專利名稱：誤差補(bǔ)償方法、數(shù)字相位誤差消除模塊與全數(shù)字鎖相環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種誤差補(bǔ)償方法、一種數(shù)字相位誤差消除模塊、及一 種相關(guān)全數(shù)字鎖相環(huán)，且特別是關(guān)于一種用于數(shù)字相位誤差消除模塊的誤差 補(bǔ)償方法，與包含數(shù)字相位誤差消除模塊的全數(shù)字鎖相環(huán)。
背景技術(shù)：
鎖相環(huán)為一種用來(lái)產(chǎn)生與參考信號(hào)的相位(Phase)有固定關(guān)系的信號(hào)的電 子控制系統(tǒng)。鎖相環(huán)電路響應(yīng)于輸入信號(hào)的頻率與相位，并自動(dòng)的提高或降 低被控制的振蕩器的頻率，直至鎖相環(huán)電路與參考信號(hào)在頻率與相位上相符 合為止?，F(xiàn)有技術(shù)模擬鎖相環(huán)包含相位檢測(cè)器、壓控振蕩器(Voltage-Controlled Oscillator, VCO)、及反饋路徑。反饋路徑用來(lái)將壓控振蕩器的輸出信號(hào)反饋至 相位檢測(cè)器的輸入端，以提高或降低模擬鎖相環(huán)的輸入信號(hào)的頻率。因此， 模擬鎖相環(huán)的頻率總可以保持趕上參考信號(hào)的參考頻率，其中參考信號(hào)為相 位檢測(cè)器所使用，也就是說(shuō)，模擬鎖相環(huán)的輸入信號(hào)的頻率總會(huì)被參考信號(hào) 的參考頻率所鎖定。除此以外，現(xiàn)有技術(shù)中，分頻器(Frequency divider)用于 反饋路徑，以使得參考頻率或參考頻率的整數(shù)倍數(shù)頻率總可以被擷取?，F(xiàn)有 技術(shù)中，低通濾波器(Low-passfilter)連接于相位檢測(cè)器之后，以使得位于高頻 率的噪聲得以濾除。
如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知曉，因?yàn)槟M鎖相環(huán)使用模擬組件，并使用模 擬方式操作，上述模擬鎖相環(huán)極易產(chǎn)生誤差，甚或是誤差傳播(Error propagation).因此，數(shù)字鎖相環(huán)便應(yīng)運(yùn)而生，以在部分?jǐn)?shù)字操作與數(shù)字組件 的支持下減少上述誤差，其中數(shù)字鎖相環(huán)在反饋路徑上使用具有可變除數(shù)的分頻器。除此以外，全數(shù)字鎖相環(huán)也非常有助于芯片面積降低與制程遷移。
舉例來(lái)說(shuō)，全數(shù)字鎖相環(huán)的數(shù)控振蕩器(Digital-Controlled Oscillator, DCO)可用 來(lái)取代現(xiàn)有技術(shù)所使用的模擬組件的壓控振蕩器。也可將相位檢測(cè)器用全數(shù) 字鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Time-to-Digital Converter, TDC)來(lái)取代。因此，在 無(wú)線通信領(lǐng)域中，使用全數(shù)字鎖相環(huán)已是一種趨勢(shì)。
發(fā)明內(nèi)容
為消除全數(shù)字鎖相環(huán)中的誤差，本發(fā)明提出誤差補(bǔ)償方法、數(shù)字相位誤 差消除模塊與全數(shù)字鎖相環(huán)，能夠減少全數(shù)字鎖相環(huán)中的誤差。
本發(fā)明揭示一種誤差補(bǔ)償方法，用于全數(shù)字鎖相環(huán)。誤差補(bǔ)償方法包含 決定補(bǔ)償誤差；及加入補(bǔ)償誤差，以補(bǔ)償全數(shù)字鎖相環(huán)中的誤差。
本發(fā)明揭示一種用于全數(shù)字鎖相環(huán)的誤差補(bǔ)償方法。誤差補(bǔ)償方法包含 決定量化誤差；決定時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益；決定數(shù)控振蕩器的周期；根據(jù) 量化誤差、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益、數(shù)控振蕩器的周期、或上述條件的組合， 決定補(bǔ)償誤差；及當(dāng)補(bǔ)償全數(shù)字鎖相環(huán)中的誤差時(shí)，使用補(bǔ)償誤差與輸出信 號(hào)的和，其中輸出信號(hào)為包含時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊的輸出 信號(hào)。
本發(fā)明揭示一種用來(lái)補(bǔ)償全數(shù)字鎖相環(huán)的誤差的數(shù)字相位誤差消除模 塊。數(shù)字相位誤差消除模塊包含S A調(diào)制器、第一加法器、第二加法器、及 第一D觸發(fā)器。第一加法器的正輸入端耦接于2A調(diào)制器的輸入端，且第一 加法器的負(fù)輸入端耦接于2: A調(diào)制器的輸出端。第二加法器的正輸入端耦接 于第一加法器的輸出端。第一 D觸發(fā)器的輸入端耦接于第二加法器的輸出端， 且第一 D觸發(fā)器的輸出端耦接于第二加法器的負(fù)輸入端。數(shù)字相位誤差消除 模塊設(shè)置于全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)。
本發(fā)明揭示一種包含誤差補(bǔ)償?shù)娜珨?shù)字鎖相環(huán)。全數(shù)字鎖相環(huán)包含數(shù)字 宏模塊。數(shù)字宏模塊包含2 A調(diào)制器補(bǔ)償模塊。2A調(diào)制器補(bǔ)償模塊包含數(shù)字相位誤差消除模塊。數(shù)字相位誤差消除模塊包含ZA調(diào)制器、第一加法器、 第二加法器、及第一D觸發(fā)器。該第一加法器的正輸入端耦接于2 A調(diào)制器 的輸入端，且第一加法器的負(fù)輸入端耦接于S A調(diào)制器的輸出端。第二加法 器的正輸入端耦接于第一加法器的輸出端。第一 D觸發(fā)器的輸入端耦接于第 二加法器的輸出端，且第一 D觸發(fā)器的輸出端耦接于第二加法器的負(fù)輸入端。 上述誤差補(bǔ)償方法、數(shù)字相位誤差消除模塊與全數(shù)字鎖相環(huán)通過(guò)決定補(bǔ) 償誤差或者數(shù)字相位誤差消除模塊，達(dá)到減少全數(shù)字鎖相環(huán)中的誤差的效果。
圖1為本發(fā)明所揭示的全數(shù)字鎖相環(huán)的示意圖。
圖2為本發(fā)明中直接頻率調(diào)制的全數(shù)字鎖相環(huán)的示意圖。
圖3為圖1與圖2中所圖示的數(shù)控振蕩器在本發(fā)明所揭示的詳細(xì)示意圖。
圖4為現(xiàn)有技術(shù)追蹤槽所包含單元的示意圖。
圖5為圖4所示的單元的相關(guān)電壓-頻率轉(zhuǎn)換曲線示意圖。
圖6為圖3所示的追蹤槽所包含的單元的詳細(xì)示意圖。
圖7為圖6所示的單元相關(guān)的電壓-頻率折疊轉(zhuǎn)換曲線示意圖。
圖8是為了解釋本發(fā)明在圖1所示的全數(shù)字鎖相環(huán)的數(shù)字環(huán)路頻寬校準(zhǔn)
方法，所使用的全數(shù)字鎖相環(huán)的簡(jiǎn)化示意圖。
圖9為用來(lái)解釋如何補(bǔ)償現(xiàn)有技術(shù)模擬鎖相環(huán)的分?jǐn)?shù)相位誤差的簡(jiǎn)單示意圖。
圖IO為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式所揭示，2 A調(diào)制器補(bǔ)償模塊中另外包含
的數(shù)字相位誤差消除模塊的示意圖。
圖11為實(shí)施圖8所示的環(huán)路增益校準(zhǔn)方法時(shí)，圖1所示的相位頻率檢測(cè) 器和循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊與圖1所示的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器和第一加 法器的簡(jiǎn)易示意圖。
圖12為圖11所示的循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的概略示意圖。圖13為實(shí)施相關(guān)于圖11與圖12的循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)程序的流 程示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明揭示一種用于直接頻率調(diào)制并擁有精確增益校準(zhǔn)(Fine gain calibration)的全數(shù)字鎖相環(huán)，其中全數(shù)字鎖相環(huán)使用某些在本發(fā)明方被揭示的 組件(例如本發(fā)明方揭示的數(shù)控振蕩器)與技術(shù)特征。通過(guò)本發(fā)明所揭示的全數(shù) 字鎖相環(huán)，切換噪聲會(huì)被大幅度減少，且全數(shù)字鎖相環(huán)的環(huán)路增益也可被精 確的微調(diào)。通過(guò)本發(fā)明所揭示的數(shù)控振蕩器，能夠在所揭示的全數(shù)字鎖相環(huán)
中達(dá)到精確的頻率分辨率。
請(qǐng)參閱圖1，其為本發(fā)明一實(shí)施方式所揭示的全數(shù)字鎖相環(huán)100的示意圖。 如圖1所示，全數(shù)字鎖相環(huán)100包含時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Time-to-Digital converter, TDC)模塊102、數(shù)字宏模塊(Digital macro module)120、數(shù)控振蕩器和2 A調(diào) 制器(Sigma-Delta Modulator, SDM)模塊110、及反饋路徑模塊112。
時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊102包含相位頻率檢測(cè)器(Phase-Frequency Detector, PFD)和循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Cyclic Time-to-Digital Converter, CTDC)模塊 1021與時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器狀態(tài)機(jī)(TDC state machine)1023。雖然循環(huán)式時(shí)間數(shù)字 轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于本發(fā)明之后所揭示的各實(shí)施方式，但是在本發(fā)明的其它實(shí)施方 式中，仍可使用任何其它種類的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器來(lái)取代循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換
益o
數(shù)字宏模塊120包含時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器1022、第一加法器104、比例 式路徑(Proportional path)模塊106、數(shù)字低通濾波器(DigitaI low pass filter)l 08 、 第二加法器105、以及2 A調(diào)制器補(bǔ)償模塊114。比例式路徑模塊106包含無(wú) 限沖擊響應(yīng)(Infmite Impulse Response, IIR)模塊1061與比例式路徑模塊放大器 (PPM amplifier) 1062。請(qǐng)注意，比例式路徑模塊放大器1062的增益在此假設(shè) 為"。數(shù)字低通濾波器108用來(lái)當(dāng)作全數(shù)字鎖相環(huán)100中的積分路徑(Integralpath)。比例式路徑模塊106與數(shù)字低通濾波器108 二者的結(jié)合可被視為數(shù)字 環(huán)路濾波器。2 A調(diào)制器補(bǔ)償模塊114包含第一累加器(Accumulator)1141、具 有增益6的2 A調(diào)制器補(bǔ)償模塊放大器(Sigma-delta modulator compensation module amplifier" 142、以及第三加法器1143。請(qǐng)注意，2A調(diào)制器補(bǔ)償模塊 114在此也可視為誤差補(bǔ)償模塊。
