用于數(shù)字鎖相環(huán)的自動(dòng)環(huán)路帶寬校準(zhǔn)的制作方法
【專利摘要】鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn)器包括具有增益乘法器存儲(chǔ)器的數(shù)字環(huán)路濾波器以及配置為生成校準(zhǔn)偏移信號(hào)以發(fā)起校準(zhǔn)的擾動(dòng)單元。此外，鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn)器還包括配置為提供經(jīng)校正的標(biāo)稱增益用于存儲(chǔ)在增益乘法器存儲(chǔ)器中的數(shù)字帶寬校準(zhǔn)單元，其中用于經(jīng)校正的標(biāo)稱增益的數(shù)字增益校正由數(shù)字積分級(jí)和校正數(shù)據(jù)庫確定。還提供鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn)方法。
【專利說明】用于數(shù)字鎖相環(huán)的自動(dòng)環(huán)路帶寬校準(zhǔn)
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求享有由Ba等人于2013年5月7日所提交的、序列號(hào)為13/888, 490的、 題目為 "AUTOMATIC LOOP-BANDWIDTH CALIBRATION FOR A DIGITAL PHASE-LOCKED LOOP" 的美國申請的優(yōu)先權(quán)，其與本申請共同轉(zhuǎn)讓并且通過援引并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本申請總地針對(duì)鎖相環(huán)，并且更具體地，針對(duì)鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn)器和鎖相環(huán)數(shù) 字帶寬校準(zhǔn)方法。

【背景技術(shù)】
[0004] 鎖相環(huán)（PLL)的設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題是跨工藝、電壓和溫度（PVT)變化的PLL環(huán)路帶 寬的變化。對(duì)于未經(jīng)調(diào)制的PLL，該帶寬的減少產(chǎn)生較長的穩(wěn)定時(shí)間，而帶寬的增加轉(zhuǎn)譯為 退化的相位噪聲性能。在經(jīng)調(diào)制的PLL的情況下，對(duì)PLL的逆?zhèn)鬟f函數(shù)進(jìn)行仿真的預(yù)增強(qiáng) 濾波器典型地用來確保例如感興趣的帶寬內(nèi)的傳輸鏈的平坦幅值和群時(shí)延響應(yīng)。PLL和預(yù) 增強(qiáng)濾波器之間的帶寬失配影響高斯最小頻移鍵控（GMSK)調(diào)制的RMS相位誤差，其中PLL 帶寬越小，帶寬失配的影響越高。因此，即使PLL環(huán)路帶寬的相對(duì)小的變化也可以導(dǎo)致顯著 的性能退化。因此，PLL環(huán)路帶寬校準(zhǔn)的改進(jìn)將對(duì)本領(lǐng)域是有益的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本公開的實(shí)施例提供鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn)器和鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn)方法。
[0006] 在一個(gè)實(shí)施例中，鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn)器包括具有增益乘法器存儲(chǔ)器的數(shù)字環(huán)路 濾波器以及配置為生成校準(zhǔn)偏移信號(hào)以發(fā)起校準(zhǔn)的擾動(dòng)單元。此外，鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn) 器還包括配置為提供經(jīng)校正的標(biāo)稱增益用于存儲(chǔ)在增益乘法器存儲(chǔ)器中的數(shù)字帶寬校準(zhǔn) 單元，其中用于經(jīng)校正的標(biāo)稱增益的數(shù)字增益校正由數(shù)字積分級(jí)和校正數(shù)據(jù)庫確定。
