專利名稱：鎖相環(huán)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如作為再生與數(shù)字電視的基帶信號等數(shù)字信號同步的時(shí)鐘的電路來使用的，優(yōu)選的PLL電路。
近年來，在電視和廣播等的無線電廣播中，開發(fā)了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的收發(fā)新技術(shù)，通過衛(wèi)星的數(shù)字電視廣播和在一部分國家中的地面數(shù)字電視廣播，已經(jīng)實(shí)用化了。在對這樣的數(shù)字電視的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)時(shí)，必須利用與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)同步的時(shí)鐘來進(jìn)行解調(diào)。因此，在數(shù)字解調(diào)電路中，具備時(shí)鐘再生電路，用來再生在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中所包含的時(shí)鐘。一般來說，如圖3所示，這樣的時(shí)鐘再生電路由以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)作為參考信號的PLL電路構(gòu)成。再者，利用再生時(shí)鐘來進(jìn)行解調(diào)并不局限于數(shù)字電視信號，可以說，是數(shù)字解調(diào)的總體。
在圖3中，首先，從可根據(jù)控制電壓來控制其振蕩頻率的VCOX(電壓控制型晶體振蕩器)1發(fā)生振蕩信號，由分頻器2對該振蕩信號進(jìn)行分頻。其后，由相位比較器3來檢測參考信號、與VCXO1的分頻輸出信號的相位差，輸出對應(yīng)于相位差的數(shù)字信號。由環(huán)形濾波器4把相位比較器3的輸出數(shù)據(jù)平坦化，并將其輸入到脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路5中。
PWM電路5根據(jù)環(huán)形濾波器4的輸出數(shù)據(jù)，發(fā)生PWM脈沖。PWM電路5根據(jù)環(huán)形濾波器4的輸出數(shù)據(jù)，輸出具有『H』及『L』電平比的脈沖。PWM脈沖是頻率恒定的脈沖，但是，『H』電平的寬度與『L』電平的寬度之比、即占空比，根據(jù)輸入數(shù)據(jù)而發(fā)生變化。例如，在環(huán)形濾波器4的輸出數(shù)據(jù)大的情況下，PWM脈沖的『H』電平的寬度變寬，占空比變大。相反，在環(huán)形濾波器4的輸出數(shù)據(jù)小的情況下，PWM脈沖的『L』電平的寬度變寬，占空比變小。
把PWM脈沖輸入到LPF6中，LPF6通過除去PWM脈沖的高頻分量、并加以平滑，來進(jìn)行數(shù)一模變換。如果PWM脈沖的占空比大，則LPF6的輸出電平變高，還有，如果PWM脈沖的占空比小，則LPF6的輸出電平變低。把LPF6的輸出信號施加到VCXO1上，根據(jù)LPF6的輸出信號來控制VCXO1的振蕩頻率。
在圖3的電路中，VCXO1是由相位比較器3根據(jù)參考信號與VCXO1的輸出信號的相位誤差來控制的，以使得VCXO1的振蕩頻率實(shí)質(zhì)上與參考信號的頻率一致的方式來控制PLL電路。
在圖3的PLL電路中，由于以高精度來設(shè)定振蕩頻率，故作為振蕩器使用了VCXO。由于VCXO需要石英振子或變?nèi)荻O管，故在把圖3的電路集成化方面，是不理想的。還有，在衛(wèi)星數(shù)字電視廣播等中，由于基帶傳送速度隨國家和地區(qū)而不同，故在使用可變頻率范圍窄的VCXO時(shí)，需要對每一個(gè)目的地來改變石英振子。
為了消除上述不良情況，使用可變頻率范圍寬的VCO(電壓控制振蕩器)，使用一個(gè)VCO就能與全部目的地對應(yīng)。但是，存在下述問題，為了使VCO的可變頻率范圍寬而引起PLL的引入時(shí)間變長，或者，由于制造上的工藝離散性而引起VCO本身的振蕩頻率偏離，由此，使得PLL不能引入。
