專利名稱：一種鎖相環回路中相位差檢測方法、裝置及電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及本發明涉及電子技術領域，尤其涉及一種鎖相環回路中相位差檢測方法、裝置及電路。
背景技術：
現今，芯片信號相位差的檢測日益重要，尤其在需要精確時間同步的系統中，相位差檢測準確與否成為時間能否同步成功的關鍵，而且，隨著系統對故障告警精度要求的提升，相位檢測技術在系統故障檢測上的應用亦顯重要。目前，在元件可編程邏輯門陣列(FPGA，Field Programmable Gate Array)內部信號檢測相位差的方法，通常是通過一個工作頻率較高的檢測時鐘信號對兩個需要比較相位的頻率較低的被檢時鐘信號進行采樣，檢測時鐘信號通過兩個計數器統計自身與兩個被檢時鐘信號的相位倍數，比較兩個計數器的數值，從而確定兩個頻率較低時鐘信號的相位差值。以上現有技術中，由于檢測時鐘信號與被檢時鐘信號的頻率有倍數的關系，將檢測時鐘信號的頻率用F2表示，被檢測時鐘信號的頻率用Fl表示，可測量的相位差值用η 表示，則此三者的關系可用公式表示為F2 = FlX360/n，假設被檢測時鐘信號的頻率為 30Mhz,當檢測時鐘信號的頻率為240Mhz，即8倍于被檢測時鐘信號的頻率時，才可以檢測出45度相位差，可見，當被檢時鐘信號頻率增高時，檢測時鐘信號的工作頻率需要倍增，但是檢測時鐘信號的工作頻率范圍受芯片設計的限制，現有技術中檢測時鐘信號的工作頻率最高不超過400兆赫茲，因此，導致測量精度受到影響。
發明內容
本發明實施例提供了一種鎖相環電路中相位差檢測方法、裝置及電路，能夠提高相位差值檢測的精度。本發明實施例提供的一種鎖相環電路中相位差檢測方法，包括將第一時鐘信號輸入第一鎖相環回路，將第二時鐘信號輸入第二鎖相環回路；設置第一時鐘信號與所述第一時鐘信號產生的輸出時鐘信號的相位差；將所述輸出時鐘信號作為反饋時鐘信號輸入第二鎖相環回路；檢測所述第二鎖相環回路的輸出信號中是否存在相位鎖定信號，若存在，則所設置的相位差為所述第一時鐘信號與所述第二時鐘信號的相位差；若不存在，則調整所述設置的相位差，直至檢測到所述第二鎖相環回路的輸出信號中存在相位鎖定信號。本發明實施例提供的一種鎖相環電路中相位差檢測裝置，包括輸入模塊，用于將第一時鐘信號輸入第一鎖相環回路，將第二時鐘信號及第一時鐘信號產生的輸出時鐘信號作為反饋時鐘信號輸入第二鎖相環回路；設置模塊，用于設置第一時鐘信號與所述第一時鐘信號產生的輸出時鐘信號的相位差；檢測模塊，用于檢測所述第二鎖相環回路的輸出信號中是否存在相位鎖定信號，若存在，則所設置的相位差為所述第一時鐘信號與所述第二時鐘信號的相位差；調整模塊，用于若檢測所述第二鎖相環回路的輸出信號中不存在相位鎖定信號，則調整所述設置的相位差，直至檢測到所述第二鎖相環回路的輸出信號中存在相位鎖定信號。本發明實施例提供的一種鎖相環電路中相位差檢測電路，包括第一鎖相環回路及第二鎖相環回路；所述第一鎖相環回路包括第一鑒相器、第一環路濾波器、第一壓控振蕩器及第一分頻器；所述第二鎖相環回路包括第二鑒相器、第二環路濾波器、第二壓控振蕩器及第二分頻器。從以上技術方案可以看出，本發明實施例具有以下優點利用鎖相環回路來檢測信號的相位差，由于鎖相環回路中壓控振蕩器工作頻率比較高，在設置及調節第一時鐘信號及其輸出時鐘信號之間的相位差時，可設置及調整范圍較大，因此可檢測的信號頻率范圍較大。
圖1為本發明實施例中鎖相環電路中相位差檢測方法一個實施例示意圖；圖2為鎖相環回路的結構示意圖；圖3為本發明實施例中鎖相環電路中相位差檢測方法的基本電路結構示意圖；圖4為本發明實施例中鎖相環電路中相位差檢測裝置一個實施例示意圖；圖5為本發明實施例中鎖相環電路中相位差檢測電路一個實施例示意圖。
