專利名稱：鎖住檢測器與其方法，與應(yīng)用其的鎖相回路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種鎖住檢測器與其方法，與應(yīng)用其的鎖相回路(PLL，Phase Lock Loop)，且特別是有關(guān)于一種能指示是否已處在鎖住狀態(tài)的鎖住檢測器與其方法，與應(yīng)用其的鎖相回路。
背景技術(shù)：
在時脈產(chǎn)生器架構(gòu)中，少不了鎖相回路。鎖相回路可用于時脈或頻率的精確控制。 舉凡無線電波的頻率調(diào)諧或是數(shù)字產(chǎn)品的時脈控制，皆可使用PLL來設(shè)計(jì)頻率控制回路， 以簡化電路的復(fù)雜度，增加精確性?，F(xiàn)有鎖相回路原則上乃是利用模擬的鎖住檢測器(lock detector)來指示鎖相回路的工作狀態(tài)鎖住(locked)狀態(tài)或未鎖住(unlocked)狀態(tài)。然而，模擬鎖住檢測器會占據(jù)大電路面積且消耗高功率。當(dāng)然，現(xiàn)也已發(fā)展出數(shù)字鎖住檢測器。不過，現(xiàn)有模擬/數(shù)字鎖住檢測器皆無法精準(zhǔn)地定義鎖住狀態(tài)(lock state)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實(shí)施例的全數(shù)字鎖住檢測器可精準(zhǔn)定義鎖住狀態(tài)；亦即，可定量 (quantitatively)地且定性(qualitatively)地定義出鎖住狀態(tài)。而且，可動態(tài)地設(shè)計(jì)鎖住狀態(tài)。本發(fā)明的一例提出一種狀態(tài)檢測器，應(yīng)用于一鎖相回路中。狀態(tài)檢測器包括一第一與一第二脈波寬度延長單元，分別對一第一脈波與一第二脈波進(jìn)行脈波寬度延長，以成為一第三脈波與一第四脈波；一第一與一第二延遲電路，分別將該第三脈波與該第四脈波延遲成為一第一取樣時脈與一第二取樣時脈；以及一交叉取樣電路，根據(jù)該第二取樣時脈來取樣該第三脈波，及根據(jù)該第一取樣時脈來取樣該第四脈波，來指示該鎖相回路是否處于一鎖住狀態(tài)。本發(fā)明的另一例提供一種鎖相回路，包括一相位/頻率檢測器，比較并檢測一參考時脈與一輸出時脈，以輸出一第一脈波與一第二脈波；一鎖住檢測器，耦接至該相位/頻率檢測器，根據(jù)該第一脈波來取樣該第二脈波，并根據(jù)該第二脈波來取樣該第一脈波，以指示該鎖相回路是否為鎖??；一電荷泵，耦接至該相位/頻率檢測器，將該第一與該第二脈波轉(zhuǎn)換為一控制電壓；以及一電壓控制振蕩器，耦接至該電荷泵，根據(jù)該控制電壓而產(chǎn)生該輸出時脈。本發(fā)明的又另一例提供一種鎖住檢測方法，用以檢測一輸出時脈是否鎖住至一參考時脈。該方法包括比較并檢測該參考時脈與該輸出時脈，以輸出一第一脈波與一第二脈波；延長該第一脈波的一脈波寬度，以成為一第三脈波；延長該第二二脈波的一脈波寬度， 以成為一第四脈波；延遲該第三脈波，以成為一第一取樣時脈；延遲該第四脈波，以成為一第二取樣時脈；以及，根據(jù)該第二取樣時脈來取樣該第三脈波，并根據(jù)該第一取樣時脈來取樣該第四脈波，以指示該輸出時脈是否鎖住至該參考時脈。
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下

圖1顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鎖相回路的功能方塊圖。圖2顯示相位/頻率檢測器的功能方塊圖。圖3顯示當(dāng)參考時脈CLKREF與回饋時脈CLKFB處于相位定位且頻率定位下的脈波UP與DN的波形圖。形圖。圖。

圖4顯示出參考時脈CLKREF與回饋時脈CLKFB處于定位時的放大波形圖。 圖5A顯示定位狀態(tài)下的脈波UP/DN的波形圖。
圖5B顯示未定位狀態(tài)下(回饋時脈CLKFB為落后(behind))的脈波UP/DN的波圖5C顯示未定位狀態(tài)下(回饋時脈CLKFB為領(lǐng)先(ahead))的脈波UP/DN的波形
