專利名稱：用于實現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于傳送電子信息的技術(shù)，更具體而言，涉及用于實現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
實現(xiàn)用于傳送電子信息的有效方法是當代電子系統(tǒng)的設(shè)計者和制造商需要考慮的一件重要事情。然而，有效地實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)可能給系統(tǒng)設(shè)計者帶來重大挑戰(zhàn)。例如，對提高系統(tǒng)功能和性能的日益增強的需求可能需要更多的系統(tǒng)處理能力，并且需要額外的硬件資源。在處理或硬件需求方面的增長還可能會由于增長的生產(chǎn)成本和操作的低效而導致相應的不利經(jīng)濟沖擊。
此外，雖然用于執(zhí)行各種高級傳送操作的增強的系統(tǒng)能力可以給系統(tǒng)用戶提供額外的益處，但是也可能使得對各種系統(tǒng)部件的控制和管理的需求增加。例如，有效傳送數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的增強電子系統(tǒng)可能由于所涉及的數(shù)字數(shù)據(jù)的巨大數(shù)量和復雜性而從有效的實現(xiàn)方式中受益。
由于對系統(tǒng)資源的日益增長的需求以及數(shù)據(jù)量的大幅增加，顯然，開發(fā)用于實現(xiàn)和使用數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)的新技術(shù)是一件關(guān)注相關(guān)電子技術(shù)的事情。因此，出于所有上述原因，開發(fā)用于傳送電子信息的有效系統(tǒng)仍然是當代電子系統(tǒng)的設(shè)計者、制造商及用戶需要考慮的重要事情。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，公開了一種有效地實現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的系統(tǒng)和方法。根據(jù)
本發(fā)明的一個實施例，鎖相環(huán)(PLL)執(zhí)行時鐘再生過程以再生成(regenerate)用于同步任何適當?shù)脑O(shè)備或處理的主時鐘信號(primaryclock signal)。首先，壓控振蕩器(VCO)生成主時鐘信號。相位/頻率檢測器將主時鐘信號和參考信號進行比較，并根據(jù)主時鐘信號的頻率是否需要被提高或降低以匹配參考信號來向電荷泵提供向上信號或向下信號。電
荷泵隨后向包括電容器C2、電阻器Rd和電容器Cl的環(huán)路濾波器提供電荷泵輸出電流。環(huán)路濾波器隨后向求和節(jié)點提供環(huán)路濾波器電壓。
在第一實施例中，相位/頻率檢測器還向相位誤差檢測器提供前述的向上信號和向下信號，所述相位誤差檢測器生成去往向上/向下計數(shù)器(up/down counter)的相應的向上計數(shù)信號和向下計數(shù)信號。當來自相位/頻率檢測器的向上信號有效時，相位誤差檢測器響應于相位誤差(PE)時鐘而生成向上計數(shù)信號。反之，當來自相位/頻率檢測器的向下信號有效時，相位誤差檢測器響應于相位誤差(PE)時鐘而生成向下計數(shù)信號。
在第二實施例中，環(huán)路濾波器向生成去往向上/向下計數(shù)器的向上計數(shù)信號和向下計數(shù)信號的電平檢測器提供前述的環(huán)路濾波器電壓。當環(huán)路濾波器電壓大于預定的上限閾值時，電平檢測器使用激活向上計數(shù)信號的上限比較器。反之，當環(huán)路濾波器電壓小于預定的下限閾值時，電平檢測器使用激活向下計數(shù)信號的下限比較器。
在第一和第二實施例兩者中，當向上計數(shù)信號有效時，向上/向下計數(shù)器響應于計數(shù)器時鐘依次遞增計數(shù)器值。反之，當向下計數(shù)信號有效時，向上/向下計數(shù)器響應于計數(shù)器時鐘依次遞減計數(shù)器值。向上/向下計數(shù)器隨后將計數(shù)器值提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將計數(shù)器值轉(zhuǎn)換為被提供給求和節(jié)點的模擬驅(qū)動電壓。求和節(jié)點將驅(qū)動電壓和前述環(huán)路濾波器電壓組合，以由此生成用于調(diào)節(jié)由VCO生成的主時鐘信號的頻率的VCO控制電壓。
在替代實施例中，通過利用除了用數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成VCO控制電壓之外的適當技術(shù)，前述向上/向下計數(shù)器可以被用來與計數(shù)器值成比例地調(diào)節(jié)VCO的頻率。例如，通過控制電流值、電容值或延遲元件的總數(shù)，計數(shù)器值可以被用來與計數(shù)器值成比例地控制VCO。至少出于前述原因，本發(fā)明因此提供了用于實現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的改進的系統(tǒng)和方法。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的框圖2是根據(jù)本發(fā)明的圖1的接收器的一個實施例的框圖3是圖示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的最佳數(shù)據(jù)采樣點的示圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的眼狀圖(eye diagram)和相應的直方