具體實施例方式本發明實施例提供了一種鎖相環電路中相位差檢測方法及裝置，用于提高相位差值檢測的精度，下面分別進行詳細說明。請參閱圖1，本發明實施例中的鎖相環電路中相位差檢測方法的一個實施例可以如下所述。101、將第一時鐘信號輸入第一鎖相環回路，將第二時鐘信號輸入第二鎖相環回路。例如，本發明實施例是利用FPGA內部的鎖相環回路(PLL，Phase Locked Loop)進行相位差的檢測，鎖相環回路是一種反饋控制電路，可利用外部輸入的參考信號控制回路內部振蕩信號的頻率和相位，鎖相環回路的結構示意圖請參閱圖2，鎖相環回路包括鑒相器201、環路濾波器202、壓控振蕩器203及分頻器204。其中，鑒相器201是一種相位比較裝置，用于比較輸入時鐘信號和壓控振蕩器輸出時鐘信號的相位，將比較后得到的相差信號發送到環路濾波器202，環路濾波器202是一個低通濾波器，可濾除相差信號的高頻部分和噪聲，得到壓控電壓，壓控振蕩器203是一個電壓-頻率轉換器，利用壓控電壓控制輸入時鐘信號的頻率，使輸出時鐘信號的頻率與輸入時鐘信號的頻率靠攏，當二者頻率相等時鎖定相位，使得輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值，一般壓控振蕩器的工作頻率在600M赫茲到1. 6G赫茲，為了便于比較輸入時鐘信號與輸出時鐘信號的相位，通常PLL中會加入分頻器204，通過分頻器204獲取輸入時鐘信號與輸出時鐘信號頻率的最小公因數。本發明實施例中，第一鎖相環回路與第二鎖相環回路相連，第一時鐘信號與第二時鐘信號為待檢測的兩個時鐘信號，將第一時鐘信號輸入第一鎖相環回路，將第二時鐘信號輸入第二鎖相環回路。請參閱圖3，本發明實施例中鎖相環電路中相位差檢測方法的基本電路結構示意圖，其中包括第一鎖相環回路301與第二鎖相環回路302相連，第一 PLL301的輸出時鐘信號及第二時鐘信號輸入第二 PLL302中。需要說明的是，第一時鐘信號與第二時鐘信號頻率相同，這樣二者的相差固定，測量相差才有意義。102、設置第一時鐘信號與其產生的輸出時鐘信號的相位差。本發明實施例中，將第一時鐘信號輸入到鎖相環回路后，可在鎖相環回路的輸出端產生輸出時鐘信號，可以設置第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，具體可以設置為任意值，但要保證在芯片及鎖相環回路工作頻率允許范圍內，例如可設置為30°、45°寸。可以理解的，該輸出時鐘信號與該第一時鐘信號的頻率相同。103、將輸出時鐘信號作為反饋時鐘信號輸入第二鎖相環回路。將102中與第一時鐘信號有可知相位差的輸出時鐘信號作為反饋時鐘信號輸入第二鎖相環回路，與第二時鐘信號同處于第二鎖相環回路中，即，第一鎖相環中第一時鐘信號的輸出時鐘信號，與第二鎖相環中的反饋信號是同一個信號，當該反饋時鐘信號與該第二時鐘信號相位相同時，第二鎖相環回路輸出端可輸出相位鎖定信號。104、檢測第二鎖相環回路的輸出信號中是否存在相位鎖定信號。檢測第二鎖相環回路的輸出信號中是否存在相位鎖定信號，如果存在，則表示反饋時鐘信號與第二時鐘信號相位相同，那么，102中設置的第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，便為第一時鐘信號與第二時鐘信號的相位差。請繼續參閱圖3，當第一 PLL301中第一時鐘信號的輸出時鐘信號，即反饋信號，與第二 PLL302接收的第二時鐘信號相位差相同時，則第二 PLL可輸出相位鎖定信號，此時可在第二 PLL輸出端檢測到相位鎖定信號。若檢測不到相位鎖定信號，則表示反饋時鐘信號與第二時鐘信號有相位差，執行 104。105、調整設置的第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，直至檢測到第二鎖相環回路的輸出信號中存在相位鎖定信號。若在第二 PLL輸出端檢測不出相位鎖定信號，則表示反饋時鐘信號與第二時鐘信號有相位差，調整所設置的第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，直至在第二鎖相環回路的輸出信號中檢測到相位鎖定信號，那么此時反饋時鐘信號與第二時鐘信號的相位差相同，則調整后的第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，為第一時鐘信號與第二時鐘信號的相位差。