專利名稱：具有周波脫落檢測器而可補償周波脫落所造成的錯誤的鎖相回路的制作方法
技術領域：
本發明提供一種鎖相回路，尤指一種具有一周波脫落檢測器(cycle slipdetector)的鎖相回路。
背景技術：
鎖相回路(PLL)是被應用在許多不同類型的通訊系統中，近年來，現代科技的進步已經大大地延伸鎖相回路的應用領域，并且鎖相回路現在也可以在很多系統(從數據回復電路到頻率合成器)里被發現。公知鎖相回路是一種閉循環(closed loop)的回饋電路，其功能是用來產生一個與外部參考信號的相位及頻率同步的時鐘(clock)信號，主要是借由控制所產生的時鐘信號的相位以致使時鐘信號及參考信號之間的相位誤差保持在最小值。在數字領域(digital domain)里，現今具有數字電路的數字鎖相回路已被加以應用。
請參照圖1，圖1為公知數字鎖相回路10的示意圖。鎖相回路10包含一具有兩個輸入信號Si、So的相位檢測器(phase detector，PD)12，用來決定輸入信號Si、So之間一相位差及產生一用來指出該相位差的誤差信號Se；一回路濾波器(loop filter)14，用來針對誤差信號Se進行低通濾波及產生一對應于誤差信號Se的控制信號Sc；以及一數字控制震蕩器(digitally-controlled oscillator，DCO)16，用來依據回路濾波器14所輸出的控制信號Sc產生信號So。如圖1所示，信號So擁有一被控制信號Sc所控制的特定頻率，且信號So更進一步地回授到相位檢測器12，相位檢測器12便根據信號Si及So來不停地檢測兩者間的相位誤差，且回路濾波器14在接受誤差信號Se之后，其持續地更新控制信號Sc。所以，數字控制震蕩器16(例如，數值控制震蕩器(numerically-controlled oscillator))便持續更新信號So的頻率以減少信號Si及So之間的相位誤差。如此一來，數字控制震蕩器16是由控制信號Sc所驅動而沿著頻率掃描(frequency sweeping)方向來修改它的輸出頻率，以理想地減少相位誤差，因此，鎖相回路10便復制及追蹤位于其輸入端的頻率及相位，最后，鎖相回路10便進入鎖相狀態而鎖定所要的信號So。
眾所皆知地，如果信號Si及So之間的相位差不大于2π，則鎖相回路10可以將信號So鎖定至想要的相位，然而，若信號Si及So之間的相位差大于2π(亦即發生周波脫落)，相位檢測器12無法適當反應Si與So之間的相位誤差，且因數字控制震蕩器16朝離開所要的固標頻率的方向去進行頻率掃描，使得導致鎖相回路10不能鎖定至正確的相位。
發明內容
因此，本發明的主要目的之一是提供一種具有周波脫落檢測器的鎖相回路及相關方法，以解決上述問題。
簡而言之，本發明第一實施例揭露一鎖相回路(PLL)。該鎖相回路包含一相位檢測單元，用來產生一相位誤差信號，該相位誤差信號代表一輸入信號及一輸出時鐘之間的相位誤差；一回路濾波器，耦接到該相位檢測單元，用來對該相位誤差信號進行濾波以及產生一第一控制信號；一周波脫落檢測器，耦接到該相位檢測單元，用來根據該相位誤差信號檢測一周波脫落是否發生并產生一脫落指示信號；一轉換單元，耦接到該周波脫落檢測器，用來根據該脫落指示信號轉換一第一值及一第二值之間的選擇來作為一補償信號；一累加器，用來累加該補償信號及產生一第二控制信號；一加法器，用來將該第一控制信號加到該第二控制信號并產生一第三控制信號；一可控制震蕩器，耦接到該加法器，用來產生該輸出時鐘，該輸出時鐘的頻率受控于該第三控制信號；其中該第一值及該第二值分別對應于增加輸出時鐘的震蕩頻率與減少輸出時鐘的震蕩頻率。
此外，本發明第二實施例另揭露一鎖相回路(PLL)。該鎖相回路包含一相位檢測單元，用來產生一相位誤差信號，該相位誤差信號代表一輸入信號及一輸出時鐘之間的相位誤差；一周波脫落檢測器，耦接到該相位檢測單元，用來根據該相位誤差信號檢測一周波脫落是否發生并產生一脫落指示信號；一轉換單元，耦接到該周波脫落檢測器，用來根據該脫落指示信號轉換一第一值及一第二值之間的選擇來作為一補償信號；一加法器，用來將該相位誤差信號加到該補償信號以及產生一補償后相位誤差信號；一回路濾波器，耦接到該加法器，用來濾波該補償后相位誤差信號以及產生一控制信號；一可控制震蕩器，耦接到該回路濾波器，用來產生該輸出時鐘，該輸出時鐘的頻率受控于該控制信號；其中該第一值及該第二值分別對應于增加輸出時鐘的震蕩頻率與減少輸出時鐘的震蕩頻率。
