鐘226，以使 得數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)出現(xiàn)在相應(yīng)數(shù)據(jù)脈沖的中部期間(遠(yuǎn)離各個(gè)轉(zhuǎn)變沿)。為了 精確確定時(shí)鐘相位誤差，接收器122必須對(duì)相對(duì)于接收器本地時(shí)鐘226的 進(jìn)入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變的時(shí)間位置作出判定。
因此，接收器122定義一個(gè)或多個(gè)判定閾值316，并且當(dāng)進(jìn)入數(shù)據(jù) 118越過判定閾值316時(shí)，接收器122能夠確定相位信息。因此，接收器 122可以相對(duì)于進(jìn)入數(shù)據(jù)118將接收器本地時(shí)鐘226 (圖2)與最佳時(shí)間位 置對(duì)準(zhǔn)。接收器本地時(shí)鐘226隨后能夠?qū)M(jìn)入數(shù)據(jù)118進(jìn)行采樣，并且然 后利用同一或另一判定閾值316對(duì)接收到的比特的狀態(tài)進(jìn)行判定。圖3的 示示出了進(jìn)入數(shù)據(jù)118和與接收器122的再生的鎖相時(shí)鐘226對(duì)準(zhǔn)的 最佳采樣點(diǎn)之間的關(guān)系。如上所述，最佳采樣點(diǎn)在進(jìn)入數(shù)據(jù)118的脈沖的 中心。換言之，最佳采樣點(diǎn)在離相鄰數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變最遠(yuǎn)的位置處。
現(xiàn)在參考圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例圖示出最佳時(shí)鐘時(shí)序特 性的眼狀圖412和相應(yīng)的直方圖428。圖4的眼狀圖412和直方圖428被 呈現(xiàn)用于說明目的。在替代實(shí)施例中，本發(fā)明可以利用除了結(jié)合圖4的實(shí) 施例討論的那些技術(shù)和時(shí)序關(guān)系的某些之外的其它技術(shù)和時(shí)序關(guān)系，或者 不用結(jié)合圖4的實(shí)施例討論的那些技術(shù)和時(shí)序關(guān)系的某些而用其它技術(shù)和 時(shí)序關(guān)系。
到接收器122 (圖1)的進(jìn)入數(shù)據(jù)118隨著時(shí)間而在比特寬度上呈現(xiàn) 出變化。這種變化稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)包括例如由發(fā)送器114處和域環(huán)境中的 噪聲引起的隨機(jī)分量。抖動(dòng)還包括例如由傳輸信道中的衰減和帶寬限制和/ 或來自其它源的干擾引起的確定性分量。抖動(dòng)的存在導(dǎo)致進(jìn)入數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變 相對(duì)于接收器本地時(shí)鐘226在時(shí)間上進(jìn)行了移動(dòng)。
如果抖動(dòng)太大，或者如果接收器時(shí)鐘226與進(jìn)入數(shù)據(jù)118的相位對(duì)準(zhǔn) 較差，則接收器122中的比特差錯(cuò)可能增加，這是因?yàn)榻邮掌鲿r(shí)鐘226的 采樣更接近于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，有較高的概率在比特狀態(tài)確定中出錯(cuò)。在圖4中 示出了這種現(xiàn)象。眼狀圖412是在進(jìn)入數(shù)據(jù)118被分成對(duì)應(yīng)于各個(gè)比特周期的多段、然后每段被疊加(superimpose)在眼狀圖412中的其它段上之 后的繪圖(plot)。
在時(shí)間416和時(shí)間420之間所示出的眼區(qū)(eye region)示出了多個(gè)疊 加后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，以及由于諸如抖動(dòng)之類的因素如何使得轉(zhuǎn)變?cè)跁r(shí)間上與 單個(gè)理想轉(zhuǎn)變不同。在圖4的實(shí)施例中，直方圖428示出了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變頻率 與時(shí)間的關(guān)系。如直方圖428所示，如果接收器122在接近于直方圖428 的峰值處采樣，則有較高的可能性使接收器122作出錯(cuò)誤的比特狀態(tài)確 定。因此，最佳采樣點(diǎn)位于時(shí)間432處，時(shí)間432在時(shí)間416和420處所 示出的直方圖峰值之間的中間(midway)。根據(jù)本發(fā)明，精確地再生成本 地時(shí)鐘226允許接收器122將最佳采樣點(diǎn)定位在時(shí)間432處，以由此有利 地容忍特定差錯(cuò)率的更大量抖動(dòng)。