圖5是鎖相環(huán)的一個實施例的示意圖；圖6是相位/頻率檢測器的一個實施例的時序圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的鎖相環(huán)的一個實施例的示意圖；圖8A-8C是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖7的相位誤差檢測器的示例性時序圖9是根據(jù)本發(fā)明的鎖相環(huán)的一個實施例的示意圖；以及
圖IO是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖9的電平檢測器的波形時序圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及對數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的改進。提供下面的描述以使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明，并且是在專利申請及其要求的背景中來提供下面的描述的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會很容易地清楚對所公開的實施例的各種修改，并且這里的一般原理可以被應用到其它實施例中。因此，本發(fā)明不希望被限定到所示出的實施例，而是與符合在此描述的原理和特征的最寬范圍一致。
本發(fā)明在此被描述為用于實現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的設(shè)備，并且包括響應于VCO控制電壓生成主時鐘信號的壓控振蕩器。檢測裝置生成包括向上計數(shù)信號和向下計數(shù)信號在內(nèi)的計數(shù)器控制信號，以指示主時鐘信號和參考信號之間的當前關(guān)系。然后，向上/向下計數(shù)器響應于相應的計數(shù)器控制信號而將內(nèi)部計數(shù)器值遞增或遞減。然后，計數(shù)器值被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為用于調(diào)節(jié)由壓控振蕩器生成的主時鐘信號的頻率的模擬VCO控制電壓。在替代實施例中，通過利用除了用數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成VCO控制電壓之外的適當技術(shù)，前述向上/向下計數(shù)器可以被用來與計數(shù)器值成比例地調(diào)節(jié)壓控振蕩器的頻率?，F(xiàn)在參考圖1，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110的框圖。在圖1的實施例中，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110包括但不限于發(fā)送器114和接收器122。在替代實施例中，可以使用除了結(jié)合圖1實施例討論的那些部件和配置的某些之外的其它部件和配置來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110，或者不用結(jié)合圖1實施例討論的那些部件和配置的某些而用其它部件和配置來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110。
在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110的圖1實施例中，發(fā)送器114利用數(shù)據(jù)采樣器126接收來自任何適當數(shù)據(jù)源的初始數(shù)據(jù)116。數(shù)據(jù)采樣器126參考發(fā)送時鐘130來將初始數(shù)據(jù)116同步。驅(qū)動器134隨后將同步后的初始數(shù)據(jù)116作為發(fā)送數(shù)據(jù)118通過任何適當類型的傳輸信道輸出。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110的接收器122隨后可以接收并處理發(fā)送數(shù)據(jù)118，以由此向任何適當?shù)臄?shù)據(jù)目的地提供最終數(shù)據(jù)138。
數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110因此可以經(jīng)由傳輸信道在兩個分開的位置之間傳送任何所希望類型的電子數(shù)據(jù)或信息。這些位置彼此可以相當遠(例如，洲之間或衛(wèi)星之間)，或者可替代地可以彼此相對較近(例如，電子裝備內(nèi)的設(shè)備之間)。廣泛的物理傳輸介質(zhì)可以被用來輔助這種傳輸。示例包括自由空間中的電磁波(無線傳輸)，或者受限介質(zhì)(光纖、波導、電纜等)中的電磁波。
