專利名稱：用于產(chǎn)生時鐘信號的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助于鎖相回路(phase-locked loop(PLL))以產(chǎn)生一時鐘信號的方法和裝置。在本發(fā)明的說明書內(nèi)容中，一時鐘信號被認為是具一特定頻率而且可以應(yīng)用于例如掃描數(shù)據(jù)或一電路時鐘組件的一個信號。
背景技術(shù)：
通常產(chǎn)生具一頻率時鐘信號的鎖相回路是用來產(chǎn)生一類的時鐘信號，其中該頻率有一參考信號的頻率有關(guān)，而且特別是可為該參考信號頻率頻率的倍數(shù)。這里所述的參考信號可以具特高度準確性的方式來產(chǎn)生，例如，以一石英振蕩器。
已知的一種鎖相回路表示于圖7中。由例如一石英振蕩器所產(chǎn)生的一參考時鐘信號Fin以及一反饋信號被輸入一相位頻率檢測器57。這樣根據(jù)參考時鐘信號Fin與反饋信號Ffb間的相位與頻率差驅(qū)動了一充電泵58。該充電泵58的輸出信號透過一回路濾波器59，例如一低通濾波器，進行濾波，而且因而被濾波的信號則用來驅(qū)動一電壓控制振蕩器60，以產(chǎn)生一以該濾波信號為函數(shù)的時鐘信號Fout。該時鐘信號輸Fout出后更進一步輸送到一分頻器50，以為了產(chǎn)生該反饋信號Ffb。該分頻器50將時鐘信號Fout的頻率除以一特定因子。通過這樣的方式，時鐘信號Fout的頻率以這個特定因子大于該參考時鐘信號Fin的頻率將會達到。
如同開始時所提到的，這個鎖相回路所產(chǎn)生的時鐘信號是用來控制電子電路，例如在通信技術(shù)中。由于這里所使用的電路大部分是高度集成的電路，通常比較希望盡可能地省去模擬組件，如圖7中所述的鎖相回路，以為了盡可能的能夠整合電路，例如在CMOS技術(shù)中的所有組件。
而鎖相回路的部分數(shù)字解決方案則如圖8所示。
在這里，所述的參考時鐘信號Fin以及反饋信號在這個例子的每個情況下可以是數(shù)字信號，并且被輸入道一數(shù)字頻率檢測器56以及一數(shù)字相位檢測器51。由該數(shù)字相位檢測器51所產(chǎn)生而且用來表示該時鐘信號Fin與該反饋信號Ffb間相位差的一數(shù)字或二進制相位差信號X被傳送到一串行-并列轉(zhuǎn)換器或取樣器52，以為了產(chǎn)生一取樣相位差信號Z。該取樣相位差信號Z與該頻率檢測器56所產(chǎn)生的一個以該參考時鐘信號Fin與該反饋信號Ffb的頻率差為函數(shù)的一頻率差信號Y一起傳送到一數(shù)字回路濾波器53，以產(chǎn)生一數(shù)字修正信號U。一數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器54從該數(shù)字修正信號U中產(chǎn)生一模擬修正信號，以驅(qū)動一電壓或電流控制的振蕩器55產(chǎn)生時鐘信號Fout。該時鐘信號再一次傳送到分頻器50，其中，這個例子的分頻器50可能額外包含一模擬轉(zhuǎn)數(shù)字轉(zhuǎn)換器以轉(zhuǎn)換該模擬時鐘信號Fout進入該數(shù)字反饋信號Ffb。這樣類型的一個鎖相回路至少可以對其數(shù)字部分加以集成。然而，所述的鎖相回路中所提供的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器54潛在引發(fā)該鎖相回路增大的風險，因而造成該鎖相回路或者該鎖相回路所產(chǎn)生的時鐘信號Fout的噪聲增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用來產(chǎn)生一時鐘信號的方法及裝置，其中該方法或裝置可以盡可能的集成于一數(shù)字環(huán)境中，而且所產(chǎn)生的時鐘信號的噪聲可以盡可能地降低。
本發(fā)明的目的可通過如權(quán)利要求1所述的方法或權(quán)利要求20所述的裝置來達成。而那些附屬的權(quán)利要求則定義本發(fā)明較具優(yōu)勢或較佳的具體實施例。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，一種用來產(chǎn)生時鐘信號的方法被提出，其中一數(shù)字相位差信號根據(jù)該參考時鐘信號與從該時鐘信號中所推導(dǎo)出的一反饋信號間的一相位差而形成，以及其中該數(shù)字相位差信號經(jīng)過數(shù)字化濾波，以形成一數(shù)字濾波相位差信號。根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，一數(shù)字控制的振蕩器通過與該數(shù)字濾波相位差信號有關(guān)的一數(shù)字控制信號所驅(qū)動，以產(chǎn)生該時鐘信號。在這類型的裝置中，并不需要具備數(shù)字-模擬的轉(zhuǎn)換器，因而降低了自動控制的任何潛在因素與因而發(fā)生的噪聲。除此之外，相較于傳統(tǒng)的方法，這樣的裝置只需要較少的模擬組件。