在本發(fā)明的根據(jù)振蕩頻率信號與輸入信號的相位誤差對振蕩頻率信號進(jìn)行控制的PLL電路中，其特征在于具備根據(jù)上述振蕩頻率信號及基準(zhǔn)信號來檢測振蕩頻率的誤差的頻率檢測器，根據(jù)頻率檢測器的輸出信號來補(bǔ)正振蕩頻率。
其特征在于，至少具備電壓控制型振蕩器；相位比較器，檢測輸入信號、與電壓控制型振蕩器的輸出振蕩信號的相位差；環(huán)形濾波器，根據(jù)上述相位差輸出控制上述電壓控制型振蕩器的頻率用的信號；以及加法器，對上述頻率檢測器及環(huán)形濾波器的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算。
其特征在于，上述頻率檢測器特別由下列部分構(gòu)成第1計(jì)數(shù)器，對上述電壓控制型振蕩器的輸出信號的頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)；比較器，檢測該第1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值是大于、小于、還是等于規(guī)定值或規(guī)定的范圍；以及加減計(jì)器，根據(jù)該比較器的檢測結(jié)果，進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)，把上述加減計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值作為上述頻率檢測器的輸出信號。
其特征在于，還具備第1乘法器，對上述環(huán)形濾波器的輸出信號及第1系數(shù)進(jìn)行乘法運(yùn)算；以及第2乘法器，對上述頻率檢測器的輸出信號及第2系數(shù)進(jìn)行乘法運(yùn)算。
其特征在于，進(jìn)而具備第1計(jì)數(shù)器，對上述電壓控制型振蕩器的輸出信號的頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及比較器，檢測該第1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值等于規(guī)定值或規(guī)定的范圍的情況，如果該比較器的檢測結(jié)果持續(xù)了規(guī)定時(shí)間以上，則發(fā)生表示PLL電路已鎖定的情況的鎖定檢測信號。
按照本發(fā)明，利用頻率檢測器來檢測振蕩頻率的誤差，根據(jù)該誤差，對振蕩頻率進(jìn)行粗調(diào)。另外，根據(jù)振蕩頻率信號與輸入信號的相位誤差，對振蕩頻率進(jìn)行微調(diào)。


圖1為示出本發(fā)明的實(shí)施例的框圖；圖2為示出圖1的頻率檢測器9的具體例的框圖；以及圖3為示出現(xiàn)有例的框圖。
圖1為示出本發(fā)明的實(shí)施例的圖，7為根據(jù)控制信號對其振蕩頻率進(jìn)行控制的VCO，8為發(fā)生固定頻率的基準(zhǔn)信號的基準(zhǔn)信號發(fā)生器，9為頻率檢測器，根據(jù)VCO7的振蕩信號及基準(zhǔn)信號，來檢測VCO7的振蕩頻率與所希望的頻率之誤差，10為CPU，輸出在利用頻率檢測器9對誤差頻率進(jìn)行檢測時(shí)成為目標(biāo)的頻率、以及系數(shù)α和β，11為根據(jù)系數(shù)α使環(huán)形濾波器4的輸出數(shù)據(jù)衰減的第1乘法器，12為根據(jù)系數(shù)β使頻率檢測器9的輸出數(shù)據(jù)衰減的第2乘法器，13為對第1及第2乘法器11及12的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行加法運(yùn)算的加法器。再有，圖1中，對于與現(xiàn)有例相同的電路標(biāo)以相同的符號，省略其說明。
在圖1的PLL電路中，具備通過相位比較器3的相位系統(tǒng)環(huán)和通過頻率檢測器9的頻率系統(tǒng)環(huán)。由加法器13對作為相位系統(tǒng)環(huán)的相位誤差信號的環(huán)形濾波器4的輸出數(shù)據(jù)、和作為頻率系統(tǒng)環(huán)的頻率誤差信號的頻率檢測器9的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行加法運(yùn)算。把加法器13的輸出數(shù)據(jù)施加到PWM電路5上，輸出根據(jù)該輸出數(shù)據(jù)的大小而設(shè)定了占空比的PWM脈沖。由LPF6把PWM脈沖模擬變換成為控制信號，根據(jù)控制信號來調(diào)整VCO7的振蕩頻率。