這種發(fā)送數(shù)據(jù)118 —般被處理成為適于以這樣一種方式通過信道傳輸?shù)母袷剑摲绞绞箍衫斫庑?intelligibility)最大化(在接收器122處具有低差錯出險率)，具有低比特差錯率(BER)，使數(shù)據(jù)吞吐率(以比特/秒或符號/秒來計)最大化，使諸如傳輸功率、實現(xiàn)復雜度之類的某些成本因素最小化，并使頻譜效率最大化。
一種處理方法涉及在傳輸之前將初始數(shù)據(jù)116串行化(serialize)，以使得每個數(shù)據(jù)比特由唯一的符號來表示。這些符號按照由發(fā)送器114的發(fā)送時鐘130控制的特定速率通過信道被發(fā)送。為了準確接收這些具有較低BER的經(jīng)編碼的符號并對其解串行化，接收器122可以再生成在頻率和相位方面類似于發(fā)送器114的發(fā)送時鐘130的本地接收器時鐘。接收器時鐘與進入的(incoming)發(fā)送數(shù)據(jù)118的頻率和相位的同步可以在時鐘再生過程期間通過鎖相環(huán)(PLL)設(shè)備來有利地執(zhí)行。下面結(jié)合圖2-圖10進一 步討論了關(guān)于接收器122的實現(xiàn)和利用的更多細節(jié)。
現(xiàn)在參考圖2，示出了根據(jù)本發(fā)明的圖1的接收器122的一個實施例 的框圖。在圖2的實施例中，接收器122可以包括但不限于接口 212、鎖 相環(huán)(PLL) 218以及處理模塊230。在替代實施例中，可以使用除了結(jié)合 圖2實施例討論的那些部件和配置的某些之外的其它部件和配置來實現(xiàn)接 收器122，或者不用結(jié)合圖2實施例討論的那些部件和配置的某些而用其 它部件和配置來實現(xiàn)接收器122。在各種實施例中，接收器122可以被實 現(xiàn)為任何其它適當類型的電子設(shè)備。
在圖2的實施例中，發(fā)送數(shù)據(jù)118可以是從任何所希望的數(shù)據(jù)源接收 的，并且可被以任何適當?shù)臄?shù)據(jù)格式來編碼。例如，在某些實施例中，發(fā) 送數(shù)據(jù)118可以是從數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)110 (圖1)的發(fā)送器114接收的。在 圖2的實施例中，接收器122的接口 212將發(fā)送數(shù)據(jù)118轉(zhuǎn)換為相應的輸. 入數(shù)據(jù)214。在圖2的實施例中，鎖相環(huán)(PLL) 218接收輸入數(shù)據(jù)214， 并作為響應而執(zhí)行時鐘再生過程以生成時鐘信號226。處理模塊230可以 接收用于執(zhí)行任何適當處理過程的輸出數(shù)據(jù)222和時鐘226以由此生成最 終數(shù)據(jù)138。下面結(jié)合圖3-圖IO進一步討論了 PLL 218的實現(xiàn)和利用的某 些其它細節(jié)。
現(xiàn)在參考圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例圖示出最佳數(shù)據(jù)采樣 點的示圖。圖3的示圖被呈現(xiàn)用于說明的目的，在替代實施例中，本發(fā)明 可以利用除了結(jié)合圖3實施例討論的那些技術(shù)和時序關(guān)系的某些之外的技 術(shù)和時序關(guān)系，或者不用結(jié)合圖3實施例討論的那些技術(shù)和時序關(guān)系的某 些而用其它技術(shù)和時序關(guān)系。
在圖3的實施例中，示出了到接收器122 (圖1)的進入數(shù)據(jù)118的 示例性脈沖。還示出了用于判定進入數(shù)據(jù)118的高狀態(tài)或低狀態(tài)的判定閾 值(decision threshold) 316。圖3的實施例還示出了接收器122讀取進入 數(shù)據(jù)118的脈沖的當前狀態(tài)的最佳采樣點序列。例如，圖3的示圖示出了 與在時間324處發(fā)生的相應最佳采樣點對準的進入數(shù)據(jù)118的第一脈沖 320。由于進入數(shù)據(jù)118的上升或下降轉(zhuǎn)變(transition)中的各種潛在類型 的噪聲、轉(zhuǎn)變沿偏斜(skew)、抖動(jitter)以及其它信號失真 (artifact)，接收器122需要與進入數(shù)據(jù)118對準的再生時鐘226，以使 得數(shù)據(jù)采樣點出現(xiàn)在相應數(shù)據(jù)脈沖的中部期間(遠離各個轉(zhuǎn)變沿)。為了 精確確定時鐘相位誤差，接收器122必須對相對于接收器本地時鐘226的 進入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變的時間位置作出判定。
因此，接收器122定義一個或多個判定閾值316，并且當進入數(shù)據(jù) 118越過判定閾值316時，接收器122能夠確定相位信息。因此，接收器 122可以相對于進入數(shù)據(jù)118將接收器本地時鐘226 (圖2)與最佳時間位 置對準。接收器本地時鐘226隨后能夠?qū)M入數(shù)據(jù)118進行采樣，并且然 后利用同一或另一判定閾值316對接收到的比特的狀態(tài)進行判定。圖3的 示示出了進入數(shù)據(jù)118和與接收器122的再生的鎖相時鐘226對準的 最佳采樣點之間的關(guān)系。如上所述，最佳采樣點在進入數(shù)據(jù)118的脈沖的 中心。換言之，最佳采樣點在離相鄰數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變最遠的位置處。
