專利名稱：一種全數(shù)字鎖相環(huán)的快速鎖定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于嵌入式芯片中的全數(shù)字鎖相環(huán)，尤其是一種全數(shù)字鎖相環(huán)的快速鎖定 方法，可以極大地減少鎖相環(huán)的鎖定時(shí)間。
背景技術(shù)：
隨著集成電路深亞微米工藝的發(fā)展，人們對嵌入式芯片性能和成本的要求越來越高。 高集成度、可移植性、可靠性以及低成本等一系列問題的挑戰(zhàn)，使得傳統(tǒng)的模擬鎖相環(huán)已 經(jīng)充分暴露了其明顯的劣勢。因此，目前出現(xiàn)一種趨勢，將模擬鎖相環(huán)中的壓控振蕩器換 成數(shù)控振蕩器(DC0)，將模擬濾波器換成數(shù)字濾波器，形成一種新的鎖相環(huán)叫做全數(shù)字鎖 相環(huán)。
如圖l所示的是常用的全數(shù)字鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)。它由鑒相鑒頻器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，數(shù)字 濾波器，數(shù)控振蕩器和分頻器組成。首先由鑒相鑒頻器鑒出參考時(shí)鐘F^^和分頻時(shí)鐘i^^ 之間的相位差，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器將相位差轉(zhuǎn)換成數(shù)字Y言息，數(shù)字濾波器根據(jù)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換 器的數(shù)字信息生成控制字，控制字控制數(shù)控振蕩器的頻率，數(shù)控振蕩器的頻率經(jīng)由分頻器 分頻后送入鑒相鑒頻器。
鎖相環(huán)是個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)，它是依靠消除參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘之間的相位差來實(shí)現(xiàn)
鎖定功能的。假使參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘的初始相位差為o，則經(jīng)過時(shí)間r后，參考時(shí)鐘和 分頻時(shí)鐘之間的相位差由下式表示。
式中，《為相位差，/w為參考時(shí)鐘的頻率，/^為分頻時(shí)鐘的頻率。 從上式可以看出，若參考時(shí)鐘的頻率和分頻時(shí)鐘的頻率相等，則參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘
之間的相位差為o。若參考時(shí)鐘的頻率和分頻時(shí)鐘的頻率不等，即使差別再細(xì)微，經(jīng)過長
時(shí)間r之后，仍然可以被鑒相鑒頻器鑒出。因此，鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)精確的頻率鎖定。但是， 由于鎖相環(huán)的功能只能鎖相，它調(diào)整環(huán)路的依據(jù)只是鑒出的相位差，而不是參考時(shí)鐘和分 頻時(shí)鐘之間的頻率差，因此鎖定時(shí)間會比較長。此外，由于鑒相鑒頻器的鑒相范圍有限，
僅僅是-2;r口2;r，當(dāng)參考時(shí)鐘頻率和分頻時(shí)鐘頻率相差過大時(shí)，鎖相環(huán)甚至無法正確的 鎖定。
鎖相環(huán)的鎖定時(shí)間可以由下式估計(jì)
式中，A:是一個(gè)系數(shù)，和鎖相環(huán)具體電路有關(guān)，5為鎖相環(huán)的帶寬，A/是參考時(shí)鐘 和分頻時(shí)鐘之間的初始頻率差。從式中可以看出，鎖相環(huán)的鎖定時(shí)間和鎖相環(huán)的帶寬成反 比，和鎖相環(huán)的初始頻率差成正比。
對于全數(shù)字鎖相環(huán)，快速鎖定能力是其一項(xiàng)非常重要的性能指標(biāo)。通常為了縮短鎖定時(shí)間，圖l所示的鎖相環(huán)往往采用大帶寬的鎖相環(huán)電路結(jié)構(gòu)。但是鎖相環(huán)的帶寬增大將惡 化鎖相環(huán)輸出時(shí)鐘的抖動性能和鎖相環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且鎖相環(huán)的鎖定時(shí)間也不理想，至 少在幾十個(gè)參考時(shí)鐘周期以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種全數(shù)字鎖相環(huán)的快速鎖 定方法，可以使全數(shù)字鎖相環(huán)在極短時(shí)間內(nèi)鎖定。
