專利名稱：具有校正功能的鎖相回路及其校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與鎖相回路相關(guān)，并且尤其與鎖相回路的校正方法相關(guān)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)今的電腦系統(tǒng)和通信系統(tǒng)中，能提供具有準確頻率的振蕩信號的鎖相回路扮演了不可或缺的重要角色。以無線通信系統(tǒng)為例，其傳送端通常利用鎖相回路所產(chǎn)生的振蕩信號為發(fā)送信號的參考基準，鎖相回路的鎖定速度、回路頻寬和突波(spur)能量等特性都會直接影響無線信號的品質(zhì)。圖1所示為第一型(type-I)鎖相回路的架構(gòu)圖。此回路10包含相位檢測器11、 充電泵浦12、由電阻R和電容C組成的濾波器13、壓控振蕩器14以及分頻器15。由于電阻R在壓控振蕩器14的輸入端和接地端之間形成一漏電路徑，無論回路10是否處于鎖定狀態(tài)，相位檢測器11仍必須輸出周期性脈沖，令充電泵浦12為壓控振蕩器14的輸入端充電，以補償經(jīng)由電阻R流失的電荷。在鎖相回路穩(wěn)定時，充電與放電達到平衡，上述脈沖的周期等于參考信號的周期。該周期性脈沖的存在，會對壓控振蕩器14輸出端的振蕩信號形成干擾。參考信號與反饋信號的相位差愈大，該脈沖愈寬，其能量愈高。以振蕩信號的頻率為3. 66GHz，而參考信號的頻率為^MHz的情況為例。壓控振蕩器14的輸出信號的頻譜中， 除了出現(xiàn)在3. 66GHz的主成分之外，在3. 66GHz±^MHz兩處也會出現(xiàn)所謂的突波。許多無線通信標準都會對突波能量的上限作出規(guī)范。第一型鎖相回路的缺點在于該充電脈沖通常會造成過高的突波能量。圖2所示為第二型(type-II)鎖相回路的架構(gòu)圖。此回路20包含相位檢測器21、 兩充電泵浦22A和22B、由電阻R、電容C1/C2/C3、運算放大器23A組成的主動式濾波器23、 壓控振蕩器M以及分頻器25。在回路20由未鎖定狀態(tài)進入鎖定狀態(tài)的過程中，第二充電泵浦22B負責根據(jù)相位檢測器21所測得的相位差異對主動式濾波器23中的電容Cl充電 /放電，直到圖中所標示的參考電壓Vkef被逐步提升/拉低至等于回路20鎖定時壓控振蕩器M輸入端應(yīng)得的控制電壓。在鎖定之前，Veef和該控制電壓通常還會經(jīng)過一段時間的減震(damping)才趨于穩(wěn)定。此架構(gòu)雖無第一型鎖相回路突波能量過高的問題，但第二充電泵浦22B對電容Cl充電/放電的速度會直接限制回路20的鎖定速度。此外，該減震現(xiàn)象也會導致回路20所需的鎖定時間加長。無論是以上哪一種架構(gòu)的鎖相回路，其中的參數(shù)都可能隨著制程、溫度、電壓等環(huán)境因素變動，有相當程度的漂移，導致鎖相回路實際運作時的許多特性(例如頻寬)不同于原本設(shè)計時希望達到的預設(shè)值。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提出一種鎖相回路校正方法，藉由提供測試電流量和測試分頻量并觀察回路中的電壓變化，找出回路增益的誤差量。根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例為一種配合鎖相回路的校正方法。該方法首先執(zhí)行
4的步驟為于鎖相回路的充電泵浦提供一預設(shè)電流量并于鎖相回路的分頻器提供一預設(shè)分頻量后，測量與該鎖相回路的一輸出頻率相關(guān)的一電壓，以產(chǎn)生第一參考電壓值。接著，該方法執(zhí)行一測試步驟于該充電泵浦提供一測試電流量后測量該電壓，以產(chǎn)生第二參考電壓值。接著，該方法執(zhí)行另一測試步驟于該分頻器提供一測試分頻量后測量該電壓，以產(chǎn)生第三參考電壓值，其中該測試分頻量為一特定值。根據(jù)該預設(shè)電流量、該預設(shè)分頻量、該測試電流量、該測試分頻量、該第一參考電壓值、該第二參考電壓值、該第三參考電壓值及一參考頻率，可估計該鎖相回路的回路增益(loop gain)，并根據(jù)該回路增益校正該鎖相回路。根據(jù)本發(fā)明的校正方法可被廣泛應(yīng)用在各種不同架構(gòu)的鎖相回路。關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以藉由以下的發(fā)明詳述及附圖得到進一步的了解。