[0007] 在另一方面，鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn)方法包括提供采用增益乘法器存儲(chǔ)器的數(shù)字環(huán) 路濾波器和通過生成校準(zhǔn)偏移信號(hào)發(fā)起校準(zhǔn)。方法還包括提供經(jīng)校正的標(biāo)稱增益用于存儲(chǔ) 在增益乘法器存儲(chǔ)器中，其中用于經(jīng)校正的標(biāo)稱增益的數(shù)字增益校正由數(shù)字積分和所存儲(chǔ) 的校正量確定。
[0008] 前述已經(jīng)概括本公開的優(yōu)選和可替換特征，使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好地理 解本公開以下的詳細(xì)描述。本公開的附加特征將在下文中進(jìn)行描述，其形成本公開的權(quán)利 要求的主題。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解他們可以容易地使用所公開的概念和具體實(shí)施例 作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或修改其他結(jié)構(gòu)以實(shí)行本公開的相同目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 現(xiàn)在參考結(jié)合附圖所采取的以下描述，在附圖中：
[0010] 圖1示出了根據(jù)本公開的原理所構(gòu)建的鎖相環(huán)的實(shí)施例的框圖；
[0011] 圖2A、2B和2C示出了如可在校準(zhǔn)操作期間在PLL中生成的校準(zhǔn)波形的示例，該 PLL諸如圖1的PLL;
[0012] 圖3示出了作為針對(duì)25微妙的時(shí)間段的圖2C所示的二重積分結(jié)果的函數(shù)的、所 要求的增益校正的示例；以及
[0013] 圖4示出了根據(jù)本公開的原理所實(shí)行的鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn)方法的實(shí)施例的流 程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 本公開的實(shí)施例為數(shù)字PLL提供完全數(shù)字化環(huán)路帶寬校準(zhǔn)方法，其允許快速并準(zhǔn) 確的環(huán)路帶寬校正，同時(shí)維護(hù)經(jīng)濟(jì)有效的實(shí)現(xiàn)方案。不同于要求附加的模擬部件(例如電荷 泵和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器)、對(duì)模擬信號(hào)或高頻RF信號(hào)(例如涉及VC0輸出）的復(fù)雜處理的方法，該全 數(shù)字域校準(zhǔn)通過處理數(shù)字環(huán)路濾波器信號(hào)以及調(diào)整數(shù)字增益參數(shù)來進(jìn)行操作。
[0015] 校準(zhǔn)方法測量PLL對(duì)單位階躍輸入的響應(yīng)。單位階躍輸入可以通過快速地改變反 饋分頻比或數(shù)字地將偏移添加到VC0控制信號(hào)來取得。輸入階躍一經(jīng)應(yīng)用，就針對(duì)已確定 的持續(xù)時(shí)間實(shí)行數(shù)字二重積分操作，其中二重積分可以實(shí)現(xiàn)為級(jí)聯(lián)的兩個(gè)數(shù)字累加器。作 為另一關(guān)鍵特征，已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了針對(duì)選擇的最小測量時(shí)間，二重積分的輸出與環(huán)路 帶寬的倒數(shù)成反比。在一個(gè)實(shí)施例中，使用數(shù)據(jù)庫或存儲(chǔ)器(例如查找表)來確定增益校正， 其之后被應(yīng)用到PLL中的數(shù)字環(huán)路濾波器的數(shù)字增益控制。