在由分頻器2對VCO7的振蕩信號進(jìn)行分頻之后，將其輸入到相位比較器3中。由相位比較器3控制分頻器2與參考信號的相位差，通過由環(huán)形濾波器4使相位誤差平坦化，可得到相位誤差信號。因此，由相位系統(tǒng)環(huán)對VCO7的振蕩頻率進(jìn)行控制，以使VCO7的振蕩信號與參考信號的相位一致。
另外，還把VCO7的振蕩信號輸入到頻率檢測器9中。在頻率檢測器9中，以基準(zhǔn)信號發(fā)生器8的基準(zhǔn)信號為基準(zhǔn)，對VCO7的振蕩頻率進(jìn)行計(jì)測，并檢測所計(jì)測的振蕩頻率是否進(jìn)入了由CPU10設(shè)定的規(guī)定值或規(guī)定范圍。如果所計(jì)測的振蕩頻率不在規(guī)定值或規(guī)定范圍內(nèi)，則由頻率檢測器9輸出對VCO7進(jìn)行控制用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，以使VCO7的振蕩頻率進(jìn)入規(guī)定值或規(guī)定范圍內(nèi)。更新作為頻率誤差信號的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，一直到VCO7的振蕩頻率進(jìn)入規(guī)定值及規(guī)定范圍內(nèi)。其后，如果VCO7的振蕩頻率進(jìn)入規(guī)定值或規(guī)范內(nèi)，頻率檢測器9就把在該瞬間的數(shù)字設(shè)定為固定值。因而，由頻率系統(tǒng)環(huán)對VCO7進(jìn)行控制，以使VCO7的振蕩頻率進(jìn)入規(guī)定值或規(guī)定范圍內(nèi)。
如上所述，由相位系統(tǒng)環(huán)對VCO7的振蕩頻率進(jìn)行微調(diào)，由頻率系統(tǒng)環(huán)對VCO7的振蕩頻率進(jìn)行粗調(diào)。由于由頻率系統(tǒng)環(huán)來粗調(diào)VCO7的振蕩頻率，故可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)PLL的引入。另外，由于當(dāng)VCO7的振蕩頻率進(jìn)入規(guī)定值或規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)把頻率誤差信號固定，故其后由相位系統(tǒng)環(huán)來控制PLL，由此，可達(dá)到穩(wěn)定了的PLL引入，同時(shí)，可減少跳動(dòng)。
再有，通過在第1及第2乘法器11及12中使相位系統(tǒng)環(huán)及頻率系統(tǒng)環(huán)的各誤差信號衰減到適當(dāng)?shù)碾娖?，可把PLL的特性設(shè)定成所希望的特性。另外，由于系數(shù)α和β由CPU10來設(shè)定，故可簡單地變更PLL的特性。
圖2為示出圖1的頻率檢測器9的具體例的圖。21為可編程序分頻器，根據(jù)由CPU10設(shè)定的分頻值n對VCO7的振蕩信號fvco進(jìn)行分頻，22為第1計(jì)數(shù)器，具有輸入可編程序分頻器21的輸出的允許端子，以允許期間的基準(zhǔn)信號fck作為時(shí)鐘，進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果振蕩信號fvco的頻率高，則允許期間變短，第1計(jì)數(shù)器22的計(jì)數(shù)值CNT1變小，反之，如果振蕩信號fvco的頻率低，則計(jì)數(shù)值CNT1變大。因此，可根據(jù)計(jì)數(shù)值CNT1來判別振蕩頻率fvco的頻率高低。
