本發(fā)明涉及一種鎖定指示器，特別是涉及一種基于頻率比較的鎖定指示器。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)相位比較方式的鎖定指示器如圖1所示，兩個(gè)時(shí)鐘CLK1和CLK2O經(jīng)過鑒頻鑒相器(PFD)，輸出U和D信號(hào)，再經(jīng)過一個(gè)或門，此時(shí)或門的輸出(Y)占空比表示CLK1和CLK2O的相位差。這個(gè)信號(hào)經(jīng)過一個(gè)低通濾波器后，與參考電壓VREF比較。如果CLK1與CLK2O的相位差比較大，Y的占空比就會(huì)較大，經(jīng)過濾波器后輸出電壓(VIN)會(huì)比較高，如果VIN>VREF，那么鎖定指示器輸出低；如果CLK1與CLK2O相位接近，VIN<VREF，那么鎖定指示器輸出高。根據(jù)實(shí)際情況選取合適的VREF，可以調(diào)整鎖定指示器的精度。

然而，通過上述這種方式實(shí)現(xiàn)鎖定指示器功能有以下幾個(gè)問題：

1、濾波器只能針對(duì)特定頻率設(shè)計(jì)，不能覆蓋所有頻段。

2、通過相位判斷鎖定，誤碼率高。

3、需要其它電路來產(chǎn)生VREF電壓。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種基于頻率比較的鎖定指示器，其通過采用純數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)鎖定指示器的功能，具有覆蓋頻率范圍廣、碼率低以及可準(zhǔn)確設(shè)置鎖定時(shí)頻率的誤差范圍的優(yōu)點(diǎn)。

為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種基于頻率比較的鎖定指示器，包括：

波形調(diào)整單元，用于將參考時(shí)鐘(CLKREF)和VCO時(shí)鐘(CLKVCO)分別整形為占空比為50％的整形參考時(shí)鐘(CLK1)和整形VCO時(shí)鐘(CLK2O)；

邊沿鑒頻器，用于將該整形參考時(shí)鐘(CLK1)和整形VCO時(shí)鐘(CLK2O)進(jìn)行頻率比較，并輸出頻率誤差脈沖(VOUT)；

鎖定指示產(chǎn)生單元，用于在該頻率誤差脈沖控制下對(duì)該整形參考時(shí)鐘(CLK1)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)輸出進(jìn)行與運(yùn)算得到鎖定指示信號(hào)。

進(jìn)一步地，該波形調(diào)整單元將輸入波形的占空比調(diào)整為50％，同時(shí)不改變?cè)撜螀⒖紩r(shí)鐘(CLK1)和整形VCO時(shí)鐘(CLK2O)的頻率之比。

進(jìn)一步地，該波形調(diào)整單元利用偶數(shù)個(gè)D觸發(fā)器將輸入波形的占空比調(diào)整為50％。

進(jìn)一步地，該波形調(diào)整單元至少包括第一D觸發(fā)器(D1)與第二D觸發(fā)器(D2)，該參考時(shí)鐘(CLKREF)和VCO時(shí)鐘(CLKVCO)分別連接第一D觸發(fā)器(D1)、第二D觸發(fā)器(D2)的時(shí)鐘輸入端，該第一D觸發(fā)器(D1)、第二D觸發(fā)器(D2)的反相輸出端分別連接各自的數(shù)據(jù)輸入端，該整形參考時(shí)鐘(CLK1)和整形VCO時(shí)鐘(CLK2O)分別從該第一D觸發(fā)器(D1)、第二D觸發(fā)器(D2)的同相輸出端輸出并輸出至該邊沿鑒頻器。

進(jìn)一步地，該邊沿鑒頻器在該整形參考時(shí)鐘(CLK1)和整形VCO時(shí)鐘(CLK2O)的頻率不同時(shí)輸出頻率誤差脈沖(VOUT)，頻率相差越大，頻率誤差脈沖頻率越高。

進(jìn)一步地，該邊沿鑒頻器包括奇數(shù)個(gè)反相器、兩路D觸發(fā)器和一異或門。

進(jìn)一步地，該邊沿鑒頻器包括一反相器、第三D觸發(fā)器(D3)、第四D觸發(fā)器(D4)以及異或門(X1)，該波形調(diào)整單元輸出的整形參考時(shí)鐘(CLK1)一路連接至該第三D觸發(fā)器(D3)的時(shí)鐘輸入端，另一路經(jīng)該反相器反相后得到反相整形參考時(shí)鐘，該反相整形參考時(shí)鐘連接至該第四D觸發(fā)器(D4)的時(shí)鐘輸入端，該整形VCO時(shí)鐘(CLK2O)連接至該第三D觸發(fā)器(D3)、第四D觸發(fā)器(D4)的數(shù)據(jù)輸入端，該第三D觸發(fā)器、第四D觸發(fā)器的同相輸出端連接至該異或非門(X1)的輸入端，該頻率誤差脈沖(VOUT)從該異或非門(X1)的輸出端輸出至該鎖定指示產(chǎn)生單元。

