專利名稱：具有均衡自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路的鎖相環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括頻率檢測(cè)器的鎖相環(huán)(PLL)，其中該頻率檢測(cè)器包括一個(gè)均衡自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路(balancedquadricorrelator)。
鎖相環(huán)電路廣泛用于現(xiàn)代通訊電路中以用來調(diào)諧接收機(jī)。通常一個(gè)鎖相環(huán)包括一個(gè)壓控振蕩器(VCO)，一個(gè)頻率控制環(huán)路和一個(gè)相位控制環(huán)路，所述頻率控制環(huán)路和相位控制環(huán)路分別包括一個(gè)頻率檢測(cè)器和一個(gè)相位檢測(cè)器。當(dāng)鎖相環(huán)中的輸入信號(hào)是一個(gè)高速不歸零制(NRZ)隨機(jī)信號(hào)時(shí)，相位檢測(cè)器和頻率檢測(cè)器難以在輸入信號(hào)的隨機(jī)過渡中工作。在過渡之間，相位和頻率檢測(cè)器應(yīng)該保持相位誤差和頻率誤差信息，以便當(dāng)過渡消失時(shí)壓控振蕩器不會(huì)脫離這個(gè)鎖相環(huán)。
在37屆關(guān)于電路和系統(tǒng)的中西部地區(qū)研討會(huì)的IEEE Proc.，1994年，第757-760頁(yè)，由C.G.Yoon，S.Y.Lee和C.W.Lee發(fā)表的“Digital Logic Implementation of Quadricorrelators forFrequency detectors”中，描述了頻率檢測(cè)器已知的一種實(shí)現(xiàn)方式是自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路的概念。均衡數(shù)字自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路的模型是如

圖1中所示的一種均衡模擬自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路。這個(gè)模擬自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路包括了提供正交信號(hào)I，Q和輸入信號(hào)IN的第一對(duì)混頻器M1，M2。所述的這對(duì)混頻器M1，M2的輸出耦合到一對(duì)低通濾波器L1，L2，這兩個(gè)低通濾波器分別提供信號(hào)Vi和Vq。信號(hào)Vi和Vq輸入到與第二對(duì)混頻器M3，M4耦合的一對(duì)微分電路(derivation circuit)D1，D2中，并且交叉輸入到第二對(duì)混頻器M3，M4中。第二對(duì)混頻器所產(chǎn)生的信號(hào)輸入到一個(gè)加法器S中。加法器S提供一個(gè)信號(hào)FD，該信號(hào)用來表示在輸入信號(hào)IN和正交信號(hào)I，Q之間的頻率誤差。以上所提到的文獻(xiàn)中給出了一種模擬均衡自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路的數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式。該數(shù)字實(shí)現(xiàn)方式包括耦合到一個(gè)組合網(wǎng)絡(luò)的單邊沿觸發(fā)器。因此，觸發(fā)器僅僅檢測(cè)正交輸入和一個(gè)D輸入信號(hào)的上升沿之間的相位移位，這就意味著該自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路以半速率或2*T比特來工作。T比特被定義為用于高或低二進(jìn)制級(jí)的時(shí)間周期。而且，自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路的組合部分包括8個(gè)3輸入“與”門和2個(gè)4輸入“或”門，用以確定由由匹配元件的工藝誤差所確定的、自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路所產(chǎn)生的信號(hào)之間的延遲和補(bǔ)充相位移位。
因此本發(fā)明的目的是為了克服以上所提到的問題。
根據(jù)本發(fā)明，即在第一段所描述的一個(gè)裝置中所實(shí)現(xiàn)的，其特征在于，自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路包括耦合到多路復(fù)用器的雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路，這些多路復(fù)用器由具有與輸入信號(hào)相同的比特速率的信號(hào)所控制。通常雙穩(wěn)態(tài)電路既能在一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿也能在其下降沿讀取二進(jìn)制信息。就以上所提到的T比特參數(shù)而言，在時(shí)鐘信號(hào)的每個(gè)周期，也就是以每2T比特或半速率，讀取一次輸入信息。另外一種可能性是在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿都讀取輸入信息，這意味著在時(shí)鐘的每半個(gè)周期，也就是以T比特率，讀取輸入信息。