本發(fā)明的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種全數(shù)字鎖相環(huán)的快速鎖定方法，用于對設(shè)有包 括鑒相鑒頻器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，數(shù)字濾波器,數(shù)控振蕩器和分頻器構(gòu)成的全數(shù)字鎖相環(huán)在 短時(shí)間內(nèi)鎖定頻率，其特征在于:通過設(shè)計(jì)的算法找到控制數(shù)控振蕩器頻率的一個(gè)控制字， 受該控制字控制的數(shù)控振蕩器輸出的時(shí)鐘經(jīng)過分頻后得到分頻時(shí)鐘，該分頻時(shí)鐘頻率與參 考時(shí)鐘頻率相近，然后基于鑒相鑒頻器鑒出的參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘之間的相位差，來控制 數(shù)控振蕩器進(jìn)行鎖定；
當(dāng)鑒相鑒頻器和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器之前鑒出的相位差均為0，則當(dāng)數(shù)控振蕩器周期為 《時(shí)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字相位差A(yù)可以由下式表示
其中，7;,為參考時(shí)鐘的周期，」、為時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益；
基于延時(shí)單元組成的數(shù)控振蕩器中，有如下公式成立
L=U,。SC (2);
其中，？_是控制字為0時(shí)數(shù)控振蕩器的周期，K。為數(shù)控振蕩器的增益，『^是當(dāng)數(shù) 控振蕩器周期為r^時(shí)對應(yīng)的控制字；
當(dāng)全數(shù)字鎖相環(huán)鎖定時(shí)，數(shù)控振蕩器的周期為7>相應(yīng)的控制字為P^ ,聯(lián)合公式(2)，
有如下公式成立
rre/=MTrf=M(K『J (3);
定義參數(shù)《,為
、=~^~ (4);
7 嵐人
聯(lián)合公式(1) ，(2) ，(3)和公式(4)，可得到下式
『d (5);
如(5)式所示，只要知道控制字K及其相對應(yīng)的數(shù)字化誤差ep就可以找到鎖定時(shí) 的控制字K。
所說參數(shù)《f可通過仿真測試后預(yù)置在全數(shù)字鎖相環(huán)中或通過實(shí)際測試得到，其中實(shí)測^方法是
當(dāng)數(shù)控振蕩器分別輸出兩個(gè)不同周期的高頻時(shí)鐘，周期分別為7;和72，且時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn) 換器之前鑒出的誤差均為0時(shí)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字誤差A(yù)和e2可以由下式表示-<formula>formula see original document page 7</formula>
聯(lián)合公式(2)和(6)，得到如下公式
<formula>formula see original document page 7</formula>
全數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)有快速頻率捕獲和鎖相兩個(gè)環(huán)路，兩個(gè)環(huán)路交替工作，首先由快速頻 率捕獲環(huán)路完成頻率捕獲，然后再由鎖相環(huán)路完成精確鎖定；其中，
快速頻率捕獲環(huán)路包括鑒相鑒頻器、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波器、數(shù)字計(jì)算模塊、 數(shù)控振蕩器和與算法匹配的分頻器；鎖相環(huán)剛工作時(shí)，鑒相鑒頻器鑒出相位差，時(shí)間數(shù)字 轉(zhuǎn)換器將相位差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字計(jì)算模塊根據(jù)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果，依據(jù)設(shè) 計(jì)算法得到控制字，調(diào)整數(shù)控振蕩器的頻率，鎖相環(huán)迅速完成頻率捕獲，使得參考時(shí)鐘和 分頻時(shí)鐘之間的初始頻率相近；
鎖相環(huán)路包括鑒相鑒頻器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，數(shù)字濾波器，數(shù)控振蕩器和與算法匹 配的分頻器，當(dāng)鎖相環(huán)頻率捕獲完成后，與算法匹配的分頻器的功能和異步分頻器的功能 完全一致；首先由鑒相鑒頻器鑒出參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘之間的相位差，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器將 相位差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，數(shù)字濾波器根據(jù)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信息生成控制字，控制字 控制數(shù)控振蕩器的頻率，數(shù)控振蕩器的頻率經(jīng)由與算法匹配的分頻器分頻后送入鑒相鑒頻 器，最終使得鎖相環(huán)相位鎖定，進(jìn)而提供精確的時(shí)鐘頻率；