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鎖住檢測器的功能方塊圖。 圖7A顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的脈波寬度延長單元的一例。 圖7B顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的脈波UP與脈波UPE (脈波寬度延長后)的波形圖, 圖8顯示根據(jù)本實(shí)施例的延遲電路的一例。
圖9顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的脈波UP、UPE與取樣時脈信號DN_CLK的一例。 圖10顯示PLL處在鎖住狀態(tài)的信號波形圖。主要組件符號說明
100 鎖相回路110 相位/頻率檢測器
120:鎖住檢測器130:電荷泵
140 電壓控制振蕩器 150 除頻器210_1、210_2 栓鎖器220、710、810 延遲單元230,640,720 邏輯柵 410 不確定范圍610_1、610_2 脈波寬度延長單元620_1、620_2 延遲電路 630_1、630_2 栓鎖器
具體實(shí)施方式現(xiàn)請參考圖1，其顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鎖相回路的功能方塊圖。如圖1所示， 鎖相回路100包括相位/頻率檢測器(Phase/FrequencyDetector, PFD) 110、鎖住檢測器 120、電荷泵(charge pump) 130、電壓控制振蕩器(Voltage Controlled Oscillator, VC0) 140與除頻器150。相位/頻率檢測器110會比較參考時脈CLKREF與回饋時脈CLKFB，以檢測出兩者間的相位差異量與頻率差異量。當(dāng)參考時脈CLKREF的頻率高于回饋時脈CLKFB的頻率時， PFD輸出UP脈波。反的若是參考時脈CLKREF的頻率低于回饋時脈CLKFB的頻率時，PFD 輸出DN脈波。相位/頻率檢測器110產(chǎn)生的UP/DN脈波信號經(jīng)由電荷泵(亦可稱為電流控制器)130轉(zhuǎn)換成為控制電壓。此控制電壓會控制電壓控制振蕩器140，以產(chǎn)生輸出時脈CLKOUT。如果輸出時脈CLKOUT直接成為回饋時脈CLKFB (未經(jīng)過除頻器)，則是「相位鎖定回路」，輸出時脈CLKOUT鎖定參考時脈CLKREF，使得輸出時脈CLKOUT與參考時脈CLKREF保持同步相位與頻率狀態(tài)。如果輸出時脈CLKOUT經(jīng)過除頻器150的除頻后才成為回饋時脈CLKFB，當(dāng)PLL處于穩(wěn)定鎖定狀態(tài)時，PFD的兩輸入端的頻率與相位應(yīng)為相等，故CLKOUT/M = CLKREF，其中M 是除頻器的除頻倍數(shù)。圖2顯示相位/頻率檢測器110的功能方塊圖。如圖2所示，相位/頻率檢測器 110 包括栓鎖器(flip_flop，F(xiàn)F)210_l 與 210_2、延遲單元 220 與與非門(NAND Gate) 230 與非門230的延遲時間參數(shù)為tl ；延遲單元220的延遲時間參數(shù)為t2 ；而栓鎖器210_1與 210_2的延遲時間參數(shù)為t3。圖3顯示當(dāng)參考時脈CLKREF與回饋時脈CLKFB處于相位定位(phase alignment)且頻率定位(frequency alignment)下的脈波UP與DN的波形圖。圖4顯示出參考時脈CLKREF與回饋時脈CLKFB處于定位(alignment)時的放大波形圖。由圖4可看出，當(dāng)(1)參考時脈CLKREF的上升/下降邊緣與回饋時脈CLKFB的上升/下降邊緣的出現(xiàn)時序相近時且⑵參考時脈CLKREF的頻率與回饋時脈CLKFB的頻率大致相近時(亦即，Tl — T2 )，即可視為參考時脈CLKREF與回饋時脈CLKFB處于定位。由圖4更可看出，即使將參考時脈CLKREF與回饋時脈CLKFB視為已處于定位狀態(tài)。但參考時脈CLKREF的上升/下降邊緣與回饋時脈CLKFB的上升/下降邊緣的出現(xiàn)時序仍落于不確定范圍內(nèi)，如圖4的符號410所示。此不確定范圍可能會被電路實(shí)作上的許多因子所影響。