數(shù)控振蕩器和2: A調(diào)制器模塊110包含數(shù)控振蕩解碼器1101、第一2厶 調(diào)制器1102、 S A調(diào)制器濾波器1103、數(shù)控振蕩器1104、以及第一分頻器1105。 請(qǐng)注意，雖然在圖1中，第一分頻器1105所使用的除數(shù)為4，在本發(fā)明的其 它實(shí)施方式中，第一分頻器1105也可使用4以外的其它數(shù)值來(lái)當(dāng)作其除數(shù)， 也就是說(shuō)，第一分頻器1105所使用的除數(shù)并未限制于圖1所使用的數(shù)值4。 反饋路徑模塊112包含第二S A調(diào)制器1121及第二分頻器1122。請(qǐng)注意，如 圖1所示，第二分頻器1122所使用的除數(shù)假設(shè)為M，且M為變量。其中，數(shù) 控振蕩解碼器1101、數(shù)控振蕩器1104與第一分頻器1105的結(jié)合可被視為數(shù) 控振蕩器模塊，以用來(lái)追蹤數(shù)字環(huán)路濾波器的整數(shù)信號(hào)。
如圖1所示，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊102接收參考信號(hào)REF與反饋信號(hào)FB， 并產(chǎn)生循環(huán)信號(hào)C與數(shù)據(jù)信號(hào)D。循環(huán)信號(hào)C與數(shù)據(jù)信號(hào)D皆包含與反饋信 號(hào)FB相關(guān)的相位信息及頻率信息。請(qǐng)注意，循環(huán)信號(hào)C指出相位頻率檢測(cè)器 和循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊1021中的循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器目前所使用的 循環(huán)。請(qǐng)注意，數(shù)據(jù)信號(hào)D指出相位頻率檢測(cè)器和循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模 塊1021中的多個(gè)D觸發(fā)器(Dflip-flop)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。請(qǐng)注意，循環(huán)信號(hào)C與 數(shù)據(jù)信號(hào)D隨后會(huì)被時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器1022所解碼，以在數(shù)字宏模塊120 中產(chǎn)生輸出信號(hào)TDC，其中輸出信號(hào)TDC還包含與反饋信號(hào)FB相關(guān)的相位 信息與頻率信息，輸出信號(hào)TDC也被稱為解碼輸出信號(hào)。第一加法器104將 輸出信號(hào)TDC與誤差信號(hào)Err相加，以將輸出信號(hào)TDC中可能包含的誤差減 少至一定程度，其中誤差信號(hào)Err實(shí)質(zhì)上為誤差補(bǔ)償信號(hào)。第一加法器104還 將信號(hào)X輸出至比例式路徑模塊106與數(shù)字低通濾波器108。請(qǐng)注意，相位頻率檢測(cè)器和循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊1021所產(chǎn)生的自測(cè)信號(hào)Bbcomp與 符號(hào)(Sign)信號(hào)L也被加總，以攜帶指示關(guān)于是否將數(shù)控振蕩器和2 △調(diào)制器 模塊110的輸出信號(hào)的頻率加以提高或降低的信息。請(qǐng)注意，相位頻率檢測(cè) 器和循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊1021還輸出時(shí)鐘信號(hào)dlyfbclk，以對(duì)數(shù)字宏 模塊120的內(nèi)建時(shí)鐘(built-inclock)進(jìn)行操作。時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器狀態(tài)機(jī)1023還 產(chǎn)生除數(shù)信號(hào)(divider signal)Div,以將與除數(shù)相關(guān)的信息傳送至數(shù)字宏模塊 120。
比例式路徑模塊106用來(lái)追蹤信號(hào)X的相位的變化；而數(shù)字低通濾波器 108(即上述積分路徑)用來(lái)追蹤信號(hào)X的長(zhǎng)期頻率漂移(Long-term frequency drift)。數(shù)字宏模塊120將整數(shù)信號(hào)(Integer signal)Integ與分?jǐn)?shù)信號(hào)(Fractional signal)Frac輸出至數(shù)控振蕩器和S △調(diào)制器模塊110。
在數(shù)控振蕩器和2 A調(diào)制器模塊110中，數(shù)控振蕩解碼器1101的第一輸 入端接收整數(shù)信號(hào)Integ;第一2 A調(diào)制器1102的第一輸入端接收分?jǐn)?shù)信號(hào) Frac; 2 A調(diào)制器濾波器1103的輸入端耦接于第一2 A調(diào)制器1102的輸出端， 在本發(fā)明一實(shí)施方式中，2A調(diào)制器濾波器1103接收第一2A調(diào)制器1102 輸出的S A調(diào)制信號(hào)SDM;數(shù)控振蕩器1104的第一輸入端耦接于數(shù)控振蕩解 碼器1101的輸出端，且數(shù)控振蕩器1104的第二輸入端耦接于S A調(diào)制器濾 波器1103的輸出端；且第一分頻器1105的輸入端耦接于數(shù)控振蕩器1104的 輸出端，第一分頻器1105的輸出端耦接于數(shù)控振蕩解碼器1101的第二輸入 端與第一5: A調(diào)制器1102的第二輸入端。請(qǐng)注意，第一回路經(jīng)過(guò)數(shù)控振蕩解 碼器IIOI、數(shù)控振蕩器1104、及第一分頻器1105。第一回路用來(lái)對(duì)整數(shù)信號(hào) Integ進(jìn)行調(diào)整或調(diào)制。第二回路經(jīng)過(guò)第一S A調(diào)制器1102、 S A調(diào)制器濾波 器1103、數(shù)控振蕩器1104、以及第一分頻器1105。第二回路用來(lái)對(duì)分?jǐn)?shù)信號(hào) Frac進(jìn)行調(diào)整或調(diào)制。
反饋路徑模塊112與S A調(diào)制器補(bǔ)償模塊114共同運(yùn)作，其中2 A調(diào)制 器補(bǔ)償模塊114包含于數(shù)字宏模塊120中。第二分頻器1122用來(lái)對(duì)數(shù)控振蕩器和S A調(diào)制器模塊110所輸出的信號(hào)進(jìn)行分頻。第二分頻器1122與第二 2 A調(diào)制器1121共同運(yùn)作。2 A調(diào)制器補(bǔ)償模塊114用來(lái)預(yù)測(cè)數(shù)控振蕩器和2 A調(diào)制器模塊110所輸出的信號(hào)中可能包含的誤差。S A調(diào)制器補(bǔ)償模塊114 還用來(lái)以前饋(Feed-forward)方式將上述預(yù)測(cè)的誤差輸入至第一加法器104，其 中上述誤差補(bǔ)償信號(hào)包含預(yù)測(cè)的誤差，如此一來(lái)，輸出信號(hào)TDC所帶的誤差 便可被大幅降低。本發(fā)明一實(shí)施方式中，預(yù)測(cè)的誤差由2A調(diào)制器補(bǔ)償模塊 放大器1142輸出。請(qǐng)注意，第三加法器1143的正輸入端耦接于第二 S △調(diào) 制器1121的輸入端，第三加法器1143的負(fù)輸入端耦接于第二 2 A調(diào)制器1121 的輸出端，且第三加法器1143的輸出端耦接于第一累加器1141的輸入端。
因?yàn)楸壤铰窂侥K106、數(shù)字低通濾波器108、與2A調(diào)制器補(bǔ)償模塊 114皆與全數(shù)字鎖相環(huán)100的環(huán)路增益的微調(diào)高度相關(guān)，所以全數(shù)字鎖相環(huán) 100的結(jié)構(gòu)的特征主要在于上述組件的存在。然而，上述全數(shù)字鎖相環(huán)100所 包含的各組件、模塊、與信號(hào)皆為數(shù)字的，因此全數(shù)字鎖相環(huán)100是在完全 數(shù)字控制的前提下來(lái)操作。通過(guò)全數(shù)字鎖相環(huán)100完全數(shù)字控制的機(jī)制，可 以達(dá)到準(zhǔn)確的頻寬控制。全數(shù)字鎖相環(huán)100還可有效的減少切換噪聲，且相 關(guān)的詳細(xì)技術(shù)會(huì)在之后另行揭示。
全數(shù)字鎖相環(huán)100的主要用途為實(shí)現(xiàn)直接頻率調(diào)制的全數(shù)字架構(gòu)。請(qǐng)參 閱圖2，其為本發(fā)明中直接頻率調(diào)制的全數(shù)字鎖相環(huán)200的示意圖，其中全數(shù) 字鎖相環(huán)200是基于圖1所示的全數(shù)字鎖相環(huán)100所設(shè)計(jì)。如圖2所示，除 了全數(shù)字鎖相環(huán)100所包含的各組件外，全數(shù)字鎖相環(huán)200另包含第二累加 器(Accumulator， ACC)202、累加器放大器(ACC amplifier)204、以及調(diào)制放大 器(Modulator amplifier)206，上述第二累加器202、累加器放大器204與調(diào)制 放大器206的結(jié)合可被視為調(diào)制器。累加器放大器204與第二累加器202共 同運(yùn)作，且累加器放大器204的增益為增益6，也就是Z A調(diào)制器補(bǔ)償模塊放 大器1142所使用的增益。調(diào)制放大器206所使用的增益假設(shè)為增益c。實(shí)際 上為調(diào)制信號(hào)的消息MSG被輸入至第二累加器202與調(diào)制放大器206，以在之后以前饋方式饋入第一加法器104與第二加法器105。請(qǐng)注意，對(duì)消息MSG 而言，第二累加器202與累加器放大器204的組合可被視為高通濾波器 (High-pass filter)。請(qǐng)注意，數(shù)控振蕩器和S A調(diào)制器模塊110也提供對(duì)消息 MSG的低通響應(yīng)，其中現(xiàn)有技術(shù)鎖相環(huán)中的壓控振蕩器會(huì)給予消息MSG的 頻域的頻率上限；也就是說(shuō)，對(duì)消息MSG而言，壓控振蕩器為低通濾波器， 使得消息MSG的頻域被低通濾波器所限制。通過(guò)組合上述高通響應(yīng)與低通響 應(yīng)，可得到全通響應(yīng)(All-pass response),使得寬帶調(diào)制(Wide band modulation) 得以實(shí)現(xiàn)，或使得消息MSG的頻寬不再受到鎖相環(huán)的頻寬所限制或拘束。為 了對(duì)上述全通響應(yīng)進(jìn)行操作，必須精密的調(diào)整上述增益6與增益"請(qǐng)注意， 因?yàn)橥ㄟ^(guò)全通響應(yīng)，消息MSG的頻域未再受到限制或是與全數(shù)字鎖相環(huán)200 相關(guān)，所以上述寬帶調(diào)制得以實(shí)現(xiàn)。在現(xiàn)有技術(shù)的鎖相環(huán)中使用預(yù)失真 (Pre-distortion)的技術(shù)，以預(yù)先使噪聲失真，然而，實(shí)施預(yù)失真技術(shù)的組件會(huì) 占據(jù)較大的芯片面積。在本發(fā)明所揭示的全數(shù)字鎖相環(huán)200避免了使用此種 預(yù)失真技術(shù)。
本發(fā)明中校正增益A與增益c的值的技術(shù)揭示如下。請(qǐng)參閱圖2，全數(shù)字 鎖相環(huán)200的環(huán)路增益可通過(guò)使用消息MSG中的輸入響應(yīng)w["]得到，以取得 對(duì)應(yīng)的輸出頻率響應(yīng)^'["]，以作為數(shù)控振蕩器和2 A調(diào)制器模塊110的輸出
響應(yīng)。全數(shù)字鎖相環(huán)200的環(huán)路增益以來(lái)表示，且當(dāng)全數(shù)字鎖相環(huán)200 以全通響應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制時(shí)，該環(huán)路增益的響應(yīng)可表示如下
