專利名稱：鎖相環、壓控裝置及方法
技術領域：
本發明涉及通信領域，具體而言，涉及一種鎖相環、壓控裝置及方法。
背景技術：
在通信系統中，基站之間通信需要高精度的時鐘頻率。各種制式下頻率同步 要求的頻率精度都需要o. 05ppm(或者50ppb)的精度，對于要求相位同步的CDMA (Code Division Multiple Access，碼分多址接入)R TD (Time Division，時分)系統，則要求相 位差在3us以內。這種高精度的時鐘源采用高穩定度的振蕩器作為本地振蕩源，但由于振 蕩器都具有老化特性，隨著時間的推移，其頻率會向一個方向漂移。為了克服這種漂移特 性，需要利用另外一種長期穩定度高的時鐘源作為參考，來校準振蕩器，這種校準裝置叫做 鎖相環。鎖相環是一個能夠跟蹤輸入信號相位的閉環自動控制系統，典型的鎖相環由鑒相 器、環路濾波器、和壓控振蕩器構成，如圖1所示。其中，鑒相器是用來比較參考頻率和壓控 振蕩器輸出的頻率或相位，輸出兩者的頻率差或相位差。環路濾波器實際上是一個低通濾 波器，一方面它濾除鑒相器產生的高頻分量、輸出紋波和限制帶外噪聲；另一方面它也是鎖 相環的一個重要的參數調節器件，通過改變環路濾波器的參數可以改變鎖相環環路的各項 重要性能指標，它對環路捕捉帶的大小、環路的捕捉時間、跟蹤時間、環路的穩定性和噪聲 指標等均有影響。壓控振蕩器由環路濾波器輸出電壓控制，產生振蕩信號，然后經過整形并 輸出最終的穩定信號。鎖相環根據環路的組成，可以分為模擬鎖相環及數字鎖相環。其中，數字鎖相 環如圖2所示，在濾波電路后加入一個壓控模塊，該壓控模塊由DAC(Digital-t0-Anal0g Converter，數字-模擬轉換器)實現，將經過濾波器濾波后的數字信號轉換為模擬信號。由 于DAC對參考電壓變化比較敏感(Vout = Vref*(x/65536)，Vout為DAC輸出電壓，Vref 為 DAC參考電壓，x為每次寫DAC的數字信號，65536是16位DAC最大數字信號。)，其數模轉 換后輸出的電壓精度與參考電壓穩定性密切相關，參考電壓的不穩定可能導致DAC輸出的 電壓精度出現明顯下降。因此，相關技術在使用DAC實現壓控模塊時，為DAC提供一個高精 度的參考電壓，這就造成鎖相環硬件成本的提高。
發明內容
本發明的主要目的在于提供一種壓控方法、裝置及鎖相環，以解決上述的在使用 DAC實現壓控模塊時，需要為DAC提供一個高精度的參考電壓，從而造成鎖相環硬件成本的 提高的問題。根據本發明的一個方面，提供了一種壓控裝置，包括脈沖寬度調制發生器，用于 根據濾波后的相位差信號，生成不同脈沖寬度的調制信號；解調器，用于將不同脈沖寬度的 調制信號轉換成模擬壓控誤差信號，并輸出模擬壓控誤差信號。根據本發明的另一方面，還提供了一種鎖相環，包括鑒相器、濾波器、壓控模塊和振蕩器，其中，壓控模塊包括脈沖寬度調制發生器，用于根據濾波器濾波后的相位差信號， 生成不同脈沖寬度的調制信號；解調器，用于將不同脈沖寬度的調制信號轉換成模擬壓控 誤差信號，輸出模擬壓控誤差信號給振蕩器。根據本發明的另一方面，還提供了一種壓控方法，包括根據濾波后的相位差信 號，生成不同脈沖寬度的調制信號；將不同脈沖寬度的調制信號轉換成模擬壓控誤差信號， 并輸出模擬壓控誤差信號。本發明通過采用脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation, PWM)壓控方式取代原 來的DAC壓控方式，將反映相位差的信號轉換為不同脈沖寬度的調制信號，進而解調出模 擬控制電壓對通信設備的時鐘進行校準，充分利用了脈沖寬度調制方式使電源的輸出電壓 在工作條件變化時保持恒定的特性，解決了相關技術中DAC實現壓控模塊時，因為參考電 壓的不穩定導致DAC輸出的電壓精度下降需要為DAC提供一個高精度的參考電壓，從而造 成鎖相環硬件成本的提高的問題，減少了 DAC對高精度參考電壓源的要求，進而減少了 DAC 和鎖相環的硬件實現成本。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是根據相關技術的一種鎖相環電路的示意圖；圖2是根據相關技術的一種數字鎖相環電路的示意圖；圖3是根據本發明實施例的一種壓控裝置的結構框圖；圖4是根據本發明實施例的一種PWM壓控方式鎖相環的結構示意圖；圖5是應用圖4所示鎖相環進行振蕩器校準的步驟流程圖；圖6是根據本發明實施例的一種壓控方法的步驟流程圖；圖7是根據本發明實施例的另一種壓控方法的步驟流程圖。