故而，于本實(shí)施例中，通過鎖住檢測器120，可更明確地定義鎖住工作狀態(tài)， 以避免被不良因子影響。圖5A顯示出當(dāng)處于定位狀態(tài)下的脈波UP/DN的波形圖。由圖5A可看出，在此狀態(tài)下，脈波UP與脈波DN的脈寬基本上相等(tpulse = tl+t2+t3)。圖5B顯示出當(dāng)處于未定位狀態(tài)下(回饋時脈CLKFB為落后(behind))的脈波UP/DN的波形圖。由圖5B可看出， 在此狀態(tài)下，脈波UP與脈波DN的脈寬tpulse基本上不相等。圖5C顯示出當(dāng)處于未定位狀態(tài)下(回饋時脈CLKFB為領(lǐng)先(ahead))的脈波UP/DN的波形圖。由圖5C可看出，在此狀態(tài)下，脈波UP與脈波DN的脈寬tpulse基本上不相等。在此，“定位”乃是指兩信號(如CLKREF與CLKFB)間的頻率與相位相近，亦即，“定位”只是定性定義。但“鎖住”則是定量分析，亦即其可明確指出兩信號間的相位差到底落在何等范圍內(nèi)。在本實(shí)施例中，鎖住檢測器120將脈波UP當(dāng)成取樣時脈與被取樣資料，且將脈波 DN當(dāng)成取樣時脈與被取樣資料。進(jìn)一步說，鎖住檢測器120根據(jù)脈波DN來取樣脈波UP ；以及根據(jù)脈波UP來取樣脈波DN。圖6顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鎖住檢測器的功能方塊圖。如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的鎖住檢測器120包括脈波寬度延長單元(pulse widthextender)610_l與610_2、 延遲電路620_1與620_2，栓鎖器(flip-flop) 630_1與630_2以及邏輯柵640。在檢測PLL 是否鎖住時，鎖住檢測器120會對脈波UP與DN進(jìn)行延長脈波寬度、延遲及交叉取樣。底下將分別說明鎖住檢測器120的各功能方塊。邏輯柵640為及邏輯柵。圖7A顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的脈波寬度延長單元610的一例。如圖7A所示，脈波寬度延長單元610包括N個延遲單元710與邏輯柵720。延遲單元710與圖2的延遲單元220具有相同延遲時間參數(shù)t2。邏輯柵720為或邏輯(logic OR)柵。脈波寬度延長單元610可當(dāng)成圖6中的脈波寬度延長單元610_1與610_2。圖7B顯示脈波UP與脈波UPE(脈波寬度延長后)的波形圖。由圖7A與圖7B可知，脈波UP的脈波寬度原本為tl+t2+t3 ；經(jīng)過脈波寬度延長后，脈波UPE的脈波寬度為 N*t2。而且，脈波UPE沒有突波(glitch)，因?yàn)?1)脈波UP的脈波寬度為tl+t2+t3 ； (2)每個延遲單元的延遲時間都是t2;C3)對該些延遲單元的輸出信號進(jìn)行邏輯或運(yùn)算。對于脈波UPE/DNE而言，沒有突波是很重要的。脈波寬度延長單元610的目的在于，(1)使得輸出脈波UPE的脈波寬度N*t2為已知(因?yàn)镹與t2皆為已知)；以及⑵相較于原始脈波UP 與DN，脈波UPE與DNE的脈波寬度較寬，所以，當(dāng)栓鎖器FF在進(jìn)行栓鎖時，可以較無問題地對脈波UPE與DNE進(jìn)行栓鎖。圖8顯示根據(jù)本實(shí)施例的延遲電路620的一例。延遲電路620可用于圖6的延遲電路620_1與620_2。如圖8所示，延遲電路620包括N/2個延遲單元810。延遲單元810 與圖2的延遲單元220有相同延遲時間參數(shù)t2。延遲電路620_1將脈波UPE延遲為取樣時脈信號DN_CLK，用以取樣脈波DN (準(zhǔn)確地說，應(yīng)該是用于取樣脈波DNE)。圖9顯示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的脈波UP、UPE與取樣時脈信號DN_CLK的一例。如圖6所示，當(dāng)栓鎖器630_1與630_2皆輸出邏輯1時，鎖住信號L才會為邏輯1。 當(dāng)鎖住信號L為邏輯1時，代表PLL已處在鎖住狀態(tài)。