l j 1 +-^-"o-a:v----r
方程式(l)所使用的部分條件簡(jiǎn)單解釋如下。項(xiàng)c《v表示包含調(diào)制放大器 206與數(shù)控振蕩器和2 A調(diào)制器模塊110的路徑的響應(yīng)，其中&為數(shù)控振蕩 器和2 A調(diào)制器模塊110的增益，也就是說(shuō)&為數(shù)控振蕩器1104的增益。項(xiàng) ^w'^代表包含第二累加器202與累加放大器204的組合、數(shù)字低通濾波器108、及數(shù)控振蕩器和Z A調(diào)制器模塊110的路徑的響應(yīng)，其中數(shù)字低通濾
1
波器108的響應(yīng)假設(shè)為"力。項(xiàng)77X:'Fw/2為代表時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊102的 增益，其中^^為參考信號(hào)REF的參考頻率，且2^C是指相位頻率檢測(cè)器和 循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊1021所包含的循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益。項(xiàng)
1 z-1
M為第二分頻器1122的響應(yīng)。項(xiàng)1-Z-1是指數(shù)控振蕩器1104的頻率響應(yīng)。
觀察方程式(l)可知，為了滿足上述全通響應(yīng)狀態(tài)，增益6與增益^的值需 根據(jù)下列二方程式?jīng)Q定
<formula>formula see original document page 18</formula> (2);
<formula>formula see original document page 18</formula> (3)。
將方程式(2)與(3)作進(jìn)一步推導(dǎo)后，增益6與^的值可表示如下: —丄
<formula>formula see original document page 18</formula>(5)。
為了達(dá)成全數(shù)字控制機(jī)制的目的，對(duì)增益6與增益c的值進(jìn)行完全操作是 必要的。觀察方程式(5)可知，為了對(duì)增益6的值進(jìn)行操作，循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)
換器的增益T"c的值也需要為可控的。循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益nx:可定
義為時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊102的分辨率，也就是說(shuō)，增益TDC可表示為時(shí)間
變化量&除以碼變化量^的商，使得循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益rDC的值 可被決定如下.-
<formula>formula see original document page 18</formula> ⑨。
其中碼變化量^對(duì)應(yīng)于參考信號(hào)的參考周期7^/的半周期，也就是說(shuō)， 碼變化量^是在參考周期的半周期中的碼變化量，且在單一參考周期^>e/中，正狀態(tài)與負(fù)狀態(tài)輪流占有一半的周期長(zhǎng)度。本發(fā)明一實(shí)施方式中，碼變
化量^由時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊根據(jù)接收的參考信號(hào)產(chǎn)生。根據(jù)方程式(6)，增 益6的值的推導(dǎo)可改寫如下
6 =_^__|_ Z-1 =2W,1 Z-1
=i 尸廠,ii-z-' =i'^7'i—1
2'尸0, (7)。 觀察方程式(4)可知，為了對(duì)增益c的值進(jìn)行操作，數(shù)控振蕩器的增益&的
值需要為可控的。方程式(4)可另行推導(dǎo)如下
1 A7
c =——=-
ATv A/V-尸re/ (8》
其中項(xiàng)M'^e/代表第二2: A調(diào)制器1121的輸入端所輸入的信號(hào)的頻率
變化量，且對(duì)應(yīng)于頻率變化量^'^e/的碼變化量A/可在數(shù)字低通濾波器108 的輸出信號(hào)中得到，其中^是指分?jǐn)?shù)碼(Fmcticmalcode)的碼變化量，即A^是 指分?jǐn)?shù)碼變化量。本發(fā)明一實(shí)施方式中，數(shù)字低通濾波器108是根據(jù)分?jǐn)?shù)碼 變化量臘來(lái)輸出碼變化量。因?yàn)轭l率變化量^ 與碼變化量A7皆為可 控的，所以增益c的值也應(yīng)為可控的。根據(jù)上述揭示，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全數(shù)字鎖相 環(huán)200的環(huán)路增益的精確校準(zhǔn)。
數(shù)控振蕩器U04用來(lái)根據(jù)數(shù)字宏模塊120中的輸出信號(hào)中的整數(shù)信號(hào)與 分?jǐn)?shù)信號(hào)來(lái)追蹤輸出信號(hào)的頻帶。整數(shù)信號(hào)由數(shù)控振蕩解碼器1101來(lái)解碼， 而分?jǐn)?shù)信號(hào)是通過(guò)2 A調(diào)制器1102與2 A調(diào)制器濾波器1103運(yùn)作所處理。 2 A調(diào)制器1102與2 A調(diào)制器濾波器1103的運(yùn)作相似于現(xiàn)有技術(shù)的2 A調(diào) 制器與SA調(diào)制器濾波器，故相關(guān)運(yùn)作不再另行贅述。在本發(fā)明中使用現(xiàn)有 技術(shù)的數(shù)控振蕩器也屬本發(fā)明的涵蓋范圍，但數(shù)控振蕩器1104在本發(fā)明的某 些實(shí)施方式中為特別被設(shè)計(jì)并提出的，以用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻帶追蹤，并用來(lái)避免顯 而易見的頻率不連續(xù)(Frequency discontinuity)。
請(qǐng)參閱圖3，其為圖1與圖2中所圖示的數(shù)控振蕩器1104在本發(fā)明所揭 示的詳細(xì)示意圖。數(shù)控振蕩器1104包含晶載(On-chip)低壓降穩(wěn)壓器(Low-drop-out regulator, LDOregulator)302、電感和電阻模塊304、工藝電壓溫 度槽(Process/Voltage/Temperature tank, PVT tank)306 、 采集槽(Acquisition tank)308、及追蹤槽(Tracking tank)310。假若目標(biāo)應(yīng)用允許，則低壓降穩(wěn)壓器 302可被排除于數(shù)控振蕩器1104之外。電感和電阻模塊304耦接于低壓降穩(wěn) 壓器302。工藝電壓溫度槽306耦接于電感和電阻模塊304。采集槽308耦接 于工藝電壓溫度槽306。追蹤槽310耦接于采集槽308。上述組件中，除了追 蹤槽310以外，皆可以現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)應(yīng)的組件加以實(shí)施，因此僅對(duì)上述組件 簡(jiǎn)單描述如下。晶載的低壓降穩(wěn)壓器302用來(lái)根據(jù)主要電壓「CC來(lái)產(chǎn)生用于
數(shù)控振蕩器1104的所需的電壓^&eg。電感和電阻模塊304包含多個(gè)電感、 多個(gè)可切換電阻3043、 3044、以及負(fù)轉(zhuǎn)導(dǎo)單元(Negative gm cell，其中g(shù)m即 為BJT或MOS晶體管所使用的轉(zhuǎn)導(dǎo)(Transconductance)參數(shù))3042。電感和電 阻模塊304用來(lái)設(shè)定數(shù)控振蕩器1104的電流消耗與振蕩幅度，以用來(lái)改進(jìn)共 模注入現(xiàn)象(common-mode inje叫on)，及減少數(shù)控振蕩器1104的接地端所產(chǎn) 生的噪聲與突波(Spur)。工藝電壓溫度槽306用來(lái)補(bǔ)償工藝、電壓、溫度的變 化。采集槽308用來(lái)提供快速的頻率獲取(Frequency acquisition)。
數(shù)控振蕩器1104的主要特征在于追蹤槽310。在詳細(xì)揭示追蹤槽310的 細(xì)節(jié)之前，必須先行介紹現(xiàn)有技術(shù)使用的追蹤槽，以進(jìn)一步解釋追蹤槽310 的優(yōu)點(diǎn)。請(qǐng)參閱圖4、圖5、圖6、與圖7。圖4為現(xiàn)有技術(shù)追蹤槽的單元400 的示意圖。圖5為圖4所示的單元400的相關(guān)電壓-頻率轉(zhuǎn)換曲線示意圖。圖 6為圖3所示的追蹤槽310的單元600的詳細(xì)示意圖。圖7為圖6所示的單元 600相關(guān)的電壓-頻率折疊轉(zhuǎn)換曲線示意圖。
如圖4所示，現(xiàn)有技術(shù)追蹤槽的單元400包含反向器(Inverter)402、第一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(P-type MOSFET)404、第一 N型金屬氧 化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管406、第二P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管408、 第二 N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管410、第三N型金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)晶體管412、第四N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管414、第一電容416、第二電容418、第一電阻420、及第二電阻422。上述組件的耦接方式已 圖示于圖4，故此處不再詳加贅述。將電壓「CC"eg輸入第一電阻420與第二電 阻422。將一比特輸入包含第一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管404與第 一 N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管406的集合，其中此比特可為奇數(shù)或 偶數(shù)，以用來(lái)指示來(lái)自數(shù)控振蕩解碼器1101的數(shù)字整數(shù)信號(hào)。本發(fā)明一實(shí)施 方式中，此比特相關(guān)于整數(shù)信號(hào)、分?jǐn)?shù)信號(hào)、或整數(shù)信號(hào)與分?jǐn)?shù)信號(hào)的組合。 也將分?jǐn)?shù)信號(hào)輸入包含第二P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管408與第二N 型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管410的集合，其中此分?jǐn)?shù)信號(hào)還可被視為 主要電壓(Primary voltage),且主要電壓可從2 A低通濾波器接收。本發(fā)明一 實(shí)施方式中，分?jǐn)?shù)信號(hào)為SA調(diào)制器分?jǐn)?shù)信號(hào)。本發(fā)明另一實(shí)施方式中，分 數(shù)信號(hào)為來(lái)自2: A低通濾波器的信號(hào)，即SA低通濾波器信號(hào)。將包含高電 平輸出電壓(即高電平電壓)Vo+與低電平輸出電壓(即低電平電壓)Vo的 電壓對(duì)輸出，以用來(lái)表示上述現(xiàn)有技術(shù)追蹤槽中的振蕩。簡(jiǎn)單的說(shuō)，每當(dāng)相 關(guān)整數(shù)信號(hào)的值被加上1時(shí)，2 A調(diào)制器分?jǐn)?shù)信號(hào)的值被減少1，使得2 A調(diào) 制器分?jǐn)?shù)信號(hào)的平均值被維持在1以下，甚至是接近0。然而，因?yàn)楸惠斎氲?比特持續(xù)在0與1之間變化，每當(dāng)整數(shù)信號(hào)的值被即刻增加1時(shí)，2 A調(diào)制 器分?jǐn)?shù)信號(hào)的值減少1的運(yùn)作速度無(wú)法跟上整數(shù)信號(hào)的值增加1的速度。因 此，如圖5所示，Va表示電壓，當(dāng)整數(shù)信號(hào)的值由N增加至(N+1)時(shí)，因2 A調(diào)制器分?jǐn)?shù)信號(hào)的值在整數(shù)信號(hào)的值被增加至(N+1)之前無(wú)法及時(shí)的被調(diào) 整(或相應(yīng)地減少)至目標(biāo)值Targ,所以會(huì)發(fā)生頻率不連續(xù)現(xiàn)象。圖5還給出整 數(shù)信號(hào)為N-l與N+2時(shí)的轉(zhuǎn)換曲線。