進(jìn)一步地，該鎖定指示產(chǎn)生單元包括n計(jì)數(shù)器、n輸入與門以及鎖存D觸發(fā)器。

進(jìn)一步地，該n計(jì)數(shù)器為帶有重置功能的計(jì)數(shù)單元，如果其重置端R始終沒有脈沖信號(hào)，那么計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)，經(jīng)過n個(gè)整形參考時(shí)鐘(CLK1)的周期后輸出鎖定指示信號(hào)變?yōu)楦撸撕蠹词怪刂枚薘有脈沖信號(hào)，輸出不再變化；如果在正常計(jì)數(shù)過程中，少于n個(gè)整形參考時(shí)鐘(CLK1)的周期內(nèi)重置端R出現(xiàn)脈沖，則計(jì)數(shù)重新從0開始。

進(jìn)一步地，該鎖定指示產(chǎn)生單元包括由n-1個(gè)D觸發(fā)器(D6～D(5+n-1))級(jí)聯(lián)組成的計(jì)數(shù)器、n輸入與門(AND1)以及鎖存D觸發(fā)器(D5)組成，該邊沿鑒頻器輸出的頻率誤差脈沖VOUT連接至D觸發(fā)器(D6～D(5+n-1))的重置輸入端R，該整形參考時(shí)鐘(CLK1)還連接至D觸發(fā)器(D6)的時(shí)鐘輸入端和n輸入與門(AND1)的一輸入端，該D觸發(fā)器(D6)的同相輸出端連接至該D觸發(fā)器(D7)的時(shí)鐘輸入端，依次類推，該D觸發(fā)器(D(5+n-2))的同相輸出端連接至該D觸發(fā)器(D(5+n-1))的時(shí)鐘輸入端，所有D觸發(fā)器(D6～D(5+n-1))的反相輸出端連接至各自的數(shù)據(jù)輸入端，所有D觸發(fā)器(D6～D(5+n-1))的同相輸出端連接至該n輸入與門(AND1)的n-1個(gè)輸入端，n輸入與門(AND1)的輸出端連接至該鎖存D觸發(fā)器(D5)的時(shí)鐘輸入端，該鎖存D觸發(fā)器(D5)的數(shù)據(jù)輸入端接電源或高電平，鎖定指示信號(hào)從該鎖存D觸發(fā)器(D5)的同相輸出端輸出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種基于頻率比較的鎖定指示器通過采用純數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)鎖定指示器的功能，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、只有數(shù)字電路，不存在濾波器，覆蓋頻率范圍廣。

2、通過頻率判斷鎖定，誤碼率低。

3、不需要額外電路產(chǎn)生VREF。

4、可以準(zhǔn)確設(shè)置鎖定時(shí)頻率的誤差范圍。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)相位比較方式的鎖定指示器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一種基于頻率比較的鎖定指示器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例中波形調(diào)整單元10的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例中邊沿鑒頻器20的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明較佳實(shí)施例中鎖定指示產(chǎn)生單元30的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明中邊沿鑒頻器的時(shí)序圖；

圖7為本發(fā)明中鎖定指示產(chǎn)生單元的計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖。

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例并結(jié)合附圖說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實(shí)例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。

圖2為本發(fā)明一種基于頻率比較的鎖定指示器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明一種基于頻率比較的鎖定指示器包括波形調(diào)整單元10、邊沿鑒頻器20和計(jì)數(shù)器30。

波形調(diào)整單元10，由偶數(shù)個(gè)D觸發(fā)器組成(圖示為2個(gè))，用于將參考時(shí)鐘CLKREF和VCO時(shí)鐘CLKVCO分別整形為占空比為50％的整形參考時(shí)鐘CLK1和整形VCO時(shí)鐘CLK2O；邊沿鑒頻器20，由奇數(shù)個(gè)反相器、兩路D觸發(fā)器和異或門組成，用于將整形參考時(shí)鐘CLK1和整形VCO時(shí)鐘CLK2O進(jìn)行頻率比較，并輸出頻率誤差脈沖VOUT；鎖定指示產(chǎn)生單元30，由n-1個(gè)D觸發(fā)器級(jí)聯(lián)組成的計(jì)數(shù)器、n輸入與門以及鎖存D觸發(fā)器組成，用于在誤差頻率脈沖控制下對(duì)整形參考時(shí)鐘CLK1進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)輸出進(jìn)行與運(yùn)算得到鎖定指示信號(hào)。