[0016] 圖1示出了根據(jù)本公開的原理所構(gòu)建的、總地標(biāo)為100的鎖相環(huán)的實(shí)施例的框圖。 鎖相環(huán)（PLL) 100可以作為經(jīng)調(diào)制的PLL加以采用并且包括相位檢測器105、相位量化器 110、數(shù)字環(huán)路濾波器115,該數(shù)字環(huán)路濾波器115采用低通濾波器（LPF)并且具有增益乘法 器存儲(chǔ)器（GMM);數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC)120、壓控振蕩器（VC0)級(jí)125和反饋分頻器130。PLL100 還包括擾動(dòng)（perturbation)單元135和數(shù)字帶寬校準(zhǔn)單元140。
[0017] 相位檢測器105將具有參考輸入頻率（Fkef)輸入信號(hào)與來自VC0級(jí)125的反饋信 號(hào)進(jìn)行比較以提供兩者之間的相位誤差。相位誤差在相位量化器110中被量化并且被提供 到數(shù)字環(huán)路濾波器115用于低通濾波。在正常操作期間，經(jīng)濾波的相位誤差(數(shù)字量）被提 供到DAC120用于轉(zhuǎn)換為經(jīng)濾波的模擬相位誤差電壓，其之后被提供到VC0級(jí)125以確定 VC0級(jí)輸出頻率。VC0級(jí)輸出頻率進(jìn)一步由反饋分頻器130分頻以將反饋信號(hào)提供到相位 檢測器105。
[0018] 擾動(dòng)單元135包括直接（即內(nèi)聯(lián)）多路復(fù)用器136、數(shù)字偏移生成器137和校準(zhǔn)偏 移求和點(diǎn)138。數(shù)字帶寬校準(zhǔn)單元140包括采用二重積分器的數(shù)字積分級(jí)141、采用斜率查 找表（LUT)的形式的校正數(shù)據(jù)庫142、第一校準(zhǔn)乘法器143、第二校準(zhǔn)乘法器144和校準(zhǔn)多 路復(fù)用器145。
[0019] 在所示出的實(shí)施例中，校準(zhǔn)操作測量對(duì)用于PLL100的單位階躍(即階躍函數(shù))輸入 的響應(yīng)。單位階躍輸入通過經(jīng)由校準(zhǔn)偏移求和點(diǎn)138將來自數(shù)字偏移生成器137的數(shù)字偏 移數(shù)字地添加到用于VC0級(jí)125的VC0控制信號(hào)來取得。此處，擾動(dòng)單元135在校準(zhǔn)操作 發(fā)起時(shí)生成校準(zhǔn)偏移信號(hào)?？商鎿Q地，單位階躍可以通過改變反饋分頻器130中的分頻比 加以應(yīng)用。因?yàn)榄h(huán)路帶寬取決于分頻比，所以數(shù)字偏移是對(duì)于數(shù)字PLL100的優(yōu)選選項(xiàng)。
[0020] 在PLL100的校準(zhǔn)操作期間，將初始環(huán)路增益設(shè)置為大于標(biāo)稱的值(例如將數(shù)字環(huán) 路濾波器115的環(huán)路濾波器增益設(shè)置為大約是其標(biāo)稱值的四倍的值）以幫助較快的校準(zhǔn)。 在等待固定的持續(xù)時(shí)間以允許PLL穩(wěn)定之后，直接多路復(fù)用器136編程為選擇直接來自數(shù) 字環(huán)路濾波器115的無偏移路徑并且針對(duì)預(yù)定的持續(xù)時(shí)間（例如10微秒）并發(fā)地對(duì)數(shù)字環(huán) 路濾波器115的輸入信號(hào)使能數(shù)字二重積分操作。
[0021] 一般地，數(shù)字帶寬校準(zhǔn)單元140提供經(jīng)校正的標(biāo)稱增益用于存儲(chǔ)在數(shù)字環(huán)路濾波 器115的增益乘法器存儲(chǔ)器（GMM)中，其中用于經(jīng)校正的標(biāo)稱增益的數(shù)字增益校正k。。^由 數(shù)字積分級(jí)141和校正數(shù)據(jù)庫142確定。一旦單位階躍輸入通過直接多路復(fù)用器136 (由 來自數(shù)字帶寬校準(zhǔn)單元140的CalStart命令所控制）加以應(yīng)用，二重積分級(jí)141就被重置 并且激活指定的持續(xù)時(shí)間。使用二重積分結(jié)果來選擇斜率LUT142中的斜率。在第一校準(zhǔn) 乘法器143中將斜率應(yīng)用到二重積分結(jié)果以獲得數(shù)字增益校正k ra"。之后在第二校準(zhǔn)乘法 器144中將標(biāo)稱數(shù)字增益kn乘以數(shù)字增益校正keOT以提供經(jīng)校正的標(biāo)稱增益。通過校準(zhǔn) 多路復(fù)用器145應(yīng)用經(jīng)校正的標(biāo)稱增益用于存儲(chǔ)在數(shù)字環(huán)路濾波器115的增益乘法器存儲(chǔ) 器（GMM)中并且將來在PLL100的正常操作期間使用。