圖1所示為傳統(tǒng)第一型鎖相回路的架構(gòu)圖。圖2所示為傳統(tǒng)第二型鎖相回路的架構(gòu)圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的第一具體實施例中的鎖相回路方塊圖。圖4為比較本實施例與先前技術(shù)的一電壓鎖定狀態(tài)范例。圖5為根據(jù)本發(fā)明的第二具體實施例中的鎖相回路方塊圖。圖6(A)為根據(jù)本發(fā)明的第三具體實施例中的鎖相回路方塊圖。圖6(B)為根據(jù)本發(fā)明的第四具體實施例中的鎖相回路方塊圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明的第五具體實施例中的鎖相回路校正方法流程圖。主要元件符號說明10、20:鎖相回路 11、21:相位檢測器12:充電泵浦13:濾波器14,24 壓控振蕩器15、25 分頻器22A:第一充電泵浦 22B:第二充電泵浦23 主動式濾波器 23A 運算放大器30 鎖相回路31A 第一相位檢測器31B 第二相位檢測器32 充電泵浦33 主動式濾波器 33A 運算放大器34 壓控振蕩器 35 分頻器36 數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器37 開關(guān)38:切換模塊39:電壓檢測器40 控制模塊41 校正模塊42:積分三角調(diào)制器43:預先加強電路S71 S78:流程步驟
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的第一具體實施例為圖3所繪示的鎖相回路。此回路30包含兩相位檢測器3IA和3IB、一充電泵浦32、由電阻R、電容C、運算放大器33A組成的主動式濾波器33、一壓控振蕩器；34、一分頻器35以及一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器36。如圖3所示，主動式濾波器33包含連接至充電泵浦32的第一輸入端、連接至數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器36的第二輸入端，以及用以提供一控制信號的輸出端。電容C與電阻R并聯(lián)耦接于該第一輸入端及該輸出端間。壓控振蕩器34的功用在于根據(jù)該控制信號產(chǎn)生一振蕩信號。分頻器35則是負責將該振蕩信號分頻，以產(chǎn)生一反饋信號。根據(jù)輸入回路30的參考信號及該反饋信號，第一相位檢測器31A產(chǎn)生一相位差異信號。充電泵浦32會根據(jù)該相位差異信號提供一充電電流至主動式濾波器33的第一輸入端。第二相位檢測器31B是用來檢測參考信號及反饋信號的相位差的正負，其輸出信號為一數(shù)字參考電壓。舉例而言，該數(shù)字參考電壓可為八位元的二進制式信號；此電壓可以是將大小各有不同的多段式數(shù)字單元值送入一數(shù)字累加器(未繪示于圖中)產(chǎn)生。上述相位差的正負將決定累加器的輸入信號的正負，而累加器輸出值的變化速度取決于累加器的輸入信號的大小。比方說，當參考信號的相位領(lǐng)先反饋信號的相位，該累加器的輸入信號為正。相對地，當參考信號的相位落后反饋信號的相位，該累加器的輸入信號為負。接著，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器36負責將該數(shù)字參考電壓轉(zhuǎn)換為一模擬參考電壓，并將該模擬參考電壓提供至主動式濾波器33的第二輸入端。與傳統(tǒng)第二型鎖相回路不同的是，在回路30尚未鎖定之前，由第二相位檢測器 3IB和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器36組成的數(shù)字式充電路徑可被設(shè)計為直接根據(jù)相位差異的正負及大小提供特定的充電量。圖4所示為比較本實施例與先前技術(shù)的一電壓鎖定狀態(tài)范例；圖中的橫軸為時間，縱軸則是主動式濾波器33的輸出端的電壓值(亦即提供給壓控振蕩器34 的控制電壓)。由圖4可看出，若采用如圖2的傳統(tǒng)架構(gòu)，該電壓在趨于穩(wěn)定之前會出現(xiàn)一段時間的減震。相對地，若采用根據(jù)本發(fā)明的架構(gòu)，數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器36所提供的模擬參考電壓可快速的逼近某個穩(wěn)定值，藉此令主動式濾波器33的輸出端的電壓快速的穩(wěn)定。