[發明專利]相位頻率檢測方法

有效

• 申請號: 201080070987.4
• 申請日: 2010-12-29
• 公開（公告）號: CN103329440A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 文敢
• 申請（專利權）人: 愛立信（中國）通信有限公司
• 主分類號: H03L7/087
• 分類號: H03L7/087
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 楊美靈;劉春元

技術領域

本發明涉及用于鎖相環電路中相位頻率檢測的方法和裝置。

背景技術

在使用不同編碼方案的通信技術中，重要的是與解碼器同步通信數據以便提取有用的數據。作為此同步過程的一部分的組件之一是鎖相環(PLL)電路。

例如，在電信中，鎖相環(PLL)用于生成與輸入參考時鐘具有固定相位/頻率關系的時鐘。典型的PLL系統是包括相位頻率檢測器(PFD)、電壓控制振蕩器(VCO)和反饋路徑的負控制系統。PFD檢測在輸入參考時鐘與反饋時鐘之間的頻率和相位誤差。隨后，誤差信號將用于調整VCO，使得輸出/反饋時鐘的相位/頻率將適當地接近參考時鐘，其因而被稱為鎖定參考時鐘。

在許多應用中，使用電荷泵鎖相環(PLL)電路。電荷泵PLL包括相位頻率檢測器(PFD)、電荷泵、環路濾波器及電壓控制振蕩器(VCO)。電荷泵PLL中廣泛使用的PFD包括在參考時鐘與反饋時鐘之間的比較，其中，UP或DOWN信號在比較中生成并用于提供輸出控制信號到VCO以便增大/降低VCO的輸出的頻率，其轉而成為反饋時鐘。

基于電荷泵的鎖相環解決方案例如在“電荷泵鎖相環”（Charge-Pump?Phase-Lock?Loops?in?IEEE?Transactions?on?Communications,?vol.?com-?28,?no.?11,?November?1980）中描述，并且鎖相環的一般描述可在來自2002?ACC的論文集的“鎖相環：控制中心課程”(Phase-Locked?Loops:?A?Control?Centric?Tutorial?from?the?Proceedings?of?the?2002?ACC)中找到。這些文章可提供PLL電路及其應用的基本理解。

典型的相位頻率檢測器具有一些缺陷，如：

1.?輸出控制信號本質上是模擬信號，不能在全數字PLL中使用；

2.?假定在參考時鐘與反饋時鐘之間存在恒定頻率誤差，PFD產生的誤差信號對于每次相位/頻率比較不是恒定，而是隨時間變化。這將導致在開啟VCO期間無常的頻率更改速率；

3.?PFD具有過度控制問題，該問題可造成反饋時鐘在參考時鐘周圍大幅振蕩；

在典型的PFD中，UP信號將增大VCO的頻率，并且DOWN信號將減小VCO的頻率。示例過度控制問題，在開始時假設參考時鐘的頻率小于反饋時鐘的頻率：PFD生成DOWN信號以降低反饋時鐘的頻率。在一段時間后，參考時鐘的頻率將變得大于反饋時鐘。然而，PFD具有滯后效應，表現在DOWN信號不能立即降低到零，而是慢慢變得越來越窄，并最終消失。冗余DOWN信號將造成反饋時鐘的頻率的過度降低，并且造成反饋時鐘振蕩。類似地，如果在開始時參考時鐘的頻率大于反饋時鐘的頻率，則UP信號將表現有如上述DOWN信號相同的行為。

發明內容

因此，目的是提供用于在鎖相環電路中反饋時鐘信號到參考時鐘信號的快速收斂并且過度控制問題降低的方法和電路。

過度控制區域中控制信號的基本特征是其信號寬度變得越來越窄，因此，通過例如使用電壓受控振蕩器(VCO)，在當前UP/DOWN信號比以前UP/DOWN信號更窄時在UP/DOWN信號所示相反方向上調諧反饋時鐘信號，可提供快速收斂。因此，過度控制問題以此類方式得以解決以便降低由于快速收斂造成的過度控制問題。

這在多個實施例中提供，其中第一實施例是一種用于檢測數字鎖相環PLL中相位/頻率誤差的方法。方法包括接收參考時鐘信號的比較邊緣和反饋時鐘信號的比較邊緣；基于收到的參考和反饋時鐘信號的比較邊緣，通過三種PFD狀態UP（向上）、DOWN（向下）和IDLE（閑置）保持相位/頻率檢測器PFD狀態機。方法還包括記錄狀態機處于UP或DOWN狀態的當前和以前時間；基于PFD狀態的轉變和在記錄的當前時間與記錄的以前時間之間的比較，生成UP或DOWN信號；以及基于UP或DOWN信號，將數字控制信號輸出到反饋頻率控制裝置。

通過記錄狀態機處于UP或DOWN狀態的當前和以前時間，例如通過使用當前UP時間計數器、以前UP時間計數器、當前DOWN時間計數器和以前DOWN時間計數器，可能快速確定PLL被鎖定，并因此提供快速收斂。

此外，提供了本發明的另一實施例，即相位頻率檢測器，即PFD。PFD包括相位/頻率檢測（即，PFD）狀態機，該狀態機布置成接收參考和反饋時鐘信號的比較邊緣，并且基于參考和反饋時鐘信號的比較邊緣，在三種PFD狀態UP?、DOWN和IDLE中保持PFD狀態機。