特別是，所述的數(shù)字控制振蕩器可以配置成使一LC共振電路的一電容及/或電感值根據(jù)該數(shù)字控制信號而改變。特別是，變?nèi)荻O管的一矩陣可以被驅(qū)動，以改變該電容值。
通過這樣的方法或這類型的裝置，特別是能夠產(chǎn)生在十億赫茲等級的時鐘信號。
該反饋信號及該參考時鐘信號可以是數(shù)字信號。該反饋信號可以從該時鐘信號中通過分頻而產(chǎn)生。
除此之外，一數(shù)字頻率差信號可以根據(jù)該參考時鐘信好與該反饋信號間的一頻率差而形成。這個信號同樣可能經(jīng)過數(shù)字濾波，其中在這個例子中該數(shù)字控制信號更額外形成該濾波數(shù)字頻率差信號的一函數(shù)，或者是另一數(shù)字控制信號可以隨著該數(shù)字頻率差信號而形成，以驅(qū)動該數(shù)字控制振蕩器。尤其是，該另一數(shù)字控制信號在這個例子中對應(yīng)該數(shù)字頻率差信號。
除此之外，用以調(diào)制該時鐘信號頻率的裝置也可能提供于這個裝置中，舉例來說，以調(diào)制該數(shù)字控制信號或該另一數(shù)字控制信號。這類型的調(diào)制方法，通常實施于遠小于該時鐘信號的頻率時，而且以約0.5％的程度調(diào)制該時鐘信號的頻率，以用來降低電磁波的影響(EMI)。這樣的方法被稱為“展頻時鐘(spread spectrum clocking(SSC))”，而且已在美國專利US5,488,627中詳細說明。
該數(shù)字相位差信號可以由一數(shù)字濾波器進行濾波，該數(shù)字濾波器具有一比例及一積分分量，其中用于比例及積分分量的權(quán)重因子可以被設(shè)定。該數(shù)字濾波相未差信號的比例分量也可以輸入到該數(shù)字控制振蕩器以作為一個別的控制信號，而進一步降低該自動控制的潛在因素并且快速的追蹤相位的控制。
對于某些情況下，執(zhí)行的某些信號至少有一部份具有較低的頻率，因而需要致能一較簡單的執(zhí)行方式，而在這樣的情況下，根據(jù)本發(fā)明的電路部分的裝置用來執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法也可以執(zhí)行于一較低時鐘頻率的情況下。舉例來說，該數(shù)字相位差信號的一時鐘信號可以降低而且該數(shù)字控制信號以一較低頻率對應(yīng)執(zhí)行的發(fā)生。這個頻率的降低也可以額外的根據(jù)該參考時鐘信號頻率的一函數(shù)來執(zhí)行。
用以決定該相位差及用以過濾該相位差信號的組件以及該數(shù)字控制振蕩器可以通過一內(nèi)部的時鐘信號根據(jù)該參考時鐘信號或與該時鐘信號有關(guān)的一內(nèi)部時鐘信號來計時。在第一個替代方案中，假如該參考時鐘信號減弱時，一時鐘信號以維持固定的一頻率來輸出，而該第二情況下輸出將不再持續(xù)發(fā)生。
該數(shù)字相位差信號可以是由一二進制相位檢測器所產(chǎn)生，而只具有兩個狀態(tài)的信號。同樣的，該數(shù)字頻率差信號也可以是只具有兩個狀態(tài)的一個信號。


接下來，本發(fā)明的較佳具體實施方式
得通過下列所附加的圖標詳細說明。這些附加的圖標簡單說明如下圖1表示根據(jù)本發(fā)明一第一具體實施例的一方框圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明一第二具體實施例的一方框圖；圖3表示可用于圖1及圖2的具體實施例的一數(shù)字控制振蕩器的方框圖；圖4表示根據(jù)本發(fā)明的一第三具體實施例的一詳細方框圖；圖5表示根據(jù)本發(fā)明的一第四具體實施例的一詳細方框圖；圖6表示根據(jù)本發(fā)明的一第五具體實施例的一詳細方框圖；圖7表示根據(jù)先前技術(shù)中的一模擬鎖相回路；以及圖8表示根據(jù)先前技術(shù)中的一部份數(shù)字鎖相回路。
具體實施例方式
在圖1中，本發(fā)明的第一實施例的方框圖將逐步說明。在所說明的裝置中，一參考時鐘信號Fin以及一反饋信號Ffb在每一情況下將傳送到一數(shù)字頻率檢測器1以及一數(shù)字相位檢測器3。該參考時鐘信號具有一目前的頻率而可通過已知的方式，如石英振蕩器(沒有表示于圖中)的方式來產(chǎn)生。該數(shù)字反饋信號Ffb通過一分頻器6從該裝置所輸出的一時鐘信號Fout產(chǎn)生。尤其是所述的反饋信號Ffb可能具有以目前的一個因子而低于該時鐘信號Fout頻率的一頻率。假如該時鐘信號Fout為一模擬信號，該分頻器6額外包含模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換組件，以產(chǎn)生該數(shù)字反饋信號Ffb。