現(xiàn)在參考圖5，示出了鎖相環(huán)(PLL) 510的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。在 圖5的實(shí)施例中，PLL510可以包括但不限于壓控振蕩器(VCO) 514、相 位/頻率檢測器522、電荷泵538以及環(huán)路濾波器(電容器C2 (542)、電 阻器Rd (546)和電容器Cl (550))。在替代實(shí)施例中，可以利用除了 結(jié)合圖5實(shí)施例討論的那些部件和配置的某些之外的其它部件和配置來實(shí) 現(xiàn)PLL 510，或者替代結(jié)合圖5實(shí)施例討論的那些部件和配置的某些的其 它部件和配置來實(shí)現(xiàn)PLL 510。
在圖5的實(shí)施例中，PLL 510執(zhí)行時(shí)鐘再生過程以再生成時(shí)鐘信號(hào) 518，用于同步任何適當(dāng)?shù)脑O(shè)備或處理(例如，圖2的接收器122)。在圖 5的實(shí)施例中，壓控振蕩器(VCO) 514生成時(shí)鐘信號(hào)518。相位/頻率檢 測器522將時(shí)鐘信號(hào)518與參考信號(hào)526進(jìn)行比較，并根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)518 的頻率為了匹配參考信號(hào)526需要被提高還是降低而向電荷泵538提供向 上信號(hào)530或向下信號(hào)534。電荷泵538隨后向包括電容器C2 (542)、 電阻器Rd (546)和電容器Cl (550)的環(huán)路濾波器提供電荷泵輸出電 流。環(huán)路濾波器的部件提供VCO控制電壓以調(diào)節(jié)VCO 514生成的時(shí)鐘信 號(hào)518的頻率。
圖5的PLL 510的一個(gè)問題在于電容器Cl (550)通常需要利用相對(duì) 較大的電容值來實(shí)現(xiàn)，這也導(dǎo)致了相應(yīng)較大的物理尺寸。當(dāng)將PLL510實(shí)
ii現(xiàn)為集成電路時(shí)，電容器CI (550)的大尺寸妨礙了將其實(shí)現(xiàn)為集成電路 的一部分，相反，電容器Cl (550) —般必須被實(shí)現(xiàn)為外部電容器。這種 外部實(shí)現(xiàn)方式不利地導(dǎo)致了額外的連接需要、增大的功耗，并且需要額外 的有價(jià)值的物理空間來實(shí)現(xiàn)PIX 510。下面結(jié)合圖7-圖IO進(jìn)一步討論了用 于通過利用數(shù)字技術(shù)來有效實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)的替代改進(jìn)技術(shù)。
現(xiàn)在參考圖6，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的相位/頻率檢測器的 時(shí)序圖。圖6的時(shí)序圖被呈現(xiàn)用于說明目的，并且在替代實(shí)施例中，可以 利用除了結(jié)合圖6實(shí)施例討論的那些波形和時(shí)序關(guān)系的某些之外的其它波 形和時(shí)序關(guān)系來實(shí)現(xiàn)相位/頻率檢測器，或者不用結(jié)合圖6實(shí)施例討論的那 些波形和時(shí)序關(guān)系的某些之外的其它波形和時(shí)序關(guān)系來實(shí)現(xiàn)相位/頻率檢測 器。
在圖6的示例中，示出的參考信號(hào)526 (見圖5)領(lǐng)先于時(shí)鐘信號(hào)518 以生成向上信號(hào)脈沖530 (見圖5)，用于使得時(shí)鐘VCO增大其輸出頻 率。在其它情況中，相位/頻率檢測器可以在時(shí)鐘信號(hào)518領(lǐng)先于參考信號(hào) 526時(shí)類似地生成向下信號(hào)脈沖534 (見圖5)。下面結(jié)合圖7-圖10進(jìn)一 步討論了類似的相位/頻率檢測器的利用。
現(xiàn)在參考圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明的鎖相環(huán)(PLL) 710的一個(gè)實(shí)施例 的示意圖。在替代實(shí)施例中，可以利用除了結(jié)合圖7的實(shí)施例討論的那些 部件、配置和功能的某些之外的其它部件、配置和功能來實(shí)現(xiàn)PLL 710， 或者不用結(jié)合圖7的實(shí)施例討論的那些部件、配置和功能的某些而用其它 部件、配置和功能來實(shí)現(xiàn)PLL710。