圖3為本發(fā)明較佳實(shí)施例中波形調(diào)整單元10的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，波形調(diào)整單元10由偶數(shù)個(gè)D觸發(fā)器組成(圖示為2個(gè))，參考時(shí)鐘CLKREF和VCO時(shí)鐘CLKVCO分別連接D觸發(fā)器D1、D2的時(shí)鐘輸入端CLK，D觸發(fā)器D1、D2的反相輸出端QB分別連接各自的數(shù)據(jù)輸入端D，整形參考時(shí)鐘CLK1和整形VCO時(shí)鐘CLK2O分別從D觸發(fā)器D1、D2的同相輸出端Q輸出并輸出至邊沿鑒頻器20。在此需說明的是，波形調(diào)整單元10將輸入波形的占空比調(diào)整為50％，同時(shí)不改變CLK1與CLK2O的頻率之比，圖3中使用的二分頻器只是一種可能的實(shí)現(xiàn)方法。

圖4為本發(fā)明較佳實(shí)施例中邊沿鑒頻器20的結(jié)構(gòu)示意圖。邊沿鑒頻器20由奇數(shù)個(gè)反相器、兩路D觸發(fā)器和異或門組成，在本發(fā)明具體實(shí)施例中，邊沿鑒頻器20包括反相器INV1、D觸發(fā)器D3、D4以及異或門X1，波形調(diào)整單元10輸出的整形參考時(shí)鐘CLK1一路連接至D觸發(fā)器D3的時(shí)鐘輸入端CLK，另一路經(jīng)反相器INV1反相后得到反相整形參考時(shí)鐘CLK1B，反相整形參考時(shí)鐘CLK1B連接至D觸發(fā)器D4的時(shí)鐘輸入端CLK，整形VCO時(shí)鐘CLK2O連接至D觸發(fā)器D3、D4的數(shù)據(jù)輸入端D，D觸發(fā)器D3、D4的同相輸出端連接至異或非門X1的輸入端，頻率誤差脈沖VOUT從異或非門X1的輸出端輸出至鎖定指示產(chǎn)生單元30，即邊沿觸發(fā)器會(huì)在整形參考時(shí)鐘CLK1與整形VCO時(shí)鐘CLK2O的頻率不同時(shí)在VOUT輸出脈沖，頻率相差越大，脈沖頻率越高

圖5為本發(fā)明較佳實(shí)施例中鎖定指示產(chǎn)生單元30的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，鎖定指示產(chǎn)生單元30由n-1個(gè)D觸發(fā)器級(jí)聯(lián)組成的計(jì)數(shù)器(D6～D(5+n-1))、n輸入與門AND1以及鎖存D觸發(fā)器D5組成。本發(fā)明中，鎖定指示產(chǎn)生單元30中的n計(jì)數(shù)器是一個(gè)帶有重置功能的計(jì)數(shù)單元，如果重置端R始終沒有脈沖信號(hào)，那么計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)，經(jīng)過n個(gè)CLK1的周期后輸出LKDTR變?yōu)楦?，此后即使重置端R有脈沖信號(hào)，輸出不再變化；如果在正常計(jì)數(shù)過程中，少于n個(gè)CLK1的周期內(nèi)R出現(xiàn)脈沖，則計(jì)數(shù)重新從0開始。計(jì)數(shù)器可以有多種形式，圖5只是給出其中一種結(jié)構(gòu)，如圖5所示，邊沿鑒頻器20輸出的頻率誤差脈沖VOUT連接至D觸發(fā)器D6～D(5+n-1)的重置輸入端R，整形參考時(shí)鐘CLK1還連接至由D觸發(fā)器D6的時(shí)鐘輸入端CLK和n輸入與門AND1的一輸入端，D觸發(fā)器D6的同相輸出端連接至D觸發(fā)器D7的時(shí)鐘輸入端CLK，……，D觸發(fā)器D(5+n-2)的同相輸出端連接至D觸發(fā)器D(5+n-1)的時(shí)鐘輸入端CLK，D觸發(fā)器D6～D(5+n-1)的反相輸出端QB連接至各自的數(shù)據(jù)輸入端D，D觸發(fā)器D6～D(5+n-1)的同相輸出端連接至n輸入與門AND1的另n-1個(gè)輸入端，n輸入與門AND1的輸出端連接至D觸發(fā)器D5的時(shí)鐘輸入端CLK，D觸發(fā)器D5的數(shù)據(jù)輸入端接電源或高電平，鎖定指示信號(hào)LKDTR從D觸發(fā)器D5的同相輸出端輸出。