這個(gè)特征既能夠在時(shí)鐘信號(hào)和雙穩(wěn)態(tài)電路之間通過直接耦合來實(shí)現(xiàn)，也能夠使用在處理具有相同T比特的輸入信號(hào)的過程中所獲得的中間信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。這就意味著雙穩(wěn)態(tài)電路能夠與具有控制輸入的組合電路-例如用于以T比特速度工作的多路復(fù)用器組合在一起。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，給耦合到第一多路復(fù)用器的第一對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路以及耦合到第二多路復(fù)用器的第二對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路分別提供相互正交相位移位的信號(hào)。第一多路復(fù)用器和第二多路復(fù)用器提供一個(gè)第一信號(hào)和一個(gè)第二信號(hào)，以表示在輸入信號(hào)和相互正交的相位移位信號(hào)之間的相位差。相互正交相位移位信號(hào)由壓控振蕩器來產(chǎn)生。在例如光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的許多應(yīng)用中，當(dāng)時(shí)鐘信息從作為不歸零制(NRZ)信號(hào)的輸入信號(hào)中丟失時(shí)，時(shí)鐘恢復(fù)尤為必要。此外，時(shí)鐘恢復(fù)電路通常使用一個(gè)鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)有一個(gè)提供正交信號(hào)的正交壓控振蕩器，所述正交信號(hào)也就是相互移位45度。鎖相環(huán)還具有一個(gè)相位檢測(cè)器和一個(gè)頻率檢測(cè)器。僅在過渡之間的輸出上保持相同誤差的輸入信號(hào)D過渡上更新多路復(fù)用器的輸出。輸入信號(hào)和正交時(shí)鐘信號(hào)之間的相位差在一個(gè)正或負(fù)量化信號(hào)中變換。當(dāng)該信號(hào)是正時(shí)，時(shí)鐘增加它的相位，并且對(duì)于負(fù)信號(hào)，時(shí)鐘減小它的相位。
本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施例中，向耦合到第三多路復(fù)用器的第三對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路以及耦合到第四多路復(fù)用器的第四對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路交叉提供第一信號(hào)和第二信號(hào)，也就是第一信號(hào)輸入到第四對(duì)雙穩(wěn)態(tài)電路，而第二信號(hào)輸入到第三對(duì)雙穩(wěn)態(tài)電路，對(duì)于第三對(duì)雙穩(wěn)態(tài)電路，第一信號(hào)是時(shí)鐘信號(hào)，而對(duì)于第三多路復(fù)用器，第一信號(hào)是控制信號(hào)，對(duì)于第四對(duì)雙穩(wěn)態(tài)電路，第二信號(hào)是時(shí)鐘信號(hào)，而對(duì)于第四多路復(fù)用器，第二信號(hào)是控制信號(hào)。第三和第四對(duì)雙穩(wěn)態(tài)電路在由第一和第二多路復(fù)用器所提供的第一和第二信號(hào)的過渡上被采樣。第三和第四對(duì)雙穩(wěn)態(tài)電路分別實(shí)現(xiàn)第一和第二信號(hào)值的符號(hào)反相。這種反相用來復(fù)制一個(gè)差分器的工作原理，它提供了上升沿的正值和下降沿的負(fù)值。可以建立沒有反相的自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路，但是在這種情況下，因?yàn)閮H有一個(gè)邊沿用來進(jìn)行比較，因此頻率檢測(cè)器的增益會(huì)減少。由第三和第四多路復(fù)用器產(chǎn)生的信號(hào)輸入到一個(gè)加法器，該加法器提供一個(gè)誤差信號(hào)，以用來表示在輸入信號(hào)和相互正交信號(hào)之間的頻率誤差。當(dāng)由第三和第四多路復(fù)用器產(chǎn)生的信號(hào)是電壓時(shí)，該加法器可以是電壓加法器，或者當(dāng)各個(gè)信號(hào)是電流時(shí)，該加法器可以是簡(jiǎn)單節(jié)點(diǎn)。
本發(fā)明以上和其他的特征和優(yōu)點(diǎn)將通過參考附圖對(duì)本發(fā)明典型的實(shí)施例所進(jìn)行的描述而變得顯而易見，其中圖1描述了一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路，圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路的示意圖，圖3描述了用于相互正交信號(hào)的旋轉(zhuǎn)輪模擬，圖4描述了當(dāng)相互正交信號(hào)的頻率低于輸入信號(hào)的比特率時(shí)的頻率檢測(cè)，圖5描述了當(dāng)相互正交信號(hào)的頻率高于輸入信號(hào)的比特率時(shí)的頻率檢測(cè)，以及圖6描述了具有如本發(fā)明所描述的頻率檢測(cè)器的鎖相環(huán)。