具體步驟是當(dāng)處于快速頻率捕獲環(huán)路時(shí)，首先，數(shù)字計(jì)算模塊生成第一個(gè)控制字^ ， 當(dāng)鑒相鑒頻器鑒相結(jié)束后，數(shù)字計(jì)算模塊生成第二個(gè)控制字『2，并保存時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器 輸出的結(jié)果q;當(dāng)鑒相鑒頻器第二次鑒相結(jié)束后，數(shù)字計(jì)算模塊生成保存時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器 輸出的結(jié)果A，根據(jù)公式(7)得到參數(shù)K,，再利用公式(5)生成第三個(gè)控制字^并送 入數(shù)字濾波器的積分路徑，隨后轉(zhuǎn)到鎖相環(huán)路；當(dāng)全數(shù)字鎖相環(huán)處于鎖相環(huán)路時(shí)，參考時(shí) 鐘和分頻時(shí)鐘之間的相位差由鑒相鑒頻器鑒出，然后誤差由時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信息，鑒出的數(shù)字信息送入數(shù)字濾波器，然后數(shù)字濾波器根據(jù)數(shù)字信息，生成控制 字控制數(shù)控振蕩器的頻率，數(shù)控振蕩器的高頻時(shí)鐘經(jīng)由與算法匹配的分頻器分頻后生成分 頻時(shí)鐘送入鑒相鑒頻器。
所說與算法匹配的分頻器采用設(shè)有一個(gè)計(jì)數(shù)器和探測模塊的異步分頻器結(jié)構(gòu)，在此基 礎(chǔ)上，增設(shè)一個(gè)異或門、三個(gè)D觸發(fā)器及一個(gè)或門電路；異或門具有第一、第二兩個(gè)輸入 端和一個(gè)輸出端；每個(gè)D觸發(fā)器具有數(shù)據(jù)輸入端、時(shí)鐘觸發(fā)兩個(gè)輸入端和數(shù)據(jù)輸出端，或 門具有第一、第二兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端；D觸發(fā)器在時(shí)鐘觸發(fā)輸入端上升沿的觸發(fā)下， 將數(shù)據(jù)輸入端的信號傳送給數(shù)據(jù)輸出端；第一 D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端接系統(tǒng)復(fù)位信號，時(shí)鐘觸發(fā)輸入端接參考時(shí)鐘的反相信 號，數(shù)據(jù)輸出端接或門的第一輸入端；第二D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端接狀態(tài)復(fù)位信號，時(shí)鐘 觸發(fā)輸入端接參考時(shí)鐘，數(shù)據(jù)輸出端接接第三D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端；第三D觸發(fā)器的時(shí) 鐘觸發(fā)輸入端接參考時(shí)鐘的反相信號，數(shù)據(jù)輸出端接異或門的第二輸入端；異或門的第一 輸入端接鎖相環(huán)系統(tǒng)中的狀態(tài)復(fù)位信號，異或門的輸出端送入或門的第二輸入端；或門的 輸出端接異步分頻器的分頻器復(fù)位信號；或門的輸出端同時(shí)與鑒相鑒頻器的復(fù)位端相連， 當(dāng)鑒相鑒頻器的復(fù)位端為高電平時(shí)，鑒相鑒頻器不鑒相，并清除之前的鑒相狀態(tài)；這樣的 目的有兩個(gè)1)鑒出的相位差不受到前一個(gè)相位差影響，保證根據(jù)公式(7)計(jì)算i^和 根據(jù)公式(5)計(jì)算控制字的正確性；2)快速頻率捕獲環(huán)路轉(zhuǎn)到鎖相環(huán)路時(shí)，不會使環(huán)路 受到大的波動；
系統(tǒng)復(fù)位信號為高電平時(shí)，鎖相環(huán)中復(fù)位端接系統(tǒng)復(fù)位信號的寄存器復(fù)位；狀態(tài)復(fù)位 信號在系統(tǒng)復(fù)位信號的高電平復(fù)位為O，并當(dāng)鎖相環(huán)處于快速頻率捕獲環(huán)路時(shí)，分別在第 二個(gè)控制字『2和第三個(gè)控制字『3設(shè)置后進(jìn)行反相處理。
所說數(shù)字計(jì)算模塊包括四個(gè)寄存器組，兩個(gè)減法器、 一個(gè)除法器、 一個(gè)乘法器和一個(gè) 加法器；其中，
四個(gè)寄存器組分別為第一寄存器組、第二寄存器組、第三寄存器和第四寄存器組；當(dāng) 鎖相環(huán)處于快速頻率捕獲環(huán)路時(shí)，第一寄存器組用來保存當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位信號為低后鎖相環(huán)產(chǎn) 生的第一個(gè)控制字巧，第二寄存器組用來保存當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位信號為低后鎖相環(huán)產(chǎn)生的第二 個(gè)控制字『2，第三寄存器組用來保存第一個(gè)控制字設(shè)置后鑒出的數(shù)字化的相位差A(yù)，第 四寄存器組用來保存第二個(gè)控制字^設(shè)置后鑒出的數(shù)字化的相位差^;
