一種全數(shù)字鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供了一種全數(shù)字鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置，在原有的T2D外加上：第二計(jì)數(shù)器的輸入端與第一邏輯電路的輸出端相連，第二計(jì)數(shù)器的輸出端分別與模式調(diào)整電路的輸入端和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸入端連接，該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸出端連接多工器的一輸入端；模式調(diào)整電路的一輸出端連接多工器的選擇端，該模式調(diào)整電路的另一輸出端連接第二邏輯電路的一輸入端；多工器的另一輸入端連接原有的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置中的第一計(jì)數(shù)器的輸出端，多工器的輸出端作為時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置的輸出端。本實(shí)用新型能夠保證全數(shù)字鎖相環(huán)對(duì)輸入相位的可靠鎖定。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種全數(shù)字鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及全數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)，尤其涉及全數(shù)字鎖相環(huán)中的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器
裝置【背景技術(shù)】
[0002]全數(shù)字鎖相環(huán)(ADPLL, All Digital Phase Locked Loop)中的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(T2D, Time-to-Digital)部分是將輸入鑒頻鑒相器(PFD, Phase Frequency Detector)的相位差(Phase Error)量化為數(shù)值，T2D量化精度會(huì)決定鎖相環(huán)的抖動(dòng)(jitter)性能。傳統(tǒng)的ADPLL中應(yīng)用的T2D為提高量化精度導(dǎo)致減小量化范圍，而在一定的量化范圍內(nèi)提高量化精度就必須增加數(shù)字電路的規(guī)模。
[0003]常用的采用單極相位差放大T2D的原理和結(jié)構(gòu)如圖1所示，一次量化開(kāi)始時(shí)，Sffl和SW2斷開(kāi)，SW3閉合，使VX的電壓等于參考電壓VC，PFD將輸入時(shí)鐘信號(hào)CK_FB和CK_IN之間的相位差變成脈沖寬度信號(hào)P_UP和P_DN ；P_UP和P_DN經(jīng)過(guò)邏輯電路I運(yùn)算后將CK_FB和CK_IN之間的相位差變成脈寬信號(hào)PER和極性信號(hào)POLAR，PER信號(hào)為邏輯I時(shí)開(kāi)啟充電泵(charge pump)電路中的開(kāi)關(guān)SWl,并且斷開(kāi)SW3, Sff2保持?jǐn)嚅_(kāi)，電流源Il灌入VX上，使VX的電壓從參考電壓VC開(kāi)始升高；PER信號(hào)變成邏輯O后，SN信號(hào)為邏輯I開(kāi)啟SW2，同時(shí)將SWl斷開(kāi)，并且計(jì)數(shù)器對(duì)比較器輸出信號(hào)NVCOMP計(jì)數(shù)，電流源12抽出VX上的電荷，使VX電壓下降；同時(shí)比較器開(kāi)始工作，當(dāng)VX電壓下降到參考電壓VC以下后，通過(guò)邏輯電路2使得SN信號(hào)變成邏輯0，并且計(jì)數(shù)器停止對(duì)信號(hào)NVCOMP計(jì)數(shù)并且保存計(jì)數(shù)值TD，最后斷開(kāi)SW2及閉合SW3，一次量化完成。通常電流源Il是12的K倍，因此相位差(脈沖寬度差PER)會(huì)被放大K倍。圖2表示了圖1電路結(jié)構(gòu)中各個(gè)電壓節(jié)點(diǎn)的波形和相互的關(guān)系。
[0004]假設(shè)CK_IN超前CK_FB，CK_IN的上升沿觸發(fā)PER從O翻轉(zhuǎn)成I，當(dāng)PER=I時(shí)VX開(kāi)始充電，電壓上升，同時(shí)PER稍作延遲后使EN_CMP變?yōu)?，比較器開(kāi)始工作；當(dāng)CK_FB的上升沿到來(lái)，使PER從I翻轉(zhuǎn)成O ;這時(shí)SN信號(hào)從O翻轉(zhuǎn)成I，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，于是VX開(kāi)始放電，電壓緩慢下降，當(dāng)?shù)陀赩C時(shí)，比較器輸出NVCOMP發(fā)生翻轉(zhuǎn)變?yōu)?，使SN從I變?yōu)?，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)停止，同時(shí)禁能比較器；一個(gè)T2D量化過(guò)程結(jié)束。
[0005]上述T2D的實(shí)現(xiàn)，由于放電時(shí)間為原時(shí)間差的K倍，因而精度提高越大，相差的放電時(shí)間就要越長(zhǎng)，而量化必須在一個(gè)周期內(nèi)完成，所以高精度限制了轉(zhuǎn)化范圍。并且，其提高精度和增加轉(zhuǎn)換范圍是以增加數(shù)字電路的規(guī)模為代價(jià)，故使成本增加。而PLL在鎖定時(shí)，PFD輸入的相位差一般都接近于0，所以T2D的工作范圍比較小，并不會(huì)影響PLL鎖定后的性能，但是卻會(huì)使PLL的鎖定時(shí)間變長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致鎖定困難。