該頻率檢測器1產(chǎn)生一數(shù)字頻率差信號Y，該數(shù)字頻率差信號Y指示該參考時鐘信號Fin與該反饋信號Ffb間的頻率差。該相位檢測器3對應(yīng)產(chǎn)生一數(shù)字相位差信號X，該數(shù)字相位差信號X指示該參考時鐘信號Fin與該反饋信號Ffb間的相位差。
所述的頻率差信號Y被輸入到一調(diào)制裝置2，以產(chǎn)生以一調(diào)制信號Fmod頻率調(diào)制的頻率差信號V。這適用于具有其頻率的最小調(diào)制，亦即所謂的“展頻時鐘(spread spectrum clocking(SSC))”，的一時鐘信號Fout的最終產(chǎn)生。這樣的技術(shù)，如更詳細地描述于US 5,488,627的原理，適用于降低電磁影響(EMI)。所述具有十億赫茲頻率等級(gigahertz)的時鐘信號在這個例子中是經(jīng)過調(diào)制的，以使得在大約30KHz的頻率內(nèi)，它的頻率大約與其額定頻率值差異0.5％。由于該調(diào)制裝置2，這個額外的調(diào)制可以通過調(diào)制信號Fmod來控制，尤其是也可以用于測試的目的。然而，原則上該參考時鐘信號Fin也可以經(jīng)過適當?shù)恼{(diào)制，其中在這個例子中如圖1所示的鎖相回路必須經(jīng)過配置以使得這個調(diào)制可以傳遞下去。
所述的調(diào)制頻率差信號V隨后輸入到一數(shù)字控制振蕩器5的一第一控制輸入。
所述的頻率差信號X被輸入到一數(shù)字回路濾波器4，例如一整數(shù)比例的濾波器(PI filter)。因而經(jīng)過過濾的相位差信號U被傳送到該數(shù)字控制振蕩器5的一第二控制輸入。該數(shù)字控制振蕩器5隨后產(chǎn)生具有一經(jīng)過該調(diào)制頻率差信號V以及該過濾相位差信號U所決定頻率的一時鐘信號Fout。通過這樣，在調(diào)制狀態(tài)下該時鐘信號Fout具有以該分頻器6的特定因子大于該參考時鐘信號Fin頻率的時鐘信號Fout因而可以達到。
由于該過濾相位差信號U與該調(diào)制頻率差信號V直接用于驅(qū)動該數(shù)字控制振蕩器5，因此這里并不需要數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器。通過這樣，在該鎖相回路中潛在的不良因素以及產(chǎn)生較低噪聲的時鐘信號Fout的目的因而可以達到。因為該調(diào)制相位差信號V是直接在不同的控制輸入中輸入到該數(shù)字控制振蕩器5，因而假如具有較大的頻率差異差時，快速自動控制成正確頻率等級的控制是可能的，因而造成該鎖相回路得以快速調(diào)制。
在圖2中，本發(fā)明的第二具體實施例的方框式說明于該圖中。如圖2中所示的鎖相回路在很多部分都與圖1所示的鎖相回路相同，因此相等或等效的組件都已相同的圖標符號來表示。因此，只有與圖1的鎖相回路有所差異的部分會在下面的說明書內(nèi)容中加以說明，以避免內(nèi)容的重復(fù)。
除了圖1中已經(jīng)說明的組件的附圖標記以外，如圖2中所示的鎖相回路包含一取樣器7以及一多任務(wù)器8，排列在該相位檢測器3以及該數(shù)字回路濾波器4之間，如圖2的圖式所示。相位差信號X被輸入到該取樣器7，以從其中產(chǎn)生一取樣的相位差信號X1。這尤其是相對于相位差信號X具有一較低的掃描率。通過該多任務(wù)器8的作用，能夠選擇是該相位差信號X還是該取樣相位差信號X1可以輸入到該數(shù)字回路濾波器4，以作為該相位差信號Z。假如該參考時鐘信號Fin的頻率非常大時，選擇該取樣相位差信號X1作為相位差信號Z是合理的，因為隨后該數(shù)字回路濾波器4只需要操作在一較低的時鐘頻率下，以簡化該執(zhí)行。而在該參考時鐘信號Fin具較低頻率的情況下，相位差信號X可以用來作為該相位差信號Z。值得注意的是，假如該時鐘信號Fout的頻率維持常數(shù)，一較低頻率的參考時鐘信號形成該分頻器6的一較高特定因子，而一較高頻率的參考時鐘信號造成該分頻器6的一較低特定因子。
由于這些相對于圖1鎖相回路的修正，該頻率差信號V可以輸入到該數(shù)字回路4而該信號U則以該相位差信號Z與該頻率差信號V的函數(shù)來產(chǎn)生。在這樣的情況下，該數(shù)字控制的振蕩器5只需要一控制輸入。然而，反過來說，在這個例子中參考時鐘信號Fin與時鐘信號Fout間的大頻率偏差的自動控制將稍微慢于圖1的具體實施例。
值得注意的是，前面所述的兩個相對于圖1的修正可以單獨的實施。
在圖3中，圖1及圖2中數(shù)字控制振蕩器5的一種可能的結(jié)構(gòu)如呈現(xiàn)于該圖式中。在圖式中的數(shù)字振蕩器中，其假設(shè)該振蕩器被輸入如圖2中所提到的單一控制信號U，而該控制信號U舉例來說具有一12比特的帶寬。在所說明的實施例中，每一比特依序地由0到11的數(shù)字來計數(shù)，其中0表示最低比特值的數(shù)字而11則表示最高比特值的數(shù)字。
一組基本上包含一電感12及電容11及13的共振電路用來產(chǎn)生該輸出時鐘信號。