23為把第1計(jì)數(shù)器22的計(jì)數(shù)值CNT1與規(guī)定范圍進(jìn)行比較的第1比較器，規(guī)定范圍根據(jù)由CPU10輸入的目標(biāo)值TGT及頻率范圍RNG1來確定，將下限值設(shè)定為TGT-RNG1，另外，將上限值設(shè)定為TGT+RNG1。24為加減計(jì)數(shù)器，根據(jù)第1比較器23的比較結(jié)果，進(jìn)行加或減計(jì)數(shù)，將其計(jì)數(shù)值作為頻率誤差信號而輸出。加減計(jì)數(shù)器24在計(jì)數(shù)值CNT1比上限值大的情況下，進(jìn)行減計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)值CNT1比下限值小的情況下，進(jìn)行加計(jì)數(shù)，而且，如果進(jìn)入下限值與上限值的范圍內(nèi)，則保持該計(jì)數(shù)值。
因而，如果振蕩頻率fvco高，就更新成頻率誤差信號變大的方向，控制成vco7的振蕩頻率fvco變低的方向，如果振蕩頻率fvco低，就更新成頻率誤差信號變小的方向，控制成vco7的振蕩頻率fvco變高的方向。如果振蕩頻率fvco進(jìn)入規(guī)定范圍內(nèi)，就把頻率誤差固定，結(jié)束利用圖1的PLL電路的頻率系統(tǒng)環(huán)的頻率控制。
在圖2中，可任意地設(shè)定頻率范圍RNG1。通過減小頻率范圍RNG1，可以利用頻率系統(tǒng)環(huán)使VCO7的振蕩頻率收斂到窄范圍內(nèi)。由此，可縮短PLL的引入時(shí)間。另外，即使由于電源電壓及溫度的變動(dòng)，還有，時(shí)間變化使VCO7的振蕩頻率發(fā)生變動(dòng)，也可以利用頻率檢測器9來補(bǔ)正VCO7的振蕩頻率。
可是，由于第1計(jì)數(shù)器22的計(jì)數(shù)值CNT1相當(dāng)于每1/(fvco/n)周期的基準(zhǔn)信號fck之個(gè)數(shù)，該個(gè)數(shù)等于每1秒鐘的基準(zhǔn)信號個(gè)數(shù)之比，故可將這一關(guān)系示為下式[式1]CNT11/(fvco/n)≈fck1秒成為fvco/n≈fck/CNT1 ……(1)如果進(jìn)而把式(1)對計(jì)數(shù)值CNT1進(jìn)行變形，則成為[式2]CNT1≈fck·n/fvco ……(2)在將要把分頻值n及基準(zhǔn)信號的頻率固定于某值時(shí)，可得到在想要得到所希望的振蕩頻率fvco的情況下的計(jì)數(shù)值CNT1?？筛鶕?jù)該計(jì)數(shù)值CNT1，來設(shè)定目標(biāo)值TGT及頻率范圍RNG1。
另外，如果把式(1)對振蕩頻率fvco進(jìn)行變形，則成為[式3]fvco≈fck·n/CNT1 ……(3)如上所述，由于根據(jù)計(jì)數(shù)值CNT1來設(shè)定目標(biāo)值TGT，故通過變更基準(zhǔn)信號頻率fck、目標(biāo)值TGT及分頻值n，可任意設(shè)定振蕩頻率fvco。因此，可以使用通用的vco。由于即使基準(zhǔn)頻率fck進(jìn)而是固定的，也可以利用分頻值n式目標(biāo)值TGT而任意地變更振蕩頻率fvco，故在圖1的基準(zhǔn)信號發(fā)生電路8中，可以使用通用的振子，同時(shí)，也可以兼用可在其它組件中使用的振子。
圖2中，還示出了對圖1的PLL電路的鎖定進(jìn)行檢測的電路。即使由頻率系統(tǒng)環(huán)來控制VCO7的振蕩頻率，圖1的PLL也不一定鎖定。如果PLL鎖定了，則利用VCO7的振蕩頻率在規(guī)定的時(shí)間以上進(jìn)入了非常窄范圍內(nèi)的情況，來檢測鎖定。
圖2中，25為把第1計(jì)數(shù)器22的計(jì)數(shù)值CNT1與規(guī)定范圍進(jìn)行比較的第2比較器，規(guī)定范圍根據(jù)由CPU10輸入的目標(biāo)值TGT及頻率范圍RNG2來確定，將下限值設(shè)定為TGT-RNG2，另外，將上限值設(shè)定為TGT+RNG2。如果計(jì)數(shù)值CNT1進(jìn)入TGT±RNG2的范圍內(nèi)，則由第2比較器25輸出允許信號。26為第2計(jì)數(shù)器，對第2比較器25的允許信號期間的基準(zhǔn)信號fck進(jìn)行計(jì)數(shù)，27為第3比較器，當(dāng)?shù)?計(jì)數(shù)器26的計(jì)數(shù)值CNT2變成閾值以上時(shí)，輸出鎖定檢測信號。利用上述電路，可檢測VCO7的振蕩頻率在規(guī)定的時(shí)間以上進(jìn)入了非常窄的范圍內(nèi)的情況。