需要說明的是，調整第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，與102中設置第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差的方式相同，此處不再贅述。需要進一步說明的是，第二時鐘信號也可為芯片內部產生的信號，若第二時鐘信號與第一時鐘信號頻率不同，可先調整到與第一時鐘信號相同再進行后續相位檢測過程， 具體相位檢測過程可參見本實施例所描述內容，此處不再贅述。本發明實施例中，在FPGA內部的第一鎖相環回路中輸入第一時鐘信號，將待檢測相位差的第二時鐘信號輸入第二鎖相環回路，可先設置第一時鐘信號與其產生的輸出時鐘信號的相位差，將該輸出時鐘信號作為反饋時鐘信號輸入第二鎖相環回路，通過在第二鎖相環回路的輸出端檢測是否存在鎖相信號，調整第一時鐘信號與該輸出時鐘信號之間的相位差，直至第二鎖相環回路輸出相位鎖定信號，則第一時鐘信號與該輸出時鐘信號之間的相位差，為第一時鐘信號與第二時鐘信號之間的相位差，由于鎖相環回路中的壓控振蕩器工作頻率遠高于一般單一檢測時鐘信號的頻率，根據檢測時鐘信號與檢測精度的關系可知，在FPGA內部使用鎖相環回路的時鐘信號頻率檢測相位差，由于時鐘信號的頻率比較高，因此可檢測相位差的精度比較大，同時，可檢測的待檢測時鐘信號頻率范圍也比較大， 一般的，可檢測信號的頻率范圍可達5M赫茲到800M赫茲。為便于理解，下面以一具體應用場景對本發明實施中的鎖相環回路中相位差檢測方法進行描述。鎖相環回路A與鎖相環回路B是FPGA內部兩個級聯的鎖相環，CLKA與CLKB為兩個待檢測的時鐘信號，可將CLKA輸入鎖相環回路A，將CLKB輸入鎖相環回路B進行相位差的檢測。CLKF為CLKA在鎖相環回路A中產生的輸出時鐘信號，可先設置CLKA與CLKF的相位差為30°，具體的預置方式可以由人工控制預置，可以由外部邏輯控制器預置，也可以是通過其他本領域公知技術進行預置，此處不作限定。CLKA輸入鎖相環回路A后，在鎖相環回路A的輸出端產生與CLKA相位差為30°的 CLKF,將CLKF作為鎖相環回路B的反饋時鐘信號輸入鎖相環回路B，此時，CLKF與CLKB均輸入鎖相環回路B，可在鎖相環回路B的輸出端檢測是否存在輸出的相位鎖定信號，如果檢測到存在輸出的相位鎖定信號，表示CLKF與CLKB相位相等，而CLKA與CLKF相位差為30°， 那么CLKA與CLKB的相位差也為30°，入錯檢測不到輸出的相位鎖定信號，則表示CLKF與 CLKB相位不相等，可調整CLKA與CLKF的相位差，比如將相位差調整到45°，如果此時檢測到存在輸出的相位鎖定信號，則可推斷CLKA與CLKB的相位差為45°，如果調整后仍然檢測不到輸出的相位鎖定信號，則繼續調整，直到鎖相環回路B輸出端檢測到存在輸出的相位鎖定信號，此時的CLKA與CLKF的相位差便為待測信號CLKA與CLKB的相位差。下面介紹本發明實施例提供的鎖相環回路中相位檢測裝置，請參閱圖4，本發明實施例提供的鎖相環回路中相位檢測裝置的一個實施例包括輸入模塊401，設置模塊402， 檢測模塊403，調整模塊404。輸入模塊401，用于將第一時鐘信號輸入第一鎖相環回路，將第二時鐘信號及第一時鐘信號產生的輸出時鐘信號作為反饋時鐘信號輸入第二鎖相環回路。設置模塊402，用于設置第一時鐘信號與第一時鐘信號產生的輸出時鐘信號的相位差。檢測模塊403，用于檢測第二鎖相環回路的輸出信號中是否存在相位鎖定信號，若存在，則所設置的相位差為第一時鐘信號與所述第二時鐘信號的相位差。調整模塊404，用于若檢測第二鎖相環回路的輸出信號中不存在相位鎖定信號，則調整設置的相位差，直至檢測到第二鎖相環回路的輸出信號中存在相位鎖定信號。為便于理解，下面以一具體應用場景對本實施例中鎖相環回路中相位檢測裝置內的各模塊之間的聯系進行說明。