在所說明的實施例中，比特2到比特6及比特7到比特11將分別在個別的情況下輸入到溫度計編碼器9，該溫度計編碼器對應(yīng)每一情況下所輸入的二進制代碼產(chǎn)生一溫度碼。這個的溫度碼在每一情況知中隨即被存儲于一鎖存器10中，以為了補償在溫度計編碼器9的瞬時期間的差值。根據(jù)該鎖存器10的輸出信號，變?nèi)萜?1A的一矩陣11將被驅(qū)動，換句話說，這些變?nèi)萜鲗⒏鶕?jù)該鎖存器10所輸出的信號來驅(qū)動或解除驅(qū)動，借此改變整個共振電路的電容值。每一包含晶體管的變?nèi)萜?1A的可能結(jié)構(gòu)在圖3中將透過放大圖來加以說明，其中該變?nèi)萜鞯妮敵鯽1，a2連接到該共振電路的對應(yīng)線路a1，a2。因為原則上任何可切換的電阻值可以用于這樣的情況下，因而該變?nèi)萜?1A的精確結(jié)構(gòu)在下面的說明中將不會再進一步詳細說明。
因此，整體而言，通過改變該信號U，該數(shù)字控制振蕩器5的共振電路的電阻值的改變以及該輸出信號Fout頻率上的改變都將變得是可能的。
除此之外，初始化信號A及B可以輸入到如圖3中的數(shù)字控制振蕩器5。在這個例子中，該初始化信號B控制另一個變?nèi)萜鞫O管13，而該控制信號則用來設(shè)定該電感值。通過控制信號A及B，一頻率范圍因而可以選定，而且該數(shù)字控制振蕩器操作于該頻率范圍中。舉例來說，這樣的可以完成于該參考時鐘信號Fin頻率的函數(shù)。
該電感12的詳細結(jié)構(gòu)在圖式中放大說明。在所說明的實施例中，該電感12包含六個個別的電感12A及兩個由晶體管所構(gòu)成的開關(guān)12B，這些關(guān)開隨初始化信號A的函數(shù)進行切換，借此該裝置的整個電感值。
通過如圖1及圖2的實施例中的該類型的振蕩器，其特別可以用來使該時鐘信號Fout的頻率達到十億赫茲的等級，例如介于1與5GHz間。
圖1及圖2中的其它區(qū)塊結(jié)構(gòu)將結(jié)何本發(fā)明其它特征的結(jié)構(gòu)，以其它具體實施例的詳細方框圖加以詳細說明。
在圖4中，另一個具體實施例的詳細方框圖將進一步詳細說明。所述的參考時鐘信號將平行輸入到一取樣器34及一多任務(wù)器33。該取樣器34及多任務(wù)器33基本上與圖2中的取樣器7及多任務(wù)器8執(zhí)行相同的功能，換句話說，在高頻率的參考時鐘信號Fin下，通過該多任務(wù)器33的適當驅(qū)動，具低掃描率的一取樣信號可以用來執(zhí)行于該鎖相回路。這樣如同對照圖2所述，可以簡化該區(qū)塊變化的實施。
有時候在這個情況下，該頻率分頻器6的特定因子必須相應(yīng)的適應(yīng)，以獲得該時鐘信號Fout想要的頻率。
該參考時鐘信號Fin或?qū)?yīng)的取樣參考信號以及反饋信號被輸入到一頻率檢測器1。這個頻預(yù)檢測器包含兩個積分器，該參考時鐘信號被傳送到如圖中所示由一加法器28及一延遲組件30所構(gòu)成的一第一積分器，而該反饋信號則傳送到由一加法器29及一延遲組件31所形成的一第二積分器。這里所述的第一積分器及第二積分器在這個例子中計算輸入到他們的信號的上升邊緣數(shù)目。
該第二積分器的輸出信號在一減法器32中從第一積分器的輸出信號中減去。假如該參考時鐘信號具有更多的上升邊緣，將會產(chǎn)生一正數(shù)值，而假如該反饋信號Ffb具有一較多數(shù)的上升邊緣則會產(chǎn)生一負數(shù)值，換句話說，具有更高的頻率。該減法器32的輸出信號因此為該輸入時鐘信號Fin與該反饋信號Ffb間頻率差的量測方法。同時，這個減法器的輸出信號也再一乘法器16中以一權(quán)重因子SL進行加權(quán)，以形成一頻率差信號Y。這個頻率差信號接著傳送到一延遲裝置15，該延遲裝置將所輸入的信號延遲一個時鐘，以為了形成一相位差信號V，以在隨后輸入到一回路濾波器4。
所述的延遲裝置15需要特別與一相位差信號X同步地輸入該頻率差信號到該回路濾波器4，該相位差信號通過一相位檢測器3所產(chǎn)生，而在該相位檢測器中，該參考時鐘信號(或該取樣參考時鐘信號)Fin及該反饋信號也都被輸入。該相位檢測器3是由一正反器或鎖存器所構(gòu)成，用以在該反饋信號Ffb的上升邊緣上掃描該參考時鐘信號Fin。該相位檢測器3的一輸出Q以及一反向輸出Q相互連結(jié)。這樣可以產(chǎn)生一采取為兩個值+1或-1的相位差信號X，而該數(shù)值的決定則視該參考時鐘信號Fin的相位或該反饋信號的相位何者領(lǐng)先而定。由于這兩個可能的狀態(tài)，這也與一二進制的相位檢測器有關(guān)，而且使用這類型相位檢測器的相位回路也被稱作為“bang-bang鎖相回路，(BBPLL)”。有關(guān)這類型的BBPLLs已描述于，例如R.Walker于2003年的IEEE Press的高性能鎖相回路系統(tǒng)中的文獻“Designing Bang-Bang PLLs for Clock and Data Recovery in Serial Data TransmissionSystems”中。