圖2描述了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路的示意圖。自動(dòng)數(shù)字調(diào)節(jié)線路2包括耦合到多路復(fù)用器31、32、33、34的雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路21、22、23、24、25、26、27、28，這些多路復(fù)用器由具有與輸入信號(hào)D相同比特率的信號(hào)所控制。給耦合到第一多路復(fù)用器31的第一對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路21、22，以及耦合到第二多路復(fù)用器32的第二對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路23、24，分別提供相互正交的相位移位信號(hào)CKI和CKQ，并且提供表示輸入信號(hào)D和相互正交的相位移位信號(hào)CKI、CKQ之間相位差的第一信號(hào)Q和第二信號(hào)I。這里應(yīng)該指出，雙穩(wěn)態(tài)電路可以是觸發(fā)器或鎖存器。為說明目的，而在圖2中示出一種使用D型鎖存器的實(shí)現(xiàn)方式。如圖6所示那樣，相互正交信號(hào)是由壓控振蕩器VCO所產(chǎn)生的。
給耦合到第三多路復(fù)用器33的第三對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路25、26，以及耦合到第四多路復(fù)用器34的第四對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路27、28，分別提供第一信號(hào)Q和第二信號(hào)I。自動(dòng)數(shù)字調(diào)節(jié)線路2進(jìn)一步包括第一加法器35，用來將第三多路復(fù)用器33提供的第三信號(hào)與第四多路復(fù)用器34提供的第四信號(hào)相加，并且產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)FD，該誤差信號(hào)FD用來表示在輸入信號(hào)D和相互正交信號(hào)CKI、CKQ之間的頻率差。
鎖存器-多路復(fù)用器的組合執(zhí)行為一種在輸入信號(hào)D的過渡上進(jìn)行定時(shí)的鎖存器。輸入信號(hào)D的過渡由兩個(gè)正交信號(hào)CKI和CKQ以T比特率進(jìn)行采樣。僅在過渡之間的輸出上保持相同誤差的輸入信號(hào)D過渡上更新多路復(fù)用器的輸出。第二輸出信號(hào)Q是相位檢測(cè)器的輸出，并且第一輸出信號(hào)I與Q正交。輸入信號(hào)D分別與CKQ、CKI的相位差在正或負(fù)量化信號(hào)中變換。當(dāng)信號(hào)是正時(shí)，時(shí)鐘增加它的相位，當(dāng)信號(hào)是負(fù)時(shí)，時(shí)鐘減小它的相位。第三和第四對(duì)鎖存器25、26、27、28被在I和Q信號(hào)的過渡上采樣?？梢杂^察到，對(duì)采樣I和Q的鎖存器的輸出所進(jìn)行的符號(hào)反相分別輸出Q和I的正值。需要該反相以復(fù)制一個(gè)差分器的工作原理，其在信號(hào)的上升沿給出正值并且在信號(hào)的下降沿給出負(fù)值。沒有反相的自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路的一個(gè)可選方案也產(chǎn)生一個(gè)頻率誤差，但是頻率檢測(cè)器的增益因此而減小(僅有一個(gè)過渡用于進(jìn)行比較)。
信號(hào)I和Q的平衡位置能夠以圖3所示的旋轉(zhuǎn)輪模擬來表示。當(dāng)相位鎖定時(shí)，矢量I是正的，穩(wěn)定的并且等于+1，Q矢量以周期性的方式從正象限跳到負(fù)象限。用于頻率檢測(cè)器的頻率誤差產(chǎn)生信號(hào)通過圖4和圖5來幫助解釋。
當(dāng)時(shí)鐘太緩慢時(shí)(圖4)，這兩個(gè)正交信號(hào)對(duì)I和Q利用一個(gè)等于頻率差Δω的角頻率和信號(hào)I的導(dǎo)數(shù)向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，所述信號(hào)I下降到Q信號(hào)的頂端產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)。
當(dāng)時(shí)鐘太快時(shí)(圖5)，這兩個(gè)正交信號(hào)對(duì)I和Q利用一個(gè)等于頻率差Δω的角頻率和信號(hào)I的導(dǎo)數(shù)而向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，所述信號(hào)I以180度相位差信號(hào)下降到Q信號(hào)的頂端以產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)。
圖6描述了一個(gè)具有本發(fā)明所述的頻率檢測(cè)器10的鎖相環(huán)。誤差信號(hào)FD通過耦合到第一低通過濾器30并進(jìn)而耦合到第二加法器80的第一電荷泵20，輸入到一個(gè)壓控振蕩器VCO的粗控制輸入端C。頻率誤差信號(hào)FD輸入到壓控振蕩器的粗控制輸入端C，因?yàn)閴嚎卣袷幤鞑坏貌槐M可能迅速地適應(yīng)在輸入信號(hào)D和正交信號(hào)CKI和CKQ之間的頻率差。壓控振蕩器的細(xì)控制輸入端F由信號(hào)PD所控制，該信號(hào)PD由耦合到第二電荷泵60并進(jìn)而耦合到第二低通濾波器50的相位檢測(cè)器70來提供。