本實施例中，第一時鐘信號與第二時鐘信號為待檢測相位差的兩個時鐘信號，需要說明的是，第一時鐘信號與第二時鐘信號頻率相同，這樣二者的相差固定，測量相差才有
眉、ο首先輸入模塊401將第一時鐘信號輸入第一鎖相環回路，將第二時鐘信號輸入第二鎖相環回路，設置模塊402設置第一時鐘信號與其產生的輸出時鐘信號的相位差，該相位差可以是任意值，可以理解的，該輸出時鐘信號與該第一時鐘信號的頻率相同。而后，輸入模塊401將該輸出時鐘信號作為反饋時鐘信號輸入第二鎖相環回路， 即第一時鐘信號在第一鎖相環所產生的輸出時鐘信號，與第二鎖相環回路中的該反饋信號為同一個信號，此時，該輸出時鐘信號與第二時鐘信號同處于第二鎖相環回路中。檢測模塊403檢測第二鎖相環回路的輸出信號中是否存在相位鎖定信號，若存在，則表示該反饋時鐘信號與第二時鐘信號相位相同，那么設置模塊402所設置的第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，便為第一時鐘信號與第二時鐘信號的相位差，若不存在，則由調整模塊404調整所設置的相位差，直至檢測到第二鎖相環回路的輸出信號中存在相位鎖定信號，那么調整后的第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，為第一時鐘信號與第二時鐘信號的相位差。需要說明的是，調整第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，與設置第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差的方式相同，此處不再贅述。本實施例中，輸入模塊401將第一時鐘信號輸入第一鎖相環回路，將第二時鐘信號輸入第二鎖相環回路，設置模塊402設置第一時鐘信號與其產生的輸出時鐘信號的相位差，輸入模塊401將該輸出信號作為反饋時鐘信號輸入第二鎖相環回路，檢測模塊403檢測第二鎖相環回路的輸出信號中是否存在相位鎖定信號，若存在，則表示該反饋時鐘信號與第二時鐘信號相位相同，那么設置模塊402所設置的第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，便為第一時鐘信號與第二時鐘信號的相位差，若不存在，則由調整模塊404調整所設置的相位差，直至檢測到第二鎖相環回路的輸出信號中存在相位鎖定信號，那么調整后的第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，為第一時鐘信號與第二時鐘信號的相位差，利用鎖相環回路來檢測信號的相位差，由于鎖相環回路中壓控振蕩器工作頻率比較高，根據檢測時鐘信號與檢測精度的關系可知，因此可檢測相位差的精度比較大，同時，可檢測的待檢測時鐘信號頻率范圍較大。下面介紹本發明實施例提供的鎖相環回路中相位檢測電路，請參閱圖5，本發明實施例提供的鎖相環回路中相位檢測電路的一個實施例包括第一鎖相環回路501及第二鎖相環回路502。第一鎖相環回路501包括第一鑒相器5011，用于比較輸入時鐘信號和第一壓控振蕩器5013輸出時鐘信號的相位，并將比較后得到的相差信號發送到第一環路濾波器5012 ；第一環路濾波器5012，用于濾除相差信號的高頻部分和噪聲，得到壓控電壓；第一壓控振蕩器5013，用于利用壓控電壓控制輸入時鐘信號的頻率，使輸出時鐘信號的頻率與輸入時鐘信號的頻率靠攏，當二者頻率相等時鎖定相位，使得輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值；第一分頻器5014，用于獲取輸入時鐘信號與輸出時鐘信號頻率的最小公因數，從而便于比較輸入時鐘信號與輸出時鐘信號的相位。其中，第一鑒相器5011與第一環路濾波器5012及第一壓控振蕩器5013串聯，第一分頻器5014與第一鑒相器5011及第一壓控振蕩器5013并聯。