[0006]因此，需要提供一種用于全數(shù)字鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能夠在少量增加數(shù)字電路的情況下，既可增加T2D的轉(zhuǎn)換范圍，同時(shí)還可保持原有的轉(zhuǎn)換高精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于全數(shù)字鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置，能夠在增加T2D的轉(zhuǎn)換范圍的同時(shí)保持原有的轉(zhuǎn)換高精度。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種全數(shù)字鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置，除包括原有的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置外，還包括一個(gè)第二計(jì)數(shù)器、一個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路、一個(gè)模式調(diào)整電路和一個(gè)多工器；其中，第二計(jì)數(shù)器的輸入端與第一邏輯電路的輸出端相連，第二計(jì)數(shù)器的輸出端分別與模式調(diào)整電路的輸入端和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸入端連接，該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸出端連接多工器的一輸入端；模式調(diào)整電路的一輸出端連接多工器的選擇端，該模式調(diào)整電路的另一輸出端連接第二邏輯電路的一輸入端；多工器的另一輸入端連接原有的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置中的第一計(jì)數(shù)器的輸出端，多工器的輸出端作為時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置的輸出端。
[0009]進(jìn)一步地，在模式調(diào)整電路中設(shè)置粗調(diào)判斷值和飽和判斷值對(duì)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置的量化范圍進(jìn)行調(diào)整:若第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值小于粗調(diào)判斷值，則模式調(diào)整電路向多工器的選擇端輸出選擇第一計(jì)數(shù)器的輸出端的控制信號(hào)；若第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值大于等于粗調(diào)判斷值，則模式調(diào)整電路向多工器的選擇端輸出選擇時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸出端的控制信號(hào)。
[0010]進(jìn)一步地，若第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值分別大于等于粗調(diào)判斷值且小于飽和判斷值，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸出端輸出K倍第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，K為該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的的增益。
[0011]進(jìn)一步地，若第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值分別大于等于粗調(diào)判斷值且大于等于飽和判斷值，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸出端輸出K倍第二計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值，K為該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的的增益。
[0012]本實(shí)用新型的T2D裝置僅通過(guò)增加有限的數(shù)字電路采用多段量化區(qū)域?qū)崿F(xiàn)T2D，既增加了 T2D的轉(zhuǎn)換范圍，同時(shí)還保持了原有的T2D轉(zhuǎn)換高精度，從而保證PLL對(duì)輸入相位的可靠鎖定。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為現(xiàn)有的ADPLL中的T2D的原理電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為圖1所示的T2D原理電路結(jié)構(gòu)中各電壓節(jié)點(diǎn)的波形關(guān)系示意圖；
[0015]圖3為本實(shí)用新型的ADPLL中的T2D裝置的原理電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4為圖3所示的T2D中當(dāng)計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值小于飽和量化范圍判斷值的各電壓節(jié)點(diǎn)的波形關(guān)系不意圖；
[0017]圖5為圖3所示的T2D中當(dāng)計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值大于等于飽和量化范圍判斷值的各電壓節(jié)點(diǎn)的波形關(guān)系示意圖；
[0018]圖6為采用圖3所示的ADPLL中的T2D的輸入相位差和輸出時(shí)間量化值的關(guān)系曲線(xiàn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)地闡述。應(yīng)該理解，以下列舉的實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，而不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的限制。[0020]由于PLL在鎖定時(shí)，PFD輸入的相位差一般都接近于0，此時(shí)需要T2D的轉(zhuǎn)換精度比較高，這樣才能有效降低鎖定的抖動(dòng)(jitter)。根據(jù)上述PLL工作原理，本實(shí)用新型將T2D量化區(qū)域劃分為細(xì)量化(fine)、粗量化(coarse)以及飽和(saturation)三個(gè)區(qū)域，即通過(guò)多段量化(mult1-range quantization)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)T2D。