具體實施例方式下文中將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。需要說明的是，在不沖突的 情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。參照圖3，示出了根據本發明實施例的一種壓控裝置的結構框圖，包括脈沖寬度調制發生器302，用于根據濾波后的相位差信號，生成不同脈沖寬度的調 制信號；解調器304，用于將不同脈沖寬度的調制信號轉換成模擬壓控誤差信號，并輸出該 模擬壓控誤差信號。優選的，脈沖寬度調制發生器302包括高分辨率計數器，用于對濾波后的相位差 信號的差值進行計數；生成模塊，用于根據所述計數生成不同脈沖寬度的調制信號。優選的，解調器304為積分濾波電路，用于對不同脈沖寬度的調制信號進行積分 濾波，生成不同的模擬壓控誤差信號。例如，脈沖寬度調制發生器302根據鎖相環濾波器濾波后的相位差信號，生成不 同脈沖寬度的調制信號，解調器304將不同脈沖寬度的調制信號轉換成模擬壓控誤差信 號，輸出給振蕩器，以便振蕩器對輸出頻率進行控制。
優選的，脈沖寬度調制發生器302使用高分辨率計數器對濾波后的相位差信號的 差值進行計數，然后生成模塊根據所述計數生成不同脈沖寬度的調制信號。解調器304使 用積分濾波電路對不同脈沖寬度的調制信號進行積分濾波，生成不同的模擬壓控誤差信 號。然后，輸出模擬壓控誤差信息給鎖相環的振蕩器。相關技術中，使用DAC實現壓控模塊時，因為參考電壓的不穩定導致DAC輸出的電 壓精度下降，因此需要為DAC提供一個高精度的參考電壓，從而造成鎖相環硬件成本的提 高。通過本實施例，采用PWM壓控方式取代DAC壓控方式，充分利用了脈沖寬度調制方式使 電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定的特性，減少了 DAC對高精度參考電壓源的要 求，進而減少了 DAC和鎖相環的硬件實現成本。此外，當前成熟商用的DAC位數為16位，其控制精度是1/65536。這樣的精度對 0CX0或者TCX0等振蕩器的指標要求很高，而要降低該指標要求，則需要提高DAC的控制精 度，即DAC的位數，而DAC控制精度的提高受制于其硬件發展；另一方面，DAC控制精度的提 高，勢必造成其價格的相應提高，并由此造成數字鎖相環硬件成本的提高。而本實施例在 實現生成不同脈沖寬度的調制信號的過程中，可以使用軟件設置脈寬調制信號由數字信號 轉換為模擬信號時的位數，比如20位，則其控制精度達到1/1048576，在提高控制精度的同 時，也不必受制于硬件。解決了 DAC位數越高，價格越貴；而位數越低，對0CX0或者TCX0等 晶體振蕩器控制精底就越低的問題。同時，控制精度提高后，后級振蕩器，如0CX0指標可下 降1個數量級，在保證時鐘控制精度的同時，有效節省了硬件成本。參照圖4，示出了根據本發明實施例的一種PWM壓控方式鎖相環的結構示意圖，包 括鑒相器402、濾波器404、壓控模塊406和振蕩器408。其中，鑒相器402，用于比較參考時鐘源的秒脈沖與對振蕩器408產生的時鐘頻率 分頻后的秒脈沖的相位，獲得相位差模擬信號；濾波器404，用于對相位差模擬信號進行濾 波，轉換成數字信號；壓控模塊406，包括脈沖寬度調制發生器4062，用于根據濾波后的相 位差信號，生成不同脈沖寬度的調制信號；解調器4064，用于將不同脈沖寬度的調制信號 轉換成模擬壓控誤差信號，輸出模擬壓控誤差信號給所述振蕩器408 ；振蕩器408，用于根 據模擬壓控誤差信號產生并輸出不同的振蕩頻率。優選的，脈沖寬度調制發生器4062包括高分辨率計數器，用于對濾波器404濾波 后的相位差信號的差值進行計數；生成模塊，用于根據計數生成不同脈沖寬度的調制信號。優選的，解調器4064為積分濾波電路，用于對不同脈沖寬度的調制信號進行積分 濾波，生成不同的模擬壓控誤差信號，輸出模擬壓控誤差信號給振蕩器408。優選的，本實施例的PWM壓控方式鎖相環還可以包括參考考時鐘分頻器410和 振蕩時鐘分頻器412。其中，參考時鐘分頻器410，用于對參考時鐘源的時鐘頻率進行分頻， 并將分頻后的參考時鐘源的時鐘頻率發送給鑒相器402 ；振蕩時鐘分頻器412，用于對振蕩 器408產生的時鐘頻率進行分頻，并將分頻后的振蕩器408產生的時鐘頻率發送給鑒相器 402。