在圖7的實(shí)施例中，PLL710執(zhí)行時(shí)鐘再生過程以再生成時(shí)鐘信號(hào) 718，用于同步任何適當(dāng)設(shè)備或處理(例如，圖2的接收器122)。在圖7 的實(shí)施例中，壓控振蕩器(VCO) 714生成時(shí)鐘信號(hào)718。相位/頻率檢測 器722將時(shí)鐘信號(hào)718與參考信號(hào)726進(jìn)行比較，并根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)718的 頻率為了匹配參考信號(hào)726需要被提高還是降低而向電荷泵738提供向上 信號(hào)730 (見圖6)或向下信號(hào)734。電荷泵738隨后向包括電容器C2 (742)、電阻器Rd (746)和電容器C1 (750)的環(huán)路濾波器提供電荷泵 輸出電流。環(huán)路濾波器向求和節(jié)點(diǎn)758提供環(huán)路濾波器電壓720 。在圖7的實(shí)施例中，相位/頻率檢測器722還向相位誤差檢測器762提 供向上信號(hào)730和向下信號(hào)734，相位誤差檢測器762生成去往向上/向下 計(jì)數(shù)器778的向上計(jì)數(shù)信號(hào)770或向下計(jì)數(shù)信號(hào)774。在圖7的實(shí)施例 中，當(dāng)來自相位/頻率檢測器722的向上信號(hào)730有效時(shí)，相位誤差檢測器 762響應(yīng)于相位誤差(PE)時(shí)鐘766生成向上計(jì)數(shù)信號(hào)770。反之，當(dāng)來 自相位/頻率檢測器722的向下信號(hào)734有效時(shí)，相位誤差檢測器762響應(yīng) 于相位誤差(PE)時(shí)鐘766生成向下計(jì)數(shù)信號(hào)774。將結(jié)合圖8A-圖8C進(jìn) 一步討論相位誤差檢測器762的操作的一個(gè)示例。
在圖7的實(shí)施例中，當(dāng)向上計(jì)數(shù)信號(hào)770有效時(shí)，向上/向下計(jì)數(shù)器 778響應(yīng)于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘782依次遞增計(jì)數(shù)器值。反之，當(dāng)向下計(jì)數(shù)信號(hào) 774有效時(shí)，向上/向下計(jì)數(shù)器響應(yīng)于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘782依次遞減計(jì)數(shù)器值。 在圖7的實(shí)施例中，向上/向下計(jì)數(shù)器778隨后將計(jì)數(shù)器值提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換 器(DAC) 790，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 790將計(jì)數(shù)器值轉(zhuǎn)換為隨后被提供 給求和節(jié)點(diǎn)758的模擬驅(qū)動(dòng)電壓794。在替代實(shí)施例中，通過利用除了用 數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成VCO控制電壓之外的適當(dāng)技術(shù)，前述向上/向下計(jì)數(shù)器可 以被用來與計(jì)數(shù)器值成比例地調(diào)節(jié)VCO的頻率。例如，通過調(diào)節(jié)電流 值、電容值或延遲元件總數(shù)，計(jì)數(shù)器值可以被用來與計(jì)數(shù)器值成比例地控
帝ij vco。
在圖7的實(shí)施例中，求和節(jié)點(diǎn)758將驅(qū)動(dòng)電壓794與前述環(huán)路濾波器 電壓720進(jìn)行結(jié)合，以由此生成VCO控制電壓754，用于調(diào)節(jié)由VC0714 生成的時(shí)鐘信號(hào)718的頻率。在圖7的實(shí)施例中，公開和討論的本發(fā)明主 要被實(shí)現(xiàn)為硬件電路。然而，在替代實(shí)施例中，可以通過適當(dāng)?shù)能浖噶?來執(zhí)行本發(fā)明的某些功能，這些適當(dāng)?shù)能浖噶畋粓?zhí)行以用于執(zhí)行與在此 討論的硬件電路的那些功能等同的功能。下面結(jié)合圖8A-圖8C進(jìn)一步討 論了相位誤差檢測器762的操作。
現(xiàn)在參考圖8A-圖8C，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖7的相位誤 差檢測器762的示例性時(shí)序圖。圖8A-圖8C的波形被呈現(xiàn)用于說明的目 的。在替代實(shí)施例中，相位誤差檢測器762可以利用除了結(jié)合圖8A-圖8C 的實(shí)施例討論的那些波形、時(shí)序關(guān)系和功能的某些之外的其它波形、時(shí)序關(guān)系和功能，或者不用結(jié)合圖8A-圖8C的實(shí)施例討論的那些波形、時(shí)序 關(guān)系和功能的某些而用其它波形、時(shí)序關(guān)系和功能。