圖6為本發(fā)明中邊沿鑒頻器的時(shí)序圖。首先，兩個(gè)時(shí)鐘CLKREF和CLKVCO經(jīng)過波形調(diào)整單元，被分別調(diào)整成兩個(gè)占空比是50％的信號(hào)CLK1、CLK2O。然后，兩個(gè)時(shí)鐘CLK1與CLK2O進(jìn)入邊沿鑒頻器，邊沿鑒頻器使用CLK1的上升沿和下降沿依次采集CLK2O的電平。如果CLK1與CLK2O的頻率一致，那么采集出的結(jié)果將是0、1、0、1、……(交替出現(xiàn)的“0”和“1”)。如果CLK1和CLK2O頻率不一致，輸入與輸出的時(shí)序圖如圖6所示。實(shí)線箭頭處出現(xiàn)了“0、0”的代碼(也有可能是“1、1”)，這時(shí)，VOUT將變?yōu)楦?，直到下一個(gè)交替序列出現(xiàn)(“0、1”或者“1、0”)，后再次變更為低。

圖7為本發(fā)明中鎖定指示產(chǎn)生單元的計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖。計(jì)數(shù)器按照輸入端上升沿的數(shù)量，在輸出端產(chǎn)生一個(gè)上升沿信號(hào)。這個(gè)上升沿的數(shù)目影響鎖定指示器的精度。R是計(jì)數(shù)器的重置端(RESET)，只要R端輸入高，計(jì)數(shù)器就將重新計(jì)數(shù)。一個(gè)n計(jì)數(shù)器的時(shí)序圖如圖7所示：

如果CLK1與CLK2O頻率相同，邊沿鑒頻器的輸出始終保持低，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)，到達(dá)預(yù)定值后，LKDTR值為高，即為鎖定；如果CLK1與CLK2O頻率不同，那么邊沿鑒頻器會(huì)不斷輸出正向脈沖，計(jì)數(shù)器不斷被重置，輸出始終為低。

在鎖相環(huán)(PLL)中，通常都以兩個(gè)時(shí)鐘的相位差小于某個(gè)值來作為鎖定的標(biāo)準(zhǔn)。但是在一些條件下(例如電容漏電、電荷泵失配等等)即使內(nèi)部處于穩(wěn)定的鎖定狀態(tài)，相位差仍然維持在一個(gè)比較高的水平。這時(shí)，相位比較式的鎖定指示器就會(huì)認(rèn)為PLL沒有鎖定而失效。但是以頻率作為判斷手段卻不受上述問題的制約。

另外，如果選取一個(gè)n計(jì)數(shù)器，那么只要在n個(gè)CLK1的周期內(nèi)，R信號(hào)不為高，就將輸出鎖定。根據(jù)邊沿鑒頻器的工作原理，記CLK1的頻率是f1，CLK2O的頻率是f2，可以知道：

適當(dāng)設(shè)置n就可以調(diào)整鎖定時(shí)的頻率精度。

本發(fā)明中，波形調(diào)整單元10由兩個(gè)用作二分頻器的DFF(D觸發(fā)器)組成，輸入端的兩個(gè)D觸發(fā)器對(duì)輸入的信號(hào)做一次二分頻，這樣可以保證CLK1和CLK2O的占空比是50％；隨后CLK1和CLK2O進(jìn)入邊沿鑒頻器進(jìn)行頻率比較；根據(jù)計(jì)數(shù)器的位數(shù)來辨別CLKVCO和CLKREF的頻率是否接近。由于此處經(jīng)過了1個(gè)二分頻單元，所以鎖定精度是原先的一半，即：

其中f_REF和f_VCO分別是CLKREF和CLKVCO的頻率，n是計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)總數(shù)。

可見，本發(fā)明一種基于頻率比較的鎖定指示器通過采用純數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)鎖定指示器的功能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、只有數(shù)字電路，不存在濾波器，覆蓋頻率范圍廣。

2、通過頻率判斷鎖定，誤碼率低。

3、不需要額外電路產(chǎn)生VREF。

4、可以準(zhǔn)確設(shè)置鎖定時(shí)頻率的誤差范圍。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。