兩個(gè)減法器分別為第一減法器和第二減法器;第一減法器的被減數(shù)輸入端與第二寄存 器組的輸出相連，減數(shù)輸入端與第一寄存器組的輸出相連；第二減法器的被減數(shù)輸入端與 第三寄存器組相連，減數(shù)輸入端與第四寄存器組的輸出相連；
第一減法器的運(yùn)算結(jié)果輸出端與除法器的被除數(shù)輸入端相連，第二減法器的運(yùn)算結(jié)果 輸出端與除法器的除數(shù)輸入端相連；除法器的運(yùn)算結(jié)果輸出端送入乘法器的乘數(shù)輸入端， 第三寄存器組的輸出端與乘法器的被乘數(shù)輸入端相連，乘法器的運(yùn)算結(jié)果送入加法器的任 一加數(shù)端，第一寄存器組的輸出端與加法器的另一加數(shù)端相連，加法器的輸出結(jié)果即為數(shù) 字計(jì)算模塊的輸出。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果
1) 本發(fā)明通過設(shè)計(jì)的算法找到控制數(shù)控振蕩器頻率的一個(gè)控制字，受該控制字控制的 振蕩器輸出的時(shí)鐘經(jīng)過分頻后得到分頻時(shí)鐘頻率與參考時(shí)鐘頻率相近，由公式(2)可知， 參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘之間的初始頻率差越小，鎖定時(shí)間越短。算法找到控制字后，由鎖相 環(huán)路基于鑒相鑒頻器鑒出的參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘之間的相位差，來控制數(shù)控振蕩器進(jìn)行環(huán) 路鎖定，由于鎖相環(huán)是在初始頻率差很小的情況下工作，因此鎖定時(shí)間很短。
2) 提出了一種快速實(shí)測環(huán)路參數(shù)^的方法，減少了了對《,的預(yù)測誤差。
3) 提出了一種零相位差初始化技術(shù)，通過與算法匹配的分頻器結(jié)構(gòu)，同時(shí)將鑒相鑒頻 器的復(fù)位端和與算法匹配的分頻器中或門的輸出端相連，消除了參考時(shí)鐘與分頻時(shí)鐘之前的相位差，保證了本發(fā)明計(jì)算K,和計(jì)算控制字的正確性，此外快速頻率捕獲環(huán)路轉(zhuǎn)到鎖
相環(huán)路時(shí)，不會使環(huán)路受到大的波動。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)全數(shù)字鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是全數(shù)字鎖相環(huán)異步分頻器的結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明提出的快速頻率捕獲算法的全數(shù)字鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明中與算法匹配的分頻器結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
參看圖3，本發(fā)明提出的快速頻率捕獲算法的全數(shù)字鎖相環(huán)，設(shè)有快速頻率捕獲和鎖 相兩個(gè)環(huán)路，兩個(gè)環(huán)路交替工作，首先由快速頻率捕獲環(huán)路完成頻率捕獲，然后再由鎖相 環(huán)路完成精確鎖定。其中，快速頻率捕獲環(huán)路包括鑒相鑒頻器、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾 波器、數(shù)字計(jì)算模塊、數(shù)控振蕩器和與算法匹配的分頻器。鎖相環(huán)剛工作時(shí)，鑒相鑒頻器 鑒出相位差，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器將相位差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字計(jì)算模塊根據(jù)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換 器的輸出結(jié)果，根據(jù)快速頻率捕獲方法產(chǎn)生控制字，調(diào)整數(shù)控振蕩器的頻率，使得鎖相環(huán) 迅速完成頻率捕獲，將參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘之間的初始頻率差減少到極小的差距甚至沒有 差距；鎖相環(huán)路包括鑒相鑒頻器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，數(shù)字濾波器，數(shù)控振蕩器和與算法 