在圖8A-圖8C的實(shí)施例中，波形時(shí)序圖包括向上信號(hào)730、向下信號(hào) 734、 PE時(shí)鐘766、向上計(jì)數(shù)信號(hào)770和向下計(jì)數(shù)信號(hào)774 (見圖7)。在 圖8A-圖8C的實(shí)施例中，根據(jù)向上信號(hào)730是領(lǐng)先于還是落后于向下信號(hào) 734達(dá)預(yù)定的時(shí)間段，在PE時(shí)鐘766的前沿(leading edge)處生成向上計(jì) 數(shù)脈沖770或向下計(jì)數(shù)脈沖774。在圖8A中，由于向上信號(hào)730領(lǐng)先向下 信號(hào)734多于預(yù)定的時(shí)間段，因此在時(shí)間814處，向上計(jì)數(shù)770被激活。 反之，在圖8B中，由于向上信號(hào)730落后向下信號(hào)734多于預(yù)定的時(shí)間 段，因此在時(shí)間818處，向下計(jì)數(shù)774被激活。在圖8C中，由于向上信 號(hào)730和向下信號(hào)734沒有偏移(offset)多于預(yù)定的時(shí)間段，因此向上信 號(hào)730和向下計(jì)數(shù)774都未被激活。
現(xiàn)在參考圖9，示出了根據(jù)本發(fā)明的鎖相環(huán)(PLL) 910的一個(gè)實(shí)施例 的示意圖。在替代實(shí)施例中，可以利用除了結(jié)合圖9的實(shí)施例討論的那些 部件和配置的某些之外的其它部件和配置來實(shí)現(xiàn)PLL 910，或者不用結(jié)合 圖9的實(shí)施例討論的那些部件和配置的某些而用其它部件和配置來實(shí)現(xiàn) PLL910。
在圖9的實(shí)施例中，PLL 910執(zhí)行時(shí)鐘再生過程以再生成時(shí)鐘信號(hào) 918，用于同步任何適當(dāng)設(shè)備或處理(例如，圖2的接收器122)。在圖9 的實(shí)施例中，壓控振蕩器(VCO) 914生成時(shí)鐘信號(hào)918。相位/頻率檢測 器922將時(shí)鐘信號(hào)918與參考信號(hào)926進(jìn)行比較，并根據(jù)為了匹配參考信 號(hào)926，時(shí)鐘信號(hào)918的頻率需要被提高還是降低，向電荷泵938提供向 上信號(hào)930 (見圖6)或向下信號(hào)934。電荷泵938隨后向包括電容器C2 (942)、電阻器Rd (946)和電容器C1 (950)的環(huán)路濾波器提供電荷泵 輸出電流。環(huán)路濾波器向求和節(jié)點(diǎn)958提供環(huán)路濾波器電壓920。
在圖9的實(shí)施例中，環(huán)路濾波器還向電平檢測器996提供前述環(huán)路濾 波器電壓920，電平檢測器996生成去往向上/向下計(jì)數(shù)器978的向上計(jì)數(shù) 信號(hào)972或向下計(jì)數(shù)信號(hào)984。在圖9的實(shí)施例中，電平檢測器996在環(huán) 路濾波器電壓920高于預(yù)定的上限閾值(upper threshold) 968時(shí)使用激活向上計(jì)數(shù)信號(hào)972的上限比較器964。反之，電平檢測器996在環(huán)路濾波 器電壓920低于預(yù)定的下限閾值(lower threshold) 980時(shí)使用激活向下計(jì) 數(shù)信號(hào)984的下限比較器976。將結(jié)合圖IO進(jìn)一步討論電平檢測器996的 操作的一個(gè)示例。
在圖9的實(shí)施例中，當(dāng)向上計(jì)數(shù)信號(hào)972有效時(shí)，向上/向下計(jì)數(shù)器 978響應(yīng)于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘982依次遞增計(jì)數(shù)器值。反之，當(dāng)向下計(jì)數(shù)信號(hào) 984有效時(shí)，向上/向下計(jì)數(shù)器978響應(yīng)于計(jì)數(shù)器時(shí)鐘982依次遞減計(jì)數(shù)器 值。在圖9的實(shí)施例中，向上/向下計(jì)數(shù)器978隨后將計(jì)數(shù)器值986提供給 數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 990，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 990將計(jì)數(shù)器值轉(zhuǎn)換為隨 后被提供給求和節(jié)點(diǎn)958的模擬驅(qū)動(dòng)電壓994。在替代實(shí)施例中，通過利 用除了用數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成VCO控制電壓之外的適當(dāng)技術(shù)，前述向上/向下 計(jì)數(shù)器可以被用來與計(jì)數(shù)器值成比例地調(diào)節(jié)VCO的頻率。例如，通過調(diào) 節(jié)當(dāng)前值、電容值或延遲元件總數(shù)，計(jì)數(shù)器值可以被用來與計(jì)數(shù)器值成比 例地控制VCO。