追蹤槽310所包含的單元600在此被揭示，以解決上述頻率不連續(xù)現(xiàn)象。 單元600將奇比特與偶比特的運(yùn)作分離至兩個(gè)不同的集合，也就是奇比特集 合與偶比特集合，使得圖示于圖7的電壓-頻率轉(zhuǎn)換曲線可在不產(chǎn)生頻率跳躍， 即頻率不連續(xù)的狀況下呈現(xiàn)出折疊的形狀，也就是代表在整數(shù)信號(hào)的值達(dá)到 (N+l)之后，分?jǐn)?shù)信號(hào)到達(dá)目標(biāo)值Targ所進(jìn)行的程序。如圖6所示，單元600包含第一追蹤集合與第二追蹤集合，其中第一追 蹤集合用來(lái)處理奇比特，而第二追蹤集合用來(lái)處理偶比特。請(qǐng)注意，在本發(fā) 明的其它實(shí)施方式中，第一追蹤集合也可用來(lái)處理偶比特，且同時(shí)第二追蹤 集合也可用來(lái)處理奇比特。第一追蹤集合包含第一反向器602、第一數(shù)字模塊 603、第一模擬模塊605、以及第一電容模塊611。第一數(shù)字模塊603用來(lái)處 理由數(shù)控振蕩解碼器1101所輸出的奇數(shù)位比特(奇數(shù)位信號(hào))。第一模擬模塊 605用來(lái)處理2 A調(diào)制器濾波器1103所輸出的2 A調(diào)制器分?jǐn)?shù)信號(hào)。第一電 容模塊611用來(lái)提供所需的電容值給高電平輸出電壓Vo+與低電平輸出電壓 Vo-。第一數(shù)字模塊603包含第一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管604與 第一 N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管606。第一模擬模塊605包含第二 P 型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管608與第二 N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng) 晶體管610。第一電容模塊611包含第三N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體 管612與第四N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管614。第一追蹤集合另包 含第一電容616、第二電容618、第一電阻620、以及第二電阻622。請(qǐng)注意， 第一數(shù)字模塊603、第一模擬模塊605、及第一電容模塊611所包含的組件或 組成在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中未受圖6所示的限制。第二追蹤集合包含第 二反向器652、第二數(shù)字模塊653、第二模擬模塊655、及第二電容模塊661。 第二數(shù)字模塊653用來(lái)處理數(shù)控振蕩解碼器1101所輸出的偶數(shù)位比特(偶數(shù)位 信號(hào))。第二模擬模塊655用來(lái)處理S A調(diào)制器濾波器1103所輸出的S A調(diào)制 器分?jǐn)?shù)信號(hào)。第二電容模塊661用來(lái)提供高電平輸出電壓Vo+與低電平輸出電 壓Vo-所需的電容值。本發(fā)明一實(shí)施方式中，第一電容模塊與第二電容模塊所 提供的電容值的極性相反。第二數(shù)字模塊653包含第三P型金屬氧化物半導(dǎo) 體場(chǎng)效應(yīng)晶體管654與第五N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管656。第二 模擬模塊655包含第四P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管658與第六N型 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管660。第二電容模塊661包含第七N型金屬 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管662與第八N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管664。第二追蹤集合另包含第三電容666、第四電容668、第三電阻670及第 四電阻672。
第一反向器602的正端用來(lái)接收選擇信號(hào)。第一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)晶體管604的柵極耦接于第一反向器602的正端；且第一 P型金屬氧 化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管604的源極接收奇比特。第一 N型金屬氧化物半導(dǎo) 體場(chǎng)效應(yīng)晶體管606的漏極耦接于第'一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 604的源極，且第一 N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管606的源極耦接于 第一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管604的漏極。第二 P型金屬氧化物 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管608的柵極耦接于第一反向器602的負(fù)端與第一 N型金 屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管606的柵極。第二 N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效 應(yīng)晶體管610的漏極耦接于第二 P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管608的 源極，以接收Z(yǔ) M氐通濾波器(sigma-ddta low-pass filter)所輸出的信號(hào)，即2 A調(diào)制器分?jǐn)?shù)信號(hào)。第二 N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管610的源極耦 接于第二 P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管608的漏極及第一 N型金屬氧 化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管606的源極。第二 N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶 體管610的柵極耦接于第一 P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極。第 三N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管612的源極耦接于第一 N型金屬氧化 物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管606的源極。第三N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體 管612的漏極耦接于第三N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管612的源極。 第四N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管614的漏極耦接于第三N型金屬氧 化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管612的源極。第四N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶 體管614的源極耦接于第三N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管612的漏極。 第一電容616的第一端耦接于第三N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管612 的柵極，且第一電容616的第二端用來(lái)輸出第一高電平輸出電壓，例如高電 平輸出電壓Vo+。第二電容618的第一端耦接于第四N型金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)晶體管614的柵極，且第二電容618的第二端用來(lái)輸出第一低電平輸出電壓，例如低電平輸出電壓Vo-。第一電阻620的第一端耦接于第一電容 616的第一端，且第一電阻620的第二端用來(lái)接收低壓降穩(wěn)壓器所產(chǎn)生的所需 電壓「C"Oeg。第二電阻622的第一端耦接于第二電容618的第一端，且第二
電阻622的第二端用來(lái)接收低壓降穩(wěn)壓器所產(chǎn)生的所需電壓「G&《。
第二追蹤集合包含第二反向器652、第三P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶 體管654、第五N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管656、第四P型金屬氧化 物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管658、第六N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管660、 第七N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管662、第八N型金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)晶體管664、第三電容666、第四電容668、第三電阻670、以及第四 電阻672。第二反向器652的正端用來(lái)接收選擇信號(hào)。第三P型金屬氧化物半 導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管654柵極耦接于第二反向器652的正端，且第三P型金屬 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管654的源極用來(lái)接收偶比特。第五N型金屬氧化 物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管656的漏極耦接于第三P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng) 晶體管654的源極，第五N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管656的源極耦 接于第三P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管654的漏極，且第五N型金屬 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管656的柵極耦接于第二反向器652的負(fù)端。第四P 型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管658的柵極耦接于第五N型金屬氧化物半 導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管656的柵極，第四P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管658 的源極用來(lái)接收來(lái)自^A低通濾波器的信號(hào)，且第四P型金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)晶體管658的漏極耦接于第五N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管656 的源極。