第二鎖相環回路502包括第二鑒相器5021、第二環路濾波器5022、第二壓控振蕩器5023及第二分頻器50M。其中，第二鑒相器5021與第一鎖相環回路501中的第一壓控振蕩器5013串聯。需要說明的是，第二鎖相環回路502中各電路元件的連接方式、功能及作用的具體描述，請參見本實施例中對第一鎖相環回路501中各電路元件的連接方式、功能及作用所描述的內容，此處不再贅述。本領域技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質中，上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。以上對本發明所提供的一種鎖相環回路中相位差檢測方法、裝置及電路進行了詳細介紹，對于本領域的技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種鎖相環回路中相位差檢測方法，其特征在于，包括將第一時鐘信號輸入第一鎖相環回路，將第二時鐘信號輸入第二鎖相環回路； 設置第一時鐘信號與所述第一時鐘信號產生的輸出時鐘信號的相位差； 將所述輸出時鐘信號作為反饋時鐘信號輸入第二鎖相環回路； 檢測所述第二鎖相環回路的輸出信號中是否存在相位鎖定信號，若存在，則所設置的相位差為所述第一時鐘信號與所述第二時鐘信號的相位差；若不存在，則調整所述設置的相位差，直至檢測到所述第二鎖相環回路的輸出信號中存在相位鎖定信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 所述第一鎖相環回路與所述第二鎖相環回路級聯。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述設置所述第一時鐘信號與所述第一時鐘信號產生的輸出時鐘信號的相位差包括通過控制邏輯控制器，設置所述第一時鐘信號與所述第一時鐘信號產生的輸出時鐘信號的相位差。
4.一種鎖相環回路中相位差檢測裝置，其特征在于，包括輸入模塊，用于將第一時鐘信號輸入第一鎖相環回路，將第二時鐘信號及第一時鐘信號產生的輸出時鐘信號作為反饋時鐘信號輸入第二鎖相環回路；設置模塊，用于設置第一時鐘信號與所述第一時鐘信號產生的輸出時鐘信號的相位差；檢測模塊，用于檢測所述第二鎖相環回路的輸出信號中是否存在相位鎖定信號，若存在，則所設置的相位差為所述第一時鐘信號與所述第二時鐘信號的相位差；調整模塊，用于若檢測所述第二鎖相環回路的輸出信號中不存在相位鎖定信號，則調整所述設置的相位差，直至檢測到所述第二鎖相環回路的輸出信號中存在相位鎖定信號。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述設置模塊，還用于通過控制邏輯控制器，設置所述第一時鐘信號與所述第一時鐘信號產生的輸出時鐘信號的相位差。
6.一種鎖相環回路中相位差檢測電路，其特征在于，包括第一鎖相環回路及第二鎖相環回路；所述第一鎖相環回路包括第一鑒相器、第一環路濾波器、第一壓控振蕩器及第一分頻器；所述第二鎖相環回路包括第二鑒相器、第二環路濾波器、第二壓控振蕩器及第二分頻器。
全文摘要
本發明實施例公開了一種鎖相環回路中相位差檢測方法、裝置及電路，用于提高相位差值檢測的精度。本發明實施例方法包括設置第一鎖相環回路中第一時鐘信號與其輸出時鐘信號的相位差，并作為反饋時鐘信號輸入第二鎖相環回路，檢測該第二鎖相環回路的輸出信號中是否存在相位鎖定信號，若存在，則所設置的相位差為第一時鐘信號與第二鎖相環回路中的第二時鐘信號的相位差，若不存在，調整設置的相位差直至檢測到輸出信號中存在相位鎖定信號。
文檔編號G01R25/00GK102185607SQ201110027290
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月25日 優先權日2011年1月25日
發明者楊宇, 陳棟 申請人:上海華為技術有限公司