接下來，該數(shù)字回路濾波器4將詳細說明如下。在該數(shù)字回路濾波器中，該相位差信號X將會輸入一第三積分器，其中該積分器是由一加法器18以及一延遲組件21所形成。該積分的分量接著將在一乘法器中與一加權(quán)因子KI進行乘法運算。除使之外，該相位差信號X在一乘法器19中也以一加權(quán)因子KP進行乘法運算，以形成一比例的分量。這個比例的分量隨后直接傳送到數(shù)字控制振蕩器5。該加權(quán)因子KP與KI可以由一控制信號D來設(shè)定，以為了使該數(shù)字回路濾波器產(chǎn)生一想要的操作方式。該積分分量，換句話說，即該乘法器20的輸出隨后傳送到一修尾器46，該修尾器截去該積分分量的最低值的比特，以為了使該積分分量的比特寬度符合該頻率差信號V的比特寬度。通過這樣的截尾方式，在積分分量中的噪聲將可進一步地降低。經(jīng)過截尾的積分分量在加法器47中加入了該頻率差信號V，并且隨后被傳送到另一個修尾器48，以再一次截去最低值的比特。修尾器28之后緊接著一延遲組件25，該延遲組件25在處理程序中代表一延遲，而且其輸出的信號尾該數(shù)字控制振蕩器5得一控制信號U。在圖4中的數(shù)字控制振蕩器5基本上對應(yīng)在圖3中所描述的數(shù)字控制振蕩器5，不過這里則加以簡化表示。尤其是只有一溫度計編碼器9以及一鎖存器10提供于中間的存儲裝置，這樣的結(jié)構(gòu)基本上適用于簡化的目的。在實際的振蕩器區(qū)塊27中，如圖3中的變?nèi)萜骶仃?1、另一變?nèi)萜?3、電感12以及電源供應(yīng)器14都適當?shù)嘏帕杏谄渲?。在圖3中所示的初始化控制信號A及B則是由初始化電路17所產(chǎn)生。
該共振電路27的另一個輸入則是直接由該數(shù)字回路濾波器4的比例分量所驅(qū)動。這樣可以對應(yīng)于，例如圖3中所述的該信號U的兩個最低值比特，或者是另一個變?nèi)荻O管13也可以用于這樣的驅(qū)動。由于這樣的直接驅(qū)動，該自動控制能在一相對于一較低潛在因素時，更快速的發(fā)生，就如同該加法器47及該截尾器48以及該延遲組件25被跨接(bypassed)一樣。
如同前面所述，該共振電路27隨后產(chǎn)生該時鐘信號Fout，而該時鐘信號經(jīng)過分頻器之后回到該鎖相回路的輸入。
除此之外，在圖4的鎖相回路中，在該數(shù)字回路濾波器4中更包含調(diào)整檢測44，以辨識該鎖相回路是否有經(jīng)過調(diào)整。這樣的檢測可以通過，例如檢查該信號U是否維持固定。假如該鎖相回路經(jīng)過調(diào)整的話，該調(diào)整檢測44可以，例如傳送一信號到使用該時鐘信號Fout的電路部分。
除此之外，在圖4中，額外具有一電路區(qū)，以供應(yīng)該數(shù)字回路濾波器4以及該鎖存器10一內(nèi)部的時鐘信號。這個電路區(qū)包含一多任務(wù)器35、一取樣器36以及一多任務(wù)器37。通過多任務(wù)器35，用來計時該數(shù)字回路濾波器4及該鎖存器10以及隨后的數(shù)字控制振蕩器5的內(nèi)部時鐘信號應(yīng)該用該參考時鐘信號Fin或該反饋信號Ffb的選擇將可以決定。該取樣器36及該多任務(wù)器37基本上具有與該取樣器34及多任務(wù)器33相同的功能，換句話說，它們基本上使該數(shù)字回路濾波器4以及該數(shù)字控制振蕩器5能夠操作于一較低的時鐘速率。通過該電路區(qū)35、36、37所產(chǎn)生的時鐘信號隨后傳送到該數(shù)字回路濾波器4得一時鐘輸入49，以及通過一反向器45傳送到該鎖存器10的時鐘輸入。
假如該參考時鐘信號Fin用來計時該數(shù)字回路濾波器4及該鎖存器10，則這樣的效應(yīng)會是，假如該參考時鐘信號Fin變?nèi)?，該鎖存器10的輸出以及該數(shù)字回路濾波器4即隨后的該共振電路27的輸出維持固定，而一適當?shù)臅r鐘信號Fout因此持續(xù)被輸出。而假如該參考時鐘信號Fin具有短暫的變?nèi)醯那闆r下，位于下游的電路部分因而可以持續(xù)操作。
另一方面，假如該反饋信號Ffb是作為該數(shù)字回路濾波器4及該鎖存器10的時鐘信號，這并不是這個操作模式可以使用的情況，因為假如該參考時鐘信號Fin變?nèi)醯脑?，會自動關(guān)閉該輸出時鐘信號Fout。
值得注意的是，在該多任務(wù)器33、35及37以及該取樣器34及36部分，不同的操作模式可以通過提供這些多任務(wù)器而達到，因此該鎖相回路彈性地運用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域中是可能的。然而，假如該鎖相回路只以一固定的頻率提供于一固定的應(yīng)用領(lǐng)域上，很自然地只需要提供想要的相關(guān)路徑，而該多任務(wù)器的關(guān)閉選擇部分則可以省略。