第六N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管660的漏極耦接于第四P 型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管658的源極，第六N型金屬氧化物半導(dǎo)體 場(chǎng)效應(yīng)晶體管660的源極耦接于第四P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管658 的漏極，且第六N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管660的柵極耦接于第三 P型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管654的柵極。第七N型金屬氧化物半導(dǎo) 體場(chǎng)效應(yīng)晶體管662的柵極耦接于第五N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管656的源極，第七N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管662的漏極耦接于第 七N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管662的源極。第八N型金屬氧化物半 導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管664的柵極耦接于第七N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體 管662的柵極，且第八N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管664的漏極耦接 于第八N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管664的源極。第三電容666的第 一端耦接于第七N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管662的漏極，且第三電 容666的第二端用來(lái)輸出第二高電平輸出電壓，例如高電平輸出電壓Vo+。第 四電容668的第一端耦接于第八N型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管664的 漏極，且第四電容668的第二端用來(lái)輸出第二低電平輸出電壓，例如低電平 輸出電壓Vo-。第三電阻670的第一端耦接于第三電容666的第一端，且第三 電阻670的第二端用來(lái)接收低壓降穩(wěn)壓器的所需電壓^70^。第四電阻672 的第一端耦接于第四電容668的第一端，且第四電阻672的第二端用來(lái)接收 低壓降穩(wěn)壓器的所需電壓1^0^。第一高電平輸出電壓與第一低電平輸出電 壓用來(lái)指示追蹤槽310的奇比特中的振蕩，且第二高電平輸出電壓與第二低 電平輸出電壓用來(lái)指示追蹤槽310的偶比特中的振蕩。
負(fù)轉(zhuǎn)導(dǎo)單元3042將控制信號(hào)饋入至每一單元600，以提供所需的正反饋 (Positive Feedback)來(lái)穩(wěn)定高電平輸出電壓Vo+與低電平輸出電壓Vo-的振蕩現(xiàn) 象。如圖6所示，通過(guò)節(jié)點(diǎn)SEL與b處的預(yù)定控制信號(hào)以及第一反向器602(或 者第二反向器652)，在同一時(shí)間中，第一數(shù)字模塊603與第一模擬模塊605 之間(或者第二數(shù)字模塊653與第二模擬模塊655之間)只會(huì)有其中一個(gè)被開 啟，即在此處引入控制電壓互偶性(Control voltage parity),也就是說(shuō)，控制 信號(hào)在此使得上述任二模塊之間具有互斥性。第一反向器602以及第二反向 器652分別用來(lái)增進(jìn)第一數(shù)字模塊與第一模擬模塊之間以及第二數(shù)字模塊與 第二模擬模塊之間的控制電壓互偶性。因此，相關(guān)于整數(shù)信號(hào)與分?jǐn)?shù)信號(hào)的 運(yùn)作可以被分離開來(lái)并彼此獨(dú)立，以實(shí)現(xiàn)圖7所示的頻率連續(xù)機(jī)制。請(qǐng)注意， 在本發(fā)明的其它實(shí)施方式中，負(fù)轉(zhuǎn)導(dǎo)單元3042的組成方式與組成組件并不受圖3所示的限制。
請(qǐng)注意，第一電容模塊611與第二電容模塊661所產(chǎn)生的電容值的極性 相反，以分別對(duì)應(yīng)奇比特與偶比特，且這樣相反的極性也會(huì)使得第一追蹤集 合與第二追蹤集合中，對(duì)應(yīng)高電平輸出電壓Vo+與低電平輸出電壓Vo-所形成 的電壓-頻率轉(zhuǎn)換曲線皆成為彼此相反的曲線。如圖7所示，當(dāng)整數(shù)信號(hào)的值 被加上1時(shí)，曲線的走向呈現(xiàn)與圖5所示的曲線相反的走向，使得上述頻率 不連續(xù)現(xiàn)象得以消除。因此，造成干擾的突波與噪音都會(huì)消失，且相關(guān)的相 位也可被連續(xù)鎖定。
接著揭示本發(fā)明全數(shù)字鎖相環(huán)100或200的數(shù)字環(huán)路頻寬校準(zhǔn)方法。為 了解釋在全數(shù)字鎖相環(huán)100的數(shù)字環(huán)路頻寬校準(zhǔn)方法的細(xì)節(jié)，在此需先使用 全數(shù)字鎖相環(huán)100的簡(jiǎn)易圖示進(jìn)行說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖8，其是為了解釋本發(fā)明在 圖1所示的全數(shù)字鎖相環(huán)100的數(shù)字環(huán)路頻寬校準(zhǔn)方法，所使用的全數(shù)字鎖 相環(huán)100的簡(jiǎn)化示意圖。其中，第二2: A調(diào)制器1121接收信號(hào)AF。請(qǐng)注意， 全數(shù)字鎖相環(huán)100此時(shí)可視為高分辨率頻率至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Frequency-to-digital converter, FDC)。實(shí)施數(shù)字環(huán)路頻寬校準(zhǔn)方法的關(guān)鍵在于校準(zhǔn)增益。的值，這 是因?yàn)槠渌嚓P(guān)的變量皆為可控制的變量，相關(guān)的細(xì)節(jié)將在之后加以證明。
環(huán)路頻寬的定義為將比例式路徑模塊106的比例路徑增益乘以；.。因此， 比例式路徑模塊106的比例路徑增益&""可表示如下
<formula>formula see original document page 26</formula> (9); 其中項(xiàng)S『表示全數(shù)字鎖相環(huán)的起始環(huán)路頻寬。通過(guò)觀察圖8的簡(jiǎn)易示意 圖可知，比例路徑增益^^"'"也可表示如下
<formula>formula see original document page 26</formula> (10)。
方程式(10)所示變量的定義與上述各方程式中相同名稱的變量相同，故不在此就各變量的定義重復(fù)贅述。項(xiàng)^表示在單位時(shí)間中來(lái)自相位頻率檢測(cè)
器和循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊1021的碼變化量。比例式路徑模塊放大器
1062的增益"此時(shí)可視為數(shù)字低通濾波器108的增益。項(xiàng)^"代表數(shù)字低通 濾波器108的輸出端的碼變化量，也就是圖8所示的碼變化量A7。項(xiàng)
^DC 代表源于碼變化量A/的頻率變化量A/:。項(xiàng)7X)C 似代表將
頻率變化量V除以第二分頻器1122所使用的除數(shù)(Dividingmtio) M。最后， 請(qǐng)注意比例式路徑增益Pg""代表在單位時(shí)間中碼變化量所引起的時(shí)間漂移
(Time drift) A、請(qǐng)注意，參考周期滿足 ，則可得方程式如下
因此時(shí)間漂移乂可推導(dǎo)如下-
<formula>formula see original document page 27</formula> (12)。
方程式(12)解釋推導(dǎo)出方程式(10)的步驟。請(qǐng)注意，增益DCO也可視為增 益尺v。通過(guò)合并方程式(9)與(10)，以及參考方程式(6)與(8)，增益a可推導(dǎo)如 下
1<formula>formula see original document page 27</formula>
在方程式(14)中與增益"相關(guān)的各變量己在上列敘述中被證明為可控變 因此增益"也為可控的。也就是說(shuō)，通過(guò)根據(jù)方程式(14)來(lái)調(diào)整增益"，可以實(shí)現(xiàn)全數(shù)字鎖相環(huán)100的環(huán)路頻寬校準(zhǔn)方法。
在圖1中，誤差補(bǔ)償信號(hào)Err由2 A調(diào)制器補(bǔ)償模塊114所產(chǎn)生，以補(bǔ)償
時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊102與時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器1022中可能存在的誤差。誤
差補(bǔ)償信號(hào)Err主要根據(jù)分?jǐn)?shù)相位誤差所產(chǎn)生。請(qǐng)參閱圖9，其為用來(lái)解釋如
何補(bǔ)償現(xiàn)有技術(shù)模擬鎖相環(huán)的分?jǐn)?shù)相位誤差的簡(jiǎn)單示意圖。在圖9中，給出
了時(shí)鐘邊緣與相位誤差的示意圖。分?jǐn)?shù)相位誤差可用實(shí)際時(shí)鐘位置^ + e(")與
理想時(shí)鐘位置^ + ""之間的差異來(lái)表示，其中實(shí)際時(shí)鐘位置W + ^")由2 △調(diào)制
器所產(chǎn)生，且^")為整數(shù)，""為分?jǐn)?shù)，理想時(shí)鐘位置^ + ""位于時(shí)鐘位置 〃 + l與實(shí)際時(shí)鐘位置iV + e(")之間。因此，由相位頻率檢測(cè)器所產(chǎn)生的對(duì)
應(yīng)的分?jǐn)?shù)相位誤差^^e-em "可表示為
/ /z咖一 e證=[iV + - (iV + 。")〗.；c。 = -對(duì)；0 (j 5);
因方程式(15)是根據(jù)模擬鎖相環(huán)所推導(dǎo)，且方程式(15)的值約等于 1
~爭(zhēng)。)，所以項(xiàng)；c。表示壓控振蕩器的周期。通過(guò)累加對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)相位誤 差pto" —mw，可以得到累加補(bǔ)償誤差c^"^z'G" —mw，并可表示為
co/wpew加'ow — = 2 — aa]. (16)，
通過(guò)使用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，累加補(bǔ)償誤差""^e"^^" —也可量化為
然而，使用時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器會(huì)引起碼變化量(例如W，)與時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器中 的大量延遲線(Delayline)，并占去較大的電路面積、消耗較高的功率等。因此， 本發(fā)明還揭示一種設(shè)置于相位頻率檢測(cè)器和循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊1021 內(nèi)部的循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以大量的節(jié)省延遲線(dday line)的抽頭(Tap)
數(shù)量。循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器將會(huì)在之后另行揭示。再者，在本發(fā)明所揭示 的全數(shù)字鎖相環(huán)100中，數(shù)控振蕩器1104用來(lái)取代現(xiàn)有技術(shù)的壓控振蕩器。在第二S A調(diào)制器1121的運(yùn)作下，可以得到實(shí)際時(shí)鐘位置^ + "")與理想時(shí)鐘 位置iV + ""之間的差異，該差異在此以^i:來(lái)表示，且實(shí)際上差異^s為量化誤 差(Quantization error)。根據(jù)本發(fā)明所使用的誤差補(bǔ)償算法，相位頻率檢測(cè)器 和循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊1021中的循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償誤差 ecnx:[W可表示為