[0022] 圖2A、2B和2C示出了如可在校準(zhǔn)期間在PLL中生成的、總地標(biāo)為200、220、240的 校準(zhǔn)波形的示例，該P(yáng)LL諸如圖1的PLL100。圖2A示出了如可在單位階躍校準(zhǔn)信號(hào)已經(jīng)被 供應(yīng)到PLL之后不久被提供到數(shù)字帶寬校準(zhǔn)單元的數(shù)字積分級(jí)的輸入校準(zhǔn)波形200。
[0023] 圖2B示出了與輸入校準(zhǔn)波形200相對(duì)應(yīng)的、如可在數(shù)字積分級(jí)的第一積分之后被 提供用于七個(gè)不同的環(huán)路帶寬設(shè)定的結(jié)果校準(zhǔn)波形220。結(jié)果校準(zhǔn)波形220示出了在60微 秒之后使能第一積分25微秒時(shí)間段。
[0024] 圖2C示出了與輸入校準(zhǔn)波形200相對(duì)應(yīng)的、如可在數(shù)字積分級(jí)的二重積分之后被 提供用于圖2B的七個(gè)不同的環(huán)路帶寬設(shè)定的結(jié)果校準(zhǔn)波形240。結(jié)果校準(zhǔn)波形240也示出 了在60微秒之后使能二重積分25微秒時(shí)間段。
[0025] 圖3示出了作為針對(duì)25微秒時(shí)間段的圖2C所示的二重積分結(jié)果的函數(shù)的、總地 標(biāo)為300的所要求的增益校正的示例。對(duì)于給定的二重積分結(jié)果，垂直軸上的對(duì)應(yīng)的數(shù)字 增益校正值是校正因子，該校正因子需要被應(yīng)用到數(shù)字增益以將PLL帶寬設(shè)置為其所要求 的或目標(biāo)標(biāo)稱值。
[0026] 此外，圖3示出了所要求的增益校正300與二重積分結(jié)果成正比。所要求的增益校 正300的斜率是目標(biāo)帶寬、用于單位階躍輸入的偏移和二重積分的總持續(xù)時(shí)間的函數(shù)。即 使所要求的增益校正300看起來是線性函數(shù)，但是實(shí)際的增益校正曲線將通常因?yàn)楦鞣N虧 損而不是完美線性的，該各種虧損在這些仿真中不被建模。因此，可以典型地采用校準(zhǔn)查找 表以更好地確保整體精度。
[0027] 圖4示出了根據(jù)本公開的原理所實(shí)行的、總地標(biāo)為400的鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn)方 法的實(shí)施例的流程圖。方法400始于步驟405,并且在步驟410中提供采用增益乘法器存儲(chǔ) 器的數(shù)字環(huán)路濾波。之后，在步驟415中，通過生成校準(zhǔn)偏移信號(hào)發(fā)起校準(zhǔn)。在步驟420中， 提供用于存儲(chǔ)在增益乘法器存儲(chǔ)器中的經(jīng)校正的標(biāo)稱增益，其中用于經(jīng)校正的標(biāo)稱增益的 數(shù)字增益校正由數(shù)字積分和所存儲(chǔ)的校正量確定。
[0028] 在一個(gè)實(shí)施例中，將初始環(huán)路增益設(shè)置為大于標(biāo)稱環(huán)路增益的值。相應(yīng)地，可以將 初始環(huán)路增益設(shè)置為大約是標(biāo)稱環(huán)路增益的四倍的值。在另一個(gè)實(shí)施例中，校準(zhǔn)偏移信號(hào) 被應(yīng)用為階躍函數(shù)并且從包括頻率偏移和反饋分頻器中的分頻比的組中選擇。在又一個(gè)實(shí) 施例中，數(shù)字積分與數(shù)字環(huán)路濾波的輸入信號(hào)的二重積分相對(duì)應(yīng)，并且所存儲(chǔ)的校正量由 斜率查找表提供。