本發明還提供一種控制一鎖相回路的頻率掃描的方法，其包含有(a)當該鎖相回路根據一第一掃描方向操作時，檢測一輸入信號與一輸出時鐘之間是否發生周波脫落來產生一檢測結果；以及(b)根據該檢測結果，控制該鎖相回路根據一不同于該第一掃描方向的第二掃描方向來操作。
本發明的優點是鎖相回路能夠成功地重新鎖定由于周波脫落所遺失的信號。另外，本發明也可接受模擬及數字的輸入信號饋入到相位檢測器。
圖1為公知數字鎖相回路的示意圖。
圖2為本發明第一實施例的鎖相回路的示意圖。
圖3為本發明第二實施例的鎖相回路的示意圖。
圖4是圖2、圖3分別所示的相位檢測單元的第一實施例的示意圖。
圖5是圖2、圖3分別所示的相位檢測單元的第二實施例的示意圖。
圖6是圖2、圖3分別所示的相位檢測單元的第三實施例的示意圖。
符號說明
10、100、200鎖相回路 12、302、306、308相位檢測器14、104、204回路濾波器102、202相位檢測單元106、206加法器108、208可控制震蕩器112、212周波脫落檢測器114、214轉換單元116累加器 300模擬數字轉換器304截波器具體實施方式
請參照圖2，圖2為本發明第一實施例的鎖相回路100的示意圖。鎖相回路100包含有一相位檢測單元102，用來接收兩個輸入信號Si、So及產生一相位誤差信號Se；一回路濾波器104，耦接相位檢測單元102，用來依據相位誤差信號Se產生一第一控制信號Sc1；一加法器106，耦接到回路濾波器104，用來將第一控制信號Sc1及一第二控制信號Sc2相加以產生一第三控制信號Sc3；以及一可控制震蕩器108，耦接到加法器106，用來產生一信號So，其頻率是奠基于第三控制信號Sc3，其中，震蕩器108的輸出另回饋到相位檢測單元102。在這個實施例里，鎖相回路100另包含有一周波脫落檢測器(cycle slipdetector)112，耦接到相位檢測單元102，用來檢測周波脫落及產生一脫落指示信號Scs；一轉換單元114，耦接到周波脫落檢測器112，用來根據脫落指示信號Scs轉換(toggle)一第一值及一第二值之間的選取以作為一補償信號Sc；以及一累加器116，耦接在轉換單元114及加法器106之間，用來累加補償信號Sc以及產生第二控制信號Sc2。
相位檢測單元102接收信號Si及So，并產生相位誤差信號Se以指出目前呈現的相位誤差，而相位誤差信號Se接著被回路濾波器104所濾波及被可控制震蕩器108所處理。當一周波脫落發生時，周波脫落檢測器112將會產生脫落指示信號Scs，周波脫落檢測器112檢測相位誤差信號Se由最大值轉換至最小值的時序以及相位誤差信號Se由最小值轉換至最大值的時序(亦即周波脫落)，并產生脫落指示信號Scs來指示周波脫落的發生。實際上，由于相位誤差信號Se的高頻成份(通常是噪聲)的影響，相位誤差信號Se可能在最大值及最小值之間來回轉換，這個狀況將導致周波脫落檢測器112對相位誤差信號Se的轉換(從最大值轉換到最小值或是從最小值轉換到最大值)太過敏感，所以周波脫落檢測器112可一低通濾波器以便減緩相位誤差信號Se的高頻成份所造成的影響。因為周波脫落檢測器112為業界所公知的組件，因此為了簡潔起見，更進一步的說明便于此忽略。脫落指示信號Scs會造成轉換單元114切換第一值及第二值之間的選擇，舉例來說，假如第一、第二值各自是Sup及Sdown，于接收到脫落指示信號Scs時，轉換單元114會轉換Sup及Sdown之間的選擇，更明確地說，假定補償信號Sc目前傳遞第一值Sup，當轉換單元114接收到脫落指示信號Scs時，補償信號Sc則會傳遞Sdown。當Sc的值為Sup時將控制該可控制震蕩器108使器增加震蕩頻率，當Sc的值為Sdown時則將控制及可控制震蕩器108，使其降低震蕩頻率。請注意，在這個實施例里，Sup及Sdown這兩個值有相同的大小但是不同的正負符號。