現(xiàn)在參考圖4，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例圖示出最佳時鐘時序特 性的眼狀圖412和相應的直方圖428。圖4的眼狀圖412和直方圖428被 呈現(xiàn)用于說明目的。在替代實施例中，本發(fā)明可以利用除了結(jié)合圖4的實 施例討論的那些技術(shù)和時序關(guān)系的某些之外的其它技術(shù)和時序關(guān)系，或者 不用結(jié)合圖4的實施例討論的那些技術(shù)和時序關(guān)系的某些而用其它技術(shù)和 時序關(guān)系。
到接收器122 (圖1)的進入數(shù)據(jù)118隨著時間而在比特寬度上呈現(xiàn) 出變化。這種變化稱為抖動。抖動包括例如由發(fā)送器114處和域環(huán)境中的 噪聲引起的隨機分量。抖動還包括例如由傳輸信道中的衰減和帶寬限制和/ 或來自其它源的干擾引起的確定性分量。抖動的存在導致進入數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)變 相對于接收器本地時鐘226在時間上進行了移動。
如果抖動太大，或者如果接收器時鐘226與進入數(shù)據(jù)118的相位對準 較差，則接收器122中的比特差錯可能增加，這是因為接收器時鐘226的 采樣更接近于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，有較高的概率在比特狀態(tài)確定中出錯。在圖4中 示出了這種現(xiàn)象。眼狀圖412是在進入數(shù)據(jù)118被分成對應于各個比特周期的多段、然后每段被疊加(superimpose)在眼狀圖412中的其它段上之 后的繪圖(plot)。
在時間416和時間420之間所示出的眼區(qū)(eye region)示出了多個疊 加后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變，以及由于諸如抖動之類的因素如何使得轉(zhuǎn)變在時間上與 單個理想轉(zhuǎn)變不同。在圖4的實施例中，直方圖428示出了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變頻率 與時間的關(guān)系。如直方圖428所示，如果接收器122在接近于直方圖428 的峰值處采樣，則有較高的可能性使接收器122作出錯誤的比特狀態(tài)確 定。因此，最佳采樣點位于時間432處，時間432在時間416和420處所 示出的直方圖峰值之間的中間(midway)。根據(jù)本發(fā)明，精確地再生成本 地時鐘226允許接收器122將最佳采樣點定位在時間432處，以由此有利 地容忍特定差錯率的更大量抖動。
現(xiàn)在參考圖5，示出了鎖相環(huán)(PLL) 510的一個實施例的示意圖。在 圖5的實施例中，PLL510可以包括但不限于壓控振蕩器(VCO) 514、相 位/頻率檢測器522、電荷泵538以及環(huán)路濾波器(電容器C2 (542)、電 阻器Rd (546)和電容器Cl (550))。在替代實施例中，可以利用除了 結(jié)合圖5實施例討論的那些部件和配置的某些之外的其它部件和配置來實 現(xiàn)PLL 510，或者替代結(jié)合圖5實施例討論的那些部件和配置的某些的其 它部件和配置來實現(xiàn)PLL 510。
在圖5的實施例中，PLL 510執(zhí)行時鐘再生過程以再生成時鐘信號 518，用于同步任何適當?shù)脑O(shè)備或處理(例如，圖2的接收器122)。在圖 5的實施例中，壓控振蕩器(VCO) 514生成時鐘信號518。相位/頻率檢 測器522將時鐘信號518與參考信號526進行比較，并根據(jù)時鐘信號518 的頻率為了匹配參考信號526需要被提高還是降低而向電荷泵538提供向 上信號530或向下信號534。電荷泵538隨后向包括電容器C2 (542)、 電阻器Rd (546)和電容器Cl (550)的環(huán)路濾波器提供電荷泵輸出電 流。環(huán)路濾波器的部件提供VCO控制電壓以調(diào)節(jié)VCO 514生成的時鐘信 號518的頻率。
圖5的PLL 510的一個問題在于電容器Cl (550)通常需要利用相對 較大的電容值來實現(xiàn)，這也導致了相應較大的物理尺寸。當將PLL510實
ii現(xiàn)為集成電路時，電容器CI (550)的大尺寸妨礙了將其實現(xiàn)為集成電路 的一部分，相反，電容器Cl (550) —般必須被實現(xiàn)為外部電容器。這種 外部實現(xiàn)方式不利地導致了額外的連接需要、增大的功耗，并且需要額外 的有價值的物理空間來實現(xiàn)PIX 510。下面結(jié)合圖7-圖IO進一步討論了用 于通過利用數(shù)字技術(shù)來有效實現(xiàn)鎖相環(huán)的替代改進技術(shù)。