[0029] 在又一個(gè)實(shí)施例中，在第一校準(zhǔn)乘法中采用數(shù)字積分和所存儲(chǔ)的校正量來生成數(shù) 字增益校正。此外，第二校準(zhǔn)乘法使用數(shù)字增益校正和標(biāo)稱增益提供經(jīng)校正的標(biāo)稱增益。相 應(yīng)地，將經(jīng)校正的標(biāo)稱增益或標(biāo)稱增益提供到增益乘法器存儲(chǔ)器。方法400在步驟425中 結(jié)束。
[0030] 雖然本文所公開的方法已經(jīng)參考以特定順序所實(shí)施的特定步驟進(jìn)行了描述和示 出，但是應(yīng)該理解這些步驟可以組合、細(xì)分或重新排序以形成等同方法而不脫離本公開的 教導(dǎo)。因此，除非本文特別指示，否則步驟的順序和分組不是對(duì)本公開的限制。
[0031] 本申請相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解可以對(duì)所描述的實(shí)施例進(jìn)行其他和進(jìn)一步的 添加、刪除、替換和修改。
【權(quán)利要求】
1. 一種鎖相環(huán)數(shù)字帶寬校準(zhǔn)器，包括： 數(shù)字環(huán)路濾波器，其具有增益乘法器存儲(chǔ)器； 擾動(dòng)單元，其配置為生成校準(zhǔn)偏移信號(hào)以發(fā)起校準(zhǔn)； 數(shù)字帶寬校準(zhǔn)單元，其配置為提供經(jīng)校正的標(biāo)稱增益用于存儲(chǔ)在所述增益乘法器存儲(chǔ) 器中，其中用于所述經(jīng)校正的標(biāo)稱增益的數(shù)字增益校正由數(shù)字積分級(jí)和校正數(shù)據(jù)庫確定。
2. 如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)器，其中所述校準(zhǔn)偏移信號(hào)從包括以下各項(xiàng)的組中選擇： 頻率偏移；以及 反饋分頻器中的分頻比。
3. 如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)器，其中所述校準(zhǔn)偏移信號(hào)與階躍函數(shù)相對(duì)應(yīng)。
4. 如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)器，其中所述數(shù)字積分級(jí)配置為提供所述數(shù)字環(huán)路濾波器 的輸入信號(hào)的二重積分。
5. 如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)器，其中所述校正數(shù)據(jù)庫由斜率查找表提供。
6. 如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)器，其中所述數(shù)字積分級(jí)和所述校正數(shù)據(jù)庫配置為提供輸 出至第一校準(zhǔn)乘法器以生成所述數(shù)字增益校正。
7. 如權(quán)利要求6所述的校準(zhǔn)器，其中第二校準(zhǔn)乘法器配置為采用所述數(shù)字增益校正和 標(biāo)稱增益提供所述經(jīng)校正的標(biāo)稱增益。
8. 如權(quán)利要求7所述的校準(zhǔn)器，其中校準(zhǔn)多路復(fù)用器配置為將所述經(jīng)校正的標(biāo)稱增益 或所述標(biāo)稱增益提供到所述增益乘法器存儲(chǔ)器。
9. 如權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)器，其中所述數(shù)字環(huán)路濾波器的初始環(huán)路增益設(shè)置為大于 標(biāo)稱環(huán)路增益的值。
10. 如權(quán)利要求9所述的校準(zhǔn)器，其中所述初始環(huán)路增益設(shè)置為大約是所述標(biāo)稱環(huán)路 增益的四倍的值。
【文檔編號(hào)】H03L7/099GK104143976SQ201310753116
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月7日
【發(fā)明者】塞伊杜·巴, 阿卜杜勒拉夫·貝拉瓦爾, 阿赫梅德·R·弗里達(dá) 申請人:輝達(dá)公司