匹配的分頻器，當(dāng)鎖相環(huán)頻率捕獲完成后，與算法匹配的分頻器的功能和異步分頻器的功 能完全一致，首先由鑒相鑒頻器鑒出參考時(shí)鐘和分頻吋鐘之間的相位差，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器 將相位差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，數(shù)字濾波器根據(jù)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信息生成控制字，控制 字控制數(shù)控振蕩器的頻率，數(shù)控振蕩器的高頻時(shí)鐘經(jīng)由與算法匹配的分頻器分頻后送入鑒 相鑒頻器，最終使得鎖相環(huán)相位鎖定，進(jìn)而提供精確的時(shí)鐘頻率。
當(dāng)處于快速頻率捕獲環(huán)路時(shí)，數(shù)字計(jì)算模塊生成第一個(gè)控制字^，當(dāng)鑒相鑒頻器鑒相 結(jié)束后，數(shù)字計(jì)算模塊生成第二個(gè)控制字『2，并保存時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的結(jié)果^。當(dāng) 鑒相鑒頻器第二次鑒相結(jié)束后，數(shù)字計(jì)算模塊生成保存時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的結(jié)果^，根 據(jù)公式(7)得到參數(shù)《r再利用公式(5)生成第三個(gè)控制字R并送入數(shù)字濾波器的積 分路徑，隨后轉(zhuǎn)到鎖相環(huán)路。
當(dāng)全數(shù)字鎖相環(huán)處于鎖相環(huán)路時(shí)，參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘之間的相位差由鑒相 鑒頻器鑒出，然后誤差由時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息。鑒出的數(shù)字信息送入數(shù)字濾波 器，然后數(shù)字濾波器根據(jù)數(shù)字信息，生成控制字控制數(shù)控振蕩器的頻率。數(shù)控振蕩器的高 頻時(shí)鐘經(jīng)由與算法匹配的分頻器分頻后生成分頻時(shí)鐘送入鑒相鑒頻器。
分頻器結(jié)構(gòu)一般采用異步分頻器，其電路結(jié)構(gòu)見圖2。它由一個(gè)計(jì)數(shù)器和探測模塊組 成。它的工作原理如下當(dāng)分頻器復(fù)位信號Reset—div的信號為高電平時(shí)，分頻時(shí)鐘i^^ 為低電平，以及計(jì)數(shù)器結(jié)果N保持為0。當(dāng)分頻器復(fù)位信號Reset_diV的信號為低電平時(shí)， 異步分頻器的計(jì)數(shù)器開始在數(shù)控振蕩器輸出的高頻時(shí)鐘i^"的上升沿觸發(fā)下進(jìn)行計(jì)數(shù)。 當(dāng)分頻器結(jié)果N等于計(jì)數(shù)器模值PV時(shí)，分頻時(shí)鐘i^^反向，且分頻器結(jié)果N被立即復(fù)位 為0。此時(shí)，分頻系數(shù)M二2+PV。圖中，N[n-l:O]， PV[n-l:0]中n表示計(jì)數(shù)器中D觸發(fā)器的個(gè)數(shù)。
參看圖4，為了與設(shè)計(jì)的算法匹配，與算法匹配的分頻器與圖2相比，增加了一些電 路，作用是當(dāng)數(shù)字計(jì)算模塊每生成一個(gè)新的控制字后，分頻器立即復(fù)位，并在緊接的參考 時(shí)鐘下降沿開始重新工作；復(fù)位的信號同時(shí)送入鑒相鑒頻器，當(dāng)復(fù)位信號為高電平時(shí)，鑒 相鑒頻器不鑒相，并清除之前的鑒相狀態(tài)；這樣的目的有兩個(gè)1)鑒出的相位差不受到 前一個(gè)相位差影響，保證根據(jù)公式(7)計(jì)算i^和根據(jù)公式(5)計(jì)算控制字的正確性；2)
快速頻率捕獲環(huán)路轉(zhuǎn)到鎖相環(huán)路時(shí)，不會使環(huán)路受到大的波動。
圖4中，異或門405的輸出和D觸發(fā)器402的輸出端Q端分別送入或門406的兩個(gè)輸 入端?；蜷T的輸出復(fù)位信號ReseLfsa送入異步分頻器201的分頻器復(fù)位信號Reset—div。 復(fù)位信號ReSet_fSa也送到鑒相鑒頻器中。
D觸發(fā)器402在參考時(shí)鐘下降沿的觸發(fā)下對系統(tǒng)復(fù)位信號Reset—PLL進(jìn)行釆樣。系統(tǒng) 復(fù)位信號Rese^PLL是系統(tǒng)復(fù)位信號。這樣，可以保證當(dāng)全數(shù)字鎖相環(huán)開始工作以及控制 字^設(shè)置后，鑒相鑒頻器鑒出的第一個(gè)相位差不會受到先前的相位差影響。并且鑒出的 相位差和公式(1)計(jì)算的一致。