現(xiàn)在參考圖6，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的相位/頻率檢測器的 時序圖。圖6的時序圖被呈現(xiàn)用于說明目的，并且在替代實施例中，可以 利用除了結(jié)合圖6實施例討論的那些波形和時序關(guān)系的某些之外的其它波 形和時序關(guān)系來實現(xiàn)相位/頻率檢測器，或者不用結(jié)合圖6實施例討論的那 些波形和時序關(guān)系的某些之外的其它波形和時序關(guān)系來實現(xiàn)相位/頻率檢測 器。
在圖6的示例中，示出的參考信號526 (見圖5)領(lǐng)先于時鐘信號518 以生成向上信號脈沖530 (見圖5)，用于使得時鐘VCO增大其輸出頻 率。在其它情況中，相位/頻率檢測器可以在時鐘信號518領(lǐng)先于參考信號 526時類似地生成向下信號脈沖534 (見圖5)。下面結(jié)合圖7-圖10進一 步討論了類似的相位/頻率檢測器的利用。
現(xiàn)在參考圖7，示出了根據(jù)本發(fā)明的鎖相環(huán)(PLL) 710的一個實施例 的示意圖。在替代實施例中，可以利用除了結(jié)合圖7的實施例討論的那些 部件、配置和功能的某些之外的其它部件、配置和功能來實現(xiàn)PLL 710， 或者不用結(jié)合圖7的實施例討論的那些部件、配置和功能的某些而用其它 部件、配置和功能來實現(xiàn)PLL710。
在圖7的實施例中，PLL710執(zhí)行時鐘再生過程以再生成時鐘信號 718，用于同步任何適當設(shè)備或處理(例如，圖2的接收器122)。在圖7 的實施例中，壓控振蕩器(VCO) 714生成時鐘信號718。相位/頻率檢測 器722將時鐘信號718與參考信號726進行比較，并根據(jù)時鐘信號718的 頻率為了匹配參考信號726需要被提高還是降低而向電荷泵738提供向上 信號730 (見圖6)或向下信號734。電荷泵738隨后向包括電容器C2 (742)、電阻器Rd (746)和電容器C1 (750)的環(huán)路濾波器提供電荷泵 輸出電流。環(huán)路濾波器向求和節(jié)點758提供環(huán)路濾波器電壓720 。在圖7的實施例中，相位/頻率檢測器722還向相位誤差檢測器762提 供向上信號730和向下信號734，相位誤差檢測器762生成去往向上/向下 計數(shù)器778的向上計數(shù)信號770或向下計數(shù)信號774。在圖7的實施例 中，當來自相位/頻率檢測器722的向上信號730有效時，相位誤差檢測器 762響應于相位誤差(PE)時鐘766生成向上計數(shù)信號770。反之，當來 自相位/頻率檢測器722的向下信號734有效時，相位誤差檢測器762響應 于相位誤差(PE)時鐘766生成向下計數(shù)信號774。將結(jié)合圖8A-圖8C進 一步討論相位誤差檢測器762的操作的一個示例。
在圖7的實施例中，當向上計數(shù)信號770有效時，向上/向下計數(shù)器 778響應于計數(shù)器時鐘782依次遞增計數(shù)器值。反之，當向下計數(shù)信號 774有效時，向上/向下計數(shù)器響應于計數(shù)器時鐘782依次遞減計數(shù)器值。 在圖7的實施例中，向上/向下計數(shù)器778隨后將計數(shù)器值提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換 器(DAC) 790，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 790將計數(shù)器值轉(zhuǎn)換為隨后被提供 給求和節(jié)點758的模擬驅(qū)動電壓794。在替代實施例中，通過利用除了用 數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成VCO控制電壓之外的適當技術(shù)，前述向上/向下計數(shù)器可 以被用來與計數(shù)器值成比例地調(diào)節(jié)VCO的頻率。例如，通過調(diào)節(jié)電流 值、電容值或延遲元件總數(shù)，計數(shù)器值可以被用來與計數(shù)器值成比例地控
帝ij vco。
在圖7的實施例中，求和節(jié)點758將驅(qū)動電壓794與前述環(huán)路濾波器 電壓720進行結(jié)合，以由此生成VCO控制電壓754，用于調(diào)節(jié)由VC0714 生成的時鐘信號718的頻率。在圖7的實施例中，公開和討論的本發(fā)明主 要被實現(xiàn)為硬件電路。然而，在替代實施例中，可以通過適當?shù)能浖噶?來執(zhí)行本發(fā)明的某些功能，這些適當?shù)能浖噶畋粓?zhí)行以用于執(zhí)行與在此 討論的硬件電路的那些功能等同的功能。下面結(jié)合圖8A-圖8C進一步討 論了相位誤差檢測器762的操作。
現(xiàn)在參考圖8A-圖8C，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖7的相位誤 差檢測器762的示例性時序圖。圖8A-圖8C的波形被呈現(xiàn)用于說明的目 的。在替代實施例中，相位誤差檢測器762可以利用除了結(jié)合圖8A-圖8C 的實施例討論的那些波形、時序關(guān)系和功能的某些之外的其它波形、時序關(guān)系和功能，或者不用結(jié)合圖8A-圖8C的實施例討論的那些波形、時序 關(guān)系和功能的某些而用其它波形、時序關(guān)系和功能。