補償信號Sc傳遞到累加器116，而累加器會產生第二控制信號Sc2。加法器106將第二控制信號Sc2加到借由回路濾波器104所產生的第一控制信號Sc1上，以產生第三控制信號Sc3，其進一步地被傳遞到可控制震蕩器108(例如，數值控制震蕩器)。頻率掃描的方向可為增加震蕩頻率或是減少震蕩頻率，當轉換單元114接收到脫落指示信號Scs，而作補償信號Sc值的切換時，第三控制信號Sc3將進一步驅動可控制震蕩器108以相反于先前頻率掃描方向的方向來進行頻率掃描，如此一來，便可補救以遠離目標頻率的方向進行頻率掃描的狀況。鎖相回路100因此便能夠快速地重新將信號So鎖定至輸入信號Si，一但輸出時鐘(亦即信號So)被視為鎖定至信號Si，則轉換單元114便輸出一零值來作為補償信號Sc。在這個操作方式中，一但鎖相回路100鎖住目標信號，則不再進行使震蕩頻率增加或減少的頻率掃描。
請參照圖3，圖3為本發明第二實施例的鎖相回路200的示意圖。鎖相回路200包含一相位檢測單元202，用來依據信號Si及So產生一相位誤差信號Se；一加法器206，耦接到相位檢測單元202，用來將相位誤差信號Se加到補償信號Sc以產生一補償后相位誤差信號Sce；一回路濾波器204，耦接到加法器206，用來濾波補償后相位誤差信號Sce及產生一控制信號Scc；以及一可控制震蕩器208，耦接到回路濾波器206，用來產生輸出時鐘(亦即信號So)，其頻率奠基于控制信號Scc。在這個實施例里，鎖相回路200另包含有一周波脫落檢測器212，耦接到相位檢測單元202，用來根據相位誤差信號Se檢測周波脫落是否發生以及產生一脫落指示信號Scs；以及一轉換單元214，耦接于周波脫落檢測器212及加法器206之間，用來根據脫落指示信號Scs轉換一第一值及一第二值之間的選擇以作為補償信號Sc。
鎖相回路200的操作詳述如下。當一周波脫落發生時，周波脫落檢測器212便輸出脫落指示信號Scs，造成轉換單元214轉換第一值及第二值之間的選取，如同在第一實施例所述，轉換動作改變補償信號Sc所傳遞的數值。然后，加法器206便把補償信號Sc加到相位誤差信號Se及產生補償后相位誤差信號Sce，然后，補償后相位誤差信號Sce便送到回路濾波器204及接著送到可控制震蕩器208，以驅動可控制震蕩器208朝相反于先前頻率掃描方向的方向進行頻率掃描。如同第一實施例，由于一周波脫落的發生，先前的頻率掃描方向為逐漸遠離目標頻率，因此借由轉換第一值及第二值之間的選擇，可控制震蕩器208便以不同的方向進行掃描，使得鎖相回路200能夠使掃描頻率調整為逐漸接進目標頻率，使信號So能夠逐漸鎖定至輸入信號Si。一但輸出時鐘(亦即信號So)被視為鎖定至信號Si，轉換單元214將輸出一零值來作為補償信號Sc。
請注意，第一實施例的鎖相回路100的操作及第二實施例的鎖相回路200的操作大致上相同。如熟習此項技藝者所周知，累加器可視為一種執行低通濾波的回路濾波器，在第一實施例里，補償信號Sc是先送到累加器116，然后再到加法器106，以產生第三控制信號Sc3來驅動震蕩器108。在第二實施例里，補償信號Sc是先送到加法器206，以產生補償后相位誤差信號Sce然后再到回路濾波器204，以產生一控制信號Scc來驅動震蕩器208。如上所述，累加器可充當一種回路濾波器，而第一、第二實施例之間的差異是在于加法器及濾波組件(回路濾波器204及累加器116)的連接順序，加法器106、206，累加器116及回路濾波器204是線性組件，因此，它們的連接順序并不會影響補償操作的結果，所以，這兩個實施例大致上是等效的，且均能夠補償周波脫落所造成的誤差。