[0021]本實(shí)用新型的T2D裝置適當(dāng)縮小和精細(xì)化原來(lái)相位差高精度轉(zhuǎn)換范圍，作為細(xì)量化范圍；當(dāng)相位差繼續(xù)增大，T2D進(jìn)入到粗量化范圍(Coarse)調(diào)整，在這個(gè)范圍內(nèi)通過(guò)降低T2D的轉(zhuǎn)換精度來(lái)?yè)Q取轉(zhuǎn)換范圍的增加；當(dāng)相位差繼續(xù)增大，則將相位差量化為最大值，即飽和值(Saturation);從而在增加少量的數(shù)字電路的情況下，既可增加T2D的轉(zhuǎn)換范圍，同時(shí)還可保持原有的T2D轉(zhuǎn)換高精度。
[0022]如圖3所示為本實(shí)用新型的ADPLL中的T2D裝置的原理電路結(jié)構(gòu)?？梢钥闯?，該裝置是在原有的ADPLL中的T2D裝置基礎(chǔ)上，增加了 一個(gè)計(jì)數(shù)器2、一個(gè)T2D增益電路、一個(gè)模式調(diào)整電路和一個(gè)多工器，來(lái)完成前置量化功能；其中，計(jì)數(shù)器2的輸入與邏輯電路I的輸出端PER相連，計(jì)數(shù)器2的輸出端分別與模式調(diào)整電路的輸入端和T2D增益電路的輸入端連接，該T2D增益電路的輸出端連接多工器的一個(gè)輸入端；模式調(diào)整電路的一輸出端連接多工器的選擇端，該模式調(diào)整電路的另一輸出端連接邏輯電路2的一輸入端；多工器的另一輸入端連接計(jì)數(shù)器I的輸出端，多工器的輸出端作為時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置的輸出端。
[0023]如圖4所示，當(dāng)信號(hào)PER=I時(shí)，代表了實(shí)際的CK_FB和CK_IN的相位差，此時(shí)計(jì)數(shù)器2進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0024]當(dāng)信號(hào)PER保持為1，若計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值W >粗量化范圍(Coarse)判斷值且小于設(shè)置的飽和值時(shí)，表示CK_FB和CK_IN的相位差超過(guò)了細(xì)量化范圍，則保存計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值W，并通過(guò)T2D增益電路對(duì)該計(jì)數(shù)值W放大K倍，由模式調(diào)整電路觸發(fā)多工器選擇將TD_2=W*K作為T(mén)2D最終輸出的量化值TD，完成相位差粗量化范圍內(nèi)的量化。
[0025]當(dāng)信號(hào)PER從I變成O時(shí)，若計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值〈粗量化范圍(Coarse)判斷值，表示CK_FB和CK_IN的相位差處在細(xì)量化范圍內(nèi)，則仍采用原來(lái)T2D的方法，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，對(duì)脈沖寬度差TE放大K倍后，由模式調(diào)整電路觸發(fā)多工器選擇計(jì)數(shù)器I對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)TD_1=TE*K作為T(mén)2D最終輸出的量化值TD，完成相位差細(xì)量化范圍內(nèi)的量化。
[0026]如圖4所示，在一個(gè)量化周期開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)SW1、SW2斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)SW3閉合使VX的電壓等于參考電壓VC，假設(shè)PFD的輸入CK_IN超前CK_FB，CK_IN的上升沿觸發(fā)PER從O翻轉(zhuǎn)成1，使得SWl閉合，SW2保持?jǐn)嚅_(kāi)，SW3斷開(kāi)，VX端開(kāi)始充電使電容電壓上升，并且使計(jì)數(shù)器2開(kāi)始對(duì)PER計(jì)數(shù)，而PER的上升沿通過(guò)邏輯電路2延遲后觸發(fā)EN_CMP變?yōu)?，使比較器開(kāi)始工作；當(dāng)模式調(diào)整電路判斷計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值超過(guò)Coarse判斷值時(shí)，通過(guò)邏輯電路2使SN從O變?yōu)镮 ;當(dāng)模式調(diào)整電路判斷計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值小于飽和量化范圍(Saturation)判斷值，且CK_FB的上升沿到來(lái)，則PER的下降沿使SN從I變?yōu)?，同時(shí)禁能比較器，并保留計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值W，通過(guò)多工器選擇T2D輸出計(jì)數(shù)器2的量化值TD_2=W*K，其中K為T(mén)2D增益電路的增益；最后開(kāi)關(guān)SWl、SW2斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)SW3閉合使VX的電壓等于參考電壓VC，一個(gè)量化周期結(jié)束。
[0027]如果CK_FB和CK_IN的相位差超過(guò)細(xì)量化范圍，而計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值大于設(shè)置的飽和值，則T2D最終輸出的量化值等于該飽和值。