如之前所描述的那樣，頻率誤差信號(hào)FD是一個(gè)量化信號(hào)，它在相位鎖定時(shí)在壓控振蕩器的粗輸入端產(chǎn)生額外的波動(dòng)。然而，當(dāng)使用一個(gè)三態(tài)電荷泵作為第一電荷泵時(shí)，可以減輕這個(gè)波動(dòng)。
在以上的描述中使用了單端信號(hào)，但對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以很容易導(dǎo)出利用差分信號(hào)的自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)方式。
需要指出的是本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于在此描述的實(shí)施例。本發(fā)明的保護(hù)范圍也不會(huì)受限于權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記。單詞“包括”不會(huì)排斥除了權(quán)利要求所記載的部件之外的其他部分。出現(xiàn)在一個(gè)部件前面的單詞“一個(gè)”并不會(huì)排斥多個(gè)這種部件。本發(fā)明的方法形成部分能夠以專用硬件的形式來實(shí)現(xiàn)，也能夠以在可編程目的處理器的形式來實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明存在于每一個(gè)新特征或特征的組合中。
權(quán)利要求
1.一種包括一個(gè)具有均衡自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路的頻率檢測(cè)器的鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)的特征在于該自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路包括耦合到多路復(fù)用器的雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路，這些多路復(fù)用器由具有與輸入信號(hào)相同比特率的信號(hào)來控制。
2.如權(quán)利要求1中所述的鎖相環(huán)，其中給耦合到第一多路復(fù)用器的第一對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路以及耦合到第二多路復(fù)用器的第二對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路分別提供相互正交的相位移位信號(hào)，以產(chǎn)生第一信號(hào)和第二信號(hào)，所述第一信號(hào)和第二信號(hào)表示在輸入信號(hào)和相互正交的相位移位信號(hào)之間的相位差。
3.如權(quán)利要求2中所述的鎖相環(huán)，其中相互正交的相位移位信號(hào)由壓控振蕩器所產(chǎn)生。
4.如權(quán)利要求2中所述的鎖相環(huán)，其中給耦合到第三多路復(fù)用器的第三對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路以及耦合到第四多路復(fù)用器的第四對(duì)雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路分別提供第一信號(hào)和第二信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4中所述的鎖相環(huán)，其中自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路進(jìn)一步包括第一加法器，以用來將第三多路復(fù)用器產(chǎn)生的第三信號(hào)與第四多路復(fù)用器產(chǎn)生的第四信號(hào)相加，并且產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)，所述誤差信號(hào)用來表示在輸入信號(hào)和相互正交的信號(hào)之間的頻率差。
6.如權(quán)利要求5中所述的鎖相環(huán)，其中誤差信號(hào)通過耦合到第一低通濾波器并進(jìn)而耦合到第二加法器的第一電荷泵而輸入到壓控振蕩器的粗控制輸入端。
7.如權(quán)利要求6中所述的鎖相環(huán)，其中細(xì)控制輸入端由一個(gè)信號(hào)所控制，該信號(hào)由耦合到第二電荷泵并進(jìn)而耦合到第二低通濾波器的相位檢測(cè)器所提供。
全文摘要
一種鎖相環(huán)(1)，包括一個(gè)具有均衡自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路(2)的頻率檢測(cè)器(10)，該鎖相環(huán)(1)的特征在于該自動(dòng)調(diào)節(jié)相位線路(2)包括耦合到多路復(fù)用器(31、32、33、34)的雙邊沿定時(shí)雙穩(wěn)態(tài)電路(21、22、23、24、25、26、27、28)，其中這些多路復(fù)用器由具有與輸入信號(hào)(D)相同比特率的信號(hào)來控制。
文檔編號(hào)H03L7/089GK1711691SQ200380102673
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2003年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月5日
發(fā)明者M·A·T·桑杜利努, D·M·W·里納爾特斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司