請同時參考圖2、圖3及圖4，圖4是圖2、圖3分別所示的相位檢測單元102、202的第一實施例的示意圖。相位檢測單元102、202包含一模擬數字轉換器(analog-to-digital converter，ADC)300及一相位檢測器302。在這個實施例里，參考輸入信號(信號Si)是一模擬信號，及模擬數字轉換器300是由可控制震蕩器108、208所產生的時鐘(信號So)所驅動，換言之，信號Si是根據信號So的上升邊緣/下降邊緣來進行取樣。假如應用在信號Si的取樣時序不正確，則相位檢測器302便相對應地產生誤差信號Se，相位檢測器302是一數字相位檢測器，且為業界所公知，因此為了簡潔起見，更進一步的說明便不于此贅述。
請同時參照圖2、圖3及圖5。圖5是圖2、圖3分別所示的相位檢測單元102、202的第二實施例的示意圖。相位檢測單元102、202包含一截波器(slicer)304及一相位檢測器306。在這個實施例里，參考輸入信號(信號Si)是一模擬信號，及截波器304是依據一預定截波準位將信號Si轉換為一截波后輸入信號，然后，相位檢測器306便檢測由截波器304所輸出的截波后輸入信號及從可控制震蕩器108、208所產生的信號So之間的相位誤差，并產生相對應的相位誤差信號Se。相位檢測器306為一數字相位檢測器，且為業界所公知，因此為了簡潔起見，更進一步的說明便不于此贅述。
請同時參照圖2、圖3及圖6。圖6是圖2、圖3分別所示的相位檢測單元102、202的第三實施例的示意圖。相位檢測單元102、202包含一相位檢測器308。在這個實施例里，參考輸出信號(信號Si)以及從震蕩器108、208所產生的輸出時鐘(信號So)都是數字信號。相位檢測器308是根據信號Si以及So輸出相位誤差信號Se。相位檢測器308是一數字相位檢測器，且為業界所公知，因此為了簡潔起見，更進一步的說明便不于此贅述。
請注意，相位檢測單元的上述三種組態只不過是本發明的實施例，并不是限制條件。
當一周波脫落發生時，公知技術并不能夠快速地重新鎖定一信號，為了解決此一問題，本發明經由使用周波脫落檢測器及轉換單元來轉換第一值及第二值之間的選擇以改變頻率掃描方向，因而可比公知技術更快速地重新鎖定信號。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種鎖相回路，其包含有一相位檢測單元，用來產生一相位誤差信號，該相位誤差信號代表一輸入信號及一輸出時鐘之間的相位誤差；一回路濾波器，耦接到該相位檢測單元，用來對該相位誤差信號進行濾波以及產生一第一控制信號；一周波脫落檢測器，耦接到該相位檢測單元，用來根據該相位誤差信號檢測一周波脫落是否發生并產生一脫落指示信號；一轉換單元，耦接到該周波脫落檢測器，用來根據該脫落指示信號轉換一第一值及一第二值之間的選擇來作為一補償信號；一累加器，用來累加該補償信號及產生一第二控制信號；一加法器，用來將該第一控制信號加到該第二控制信號并產生一第三控制信號；一可控制震蕩器，耦接到該加法器，用來產生該輸出時鐘，該輸出時鐘的頻率受控于該第三控制信號；其中該第一值及該第二值分別對應于增加輸出時鐘的震蕩頻率與減少輸出時鐘的震蕩頻率。
2.如權利要求1所述的鎖相回路，其中該輸入信號為一模擬信號，及該相位檢測單元包含有一模擬數字轉換器，用來將該模擬輸入信號轉換成一數字輸出信號，其中該模擬數字轉換器由該輸出時鐘所驅動；以及一相位檢測器，耦接到該模擬數字轉換器，用來根據該數字輸出信號產生一相位誤差信號。
3.如權利要求1所述的鎖相回路，其中該輸入信號為一模擬信號，以及該相位檢測單元包含一截波器，用來截波該模擬輸入信號以產生一截波后輸入信號；以及一相位檢測器，用來根據該截波后輸入信號及該輸出時鐘產生一相位誤差信號。
4.如權利要求1所述的鎖相回路，其中該輸入信號為一數字信號，以及該相位檢測單元包含一相位檢測器，用來根據該數字輸入信號及該輸出時鐘產生一相位誤差信號。
5.如權利要求1所述的鎖相回路，其中該第一、第二值的大小相同，并對應于不同的正負號。
6.如權利要求1所述的鎖相回路，其中每當檢測到一周波脫落時，該轉換單元會轉換該第一值及該第二值之間的選擇。
7.如權利要求6所述的鎖相回路，其中一但該輸出時鐘被視為鎖住該輸入信號，則該轉換單元輸出一零值來作為該補償信號。