ecroc [A] = IeAE
(18);
其中項(xiàng)^c。代表數(shù)控振蕩器1104的周期。并且數(shù)控振蕩器1104的周期
TflCO可表示為
i^e/'(M + F)(9);
根據(jù)方程式(19)，循環(huán)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償誤差ecnx:[W可進(jìn)一步推導(dǎo) 如下
e面[W - geAS ■ j^c.i^e/.(M + F)
t一l A ;u "
1
ZA/V
-幺"(M + F) (20);
其中，F(xiàn)是指與量化誤差相關(guān)的分?jǐn)?shù)。觀察方程式(20)可知，循環(huán)式時(shí)間
數(shù)字轉(zhuǎn)換器的補(bǔ)償誤差ec^W為數(shù)字的，且完全可控，并應(yīng)用在本發(fā)明數(shù)字 相位誤差消除(Digital phase error cancellation)中。請(qǐng)參閱圖10，其為根據(jù)本發(fā) 明一實(shí)施方式所揭示的S A調(diào)制器補(bǔ)償模塊114中另外包含的數(shù)字相位誤差 消除模塊1"4的示意圖。數(shù)字相位誤差消除模塊1144基于等式(20)運(yùn)作。數(shù) 字相位誤差消除模塊1144包含Z A調(diào)制器702、第一加法器704、第二加法 器706、第一 D觸發(fā)器(D Flip-Flop， DFF)708、第二 D觸發(fā)器710、除法器712、 乘法器714、以及D觸發(fā)器和截?cái)嗄K(DFF/Truncationmodule)716。 2 △調(diào)制器702以包含多個(gè)一階調(diào)制器(First-order modulator)的多階段噪聲整形1-1-1 調(diào)制器(Multi畫stage noise shaping 1-1-1 modulator, MASH 1-1-1 modulator)來(lái)實(shí) 施。使用包含一個(gè)n階調(diào)制器與多個(gè)一階調(diào)制器的多階段噪聲整形n-l-l調(diào)制 器較為明顯的優(yōu)點(diǎn)在于降低系數(shù)不相配(Coefficient mismatch)的現(xiàn)象，這是因 為大部分噪聲會(huì)在內(nèi)部被輕易地消除。ZA調(diào)制器702、第一加法器704、第
二加法器706、與第一 D觸發(fā)器708用來(lái)產(chǎn)生量化誤差e^(如圖10所示的量
化誤差e"[n])。 2A調(diào)制器702接收信號(hào)F，并且輸出信號(hào)17-AS。除法器712
接收信號(hào)2^與信號(hào)M + F 。第二 D觸發(fā)器710與除法器712用來(lái)產(chǎn)生方程式
(20沖所示的項(xiàng)(^ + 。。最后，補(bǔ)償誤差ec度W會(huì)被輸出至第一加法器104。 本發(fā)明在時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器1022上使用了特別的技術(shù)，例如錯(cuò)誤防止 方法(error protection method)。在此技術(shù)中，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器1022的輸出信號(hào) TDC會(huì)被另外加上一個(gè)誤差保護(hù)碼(Error protection code),以提高輸出信號(hào) TDC的精確度。假設(shè)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器1022的輸入信號(hào)包含數(shù)據(jù)信號(hào) D
與循環(huán)信號(hào)c [O,-l)]，其中數(shù)據(jù)信號(hào)D
包含r個(gè)比特， 信號(hào)C
包含附個(gè)比特，且附為正整數(shù)。在本發(fā)明一實(shí)施方式中，正 整數(shù)w的值為5，因此循環(huán)信號(hào)C包含5個(gè)比特，且數(shù)據(jù)信號(hào)D包含32個(gè)比 特。簡(jiǎn)單地說(shuō)，誤差保護(hù)碼""-FWe"可經(jīng)由對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)D的最后一比特與循 環(huán)信號(hào)C的第一比特執(zhí)行互斥或(Exclusive-or)邏輯運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此誤差保
護(hù)碼e" — F^e"可以表示為
err _ "謝=義Oi (D[2"1 -1], C[O]) (21)。
在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器1022的輸出信號(hào) roc[o:2(w-i)"]包含10個(gè)比特，且輸出信號(hào)roc[o:2^-1) + l]可表示為
TX)C
= (C[O : (m —1)] + e/r —* 2m + o申,O —1)] (22);
請(qǐng)注意，項(xiàng)^^^代表時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器1022的解碼信號(hào)，以表示數(shù)據(jù)信號(hào)D中所包含的比特0或比特1的數(shù)量。通過(guò)將誤差保護(hù)碼(或比特)加入 循環(huán)信號(hào)C，并通過(guò)將循環(huán)信號(hào)C提高^(guò)個(gè)比特(這是因?yàn)槌藬?shù)為"，也就是 將循環(huán)信號(hào)C乘以"或是將循環(huán)信號(hào)C左移w個(gè)比特)，可以將時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換 解碼器1022的輸出信號(hào)TDC的精確度大幅提高。
請(qǐng)參閱圖11、圖12、及圖13。圖11為實(shí)施圖8所示的環(huán)路增益校準(zhǔn)方 法時(shí)，圖1所示的相位頻率檢測(cè)器和循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊1021與圖1 所示的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器1022和第一加法器104的簡(jiǎn)易示意圖。圖12為 圖11所示的循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的概略示意圖。圖13為相關(guān)于圖11與圖 12的循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)程序的流程示意圖。
如圖11所示，相位頻率檢測(cè)器和循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊1021包含 復(fù)用器10211、相位頻率檢測(cè)器10212、邏輯單元10213、循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn) 換器10214、及時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)控制器10215。復(fù)用器10211用來(lái)接收?qǐng)D 1所示的參考信號(hào)REF與反饋信號(hào)FB。相位頻率檢測(cè)器10212接收來(lái)自復(fù)用 器10211的兩個(gè)輸出信號(hào)A與B，其中輸出信號(hào)A與B對(duì)應(yīng)于參考信號(hào)REF 或反饋信號(hào)FB。如關(guān)于圖l的描述，相位頻率檢測(cè)器10212還輸出頻率提升 信號(hào)Up與頻率降低信號(hào)Dn，以提高或降低第一加法器104的輸出信號(hào)TDC 的頻率。邏輯單元10213接收頻率提升信號(hào)Up與頻率降低信號(hào)Dn，并發(fā)出 啟動(dòng)信號(hào)St或停止信號(hào)Sp，以隨時(shí)啟動(dòng)或停止循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器10214 的運(yùn)作。邏輯單元10213還輸出符號(hào)信號(hào)L至?xí)r間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器1022。時(shí) 間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器1022輸出符號(hào)信號(hào)S與預(yù)測(cè)信號(hào)TDC_pre。本發(fā)明一實(shí)施 方式中，符號(hào)信號(hào)S是根據(jù)符號(hào)信號(hào)L所產(chǎn)生，并且預(yù)測(cè)信號(hào)TDC_pre包含 反饋信號(hào)FB的信息。循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器10214還產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)D與循 環(huán)信號(hào)C，其中數(shù)據(jù)信號(hào)D對(duì)應(yīng)于循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器10214內(nèi)部的D觸 發(fā)器，且循環(huán)信號(hào)C對(duì)應(yīng)于循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器10214內(nèi)部所使用的循環(huán)。 時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)控制器10215根據(jù)輸出信號(hào)TDC產(chǎn)生經(jīng)過(guò)計(jì)算的偏移信 號(hào)Offs，并產(chǎn)生碼變化量^。本發(fā)明一實(shí)施方式中，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)控制器10215可以使用偏移信號(hào)Offs來(lái)控制復(fù)用器10211接收參考信號(hào)與反饋 信號(hào)其中之一。
如圖12所示，循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器10214包含循環(huán)模塊102146與數(shù) 據(jù)模塊102148。相對(duì)于循環(huán)模塊102146與數(shù)據(jù)模塊102148，循環(huán)式時(shí)間數(shù) 字轉(zhuǎn)換器10214還可被視為循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊。循環(huán)模塊102146包 含雙重邊緣檢測(cè)器(Double-edge detector) 102141與計(jì)數(shù)器，例如圖12所示的N 比特遞增計(jì)數(shù)器(N-bitup counter)102142。循環(huán)模塊102146產(chǎn)生時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換 器模塊102中的循環(huán)信號(hào)C。數(shù)據(jù)模塊102148包含第一D觸發(fā)器數(shù)組102143、 第二D觸發(fā)器數(shù)組102144、與循環(huán)緩沖數(shù)組(Cyclic buffer array)102145。數(shù)據(jù) 模塊102148產(chǎn)生時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊102中的數(shù)據(jù)信號(hào)D。雙重邊緣檢測(cè)器 102141接收數(shù)據(jù)模塊102148中的觸發(fā)信號(hào)Trig+與Trig-，以檢測(cè)上升邊緣 (Rising edge)與下降邊緣(Falling edge)。雙重邊緣檢測(cè)器102141從數(shù)據(jù)模塊 102148接收到觸發(fā)信號(hào)Trig+或Trig-。每當(dāng)觸發(fā)信號(hào)Trig+或Trig-至少之一的 上升觸發(fā)邊緣或下降觸發(fā)邊緣被接收時(shí)，會(huì)輸出信號(hào)Incr，以使N比特遞增 計(jì)數(shù)器102142的計(jì)數(shù)遞增。每當(dāng)N比特遞增計(jì)數(shù)器102142的計(jì)數(shù)超過(guò)預(yù)定 數(shù)值時(shí)，將會(huì)啟動(dòng)N比特遞增計(jì)數(shù)器102142之中開始的新循環(huán)，并結(jié)束N 比特遞增計(jì)數(shù)器102142的舊循環(huán)。N比特遞增計(jì)數(shù)器102142的重置接口接 收信號(hào)stopb。此時(shí)，記錄N比特遞增計(jì)數(shù)器102142的當(dāng)前循環(huán)的數(shù)目會(huì)以 循環(huán)信號(hào)C的形式被輸出。在本發(fā)明一實(shí)施方式中，循環(huán)信號(hào)C中的比特?cái)?shù) 為5，循環(huán)信號(hào)C表示為C