狀態(tài)復(fù)位信號State—reset在系統(tǒng)復(fù)位信號Reset_PLL的高電平復(fù)位為0，并分別在 第二個(gè)控制字『2和在第二個(gè)控制字『3設(shè)置后進(jìn)行反相。也就是說，當(dāng)『2設(shè)置后，狀態(tài)復(fù) 位信號State—reset為高電平。當(dāng)『3設(shè)置后，狀態(tài)復(fù)位信號State_reset為低電平。D 觸發(fā)器403和404依次在參考時(shí)鐘的上升沿和下降沿觸發(fā)下，對狀態(tài)復(fù)位信號 State—reset采樣。D觸發(fā)器404采樣后的信號和狀態(tài)復(fù)位信號State—reset分別送入異 或門405的兩個(gè)輸入端。這樣的設(shè)置保證當(dāng)『2和『3設(shè)置后，分頻器立即復(fù)位，并且在參 考時(shí)鐘的下降沿出現(xiàn)時(shí)開始工作。
權(quán)利要求
1、一種全數(shù)字鎖相環(huán)的快速鎖定方法，用于對設(shè)有包括鑒相鑒頻器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，數(shù)字濾波器，數(shù)控振蕩器和分頻器構(gòu)成的全數(shù)字鎖相環(huán)在短時(shí)間內(nèi)鎖定頻率，其特征在于通過設(shè)計(jì)的算法找到控制數(shù)控振蕩器頻率的一個(gè)控制字，受該控制字控制的數(shù)控振蕩器輸出的時(shí)鐘經(jīng)過分頻后得到分頻時(shí)鐘，該分頻時(shí)鐘頻率與參考時(shí)鐘頻率相近，然后基于鑒相鑒頻器鑒出的參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘之間的相位差，來控制數(shù)控振蕩器進(jìn)行鎖定；當(dāng)鑒相鑒頻器和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器之前鑒出的相位差均為0，則當(dāng)數(shù)控振蕩器周期為T1時(shí)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字相位差e1可以由下式表示<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>MT</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>ref</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>e</mi><mn>1</mn> </msub> <msub><mi>K</mi><mi>d</mi> </msub></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>;</mo> </mrow>]]></math></maths>其中，Tref為參考時(shí)鐘的周期，Kd為時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益；基于延時(shí)單元組成的數(shù)控振蕩器中，有如下公式成立Tosc＝tmax-KoWosc(2)；其中，tmax是控制字為0時(shí)數(shù)控振蕩器的周期，Ko為數(shù)控振蕩器的增益，Wosc是當(dāng)數(shù)控振蕩器周期為Tosc時(shí)對應(yīng)的控制字；當(dāng)全數(shù)字鎖相環(huán)鎖定時(shí)，數(shù)控振蕩器的周期為Td，相應(yīng)的控制字為Wd，聯(lián)合公式(2)，有如下公式成立Tref＝MTd＝M(tmax-KoWd)(3)；定義參數(shù)Kf為<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>K</mi> <mi>f</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><msub> <mi>MK</mi> <mi>o</mi></msub><msub> <mi>K</mi> <mi>d</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>;</mo> </mrow>]]></math></maths>聯(lián)合公式(1)，(2)，(3)和公式(4)，可得到下式Wd＝W1+Kfe1(5)；如(5)式所示，只要知道控制字W1及其相對應(yīng)的數(shù)字化誤差e1，就可以找到鎖定時(shí)的控制字Wd。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的全數(shù)字鎖相環(huán)的快速鎖定方法，其特征在于參數(shù)i^通過 仿真測試后預(yù)置在全數(shù)字鎖相環(huán)中或通過實(shí)際測試得到，其中實(shí)測/^方法是當(dāng)數(shù)控振蕩器分別輸出兩個(gè)不同周期的高頻時(shí)鐘，周期分別為；和72，且時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn) 換器之前鑒出的誤差均為o時(shí)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字誤差a和e2可以由下式表示聯(lián)合公式(2)和(6)，得到如下公式<formula>formula see original document page 3</formula>