圖10顯示PLL處在鎖住狀態(tài)的信號波形圖。圖10的上半部代表栓鎖器630_1輸出邏輯1的情況；圖10的下半部代表栓鎖器630_2輸出邏輯1的情況。進(jìn)一步說，當(dāng)脈波 UP的上升邊緣(或是下降邊緣)與脈波DN的上升邊緣(或是下降邊緣)間的時間差小于 (N/2)*t2時，代表PLL處在鎖住狀態(tài)；反之，當(dāng)脈波UP的上升邊緣(或是下降邊緣)與脈波 DN的上升邊緣(或是下降邊緣)間的時間差大于(N/2)*t2時，代表PLL尚未處在鎖住狀態(tài)。更進(jìn)一步說，在本發(fā)明實(shí)施例中，當(dāng)參考時脈CLKREF的上升邊緣(或是下降邊緣)與回饋時脈CLKFB的上升邊緣(或是下降邊緣)間的時間差小于(N/2)*t 2時，代表PLL處在鎖住狀態(tài)。所以，由此可知，本發(fā)明實(shí)施例不但可以定性地定義“鎖住狀態(tài)”更可以定量地定義“鎖住狀態(tài)”。而且，在本發(fā)明實(shí)施例中，鎖住狀態(tài)可視需求而動態(tài)地改變，通過改變N值即可， 亦即，在本發(fā)明實(shí)施例中，通過改變N值可以改變鎖住檢測器的靈敏度。當(dāng)N值愈小時，鎖住檢測器的靈敏度愈高，因?yàn)閰⒖紩r脈CLKREF的上升邊緣(或是下降邊緣)與回饋時脈 CLKFB的上升邊緣(或是下降邊緣)間的時間差必須愈小才能使得鎖住檢測器處于鎖住狀態(tài)。反的亦然。本發(fā)明上述實(shí)施例所揭露的全數(shù)字鎖住檢測器與應(yīng)用其的鎖相回路，具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，以下僅列舉部分優(yōu)點(diǎn)說明如下本發(fā)明實(shí)施例的全數(shù)字鎖住檢測器可精準(zhǔn)定義鎖住狀態(tài)，而且，動態(tài)地設(shè)計(jì)鎖住狀態(tài)。此外，本發(fā)明實(shí)施例的全數(shù)字鎖住檢測器占據(jù)小電路面積，且消耗功率低。鎖住檢測器的靈敏度可動態(tài)地設(shè)計(jì)。綜上所述，雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種狀態(tài)檢測器，應(yīng)用于一鎖相回路中，該狀態(tài)檢測器包括一第一與一第二脈波寬度延長單元，分別對一第一脈波與一第二脈波進(jìn)行脈波寬度延長，以成為一第三脈波與一第四脈波；一第一與一第二延遲電路，分別將該第三脈波與該第四脈波延遲成為一第一取樣時脈與一第二取樣時脈；以及一交叉取樣電路，根據(jù)該第二取樣時脈來取樣該第三脈波，及根據(jù)該第一取樣時脈來取樣該第四脈波，以指示該鎖相回路是否處于一鎖住狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的狀態(tài)檢測器，其特征在于，該第三脈波與該第四脈波的脈波寬度為已知。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的狀態(tài)檢測器，其特征在于該第一延遲電路對該第三脈波的一延遲時間為該第三脈波的該脈波寬度的一半；以及該第二延遲電路對該第四脈波的一延遲時間為該第四脈波的該脈波寬度的一半。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的狀態(tài)檢測器，其特征在于，該交叉取樣電路包括 一第一栓鎖電路，根據(jù)該第二取樣時脈來取樣該第三脈波；一第二栓鎖電路，根據(jù)該第一取樣時脈來取樣該第四脈波；以及一邏輯電路，接收該第一與該第二栓鎖電路的輸出，該邏輯電路的一輸出指示該鎖相回路是否處于該鎖住狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的狀態(tài)檢測器，其特征在于，當(dāng)該第一脈波與該第二脈波間的一相位差小于該第三脈波的該脈波寬度的一半或小于該第四脈波的該脈波寬度的一半時， 該交叉取樣結(jié)果指示該鎖相回路處于該鎖住狀態(tài)。