在圖5中，如圖4中所圖式說明的電路裝置的進一步修飾將詳細說明如下。為了避免重復(fù)，只有與圖4的鎖相回路有所差異的部分將進行說明。
除了這些出現(xiàn)在圖4的鎖相回路中的組件以外，如圖5的鎖相回路包含一調(diào)制器2，該調(diào)制器的功能同樣對應(yīng)圖1及圖2中的調(diào)制器的功能。由該頻率檢測器1及一調(diào)制信號Fmod所產(chǎn)生的頻率差信號Y被傳送到該調(diào)制器2。這個已經(jīng)描述過的時鐘信號Fout的SSC調(diào)制可通過該調(diào)制器2的方式來達到。
該調(diào)制信號Fmod傳送到一延遲組件38，而該頻率差信號被傳送到一延遲組件39。該延遲組件38及39的輸出在一加法器40中進行累加，同時，如同前面所述，累加后的信號由一延遲組件41延遲一時鐘。這樣會產(chǎn)生一調(diào)制頻率差信號V，其最終會變成一調(diào)制信號U，并通過該調(diào)制信號U該數(shù)字控制振蕩器5得以驅(qū)動，以便達到該時鐘信號Fout想要的調(diào)制。這里，所述的延遲組件也用來表示進行處理所需要的時間。
由于相較于圖4的鎖相回路具有進一步的修正，該經(jīng)過過濾的相位差信號X與該比例分量的積分分量都在加法器23中加入該經(jīng)過調(diào)制的調(diào)制頻率差信號V，因此，在這個情況下，比例的分量并未直接通過該共振電路。除此之外，由該控制信號D所控制的一多任務(wù)器42也提供于這個電路中，通過該多任務(wù)器42，可以對該調(diào)制頻率差信號的權(quán)重因素進行設(shè)定。
另一個改正的地方在于，該多任務(wù)器20及該由加法器18及該延遲組件21所組成的積分器的位置互相對調(diào)，以為了證明該權(quán)重可以實施于該積分器的前段及后段。最后，這個電路中并沒有修尾器46及48的出現(xiàn)。
由于該比例及該積分分量在該加法器23中與該頻率差信號V的加法，因而該數(shù)字控制振蕩器只需要單一控制輸入。
最后，為了執(zhí)行測試的目的，該電路提供一多任務(wù)器43，而透過該多任務(wù)器，該信號Fmod可以直接當成該數(shù)字控制振蕩器5的控制信號U來傳送。
這些描述的相對于圖3鎖相回路中的修正基本上是彼此獨立，但也可以根據(jù)需要而個別執(zhí)行于每一個電路中。
例如，在圖6中，根據(jù)本發(fā)明的一鎖相回路的第三具體實施立即是這樣的情況。與圖4相較，本實施例中只有延遲組件15被圖5中的調(diào)制器2所取代，以及另外加入圖5中的多任務(wù)器43。該鎖相回路其它部分的結(jié)構(gòu)則對應(yīng)圖4的結(jié)構(gòu)。尤其是，該經(jīng)過濾波的頻率差信號X直接傳送到該共振電路27以提供控制的功用。
在圖4到圖6的具體實施例中，只有一灰色部分標示的組件是模擬組件，換句話說，只有該共振電路27以及該分頻器的一模擬部分是模擬組件。其它部分則完全是數(shù)字化的，該數(shù)字化部分表示在CMOS技術(shù)中較簡單的實施例，并且繼承了較大的彈性。換句話說，其能夠產(chǎn)生具低噪聲的十億赫茲(gigahertz)等級的高頻率。
一般來說，其它的實施方式，尤其是如圖4到圖6中所示的頻率檢測器1、該調(diào)制器2該相位檢測器3、該數(shù)字回路濾波器4及該數(shù)字控制振蕩器5的其它實施方式也是可能的。然而，這里所示的具體實施例僅說明可以相對少成本并且造成低噪聲的鎖相回路的實施方式。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生時鐘信號(Fout)的方法，其中，根據(jù)一參考時鐘信號(Fin)及從該時鐘信號(Fout)所導(dǎo)出的一反饋信號(Ffb)間的一相位差產(chǎn)生一數(shù)字相位差信號(X)，其中，數(shù)字化濾波該數(shù)字相位差信號(X)，以形成一濾波數(shù)字相位差信號(U)，以及其中，由與該濾波數(shù)字相位差信號(U)相關(guān)的一數(shù)字控制信號(U)驅(qū)動一數(shù)字控制振蕩器(5)，以產(chǎn)生該時鐘信號(Fout)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該數(shù)字控制信號(U)為該濾波數(shù)字相位差信號。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該數(shù)字控制振蕩器(5)包含具有一電感(12)以及一電容(11、13)的一共振電路(27)，而該共振電路(27)的該電感(12)及/或該電容(11、13)隨著該數(shù)字控制信號(U)的一函數(shù)而改變。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該數(shù)字控制信號(U)為一二進制編碼信號，而且該數(shù)字控制信號(U)被轉(zhuǎn)換成一溫度計編碼控制信號，而且一可變電容(11a)的多任務(wù)器(11)是透過該溫度計編碼控制信號而驅(qū)動，以設(shè)定該數(shù)字控制振蕩器(5)的電容值。