在圖8A-圖8C的實施例中，波形時序圖包括向上信號730、向下信號 734、 PE時鐘766、向上計數(shù)信號770和向下計數(shù)信號774 (見圖7)。在 圖8A-圖8C的實施例中，根據(jù)向上信號730是領(lǐng)先于還是落后于向下信號 734達預定的時間段，在PE時鐘766的前沿(leading edge)處生成向上計 數(shù)脈沖770或向下計數(shù)脈沖774。在圖8A中，由于向上信號730領(lǐng)先向下 信號734多于預定的時間段，因此在時間814處，向上計數(shù)770被激活。 反之，在圖8B中，由于向上信號730落后向下信號734多于預定的時間 段，因此在時間818處，向下計數(shù)774被激活。在圖8C中，由于向上信 號730和向下信號734沒有偏移(offset)多于預定的時間段，因此向上信 號730和向下計數(shù)774都未被激活。
現(xiàn)在參考圖9，示出了根據(jù)本發(fā)明的鎖相環(huán)(PLL) 910的一個實施例 的示意圖。在替代實施例中，可以利用除了結(jié)合圖9的實施例討論的那些 部件和配置的某些之外的其它部件和配置來實現(xiàn)PLL 910，或者不用結(jié)合 圖9的實施例討論的那些部件和配置的某些而用其它部件和配置來實現(xiàn) PLL910。
在圖9的實施例中，PLL 910執(zhí)行時鐘再生過程以再生成時鐘信號 918，用于同步任何適當設(shè)備或處理(例如，圖2的接收器122)。在圖9 的實施例中，壓控振蕩器(VCO) 914生成時鐘信號918。相位/頻率檢測 器922將時鐘信號918與參考信號926進行比較，并根據(jù)為了匹配參考信 號926，時鐘信號918的頻率需要被提高還是降低，向電荷泵938提供向 上信號930 (見圖6)或向下信號934。電荷泵938隨后向包括電容器C2 (942)、電阻器Rd (946)和電容器C1 (950)的環(huán)路濾波器提供電荷泵 輸出電流。環(huán)路濾波器向求和節(jié)點958提供環(huán)路濾波器電壓920。
在圖9的實施例中，環(huán)路濾波器還向電平檢測器996提供前述環(huán)路濾 波器電壓920，電平檢測器996生成去往向上/向下計數(shù)器978的向上計數(shù) 信號972或向下計數(shù)信號984。在圖9的實施例中，電平檢測器996在環(huán) 路濾波器電壓920高于預定的上限閾值(upper threshold) 968時使用激活向上計數(shù)信號972的上限比較器964。反之，電平檢測器996在環(huán)路濾波 器電壓920低于預定的下限閾值(lower threshold) 980時使用激活向下計 數(shù)信號984的下限比較器976。將結(jié)合圖IO進一步討論電平檢測器996的 操作的一個示例。
在圖9的實施例中，當向上計數(shù)信號972有效時，向上/向下計數(shù)器 978響應于計數(shù)器時鐘982依次遞增計數(shù)器值。反之，當向下計數(shù)信號 984有效時，向上/向下計數(shù)器978響應于計數(shù)器時鐘982依次遞減計數(shù)器 值。在圖9的實施例中，向上/向下計數(shù)器978隨后將計數(shù)器值986提供給 數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 990，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 990將計數(shù)器值轉(zhuǎn)換為隨 后被提供給求和節(jié)點958的模擬驅(qū)動電壓994。在替代實施例中，通過利 用除了用數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成VCO控制電壓之外的適當技術(shù)，前述向上/向下 計數(shù)器可以被用來與計數(shù)器值成比例地調(diào)節(jié)VCO的頻率。例如，通過調(diào) 節(jié)當前值、電容值或延遲元件總數(shù)，計數(shù)器值可以被用來與計數(shù)器值成比 例地控制VCO。
在圖9的實施例中，求和節(jié)點958將驅(qū)動電壓994與前述環(huán)路濾波器 電壓920進行結(jié)合，以由此生成VCO控制電壓954，用于調(diào)節(jié)由VC0914 生成的時鐘信號918的頻率。在圖9的實施例中，公開和討論的本發(fā)明主 要被實現(xiàn)為硬件電路。然而，在替代實施例中，可以通過適當?shù)能浖噶?來執(zhí)行本發(fā)明的某些功能，這些適當?shù)能浖噶畋粓?zhí)行以用于執(zhí)行與在此 討論的硬件電路的那些功能等同的功能。
在某些實施例中，可以將電平檢測器996添加到圖7的PLL 710，以 改善產(chǎn)生的組合PLL的整體性能特性。根據(jù)這種組合PLL，相位誤差檢測 器762 (見圖7)可以用于對VCO 714進行一般的控制。然而，在時鐘信 號718的頻率以使相位誤差檢測器762無法進行檢測的過低速率改變的某 些情況下(例如，在遞增的溫度漂移(shift)期間)，電平檢測器996 (見圖9)可以被用來控制VCO 714，這是因為電平檢測器996生成基于 特定的固定閾值電壓的控制信號。下面結(jié)合圖10進一步了討論電平檢測 器996的操作。