再者，圖2的第1及第2計(jì)數(shù)器22及26，如果在計(jì)數(shù)中允許信號的輸入中斷了，則自動(dòng)地被復(fù)位。
按照本發(fā)明，具備相位系統(tǒng)環(huán)和頻率系統(tǒng)環(huán)，由相位系統(tǒng)環(huán)對VCO的振蕩頻率進(jìn)行微調(diào)，由頻率系統(tǒng)環(huán)對VCO的振蕩頻率進(jìn)行粗調(diào)。因此，可實(shí)現(xiàn)時(shí)間短且穩(wěn)定的PLL的引入。
權(quán)利要求
1.一種PLL電路，根據(jù)振蕩頻率信號與輸入信號的相位誤差對振蕩頻率信號進(jìn)行控制，其特征在于具備根據(jù)上述振蕩頻率信號及基準(zhǔn)信號來檢測振蕩頻率的誤差的頻率檢測器，根據(jù)頻率檢測器的輸出信號來補(bǔ)正振蕩頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的PLL電路，其特征在于，至少具備電壓控制型振蕩器；相位比較器，檢測輸入信號、與電壓控制型振蕩器的輸出振蕩信號的相位差；環(huán)形濾波器，根據(jù)上述相位差輸出控制上述電壓控制型振蕩器的頻率用的信號；以及加法器，對上述頻率檢測器及環(huán)形濾波器的輸出信號進(jìn)行加法運(yùn)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的PLL電路，其特征在于，上述頻率檢測器包括第1計(jì)數(shù)器，對上述電壓控制型振器的輸出信號的頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)；比較器，檢測該第1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值是大于、小于、還是等于規(guī)定值或規(guī)定的范圍；以及加減計(jì)數(shù)器，根據(jù)該比較器的檢測結(jié)果，進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)，把上述加減計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值作為輸出信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的PLL電路，其特征在于，還具備第1乘法器，對上述環(huán)形濾波器的輸出信號及第1系數(shù)進(jìn)行乘法運(yùn)算；以及第2乘法器，對上述頻率檢測器的輸出信號及第2系數(shù)進(jìn)行乘法運(yùn)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的PLL電路，其特征在于，進(jìn)而具備第1計(jì)數(shù)器，對上述電壓控制型振蕩器的輸出信號的頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及比較器，檢測該第1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值等于規(guī)定值或規(guī)定的范圍，如果該比較器的檢測結(jié)果持續(xù)了規(guī)定時(shí)間以上，則發(fā)生表示PLL電路已鎖定的鎖定檢測信號。
全文摘要
時(shí)間短且穩(wěn)定的PLL。在由分頻器2對VC07的振蕩信號進(jìn)行分頻之后,將其輸入到相位比較器3中。由相位比較器3控制分頻器2與參考信號的相位差,通過由環(huán)形濾波器4使相位誤差平坦化,可得到相位誤差信號。另外,還把VC07的振蕩信號輸入到頻率檢測器9中,檢測是否進(jìn)入了規(guī)定值或規(guī)定范圍,根據(jù)其檢測結(jié)果,輸出頻率誤差信號。在對頻率誤差信號及相位誤差信號進(jìn)行了加法運(yùn)算之后,將其作為控制信號輸入到VC07中,來控制振蕩頻率。
文檔編號H03L7/093GK1269640SQ0010480
公開日2000年10月11日 申請日期2000年3月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月26日
發(fā)明者吉江一明 申請人:三洋電機(jī)株式會社