。第一D觸發(fā)器數(shù)組102143、第二 D觸發(fā)器 數(shù)組102144、與循環(huán)緩沖數(shù)組102145共同形成循環(huán)架構(gòu)。請(qǐng)注意，循環(huán)緩沖 數(shù)組102145包含多個(gè)串聯(lián)的延遲線緩沖器(Delay line buffer)Binv，且多個(gè)延 遲線緩沖器Binv中第一個(gè)延遲線緩沖器的輸入端與最后一個(gè)延遲線緩沖器的 輸出端相互連接。在本發(fā)明一實(shí)施方式中，多個(gè)延遲線緩沖器Binv的數(shù)目為 32，也就是如圖12所示的多個(gè)延遲線緩沖器BinvO、Binvl、Birw2、...、Binvl5、 Binvl6、…、Binv29、 Binv30、 Binv31，且多個(gè)延遲線緩沖器Binv可使用反向器或適合實(shí)施延遲線抽頭(Delay line tap)的其它邏輯單元來(lái)實(shí)施。第一 D觸 發(fā)器數(shù)組102143與多個(gè)延遲線緩沖器Bhw的前半段共同運(yùn)作，且第二 D觸 發(fā)器數(shù)組102144與多個(gè)延遲線緩沖器Binv的后半段共同運(yùn)作。當(dāng)多個(gè)延遲 線緩沖器Biiw的數(shù)目為32個(gè)時(shí)，第一 D觸發(fā)器數(shù)組102143輸出數(shù)據(jù)信號(hào)D 的前半16個(gè)比特，且第二 D觸發(fā)器數(shù)組102144輸出數(shù)據(jù)信號(hào)D的后半16 個(gè)比特。圖12中，數(shù)據(jù)信號(hào)D的前半16個(gè)比特表示為D
，數(shù)據(jù)信號(hào) D的后半16個(gè)比特表示為D[":31]。本發(fā)明一實(shí)施方式中，雙重邊緣檢測(cè)器 102141的正輸入端耦接于多個(gè)延遲線緩沖器中最前延遲線緩沖器的負(fù)輸入 端，并耦接于最后延遲線緩沖器的正輸出端，以接收第一觸發(fā)信號(hào)；雙重邊 緣檢測(cè)器的負(fù)輸入端耦接于最前延遲線緩沖器的正輸入端，并耦接于最后延 遲線緩沖器的負(fù)輸出端，以接收第二觸發(fā)信號(hào)。請(qǐng)注意，本實(shí)施方式N比特 遞增計(jì)數(shù)器僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而并非限制本發(fā)明。在本發(fā)明其它實(shí)施方式 中還可使用其它類型的計(jì)數(shù)器，這也不脫離本發(fā)明所保護(hù)的范圍。
圖13描述循環(huán)式時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器10214所使用的校準(zhǔn)程序，且校準(zhǔn)程序 用來(lái)校準(zhǔn)上述全數(shù)字鎖相環(huán)100或200的環(huán)路增益。
如圖13所示，在步驟1302中，執(zhí)行偏移校準(zhǔn)程序，以用來(lái)通過(guò)直接操 作復(fù)用器10211來(lái)指定輸入信號(hào)A與B為參考信號(hào)REF。再者，來(lái)自時(shí)間數(shù) 字轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)控制器10215的偏移信號(hào)Offs也被指定為時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器 1022的預(yù)測(cè)信號(hào)TDC_pre。請(qǐng)注意，預(yù)測(cè)信號(hào)TDC_pre包含反饋信號(hào)FB的 信息，使得輸出信號(hào)TDC中所包含的預(yù)測(cè)誤差可以通過(guò)第一加法器104的運(yùn) 作而事先被補(bǔ)償。此時(shí)，輸出信號(hào)TDC的值應(yīng)為邏輯0，且此時(shí)偏移校準(zhǔn)程 序已完成。
在步驟1304中，實(shí)施正規(guī)化(Normalization)程序，且正規(guī)化程序的實(shí)施 是通過(guò)保持輸入信號(hào)A與參考信號(hào)REF相同，并將輸入信號(hào)B重新指定為反 向參考信號(hào)REFB所完成，即填充條狀標(biāo)示(padabar)，以指示反相參考信號(hào) REFB。此時(shí)，上述的分?jǐn)?shù)碼變化量^由時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器校準(zhǔn)控制器10215所產(chǎn)生，并以時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器預(yù)測(cè)偏移信號(hào)TD(^pre-Offs的形式來(lái)表示，以 在環(huán)路增益校準(zhǔn)程序中實(shí)現(xiàn)全數(shù)字鎖相環(huán)100或200的正規(guī)化。
步驟1306表示全數(shù)字鎖相環(huán)100或200的正常運(yùn)作程序。此時(shí)，輸入信 號(hào)A仍然被保持與參考信號(hào)REF相同，且輸入信號(hào)B被重新指定為與反饋信 號(hào)FB相同，以在下一個(gè)延遲中測(cè)量數(shù)控振蕩器和S A調(diào)制器模塊110所產(chǎn)生 的新輸出信號(hào)的特性。
通過(guò)以全數(shù)字鎖相環(huán)中的頻寬與參考頻率、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器增益、數(shù)控 振蕩器增益、分頻器的除數(shù)、及放大器的增益來(lái)定義全數(shù)字鎖相環(huán)的比例式 路徑增益，放大器的增益可得到適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以使得全數(shù)字鎖相環(huán)中最佳環(huán) 路頻寬可得到精確地調(diào)整。通過(guò)達(dá)成全數(shù)字鎖相環(huán)的完全數(shù)字化，可進(jìn)一步 的以數(shù)字方式調(diào)整時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器與數(shù)控振蕩器的增益。
通過(guò)本發(fā)明所揭示的全數(shù)字鎖相環(huán)、以及其它相關(guān)的組件與方法，因?yàn)?全數(shù)字鎖相環(huán)所使用的所有組件與操作皆已被數(shù)字化，所以避免了使用現(xiàn)有 技術(shù)模擬鎖相環(huán)的缺點(diǎn)。除此以外，通過(guò)用于全數(shù)字鎖相環(huán)的上述所揭示的 高精確度環(huán)路增益校準(zhǔn)方法，所擷取的全數(shù)字鎖相環(huán)的可用頻寬將會(huì)因?yàn)槿?通響應(yīng)的應(yīng)用而被大幅度增加。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等 變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1. 一種誤差補(bǔ)償方法，用于全數(shù)字鎖相環(huán)，該誤差補(bǔ)償方法包含決定補(bǔ)償誤差；及加入所述的補(bǔ)償誤差，以補(bǔ)償所述的全數(shù)字鎖相環(huán)中的誤差。
2. 如權(quán)利要求1所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的決定補(bǔ)償誤 差包含-決定量化誤差；決定碼變化量，該碼變化量對(duì)應(yīng)于該全數(shù)字鎖相環(huán)中時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的 增益。
3. 如權(quán)利要求2所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的決定補(bǔ)償誤 差還包含根據(jù)該量化誤差、該碼變化量、分頻器的除數(shù)、與該量化誤差相關(guān)的分 數(shù)、或上述條件的組合，決定該補(bǔ)償誤差。
4. 如權(quán)利要求2所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的加入補(bǔ)償誤 差，以補(bǔ)償該全數(shù)字鎖相環(huán)中的該誤差包含-將該補(bǔ)償誤差加入包含該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊的輸出 信號(hào)，以補(bǔ)償該全數(shù)字鎖相環(huán)中的該誤差。
5. 如權(quán)利要求3所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的誤差補(bǔ)償方 法另包含使用包含所述的分頻器的反饋路徑模塊，以產(chǎn)生所述的除數(shù)；及 使用包含數(shù)字低通濾波器的數(shù)字宏模塊，以產(chǎn)生所述的碼變化量。
6. 如權(quán)利要求3所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的根據(jù)該量化 誤差、該碼變化量、該分頻器的該除數(shù)、與該量化誤差相關(guān)的該分?jǐn)?shù)、或上 述條件的組合，決定該補(bǔ)償誤差包含根據(jù)下式?jīng)Q定該補(bǔ)償誤差其中e^c[W指該補(bǔ)償誤差；^["]指該量化誤差；^指該碼變化量；M指該分頻器的該除數(shù)；且,指與該量化誤差相關(guān)的該分?jǐn)?shù)。
7. —種誤差補(bǔ)償方法，用于全數(shù)字鎖相環(huán)，該誤差補(bǔ)償方法包含-決定量化誤差；決定時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益； 決定數(shù)控振蕩器的周期；根據(jù)該量化誤差、該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該增益、該數(shù)控振蕩器的該周期、或上述條件的組合，決定補(bǔ)償誤差；及當(dāng)補(bǔ)償該全數(shù)字鎖相環(huán)中的誤差時(shí)，使用該補(bǔ)償誤差與輸出信號(hào)的和，其中該輸出信號(hào)為包含該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊的輸出信 號(hào)。
8. 如權(quán)利要求7所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的根據(jù)該量化 誤差、該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該增益、該數(shù)控振蕩器的該周期、或上述條件的 組合，決定該補(bǔ)償誤差包含-根據(jù)下式?jīng)Q定該補(bǔ)償誤差-"=。 2"C賃其中e^m指該補(bǔ)償誤差；e"M指該量化誤差；^c。指該數(shù)控振蕩器的該周期；nx:指該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該增益。