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該參考時鐘信號(Fin)與該反饋信號(Ffb)為數(shù)字信號。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該時鐘信號(Fout)的頻率是通過該數(shù)字控制信號(U)的調(diào)制而調(diào)制。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該時鐘信號(Fout)的頻率調(diào)制是在具有一頻率遠小于該時鐘信號(Fout)的頻率下進行，而且該調(diào)制改變該時鐘信號(Fout)頻率最多達1％。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該數(shù)字濾波相位差信號具有一比例分量以及一積分分量。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該數(shù)字濾波相位差信號的該比例分量作為用以驅(qū)動該數(shù)字控制振蕩器(5)的另一數(shù)字控制信號。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中該積分分量的一權(quán)重因子(KI)及/或該比例分量的一權(quán)重因子(KP)是可以設(shè)定的。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該數(shù)字相位差信號(X)為一可采用兩個可能數(shù)值的信號。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中一數(shù)字頻率參考信號(Y)是根據(jù)該參考時鐘信號(Fin)與該反饋信號(Ffb)間的一頻率差來形成，而且該數(shù)字控制振蕩器(5)經(jīng)驅(qū)動而成為該數(shù)字頻率差信號的一函數(shù)，以產(chǎn)生該時鐘信號(Fout)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該數(shù)字控制振蕩器(5)由另一與該數(shù)字頻率差信號(Y)有關(guān)的數(shù)字控制信號所驅(qū)動，以產(chǎn)生該時鐘信號(Fout)。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中該數(shù)字頻率差信號(Y)結(jié)合該數(shù)字相位差信號(X)或結(jié)合該濾波數(shù)字相位差信號，以產(chǎn)生該數(shù)字控制信號(U)。
15.如權(quán)利要求6及12所述的方法，其中該調(diào)制通過該數(shù)字頻率差信號(X)的調(diào)制而實施。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該參考時鐘信號是經(jīng)過取樣，而且以該經(jīng)過取樣的參考時鐘信號(Fin)的一函數(shù)來形成該數(shù)字相位差信號與濾波該數(shù)字相位差信號。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該數(shù)字相位差信號是經(jīng)過取樣，而且該取樣數(shù)字相位差信號是經(jīng)過濾波以產(chǎn)生該數(shù)字控制信號。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該取樣是根據(jù)該參考時鐘信號(Fin)的一頻率來進行。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該時鐘信號的頻率大于1GHz。
20.一種產(chǎn)生一時鐘信號(Fout)的裝置，具有一數(shù)字相位檢測器(3)，以從一參考時鐘信號(Fin)以及從該時鐘信號(Fout)所導(dǎo)出的一反饋信號(Ffb)的一函數(shù)產(chǎn)生一數(shù)字相位差信號(X)；一數(shù)字濾波器(4)，其連接該數(shù)字相位檢測器(3)以過濾該數(shù)字相位差信號(X)，以形成一數(shù)字濾波相位差信號(U)；以及一數(shù)字控制振蕩器(5)，其連接該數(shù)字濾波器(4)，以產(chǎn)生該時鐘信號(Fout)，其中該時鐘信號為該數(shù)字濾波相位差信號(U)的一函數(shù)。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中該數(shù)字控制振蕩器(5)包含具有一電感(12)及一電容(11、13)的一共振電路(27)，其中該電感及/或該電容可隨著能夠傳送到該數(shù)字控制振蕩器(5)的數(shù)字控制信號(U)的一函數(shù)而改變。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中該數(shù)字控制信號(U)為一二進制編碼信號，該數(shù)字控制振蕩器(5)具有一溫度計編碼器(9)，以將該數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成該溫度計編碼控制信號，而且該數(shù)字控制振蕩器(5)更具有可通過該溫度計編碼控制信號驅(qū)動的一可切換電容(11A)的多任務(wù)器。