在圖9的實(shí)施例中，求和節(jié)點(diǎn)958將驅(qū)動(dòng)電壓994與前述環(huán)路濾波器 電壓920進(jìn)行結(jié)合，以由此生成VCO控制電壓954，用于調(diào)節(jié)由VC0914 生成的時(shí)鐘信號(hào)918的頻率。在圖9的實(shí)施例中，公開和討論的本發(fā)明主 要被實(shí)現(xiàn)為硬件電路。然而，在替代實(shí)施例中，可以通過適當(dāng)?shù)能浖噶?來執(zhí)行本發(fā)明的某些功能，這些適當(dāng)?shù)能浖噶畋粓?zhí)行以用于執(zhí)行與在此 討論的硬件電路的那些功能等同的功能。
在某些實(shí)施例中，可以將電平檢測器996添加到圖7的PLL 710，以 改善產(chǎn)生的組合PLL的整體性能特性。根據(jù)這種組合PLL，相位誤差檢測 器762 (見圖7)可以用于對(duì)VCO 714進(jìn)行一般的控制。然而，在時(shí)鐘信 號(hào)718的頻率以使相位誤差檢測器762無法進(jìn)行檢測的過低速率改變的某 些情況下(例如，在遞增的溫度漂移(shift)期間)，電平檢測器996 (見圖9)可以被用來控制VCO 714，這是因?yàn)殡娖綑z測器996生成基于 特定的固定閾值電壓的控制信號(hào)。下面結(jié)合圖10進(jìn)一步了討論電平檢測 器996的操作。
現(xiàn)在參考圖10，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖9的電平檢測器996的示例性時(shí)序圖。圖IO的波形被呈現(xiàn)用于說明的目的。在替代實(shí)施例 中，電平檢測器996可以利用除了結(jié)合圖10的實(shí)施例討論的那些波形、 時(shí)序關(guān)系和功能的某些之外的其它波形、時(shí)序關(guān)系和功能，或者不用結(jié)合 圖10的實(shí)施例討論的那些波形、時(shí)序關(guān)系和功能的某些而用其它波形、 時(shí)序關(guān)系和功能。
在圖10的實(shí)施例中，波形時(shí)序圖包括環(huán)路濾波器電壓954以及上限 閾值電壓968和下限閾值電壓980 (見圖9)。在圖IO的示例中，向下計(jì) 數(shù)信號(hào)984—直有效直到環(huán)路濾波器電壓954在時(shí)間1014處變得大于下限 閾值980為止。在時(shí)間1018處，當(dāng)環(huán)路濾波器電壓954變得大于上限閾值 968時(shí)，向上計(jì)數(shù)信號(hào)972變?yōu)橛行?。在時(shí)間1022處，當(dāng)環(huán)路濾波器電壓 954變得小于上限閾值968時(shí)，向上計(jì)數(shù)信號(hào)972變?yōu)闊o效。在時(shí)間1026 處，當(dāng)環(huán)路濾波器電壓954變得小于下限閾值980時(shí)，向下計(jì)數(shù)信號(hào)984 變?yōu)橛行?。在圖10的實(shí)施例中，當(dāng)環(huán)路濾波器電壓954落在上限閾值968 和下限閾值980之間的某處時(shí)，向上計(jì)數(shù)信號(hào)972和向下計(jì)數(shù)信號(hào)984均 無效。
已經(jīng)參考某些實(shí)施例解釋了本發(fā)明。根據(jù)本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員將 會(huì)清楚其它實(shí)施例。例如，可以利用除了在上述實(shí)施例中描述的那些配置 和技術(shù)以外的某些配置和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。另外，可以結(jié)合除了上述那 些系統(tǒng)以外的系統(tǒng)來有效地使用本發(fā)明。因此，本發(fā)明意圖涵蓋對(duì)上述實(shí) 施例的這些和其它變體，本發(fā)明僅僅由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1. 一種用于實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)的設(shè)備，包括壓控振蕩器，該壓控振蕩器響應(yīng)于VCO控制手段而生成主時(shí)鐘信號(hào)；檢測裝置，該檢測裝置生成計(jì)數(shù)器控制信號(hào)以指示所述主時(shí)鐘信號(hào)和參考信號(hào)之間的當(dāng)前關(guān)系；以及向上/向下計(jì)數(shù)器，該向上/向下計(jì)數(shù)器響應(yīng)于所述計(jì)數(shù)器控制信號(hào)而更新計(jì)數(shù)器值，所述計(jì)數(shù)器值被轉(zhuǎn)換成用于調(diào)節(jié)所述壓控振蕩器的所述VCO控制手段。
2. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述檢測裝置包括相位/頻率檢測 器，該相位/頻率檢測器產(chǎn)生所述計(jì)數(shù)器控制信號(hào)用于控制所述向上/向下 計(jì)數(shù)器。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述當(dāng)前關(guān)系包括所述主時(shí)鐘信 號(hào)和所述參考信號(hào)之間的相位/頻率關(guān)系。
4. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述主時(shí)鐘信號(hào)落后于所述參 考信號(hào)時(shí)，所述向上/向下計(jì)數(shù)器遞增所述計(jì)數(shù)器值，當(dāng)所述主時(shí)鐘信號(hào)領(lǐng) 先于所述參考信號(hào)時(shí)，所述向上/向下計(jì)數(shù)器遞減所述計(jì)數(shù)器值。
5. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所 述計(jì)數(shù)器值轉(zhuǎn)換為所述VCO控制手段，用于調(diào)節(jié)所述壓控振蕩器的工作 頻率。
6. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述主時(shí)鐘信號(hào)落后于所述參 考信號(hào)時(shí)，所述相位/頻率檢測器生成向上信號(hào)，反之，當(dāng)所述主時(shí)鐘信號(hào) 領(lǐng)先于所述參考信號(hào)時(shí)，所述相位/頻率檢測器生成向下信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述檢測裝置包括接收所述向上 信號(hào)和所述向下信號(hào)的相位誤差檢測器，當(dāng)所述向上信號(hào)有效時(shí)，所述相 位誤差檢測器生成去往所述向上/向下計(jì)數(shù)器的向上計(jì)數(shù)信號(hào)，當(dāng)所述向下 信號(hào)有效時(shí)，所述相位誤差檢測器生成去往所述向上/向下計(jì)數(shù)器的向下計(jì) 數(shù)信號(hào)。
8. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，每當(dāng)所述向上信號(hào)和所述向下信 號(hào)的偏移多于預(yù)定的時(shí)間段時(shí)，所述相位誤差檢測器就響應(yīng)于相位誤差時(shí) 鐘信號(hào)而生成所述向上計(jì)數(shù)信號(hào)和所述向下計(jì)數(shù)信號(hào)。
9. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述向上信號(hào)和所述向下信號(hào)被 提供給電荷泵和環(huán)路濾波器，其作為響應(yīng)而生成環(huán)路濾波器電壓。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述環(huán)路濾波器包括與電阻器 串聯(lián)的第一電容器，以及與所述第一電容器和所述電阻器并聯(lián)的第二電容 器，所述第一電容器與所述鎖相環(huán)一起被實(shí)現(xiàn)在集成電路器件上。
11. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述檢測裝置包括接收所述環(huán) 路濾波器電壓的電平檢測器，所述電平檢測器根據(jù)所述環(huán)路濾波器電壓的 當(dāng)前值來激活去往所述向上/向下計(jì)數(shù)器的向上計(jì)數(shù)信號(hào)或向下計(jì)數(shù)信號(hào)。
12. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述電平檢測器包括生成所述 向上計(jì)數(shù)信號(hào)的上限比較器，所述電平檢測器還包括生成所述向下計(jì)數(shù)信 號(hào)的下限比較器。
13. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述環(huán)路濾波器電壓大于預(yù) 定的上限閾值電壓時(shí)，所述上限比較器激活所述向上計(jì)數(shù)信號(hào)，當(dāng)所述環(huán) 路濾波器電壓小于預(yù)定的下限閾值電壓時(shí)，所述下限比較器激活所述向下 計(jì)數(shù)信號(hào)。
14. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括求和節(jié)點(diǎn)，該求和節(jié)點(diǎn)對(duì)所述 環(huán)路濾波器電壓與從所述計(jì)數(shù)器值按比例得到的信息一起進(jìn)行求和，以產(chǎn) 生所述VCO控制手段。
15. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述鎖相環(huán)生成所述主時(shí)鐘信 號(hào)以對(duì)電信接收器設(shè)備中的處理和部件進(jìn)行同步。
16. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，利用數(shù)字技術(shù)來實(shí)現(xiàn)所述檢測 裝置和所述向上/向下計(jì)數(shù)器。
17. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述檢測裝置包括以合作的方 式同時(shí)一起工作以控制所述壓控振蕩器的相位誤差檢測器和電平檢測器。
18. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述電平檢測器通過調(diào)節(jié)所述 壓控振蕩器來補(bǔ)充所述相位誤差檢測器，以補(bǔ)償未被所述相位誤差檢測器檢測到的遞增的溫度改變。
19. 一種用于實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)的方法，包括響應(yīng)于VCO控制手段而利用壓控振蕩器生成主時(shí)鐘信號(hào)； 利用檢測裝置生成計(jì)數(shù)器控制信號(hào)，所述計(jì)數(shù)器控制信號(hào)指示所述主 時(shí)鐘信號(hào)和參考信號(hào)之間的當(dāng)前關(guān)系；提供向上/向下計(jì)數(shù)器，該向上/向下計(jì)數(shù)器響應(yīng)于所述計(jì)數(shù)器控制信號(hào)而更新計(jì)數(shù)器值；以及將所述計(jì)數(shù)器值轉(zhuǎn)換為用于調(diào)節(jié)所述壓控振蕩器的所述VCO控制手段。
20. —種用于實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)的設(shè)備，包括 用于響應(yīng)于VCO控制手段而生成主時(shí)鐘的裝置；用于生成計(jì)數(shù)器控制信號(hào)的裝置，所述計(jì)數(shù)器控制信號(hào)指示所述主時(shí) 鐘信號(hào)和參考信號(hào)之間的當(dāng)前關(guān)系；用于響應(yīng)于所述計(jì)數(shù)器控制信號(hào)而更新計(jì)數(shù)器值的裝置；以及 用于將所述計(jì)數(shù)器值轉(zhuǎn)換為用于調(diào)節(jié)所述用于生成主時(shí)鐘的裝置的所述vco控制手段的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的系統(tǒng)和方法。一種用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的設(shè)備包括響應(yīng)于VCO控制電壓而生成主時(shí)鐘信號(hào)的壓控振蕩器。檢測裝置生成包括向上計(jì)數(shù)信號(hào)和向下計(jì)數(shù)信號(hào)在內(nèi)的計(jì)數(shù)器控制信號(hào)，以指示主時(shí)鐘信號(hào)和參考信號(hào)之間的當(dāng)前關(guān)系。向上/向下計(jì)數(shù)器然后響應(yīng)于相應(yīng)的計(jì)數(shù)器控制信號(hào)而遞增或遞減計(jì)數(shù)器值。計(jì)數(shù)器值然后被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為用于調(diào)節(jié)由壓控振蕩器生成的主時(shí)鐘信號(hào)的頻率的VCO控制電壓。在替代實(shí)施例中，通過利用除了用數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成VCO控制電壓之外的適當(dāng)技術(shù)，前述向上/向下計(jì)數(shù)器可以被用來與計(jì)數(shù)器值成比例地調(diào)節(jié)壓控振蕩器的頻率。
文檔編號(hào)H03L7/089GK101510778SQ20091000049
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月5日
發(fā)明者伯納德·J·格里勞斯 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社;索尼電子有限公司