8.一種鎖相回路，其包含有一相位檢測單元，用來產生一相位誤差信號，該相位誤差信號代表一輸入信號及一輸出時鐘之間的相位誤差；一周波脫落檢測器，耦接到該相位檢測單元，用來根據該相位誤差信號檢測一周波脫落是否發生并產生一脫落指示信號；一轉換單元，耦接到該周波脫落檢測器，用來根據該脫落指示信號轉換一第一值及一第二值之間的選擇來作為一補償信號；一加法器，用來將該相位誤差信號加到該補償信號以及產生一補償后相位誤差信號；一回路濾波器，耦接到該加法器，用來濾波該補償后相位誤差信號以及產生一控制信號；一可控制震蕩器，耦接到該回路濾波器，用來產生該輸出時鐘，該輸出時鐘的頻率受控于該控制信號；其中該第一值及該第二值分別對應于增加輸出時鐘的震蕩頻率與減少輸出時鐘的震蕩頻率。
9.如權利要求8所述的鎖相回路，其中該輸入信號為一模擬信號，以及該相位檢測單元包含有一模擬數字轉換器，用來將該模擬輸入信號轉換為一數字輸入信號，其中該模擬數字轉換器由該輸出時鐘所驅動；以及一相位檢測器，耦接于該模擬數字轉換器，用來根據該數字輸入信號產生一相位誤差信號。
10.如權利要求8所述的鎖相回路，其中該輸入信號為一模擬信號，以及該相位檢測單元包含有一截波器，用來截波該模擬輸入信號以產生一截波后輸入信號；以及一相位檢測器，用來根據該截波后輸入信號及該輸出時鐘產生一相位誤差信號。
11.如權利要求8所述的鎖相回路，其中該輸入信號是一數字信號，以及該相位檢測單元包含一相位檢測器，用來根據該截波后輸入信號及該輸出時鐘產生一相位誤差信號。
12.如權利要求8所述的鎖相回路，其中該第一、第二值的大小相同，并對應于不同的正負號。
13.如權利要求8所述的鎖相回路，其中每當檢測到一周波脫落時，該轉換單元會轉換該第一值及該第二值之間的選擇。
14.如權利要求13所述的鎖相回路，其中一但該輸出時鐘被視為鎖住該輸入信號，則該轉換單元輸出一零值來作為該補償信號。
15.一種控制一鎖相回路的頻率掃描的方法，其包含有(a)當該鎖相回路根據一第一掃描方向操作時，檢測一輸入信號與一輸出時鐘之間是否發生周波脫落來產生一檢測結果；以及(b)根據該檢測結果，控制該鎖相回路根據一不同于該第一掃描方向的第二掃描方向來操作。
16.如權利要求15所述的方法，其包含有(c)于檢測到一周波脫落時，轉換一第一值及一第二值之間的選擇來作為一補償信號；其中步驟(b)另包含有利用該補償信號來調整輸入到該鎖相回路中一可控制震蕩器的控制信號，以控制該鎖相回路根據該第二掃描方向來操作。
17.如權利要求16所述的方法，其中該第一值及該第二值的大小相同但正負符號不同。
18.如權利要求16所述的方法，其中步驟(c)另包含有累加該補償信號，以及步驟(b)另包含有使用該補償信號的一累加結果來調整該控制信號。
19.如權利要求18所述的方法，其中步驟(b)另包含有將該累加結果加到該輸入信號與輸出時鐘間的相位誤差經過回路濾波的結果來產生該控制信號。
20.如權利要求16所述的方法，其中步驟(c)另包含有一但該鎖相回路的該輸出時鐘被視為鎖住該鎖相回路的該輸入信號時，輸出一零值來作為該補償信號。
21.如權利要求16所述的方法，其中步驟(b)另包含有將該補償信號加到該鎖相回路中一相位檢測單元所產生的一相位誤差信號，以產生一補償后相位誤差信號；以及輸出該補償后相位誤差信號到該鎖相回路中一回路濾波器以調整該控制信號。
全文摘要
一種能夠檢測周波脫落以調整頻率掃描方向的鎖相回路。該鎖相回路包含一相位檢測單元，用來產生一相位誤差信號；一回路濾波器，用來濾波該相位誤差信號及產生一第一控制信號；一周波脫落檢測器，用來根據該相位誤差信號檢測是否周波脫落已經發生及產生一脫落指示信號；一轉換單元，用來根據該脫落指示信號轉換一第一值及一第二值之間的選擇來作為一補償信號；一累加器，用來累加該補償信號及產生一第二控制信號；一加法器，用來將該第一控制信號加到該第二控制信號及產生一第三控制信號；及一可控制震蕩器，用來產生該輸出時鐘信號。
文檔編號H03L7/085GK1901376SQ20061010774
公開日2007年1月24日 申請日期2006年7月21日 優先權日2005年7月21日
發明者汪炳穎, 楊孟達, 謝享季 申請人:聯發科技股份有限公司