[0028]如圖5所示，在一個(gè)量化周期開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)SW1、SW2斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)SW3閉合使VX端電壓等于參考電壓VC，假設(shè)CK_IN超前CK_FB，CK_IN的上升沿觸發(fā)PER從O翻轉(zhuǎn)成1，VX端開(kāi)始充電使電容上電壓上升，并且使計(jì)數(shù)器2開(kāi)始對(duì)PER計(jì)數(shù)，而PER的上升沿通過(guò)邏輯電路2延遲后使EN_CMP變?yōu)?，使比較器開(kāi)始工作；當(dāng)計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值超過(guò)Coarse判斷值時(shí)，使SN從O變?yōu)镮 ;當(dāng)計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值大于等于Saturation判斷值且CK_FB的上升沿還未出現(xiàn)時(shí)，使SN從I變?yōu)?，同時(shí)禁能比較器，模式調(diào)整電路通過(guò)多工器選擇T2D輸出計(jì)數(shù)器2的量化值TD_2=W_max*K，其中K為T(mén)2D增益電路的增益；最后開(kāi)關(guān)SW1、SW2斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)SW3閉合使VX的電壓等于參考電壓VC，一個(gè)量化周期結(jié)束。
[0029]在上述裝置實(shí)施例中，模式調(diào)整電路的作用是設(shè)置T2D的三段量化范圍調(diào)整，SP通過(guò)設(shè)置計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)值W的兩個(gè)判斷值:Coarse判斷值和Saturation判斷值,來(lái)實(shí)現(xiàn)細(xì)量化范圍(W〈Coarse判斷值)、粗量化范圍(Coarse判斷值≤W〈Saturation判斷值)以及飽和范圍(W≥Saturation判斷值)的量化調(diào)整。
[0030]根據(jù)上述描述，本實(shí)用新型的T2D輸入相位差和時(shí)間量化值的關(guān)系曲線(xiàn)關(guān)系如圖6所示。
[0031]由于在細(xì)量化范圍(Fine range)本發(fā)明的T2D工作過(guò)程和原T2D是一樣的，所以在細(xì)量化范圍的區(qū)間工作時(shí)，T2D的精度并沒(méi)有下降，即還是TSMP/K;在粗量化范圍(coarse range),由于相位差沒(méi)有被放大,所以計(jì)數(shù)值W的量化進(jìn)度仍然是TSMP ;即精度下降了 K倍，而由于相位差不需要放大，相應(yīng)的T2D的輸入范圍就可以擴(kuò)大K倍。
【權(quán)利要求】
1.一種全數(shù)字鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置，包括原有的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置，其特征在于，還包括一個(gè)第二計(jì)數(shù)器、一個(gè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路、一個(gè)模式調(diào)整電路和一個(gè)多工器；其中，第二計(jì)數(shù)器的輸入端與第一邏輯電路的輸出端相連，第二計(jì)數(shù)器的輸出端分別與模式調(diào)整電路的輸入端和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸入端連接，該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸出端連接多工器的一輸入端；模式調(diào)整電路的一輸出端連接多工器的選擇端，該模式調(diào)整電路的另一輸出端連接第二邏輯電路的一輸入端；多工器的另一輸入端連接原有的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置中的第一計(jì)數(shù)器的輸出端，多工器的輸出端作為時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置的輸出端。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，在所述模式調(diào)整電路中設(shè)置粗調(diào)判斷值和飽和判斷值對(duì)所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置的量化范圍進(jìn)行調(diào)整:若第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值小于粗調(diào)判斷值，則所述模式調(diào)整電路向多工器的選擇端輸出選擇第一計(jì)數(shù)器的輸出端的控制信號(hào)；若第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值大于等于粗調(diào)判斷值，則所述模式調(diào)整電路向多工器的選擇端輸出選擇所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸出端的控制信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，若第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值分別大于等于粗調(diào)判斷值且小于飽和判斷值，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸出端輸出K倍第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值，K為該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的的增益。
4.按照權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，若第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值分別大于等于粗調(diào)判斷值且大于等于飽和判斷值，所述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的輸出端輸出K倍第二計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)值，K為該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益電路的的增益。
【文檔編號(hào)】H03L7/18GK203747796SQ201420011380
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】王博, 梅丁蕾, 司龍 申請(qǐng)人:上海凌陽(yáng)科技有限公司