現(xiàn)在參考圖10，示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的圖9的電平檢測器996的示例性時序圖。圖IO的波形被呈現(xiàn)用于說明的目的。在替代實施例 中，電平檢測器996可以利用除了結(jié)合圖10的實施例討論的那些波形、 時序關(guān)系和功能的某些之外的其它波形、時序關(guān)系和功能，或者不用結(jié)合 圖10的實施例討論的那些波形、時序關(guān)系和功能的某些而用其它波形、 時序關(guān)系和功能。
在圖10的實施例中，波形時序圖包括環(huán)路濾波器電壓954以及上限 閾值電壓968和下限閾值電壓980 (見圖9)。在圖IO的示例中，向下計 數(shù)信號984—直有效直到環(huán)路濾波器電壓954在時間1014處變得大于下限 閾值980為止。在時間1018處，當環(huán)路濾波器電壓954變得大于上限閾值 968時，向上計數(shù)信號972變?yōu)橛行?。在時間1022處，當環(huán)路濾波器電壓 954變得小于上限閾值968時，向上計數(shù)信號972變?yōu)闊o效。在時間1026 處，當環(huán)路濾波器電壓954變得小于下限閾值980時，向下計數(shù)信號984 變?yōu)橛行АＴ趫D10的實施例中，當環(huán)路濾波器電壓954落在上限閾值968 和下限閾值980之間的某處時，向上計數(shù)信號972和向下計數(shù)信號984均 無效。
已經(jīng)參考某些實施例解釋了本發(fā)明。根據(jù)本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員將 會清楚其它實施例。例如，可以利用除了在上述實施例中描述的那些配置 和技術(shù)以外的某些配置和技術(shù)來實現(xiàn)本發(fā)明。另外，可以結(jié)合除了上述那 些系統(tǒng)以外的系統(tǒng)來有效地使用本發(fā)明。因此，本發(fā)明意圖涵蓋對上述實 施例的這些和其它變體，本發(fā)明僅僅由所附權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1. 一種用于實現(xiàn)鎖相環(huán)的設(shè)備，包括壓控振蕩器，該壓控振蕩器響應于VCO控制手段而生成主時鐘信號；檢測裝置，該檢測裝置生成計數(shù)器控制信號以指示所述主時鐘信號和參考信號之間的當前關(guān)系；以及向上/向下計數(shù)器，該向上/向下計數(shù)器響應于所述計數(shù)器控制信號而更新計數(shù)器值，所述計數(shù)器值被轉(zhuǎn)換成用于調(diào)節(jié)所述壓控振蕩器的所述VCO控制手段。
2. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中，所述檢測裝置包括相位/頻率檢測 器，該相位/頻率檢測器產(chǎn)生所述計數(shù)器控制信號用于控制所述向上/向下 計數(shù)器。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述當前關(guān)系包括所述主時鐘信 號和所述參考信號之間的相位/頻率關(guān)系。
4. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，當所述主時鐘信號落后于所述參 考信號時，所述向上/向下計數(shù)器遞增所述計數(shù)器值，當所述主時鐘信號領(lǐng) 先于所述參考信號時，所述向上/向下計數(shù)器遞減所述計數(shù)器值。
5. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所 述計數(shù)器值轉(zhuǎn)換為所述VCO控制手段，用于調(diào)節(jié)所述壓控振蕩器的工作 頻率。
6. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，當所述主時鐘信號落后于所述參 考信號時，所述相位/頻率檢測器生成向上信號，反之，當所述主時鐘信號 領(lǐng)先于所述參考信號時，所述相位/頻率檢測器生成向下信號。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述檢測裝置包括接收所述向上 信號和所述向下信號的相位誤差檢測器，當所述向上信號有效時，所述相 位誤差檢測器生成去往所述向上/向下計數(shù)器的向上計數(shù)信號，當所述向下 信號有效時，所述相位誤差檢測器生成去往所述向上/向下計數(shù)器的向下計 數(shù)信號。
8. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，每當所述向上信號和所述向下信 號的偏移多于預定的時間段時，所述相位誤差檢測器就響應于相位誤差時 鐘信號而生成所述向上計數(shù)信號和所述向下計數(shù)信號。
9. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述向上信號和所述向下信號被 提供給電荷泵和環(huán)路濾波器，其作為響應而生成環(huán)路濾波器電壓。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述環(huán)路濾波器包括與電阻器 串聯(lián)的第一電容器，以及與所述第一電容器和所述電阻器并聯(lián)的第二電容 器，所述第一電容器與所述鎖相環(huán)一起被實現(xiàn)在集成電路器件上。
11. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述檢測裝置包括接收所述環(huán) 路濾波器電壓的電平檢測器，所述電平檢測器根據(jù)所述環(huán)路濾波器電壓的 當前值來激活去往所述向上/向下計數(shù)器的向上計數(shù)信號或向下計數(shù)信號。
12. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中，所述電平檢測器包括生成所述 向上計數(shù)信號的上限比較器，所述電平檢測器還包括生成所述向下計數(shù)信 號的下限比較器。
13. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，當所述環(huán)路濾波器電壓大于預 定的上限閾值電壓時，所述上限比較器激活所述向上計數(shù)信號，當所述環(huán) 路濾波器電壓小于預定的下限閾值電壓時，所述下限比較器激活所述向下 計數(shù)信號。
14. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括求和節(jié)點，該求和節(jié)點對所述 環(huán)路濾波器電壓與從所述計數(shù)器值按比例得到的信息一起進行求和，以產(chǎn) 生所述VCO控制手段。
15. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述鎖相環(huán)生成所述主時鐘信 號以對電信接收器設(shè)備中的處理和部件進行同步。
16. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，利用數(shù)字技術(shù)來實現(xiàn)所述檢測 裝置和所述向上/向下計數(shù)器。
17. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述檢測裝置包括以合作的方 式同時一起工作以控制所述壓控振蕩器的相位誤差檢測器和電平檢測器。
18. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述電平檢測器通過調(diào)節(jié)所述 壓控振蕩器來補充所述相位誤差檢測器，以補償未被所述相位誤差檢測器檢測到的遞增的溫度改變。
19. 一種用于實現(xiàn)鎖相環(huán)的方法，包括響應于VCO控制手段而利用壓控振蕩器生成主時鐘信號； 利用檢測裝置生成計數(shù)器控制信號，所述計數(shù)器控制信號指示所述主 時鐘信號和參考信號之間的當前關(guān)系；提供向上/向下計數(shù)器，該向上/向下計數(shù)器響應于所述計數(shù)器控制信號而更新計數(shù)器值；以及將所述計數(shù)器值轉(zhuǎn)換為用于調(diào)節(jié)所述壓控振蕩器的所述VCO控制手段。
20. —種用于實現(xiàn)鎖相環(huán)的設(shè)備，包括 用于響應于VCO控制手段而生成主時鐘的裝置；用于生成計數(shù)器控制信號的裝置，所述計數(shù)器控制信號指示所述主時 鐘信號和參考信號之間的當前關(guān)系；用于響應于所述計數(shù)器控制信號而更新計數(shù)器值的裝置；以及 用于將所述計數(shù)器值轉(zhuǎn)換為用于調(diào)節(jié)所述用于生成主時鐘的裝置的所述vco控制手段的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于實現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的系統(tǒng)和方法。一種用于實現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)的設(shè)備包括響應于VCO控制電壓而生成主時鐘信號的壓控振蕩器。檢測裝置生成包括向上計數(shù)信號和向下計數(shù)信號在內(nèi)的計數(shù)器控制信號，以指示主時鐘信號和參考信號之間的當前關(guān)系。向上/向下計數(shù)器然后響應于相應的計數(shù)器控制信號而遞增或遞減計數(shù)器值。計數(shù)器值然后被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為用于調(diào)節(jié)由壓控振蕩器生成的主時鐘信號的頻率的VCO控制電壓。在替代實施例中，通過利用除了用數(shù)模轉(zhuǎn)換器生成VCO控制電壓之外的適當技術(shù)，前述向上/向下計數(shù)器可以被用來與計數(shù)器值成比例地調(diào)節(jié)壓控振蕩器的頻率。
文檔編號H03L7/089GK101510778SQ20091000049
公開日2009年8月19日 申請日期2009年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月5日
發(fā)明者伯納德·J·格里勞斯 申請人:索尼株式會社;索尼電子有限公司