舉例而言，如圖4中標示的區(qū)段0-A，第二相位檢測器31B可將累加器的輸入固定為一預設(shè)較大單元值，令主動式濾波器33的輸出端的電壓被快速地拉升。接著，如圖4中標示的區(qū)段A-B，當經(jīng)過某設(shè)定好的時間，第二相位檢測器31B可將該累加器的輸入改為另一預設(shè)中等單元值，令主動式濾波器33的輸出端的電壓上升斜率減緩，且逐漸趨近鎖定狀態(tài)。如圖4所示，若采用根據(jù)本實施例中的架構(gòu)，鎖相回路可更較先前技術(shù)快進入鎖定狀態(tài)。換句話說，藉由適當控制提供給主動式濾波器33的參考電壓，根據(jù)本發(fā)明的做法可以避免減震并有效縮短回路30進入鎖定狀態(tài)所需的時間。實務(wù)上不限于圖4所示，上述累加器的輸出初始值可為可設(shè)定式，例如被設(shè)定為鎖相回路的電源電壓VDD的二分之一或任何經(jīng)設(shè)計選訂的預設(shè)值。若令主動式濾波器33的輸出端的電壓由VDD/2穩(wěn)定達到目標電壓， 因所須變化的壓差變少，鎖定速度更快。請參閱圖5，圖5為根據(jù)本發(fā)明的第二具體實施例的方塊圖。相較于圖3所示，本實施例中的回路30進一步包含用以取代上述累加器的電容CP、開關(guān)37和切換模塊38。電容Cp耦接于主動式濾波器33的該第二輸入端，開關(guān)37則是耦接于該第二輸入端及數(shù)字/ 模擬轉(zhuǎn)換器36間。當鎖相回路30將由擷取(acquisition)模式進入追蹤(tracking)模式，切換模塊38會控制開關(guān)37以截斷數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器36與該第二輸入端間的連結(jié)。在開關(guān)37處于令數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器36與該第二輸入端相連的狀況下，此鎖相回路的運作方式與圖3所示大致相同，亦等效于圖2所示的第二型鎖相回路。當開關(guān)37被控制為截斷數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器36與該第二輸入端間的連結(jié)，相當于由電容Cp所儲存的電荷繼續(xù)供應(yīng)主動式濾波器33所需的參考電壓。該連結(jié)被截斷后，此回路的運作模式即等效于第一型鎖相回路。圖5所示的鎖相回路的優(yōu)點在于(1)相較于傳統(tǒng)的第一型鎖相回路，此架構(gòu)的擷取模式主要由數(shù)字式充電路徑提供濾波器所需的參考電壓，因此可避免減震并有效縮短回路30進入鎖定狀態(tài)所需的時間；( 將進入追蹤模式后改以第一型鎖相回路的模式運作， 即毋須采用最小位元十分精細的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器36，亦可達成令壓控振蕩器34的控制電壓精確鎖定的效果。根據(jù)本發(fā)明的第三具體實施例為包含校正功能的鎖相回路。請參閱圖6(A)。除了圖3已繪示的元件之外，本實施例中的鎖相回路進一步包含一電壓檢測器39、一控制模塊 40和一校正模塊41。于此實施例中，充電泵浦32被設(shè)計為可選擇性地提供一預設(shè)電流量 Inorm或一測試電流量Itest，分頻器35則被設(shè)計為可選擇性地提供一預設(shè)分頻量Nnmi或一特定的測試分頻量Ntest。舉例而言，預設(shè)電流量Inmi和預設(shè)分頻量Nnmi可以是該鎖相回路在正常運作狀態(tài)下所采用的電流量和分頻量，但不以此為限。在提供預設(shè)電流量Inmi和預設(shè)分頻量Nnmi的情況下，此鎖相回路的回路增益Gltrap 可表示如下
權(quán)利要求
1.一種配合一鎖相回路的校正方法，該鎖相回路包含一充電泵浦及一分頻器，該校正方法包含下列步驟于該充電泵浦提供一預設(shè)電流量并于該分頻器提供一預設(shè)分頻量后，測量與該鎖相回路的一輸出頻率相關(guān)的一電壓，以產(chǎn)生第一參考電壓值；于該充電泵浦提供一測試電流量并于該分頻器提供該預設(shè)分頻量后，測量該電壓，以產(chǎn)生第二參考電壓值；于該充電泵浦提供該預設(shè)電流量并于該分頻器提供一測試分頻量后，測量該電壓，以產(chǎn)生第三參考電壓值，其中該測試分頻量為一特定值；根據(jù)該預設(shè)電流量、該預設(shè)分頻量、該測試電流量、該測試分頻量、該第一參考電壓值、 該第二參考電壓值、該第三參考電壓值及一參考頻率，估計該鎖相回路的一回路增益；以及根據(jù)該回路增益校正該鎖相回路。