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的全數(shù)字鎖相環(huán)的快速鎖定方法，其特征在于該全數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)有快速頻率捕獲和鎖相兩個(gè)環(huán)路，兩個(gè)環(huán)路交替工作，首先由快速頻率捕獲環(huán)路完成頻率捕獲，然后再由鎖相環(huán)路完成精確鎖定；其中，快速頻率捕獲環(huán)路包括鑒相鑒頻器、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波器、數(shù)字計(jì)算模塊、 數(shù)控振蕩器和與算法匹配的分頻器；鎖相環(huán)剛工作時(shí)，鑒相鑒頻器鑒出相位差，時(shí)間數(shù)字 轉(zhuǎn)換器將相位差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字計(jì)算模塊根據(jù)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果，依據(jù)設(shè) 計(jì)算法得到控制字，調(diào)整數(shù)控振蕩器的頻率，鎖相環(huán)迅速完成頻率捕獲，使得參考時(shí)鐘和 分頻時(shí)鐘之間的初始頻率相近；鎖相環(huán)路包括鑒相鑒頻器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，數(shù)字濾波器，數(shù)控振蕩器和與算法匹 配的分頻器，當(dāng)鎖相環(huán)頻率捕獲完成后，與算法匹配的分頻器的功能和異步分頻器的功能 完全一致；首先由鑒相鑒頻器鑒出參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘之間的相位差，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器將 相位差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，數(shù)字濾波器根據(jù)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信息生成控制字，控制字 控制數(shù)控振蕩器的頻率，數(shù)控振蕩器的頻率經(jīng)由與算法匹配的分頻器分頻后送入鑒相鑒頻 器，最終使得鎖相環(huán)相位鎖定，進(jìn)而提供精確的時(shí)鐘頻率；具體步驟是當(dāng)處于快速頻率捕獲環(huán)路時(shí)，首先，數(shù)字計(jì)算模塊生成第一個(gè)控制字^ ， 當(dāng)鑒相鑒頻器鑒相結(jié)束后，數(shù)字計(jì)算模塊生成第二個(gè)控制字『2，并保存時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器 輸出的結(jié)果A;當(dāng)鑒相鑒頻器第二次鑒相結(jié)束后，數(shù)字計(jì)算模塊生成保存時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器 輸出的結(jié)果^，根據(jù)公式(7)得到參數(shù)i^，再利用公式(5)生成第三個(gè)控制字^并送 入數(shù)字濾波器的積分路徑，隨后轉(zhuǎn)到鎖相環(huán)路；當(dāng)全數(shù)字鎖相環(huán)處于鎖相環(huán)路時(shí)，參考時(shí) 鐘和分頻時(shí)鐘《^之間的相位差由鑒相鑒頻器鑒出，然后誤差由時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信息，鑒出的數(shù)字信息送入數(shù)字濾波器，然后數(shù)字濾波器根據(jù)數(shù)字信息，生成控制 字控制數(shù)控振蕩器的頻率，數(shù)控振蕩器的高頻時(shí)鐘經(jīng)由與算法匹配的分頻器分頻后生成分 頻時(shí)鐘送入鑒相鑒頻器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的全數(shù)字鎖相環(huán)的快速鎖定方法，其特征在于所說與算法 匹配的分頻器采用設(shè)有一個(gè)計(jì)數(shù)器和探測模塊的異步分頻器結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，增設(shè)一個(gè) 異或門、三個(gè)D觸發(fā)器及一個(gè)或門電路；異或門具有第一、第二兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端； 每個(gè)D觸發(fā)器具有數(shù)據(jù)輸入端、時(shí)鐘觸發(fā)兩個(gè)輸入端和數(shù)據(jù)輸出端，或門具有第一、第二 兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端；D觸發(fā)器在時(shí)鐘觸發(fā)輸入端上升沿的觸發(fā)下，將數(shù)據(jù)輸入端的 信號傳送給數(shù)據(jù)輸出端；第一 D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端接系統(tǒng)復(fù)位信號，時(shí)鐘觸發(fā)輸入端接參考時(shí)鐘的反相信 號，數(shù)據(jù)輸出端接或門的第一第二中任一輸入端；第二D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端接狀態(tài)復(fù)位信號，時(shí)鐘觸發(fā)輸入端接參考時(shí)鐘，數(shù)據(jù)輸出端接接第三D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端；第三D 觸發(fā)器的時(shí)鐘觸發(fā)輸入端接參考時(shí)鐘的反相信號，數(shù)據(jù)輸出端接異或門的第一第二中任一 輸入端；異或門的另一輸入端接鎖相環(huán)系統(tǒng)中的狀態(tài)復(fù)位信號，異或門的輸出端送入或門 的另一輸入端；或門的輸出端接異步分頻器的分頻器復(fù)位信號，或門的輸出端同時(shí)與鑒相 鑒頻器的復(fù)位端相連；系統(tǒng)復(fù)位信號為高電平時(shí)，鎖相環(huán)中復(fù)位端接系統(tǒng)復(fù)位信號的寄存器復(fù)位；狀態(tài)復(fù)位 信號在系統(tǒng)復(fù)位信號的高電平復(fù)位為0，并當(dāng)鎖相環(huán)處于快速頻率捕獲環(huán)路時(shí)，分別在第 二個(gè)控制字『2和第三個(gè)控制字『3設(shè)置后進(jìn)行反相處理。
5、根據(jù)權(quán)利要求3所述的全數(shù)字鎖相環(huán)的快速鎖定方法，其特征在于所說數(shù)字計(jì) 算模塊包括四個(gè)寄存器組，兩個(gè)減法器、 一個(gè)除法器、 一個(gè)乘法器和一個(gè)加法器；其中，四個(gè)寄存器組分別為第一寄存器組、第二寄存器組、第三寄存器和第四寄存器組;當(dāng) 鎖相環(huán)處于快速頻率捕獲環(huán)路時(shí)，第一寄存器組用來保存當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位信號為低后鎖相環(huán)產(chǎn) 生的第一個(gè)控制字^ ，第二寄存器組用來保存當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位信號為低后鎖相環(huán)產(chǎn)生的第二 個(gè)控制字『2，第三寄存器組用來保存第一個(gè)控制字設(shè)置后鑒出的數(shù)字化的相位差q，第 四寄存器組用來保存第二個(gè)控制字『2設(shè)置后鑒出的數(shù)字化的相位差e2;兩個(gè)減法器分別為第一減法器和第二減法器;第一減法器的被減數(shù)輸入端與第二寄存 器組的輸出相連，減數(shù)輸入端與第一寄存器組的輸出相連；第二減法器的被減數(shù)輸入端與 第三寄存器組相連，減數(shù)輸入端與第四寄存器組的輸出相連；第一減法器的運(yùn)算結(jié)果輸出端與除法器的被除數(shù)輸入端相連，第二減法器的運(yùn)算結(jié)果 輸出端與除法器的除數(shù)輸入端相連；除法器的運(yùn)算結(jié)果輸出端送入乘法器的乘數(shù)輸入端， 第三寄存器組的輸出端與乘法器的被乘數(shù)輸入端相連，乘法器的運(yùn)算結(jié)果送入加法器的任 一加數(shù)端，第一寄存器組的輸出端與加法器的另一加數(shù)端相連，加法器的輸出結(jié)果即為數(shù) 字計(jì)算模塊的輸出。
全文摘要
一種全數(shù)字鎖相環(huán)的快速鎖定方法，用于對設(shè)有包括鑒相鑒頻器，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，數(shù)字濾波器，數(shù)控振蕩器和分頻器構(gòu)成的全數(shù)字鎖相環(huán)在短時(shí)間內(nèi)鎖定頻率，其特征在于通過設(shè)計(jì)的算法找到控制數(shù)控振蕩器頻率的一個(gè)控制字，受該控制字控制的數(shù)控振蕩器輸出的時(shí)鐘經(jīng)過分頻后得到分頻時(shí)鐘，該分頻時(shí)鐘頻率與參考時(shí)鐘頻率相近，然后基于鑒相鑒頻器鑒出的參考時(shí)鐘和分頻時(shí)鐘之間的相位差，來控制數(shù)控振蕩器進(jìn)行鎖定；該全數(shù)字鎖相環(huán)設(shè)有快速頻率捕獲和鎖相兩個(gè)環(huán)路，兩個(gè)環(huán)路交替工作，首先由快速頻率捕獲環(huán)路完成頻率捕獲，然后再由鎖相環(huán)路完成精確鎖定。
文檔編號H03L7/08GK101640533SQ20091018479
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者劉新寧, 吳秀龍, 萌 張, 時(shí)龍興, 軍 楊, 鄧曉鶯, 鑫 陳 申請人:東南大學(xué)