6.一種鎖相回路，包括一相位/頻率檢測器，比較并檢測一參考時脈與一輸出時脈，以輸出一第一脈波與一第二脈波；一鎖住檢測器，耦接至該相位/頻率檢測器，根據(jù)該第一脈波來取樣該第二脈波，并根據(jù)該第二脈波來取樣該第一脈波，以指示該鎖相回路是否為鎖??；一電荷泵，耦接至該相位/頻率檢測器，將該第一與該第二脈波轉(zhuǎn)換為一控制電壓；以及一電壓控制振蕩器，耦接至該電荷泵，根據(jù)該控制電壓而產(chǎn)生該輸出時脈。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鎖相回路，其特征在于，該鎖住檢測器包括一第一與一第二脈波寬度延長單元，分別對該第一脈波與該第二脈波進(jìn)行脈波寬度延長，以成為一第三脈波與一第四脈波；一第一與一第二延遲電路，分別將該第三脈波與該第四脈波延遲成為一第一取樣時脈與一第二取樣時脈；以及一交叉取樣電路，根據(jù)該第二取樣時脈來取樣該第三脈波，及根據(jù)該第一取樣時脈來取樣該第四脈波，并根據(jù)一交叉取樣結(jié)果來指示該鎖相回路是否處于一鎖住狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎖相回路，其特征在于，該第三脈波與該第四脈波的脈波寬度為已知。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎖相回路，其特征在于該第一延遲電路對該第三脈波的一延遲時間為該第三脈波的該脈波寬度的一半；以及該第二延遲電路對該第四脈波的一延遲時間為該第四脈波的該脈波寬度的一半。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎖相回路，其特征在于，該交叉取樣電路包括 一第一栓鎖電路，根據(jù)該第二取樣時脈來取樣該第三脈波；一第二栓鎖電路，根據(jù)該第一取樣時脈來取樣該第四脈波；以及一邏輯電路，接收該第一與該第二栓鎖電路的輸出，該邏輯電路的一輸出指示該鎖相回路是否處于該鎖住狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎖相回路，其特征在于，當(dāng)該第一脈波與該第二脈波間的一相位差小于該第三脈波的該脈波寬度的一半或小于該第四脈波的該脈波寬度的一半時，該交叉取樣結(jié)果指示該鎖相回路處于該鎖住狀態(tài)。
12.—種鎖住檢測方法，用以檢測一輸出時脈是否鎖住至一參考時脈，該方法包括 比較并檢測該參考時脈與該輸出時脈，以輸出一第一脈波與一第二脈波；延長該第一脈波的一脈波寬度，以成為一第三脈波； 延長該第二脈波的一脈波寬度，以成為一第四脈波； 延遲該第三脈波，以成為一第一取樣時脈； 延遲該第四脈波，以成為一第二取樣時脈；以及根據(jù)該第二取樣時脈來取樣該第三脈波，并根據(jù)該第一取樣時脈來取樣該第四脈波， 以指示該輸出時脈是否鎖住至該參考時脈。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該第三脈波與該第四脈波的脈波寬度為已知。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于根據(jù)該第三脈波的該脈波寬度的一半，延遲該第三脈波成為該第一取樣時脈；以及根據(jù)該第四脈波的該脈波寬度的一半，延遲該第四脈波成為該第二取樣時脈。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，當(dāng)該第一脈波與該第二脈波間的一相位差小于該第三脈波的該脈波寬度的一半或小于該第四脈波的該脈波寬度的一半時，代表該輸出時脈鎖住至該參考時脈。
全文摘要
一種鎖相回路的鎖住檢測器，包括第一與第二脈波寬度延長單元，分別對第一脈波與第二脈波進(jìn)行脈波寬度延長，以成為第三脈波與第四脈波；第一與第二延遲電路，分別將該第三脈波與該第四脈波延遲成為第一取樣時脈與第二取樣時脈；以及交叉取樣電路，根據(jù)該第二取樣時脈來取樣該第三脈波，及根據(jù)該第一取樣時脈來取樣該第四脈波，以指示該鎖相回路是否處于鎖住狀態(tài)。
文檔編號H03L7/08GK102237872SQ20101016938
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月26日
發(fā)明者修黎明 申請人:聯(lián)詠科技股份有限公司