2.如權(quán)利要求1所述的校正方法，其特征在于，該回路增益(^㈤為
3.如權(quán)利要求1所述的校正方法，其特征在于，該鎖相回路亦包含一主動式濾波器、一相位檢測器及一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，該相位檢測器用以根據(jù)一參考信號及一反饋信號的一相位差產(chǎn)生一數(shù)字參考電壓，該數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器用以將該數(shù)字參考電壓轉(zhuǎn)換為供該主動式濾波器參考的一模擬參考電壓，并且受測量的該電壓即為該數(shù)字參考電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的校正方法，其特征在于，該鎖相回路亦包含一濾波元件與一壓控振蕩器，并且該校正步驟根據(jù)該回路增益校正該濾波元件或該壓控振蕩器。
5.如權(quán)利要求1所述的校正方法，其特征在于，該鎖相回路亦包含一預先加強電路，并且該校正步驟系根據(jù)該回路增益校正該預先加強電路。
6.如權(quán)利要求1所述的校正方法，其特征在于，該測試分頻量經(jīng)過一積分三角調(diào)制。
7.一種具有校正功能的鎖相回路，包含一充電泵浦，用以提供一預設(shè)電流量或一測試電流量；一分頻器，用以提供一預設(shè)分頻量或一測試分頻量，其中該測試分頻量為一特定值；一電壓檢測器，當該充電泵浦提供該預設(shè)電流量且該分頻器提供該預設(shè)分頻量，該電壓檢測器測量與該鎖相回路的一輸出頻率相關(guān)的一電壓，以產(chǎn)生第一參考電壓值；當該充電泵浦提供該測試電流量且該分頻器提供該預設(shè)分頻量，該電壓檢測器測量該電壓，以產(chǎn)生第二參考電壓值；當該充電泵浦提供該預設(shè)電流量且該分頻器提供該測試分頻量，該電壓檢測器測量該電壓，以產(chǎn)生第三參考電壓值；一控制模塊，用以根據(jù)該預設(shè)電流量、該預設(shè)分頻量、該測試電流量、該測試分頻量、該第一參考電壓值、該第二參考電壓值、該第三參考電壓值及一參考頻率，估計該鎖相回路的一回路增益；以及一校正模塊，用以根據(jù)該回路增益校正該鎖相回路。
8.如權(quán)利要求7所述的鎖相回路，其特征在于，該回路增SG1top為
9.如權(quán)利要求7所述的鎖相回路，其特征在于，亦包含 一主動式濾波器；一相位檢測器，用以根據(jù)一參考信號及一反饋信號的一相位差產(chǎn)生一數(shù)字參考電壓；以及一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，用以將該數(shù)字參考電壓轉(zhuǎn)換為供該主動式濾波器參考的一模擬參考電壓，并且該電壓檢測器所測量的該電壓即為該數(shù)字參考電壓。
10.如權(quán)利要求7所述的鎖相回路，其特征在于，包含一濾波元件與一壓控振蕩器，并且該校正模塊根據(jù)該回路增益校正該濾波元件或該壓控振蕩器。
11.如權(quán)利要求7所述的鎖相回路，其特征在于，亦包含一預先加強電路，并且該校正模塊根據(jù)該回路增益校正該預先加強電路。
12.如權(quán)利要求7所述的鎖相回路，其特征在于，包含一積分三角調(diào)制器，用以調(diào)制該測試分頻量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鎖相回路，包含充電泵浦、分頻器、電壓檢測器、控制模塊及校正模塊。當一預設(shè)電流量與一預設(shè)分頻量被采用，電壓檢測器測量與鎖相回路之輸出頻率相關(guān)之一電壓，以產(chǎn)生第一參考電壓。當一測試電流量與該預設(shè)分頻量被采用，電壓檢測器測量該電壓，以產(chǎn)生第二參考電壓。當該預設(shè)電流量與除一測試分頻量被采用，電壓檢測器測量該電壓，以產(chǎn)生第三參考電壓。該控制模塊根據(jù)這些電流量、分頻量及參考電壓估計該鎖相回路的回路增益。該校正模塊根據(jù)該回路增益校正該鎖相回路。
文檔編號H03L7/18GK102468848SQ201010554190
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者謝明諭, 顏仕杰 申請人:晨星半導體股份有限公司, 晨星軟件研發(fā)(深圳)有限公司