23.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中該數(shù)字相位檢測器(3)構(gòu)造成使該數(shù)字相位差信號(X)具有兩個可能的狀態(tài)。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中該數(shù)字相位檢測器(3)包含一中間存儲裝置，其中，該中間存儲裝置經(jīng)過連接以使得每一情況下，該參考時鐘信號(Fin)可以傳送到該中間存儲裝置的一數(shù)據(jù)輸入或該中間存儲裝置的一時鐘輸入，而該反饋信號(Ffb)可以傳送到該中間存儲裝置的其它數(shù)據(jù)輸入及時鐘輸入，而該相位檢測器(3)配置成使該相位差信號(X)成為該中間存儲裝置的一輸出信號的一函數(shù)。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中該中間存儲裝置包含一正反器或鎖存器。
26.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中該裝置還包含一數(shù)字頻率檢測器(1)，以產(chǎn)生一頻率差信號(Y)，該頻率差信號為該參考時鐘信號(Fin)及該反饋信號(Ffb)間的一頻率差的一函數(shù)，該裝置配置成使該數(shù)字控制振蕩器(5)產(chǎn)生該時鐘信號(Fout)，該時鐘信號為該頻率差信號(Y)的一函數(shù)。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中該頻率檢測器具有可輸入該參考時鐘信號(Fin)的一第一積分器(28，30)以及可輸入該反饋信號(Ffb)的一第二積分器(29，31)，該第一積分器與該第二積分器連接以使該頻率差信號(Y)成為在該第一積分器(28，30)的輸出信號及該第二積分器(29，31)的輸出信號間的一差值的一函數(shù)。
28.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中該裝置還包含可輸入一調(diào)制信號(Fmod)的一調(diào)制裝置(2)，該調(diào)制裝置配置成根據(jù)該調(diào)制信號(Fmod)調(diào)制控制該數(shù)字控制振蕩器(5)的一信號(U，V)。
29.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中該裝置包含切換裝置(43)，該等切換裝置配置且連接成使該數(shù)字控制信號(U)或一外部控制信號(Mmod)可以該切換裝置的狀態(tài)的一函數(shù)傳送到該數(shù)字控制振蕩器(5)。
30.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中該數(shù)字濾波器(4)及/或該數(shù)字控制振蕩器(5)具有一時鐘輸入，以計時在該數(shù)字濾波器(4)或該數(shù)字控制振蕩器(5)中的信號處理，而該裝置包含一轉(zhuǎn)換開關(guān)(35)，該轉(zhuǎn)換開關(guān)(35)配置且連接成使由該參考時鐘信號(Fin)導(dǎo)出的一時鐘信號，或者由該反饋信號(Ffb)導(dǎo)出的一時鐘信號隨著該轉(zhuǎn)換開關(guān)(35)狀態(tài)的一函數(shù)而傳送到該數(shù)字濾波器及/或該數(shù)字控制振蕩器的時鐘輸入。
31.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中該裝置還包含降低在該裝置中待處理信號的掃描率的裝置(34，36)。
32.如權(quán)利要求31所述的裝置，其中該裝置還包含驅(qū)動裝置(33，37)以選擇性的驅(qū)動該降低掃描率的裝置(34，36)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于產(chǎn)生一時鐘信號(F
文檔編號H03L7/06GK1728557SQ20051008936
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者N·達達特, P·格里戈里厄斯 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司