參照圖5，示出了應用圖4所示鎖相環進行振蕩器校準的步驟流程圖。本實施例 中，可選用的時鐘參考源包括衛星時鐘、線路時鐘、網絡時鐘等。本實施例的脈沖寬度調制 信號采用計數方式實現；積分濾波電路采用對電容或者電感充放電方式來實現。其中，參考源用來參考時鐘源；參考考時鐘分頻器，用來對參考時鐘進行分頻；鑒相器對相位進行鑒相；濾波器對鑒相后的相位差進行濾波處理；脈沖寬度調制發生器根據 濾波后的信號產生不同脈沖寬度的調制信號；積分濾波電路把脈沖寬度調制信號轉換成模 擬的壓控電壓；振蕩器根據不同壓控電壓產生不同的振蕩頻率；振蕩時鐘分頻器，用來對 振蕩頻率進行分頻。本實施例以衛星時鐘類全球定位系統GPS信號為時鐘參考源為例，包括以下步 驟步驟S502 :GPS接收機解析出GPS的秒脈沖PP1S作為參考時鐘源；需要說明的是，當參考時鐘不是秒脈沖時，比如2MHz線路時鐘，這時參考時鐘就 需要參考時鐘分頻器進行分頻，將參考時鐘源分頻到秒脈沖。步驟S504 振蕩器產生的頻率經過現場可編程門陣列FPGA轉換為秒脈沖；本步驟中，FPGA具有振蕩時鐘分頻器(或者具有振蕩時鐘分頻器功能)振蕩器產 生的頻率經過FPGA進行分頻后，生成振蕩器的秒脈沖。步驟S506 鑒相器比較GPS的秒脈沖與振蕩器產生的頻率分頻后的秒脈沖的相 位；步驟S508 :GPS的秒脈沖與振蕩器秒脈沖的相位差經過濾波器濾波，轉換成數字
信號；步驟S510 脈沖寬度調制發生器根據濾波后的數字信號，產生對應的不同寬度的 脈沖調制信號；優選的，脈沖寬度調制發生器的高分辨率計數器對濾波后的相位差信號的差值進 行計數，生成模塊根據所述計數生成不同脈沖寬度的調制信號。步驟S512 脈沖寬度調制信號經過積分濾波電路，轉換成模擬壓控誤差信號；優選的，積分濾波電路的積分器對不同脈沖寬度的調制信號進行積分，轉換模塊 對積分后的調制信號進行濾波，并生成不同的模擬壓控誤差信號，輸出模擬壓控誤差信號 給振蕩器。步驟S514 壓控信號控制振蕩器頻率輸出。參照圖6，示出了根據本發明實施例的一種壓控方法的步驟流程圖，包括以下步 驟步驟S602 通信設備根據濾波后的相位差信號，生成不同脈沖寬度的調制信號；為實現本實施例的壓控方法，本實施例的通信設備包括處理器模塊、邏輯模塊和 積分濾波電路。其中，處理器模塊負責濾波及對壓控過程的控制，邏輯模塊負責產生脈沖寬 度調制信號，積分濾波電路負責解調出模擬壓控誤差信號，即壓控電壓。本步驟中，可以由通信設備的邏輯模塊根據濾波后的相位差數字信號，生成不同 脈沖寬度的調制信號，并傳輸給積分濾波電路。脈沖寬度調制信號可以采用計數方式或者采用其它方式實現，如硬件調制法。本 領域技術人員還可以根據需要適當設置脈沖寬度調制信號的實現方式，本發明對此不作限 制。步驟S604 通信設備將不同脈沖寬度的調制信號轉換成模擬壓控誤差信號，并輸 出模擬壓控誤差信號。本步驟中，可以由通信設備的積分濾波電路將不同脈沖寬度的調制信號通過積分
7轉換成模擬壓控誤差信號。積分濾波電路采用對電容充放電，或者其它方式實現，如電感充 放電。本領域技術人員還可以根據需要適當設置積分濾波電路的實現方式，本發明對此不 作限制。參照圖7，示出了根據本發明實施例的另一種壓控方法的步驟流程圖，包括以下步 驟步驟S702 鑒相器比較參考時鐘源的秒脈沖與對鎖相環振蕩器產生的時鐘頻率 分頻后的秒脈沖的相位，獲得相位差模擬信號；步驟S704 處理器對鑒相器得到的相位差模擬信號進行濾波，并轉換為數字信號 反饋給邏輯模塊；步驟S706 邏輯模塊根據反饋的相位差的數字信號，通過計數產生不同脈沖寬度 的調制信號，并傳輸給積分濾波電路；通過計數方式產生不同脈沖寬度的調制信號，實現簡單，節省實現成本。步驟S708 積分濾波電路通過積分作用，把不同的脈沖寬度信號解調出不同的模 擬控制電壓，并輸出給振蕩器；通過積分方式解調不同脈沖寬度的調制信號，實現簡單，節省實現成本。步驟S710 振蕩器根據不同模擬控制電壓產生不同的振蕩頻率輸出。顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或各步驟可以用通用 的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成 的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而，可以將它們存儲 在存儲裝置中由計算裝置來執行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執行所示 出或描述的步驟，或者將它們分別制作成各個集成電路模塊，或者將它們中的多個模塊或 步驟制作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明不限制于任何特定的硬件和軟件結合。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種壓控裝置，其特征在于，包括脈沖寬度調制發生器，用于根據濾波后的相位差信號，生成不同脈沖寬度的調制信號；解調器，用于將所述不同脈沖寬度的調制信號轉換成模擬壓控誤差信號，并輸出所述模擬壓控誤差信號。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述脈沖寬度調制發生器包括 高分辨率計數器，用于對所述濾波后的相位差信號的差值進行計數； 生成模塊，用于根據所述計數生成不同脈沖寬度的調制信號。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述解調器為積分濾波電路，用于對所述 不同脈沖寬度的調制信號進行積分濾波，生成不同的模擬壓控誤差信號，并輸出所述模擬壓控誤差信號。
4.一種鎖相環，包括鑒相器、濾波器、壓控模塊和振蕩器，其特征在于，所述壓控模塊包括脈沖寬度調制發生器，用于根據所述濾波器濾波后的相位差信號，生成不同脈沖寬度 的調制信號；解調器，用于將所述不同脈沖寬度的調制信號轉換成模擬壓控誤差信號，輸出所述模 擬壓控誤差信號給所述振蕩器。
5.根據權利要求4所述的鎖相環，其特征在于，還包括參考時鐘分頻器和振蕩時鐘分 頻器；所述參考時鐘分頻器，用于對參考時鐘源的時鐘頻率進行分頻，并將分頻后的所述參 考時鐘源的時鐘頻率發送給所述鑒相器；所述振蕩時鐘分頻器，用于對所述振蕩器產生的時鐘頻率進行分頻，并將分頻后的所 述振蕩器產生的時鐘頻率發送給所述鑒相器。
6.根據權利要求4所述的鎖相環，其特征在于，所述脈沖寬度調制發生器包括 高分辨率計數器，用于對所述濾波器濾波后的相位差信號的差值進行計數； 生 成模塊，用于根據所述計數生成不同脈沖寬度的調制信號。
7.根據權利要求4所述的鎖相環，其特征在于，所述解調器為積分濾波電路，用于對所 述不同脈沖寬度的調制信號進行積分濾波，生成不同的模擬壓控誤差信 號，輸出所述模擬 壓控誤差信號給所述振蕩器。
8.—種壓控方法，其特征在于，包括根據濾波后的相位差信號，生成不同脈沖寬度的調制信號；將所述不同脈沖寬度的調制信號轉換成模擬壓控誤差信號，并輸出所述模擬壓控誤差信號。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述根據濾波后的相位差信號，生成不同 脈沖寬度的調制信號的步驟包括根據所述濾波后的相位差信號，使用高分辨率計數器生成所述不同脈沖寬度的調制信號；所述將不同脈沖寬度的調制信號轉換成模擬壓控誤差信號的步驟包括 對所述不同脈沖寬度的調制信號進行積分濾波，生成不同的模擬壓控誤差信號。
10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，在所述根據濾波后的相位差信號，生成 不同脈沖寬度的調制信號的步驟之前，還包括比較參考時鐘源的秒脈沖與對鎖相環振蕩器產生的時鐘頻率分頻后的秒脈沖的相位， 獲得相位差模擬信號；對所述相位差模擬信號進行濾波，轉換成數字信號。
全文摘要
本發明公開了一種鎖相環、壓控裝置及方法，其中，所述鎖相環包括鑒相器、濾波器、壓控模塊和振蕩器，所述壓控模塊包括脈沖寬度調制發生器，用于根據所述濾波器濾波后的相位差信號，生成不同脈沖寬度的調制信號；解調器，用于將所述不同脈沖寬度的調制信號轉換成模擬壓控誤差信號，輸出所述模擬壓控誤差信號給所述振蕩器。通過本發明，減少了DAC對高精度參考電壓源的要求，減少了DAC和鎖相環的硬件實現成本。
文檔編號H03L7/18GK101841329SQ20101020394
公開日2010年9月22日 申請日期2010年6月12日 優先權日2010年6月12日
發明者彭勇 申請人:中興通訊股份有限公司