[發明專利]用于高數字鎖相環路的非線性且并行的數字控制

有效

• 申請號: 201180046989.4
• 申請日: 2011-08-30
• 公開（公告）號: CN103125073A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: D·戴利;M·Z·斯特拉耶爾
• 申請（專利權）人: 劍橋模擬技術股份有限公司
• 主分類號: H03L7/093
• 分類號: H03L7/093
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳松濤;王英

優先權信息

本發明要求2011年8月26日提交的序列號為No.13/219065的美國實用新型申請的優先權，所述美國實用新型申請根據35U.S.C.§119(e)要求2010年8月30日提交的序列號為No.61/378089的美國臨時專利申請的優先權，上述兩申請均通過參考整體地并入本文中。

背景技術

鎖相環路是用來產生諸如時鐘信號之類的輸出信號的通用的半導體電路，所述輸出信號的相位與諸如參考時鐘之類的輸入信號的相位相關。鎖相環路典型地由幾個塊組成，所述幾個塊包括：相位/頻率檢測器10、環路濾波器20、振蕩器30以及分頻器40。

振蕩器的頻率是可調的，并且典型地由輸入電壓或電流控制。用在鎖相環路中的頻率可調振蕩器的最普通的類型是頻率由輸入電壓控制的類型，并且稱作電壓控制振蕩器。

相位/頻率檢測器10比較參考時鐘和本地時鐘的相位，如圖1所示，所述本地時鐘典型地是分頻器40的輸出。

常規地，已經主要用“模擬”電路結構實施了相位/頻率檢測器10、充電泵和環路濾波器20。這些鎖相環路被稱作‘模擬鎖相環路’。

近來，借助于不斷發展的半導體技術和工藝擴縮性，已經涌現出利用廣泛的數字信號處理的交替的鎖相環路結構。這些‘數字鎖相環路’結構功能相同，但一些子塊的實施方式不同。

圖3示出了基本的現有技術的數字鎖相環路結構，其中模擬相位/頻率檢測器用數字相位/頻率檢測器120代替，并且充電泵和模擬環路濾波器用數字環路濾波器130和數模轉換器160代替。

數字部件設計為反映（mirror）它們的模擬對應物的功能，并且鎖相環路的鎖定動態是類似的。

在現有技術中，核心數字環路濾波器是用模仿模擬環路濾波器的成比例的積分路徑來實施的，所述成比例的積分路徑在Z域中可以用以下的傳遞函數來表示：

Y(z)=[α+β11-z-1]X(z)]]>

其中α代表成比例的項，β代表積分項，X(z)代表相位/頻率檢測器的輸出，并且Y(z)代表環路濾波器的輸出。

這樣的數字環路濾波器可以以離散的時間建模為：

y[n]=y[n-1]+αx[n]-αx[n-1]+βx[n]

在現有技術中，存在分離的、非線性的控制環路，所述控制環路用于粗略的（coarse）頻率鎖定，確定鎖相環路設計參數，或者實時地調節α或β的值；然而，核心環路濾波器不包括響應于相位/頻率檢測器的轉變而非線性地改變環路濾波器的輸出的算法。

圖4示出了現有技術的帶有粗略/精細（fine）分段的數模轉換器的數字鎖相環路結構。在數字鎖相環路中的挑戰是實現：實現非常精確的頻率步驟所要求的高的數模轉換器分辨率。

常規的設備已經通過將高分辨率數模轉換器劃分為多個分辨率降低的數模轉換器分段而實現了高的數模轉換器分辨率。

當存在兩個數模轉換器分段時，這些數模轉換器分段可以被稱作粗略數模轉換器161（數模轉換器A）和精細數模轉換器162（數模轉換器B）。

常規地，在普通的鎖相環路操作期間，粗略數模轉換器首先收斂，然后，精細數模轉換器被更新（update）。該操作方法在本文檔中被稱作順序操作。

一旦粗略數模轉換器已經收斂，它不再更新，除非精細數模轉換器飽和或接近飽和，在此時，粗略數模轉換器被更新以防止精細數模轉換器飽和。當粗略數模轉換器被更新時，在粗略數模轉換器與精細數模轉換器之間的任意失配都可能導致頻率錯誤，并且使鎖相環路的性能退化。

數字和模擬鎖相環路兩者面對的另外的挑戰是鎖相環路的穩定時間與環路濾波器帶寬之間的根本的權衡。

通常期望的是在鎖定鎖相環路的同時具有低的環路濾波器的帶寬以降低相位噪聲，但這是以退化的穩定時間（settling?time）為代價的。