9. 如權(quán)利要求7所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，決定所述的時(shí)間數(shù) 字轉(zhuǎn)換器的所述的增益包含根據(jù)下式?jīng)Q定該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該增益其中7YX:指該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該增益；^e/指該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊所接收的參考信號(hào)的參考周期；^e/指該參考信號(hào)的參考頻率；且^'指對(duì)應(yīng)于該參考周期^eZ的半周期的碼變化量。
10. 如權(quán)利要求7所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，決定所述的數(shù)控 振蕩器的所述的周期包含根據(jù)下式?jīng)Q定該數(shù)控振蕩器的該周期<formula>formula see original document page 4</formula>其中^c。指該數(shù)控振蕩器的該周期；指該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊所接收的參考信號(hào)的參考頻率；M指該分頻器所使用的除數(shù)；且^指與該量化誤差 相關(guān)的分?jǐn)?shù)。
11. 如權(quán)利要求7所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，決定所述的時(shí)間數(shù) 字轉(zhuǎn)換器的所述的增益包含根據(jù)下式?jīng)Q定該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該增益，其中rDC指該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該增益；^e/指該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊所接收的參考信號(hào)的參考周期；^^指該參考信號(hào)的參考頻率；且W'指對(duì)應(yīng)于 該參考周期77^的半周期的碼變化量，其中決定該數(shù)控振蕩器的該周期包含根據(jù)下式?jīng)Q定該數(shù)控振蕩器的該周期<formula>formula see original document page 4</formula>其中^c。指該數(shù)控振蕩器的該周期；Af指分頻器所使用的除數(shù)；且,指與該量化誤差相關(guān)的分?jǐn)?shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，所述的根據(jù)該量化誤差、該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該增益、該數(shù)控振蕩器的該周期、或上述條件的組合，決定該補(bǔ)償誤差包含根據(jù)下式?jīng)Q定該補(bǔ)償誤差 m ^ f ， 2.認(rèn)^ ^(Af + F)， 其中ec^m指該補(bǔ)償誤差；e^M為該量化誤差。
13. —種數(shù)字相位誤差消除模塊，用來(lái)補(bǔ)償全數(shù)字鎖相環(huán)的誤差，該數(shù)字 相位誤差消除模塊包含2 A調(diào)制器；第一加法器，該第一加法器的正輸入端耦接于該2 A調(diào)制器的輸入端， 且該第一加法器的負(fù)輸入端耦接于該2 A調(diào)制器的輸出端；第二加法器，該第二加法器的正輸入端耦接于該第一加法器的輸出端；及第一 D觸發(fā)器，該第一 D觸發(fā)器的輸入端耦接于該第二加法器的輸出端， 且該第一 D觸發(fā)器的輸出端耦接于該第二加法器的負(fù)輸入端， 其中該數(shù)字相位誤差消除模塊設(shè)置于該全數(shù)字鎖相環(huán)內(nèi)。
14. 如權(quán)利要求13所述的數(shù)字相位誤差消除模塊，其特征在于，所述的數(shù) 字相位誤差消除模塊另包含乘法器，該乘法器的第一輸入端耦接于該第一D觸發(fā)器的輸出端； 除法器；第二D觸發(fā)器，該第二D觸發(fā)器的輸入端耦接于該除法器的輸出端，且 該第二D觸發(fā)器的輸出端耦接于該乘法器的第二輸入端；及D觸發(fā)器和截?cái)嗄K，該D觸發(fā)器和截?cái)嗄K的輸入端耦接于該乘法器 的輸出端。
15. 如權(quán)利要求13所述的數(shù)字相位誤差消除模塊，其特征在于，由所述的 SA調(diào)制器、所述的第一加法器、所述的第二加法器、及所述的第一D觸發(fā)器產(chǎn)生量化誤差，且所述的量化誤差于所述的第一D觸發(fā)器的輸出端所輸出。
16. 如權(quán)利要求14所述的數(shù)字相位誤差消除模塊，其特征在于，所述的除 法器與所述的第二 D觸發(fā)器二者產(chǎn)生一項(xiàng)，該項(xiàng)代表由該全數(shù)字鎖相環(huán)的數(shù) 控振蕩器的周期除以該全數(shù)字鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益的商。
17. 如權(quán)利要求16所述的數(shù)字相位誤差消除模塊，其特征在于，所述的代 表由該全數(shù)字鎖相環(huán)的該數(shù)控振蕩器的該周期除以該全數(shù)字鎖相環(huán)的該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該增益的商的該項(xiàng)被轉(zhuǎn)換為("+ ,)，其中^指對(duì)應(yīng)于該全數(shù)字 鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊所接收的參考周期的半周期的碼變化量，且該 時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊包含該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器；^指該分頻器所使用的除數(shù)； 且^指與量化誤差相關(guān)的分?jǐn)?shù)，其中該量化誤差由該第一 D觸發(fā)器的該輸出 端所輸出。
18. 如權(quán)利要求14所述的數(shù)字相位誤差消除模塊，其特征在于， 其中由該2A調(diào)制器、該第一加法器、該第二加法器、與該第一D觸發(fā)產(chǎn)生量化誤差，且該量化誤差在該第一D觸發(fā)器的該輸出端所輸出，其中該除法器與該第二 D觸發(fā)器二者產(chǎn)生一項(xiàng)，該項(xiàng)代表由該全數(shù)字鎖 相環(huán)的數(shù)控振蕩器的周期除以該全數(shù)字鎖相環(huán)所包含的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增 益的商。
19. 如權(quán)利要求18所述的數(shù)字相位誤差消除模塊，其特征在于，所述的代 表由該全數(shù)字鎖相環(huán)的該數(shù)控振蕩器的該周期除以該全數(shù)字鎖相環(huán)的該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該增益的商的該項(xiàng)被轉(zhuǎn)換為(M + F),其中^指對(duì)應(yīng)于該全數(shù)字 鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊所接收的參考周期的半周期的碼變化量，且該 時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊包含該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器；^指該分頻器所使用的除數(shù)； 且^指與該量化誤差相關(guān)的分?jǐn)?shù)，其中該數(shù)字相位誤差消除模塊所產(chǎn)生出的該補(bǔ)償誤差由下式所表示其中ecrocm指該補(bǔ)償誤差；e^M指該量化誤差。
20. 如權(quán)利要求13所述的數(shù)字相位誤差消除模塊，其特征在于，所述的2 △調(diào)制器以多階段噪聲整形1-1-1調(diào)制器所實(shí)施。
21. —種全數(shù)字鎖相環(huán)，具有誤差補(bǔ)償，該全數(shù)字鎖相環(huán)包含數(shù)字宏模塊， 該數(shù)字宏模塊包含2 △調(diào)制器補(bǔ)償模塊，該2 △調(diào)制器補(bǔ)償模塊包含數(shù)字相 位誤差消除模塊，該數(shù)字相位誤差消除模塊包含2: A調(diào)制器、第一加法器、 第二加法器及第一 D觸發(fā)器該第一加法器的正輸入端耦接于該2: A調(diào)制器的輸入端，且該第一加法器的負(fù)輸入端耦接于該S A調(diào)制器的輸出端；該第二加法器的正輸入端耦接于該第一加法器的輸出端；及該第一 D觸發(fā)器的輸入端耦接于該第二加法器的輸出端，且該第一 D觸發(fā)器的輸出端耦接于該第二加法器的負(fù)輸入端。
22. 如權(quán)利要求21所述的全數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于，所述的數(shù)字相位誤差消除模塊另包含乘法器，該乘法器的第一輸入端耦接于該第一D觸發(fā)器的輸出端；除法器；第二D觸發(fā)器，該第二D觸發(fā)器的輸入端耦接于該除法器的輸出端，且 該第二D觸發(fā)器的輸出端耦接于該乘法器的第二輸入端；及D觸發(fā)器和截?cái)嗄K，該D觸發(fā)器和截?cái)嗄K的輸入端耦接于該乘法器 的輸出端。
23. 如權(quán)利要求22所述的全數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于， 其中由該2A調(diào)制器、該第一加法器、該第二加法器、及該第一D觸發(fā)器產(chǎn)生量化誤差，且該量化誤差在該第一 D觸發(fā)器的該輸出端輸出，其中該除法器與該第二 D觸發(fā)器二者產(chǎn)生一項(xiàng)，該項(xiàng)代表由該全數(shù)字鎖相環(huán)的數(shù)控振蕩器的周期除以該全數(shù)字鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的增益的 商。
24. 如權(quán)利要求23所述的全數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于，代表由該全數(shù)字鎖 相環(huán)的該數(shù)控振蕩器的該周期除以該全數(shù)字鎖相環(huán)的該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該增益的商的該項(xiàng)被轉(zhuǎn)換為(M + F)，其中^指對(duì)應(yīng)于該全數(shù)字鎖相環(huán)的時(shí)間數(shù) 字轉(zhuǎn)換器模塊所接收的參考周期的半周期的碼變化量，且該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊包含該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器；^指該分頻器所使用的除數(shù)；且^指與該量化 誤差相關(guān)的分?jǐn)?shù)，其中該數(shù)字相位誤差消除模塊所產(chǎn)生出的該補(bǔ)償誤差由下式所表示 其中ec^[W指該補(bǔ)償誤差；e"M指該量化誤差。
25. 如權(quán)利要求21所述的全數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于，所述的2A調(diào)制器以多階段噪聲整形1-1-1調(diào)制器所實(shí)施。
26. 如權(quán)利要求23所述的全數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于，所述的全數(shù)字鎖相環(huán)另包含數(shù)字環(huán)路濾波器，該數(shù)字環(huán)路濾波器包含比例式路徑模塊，該比例式路 徑模塊用來(lái)追蹤與來(lái)自包含該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊的輸出 信號(hào)相關(guān)的相位變化；及數(shù)控振蕩器模塊，包含該數(shù)控振蕩器，并且該數(shù)控振蕩器模塊用來(lái)追蹤 來(lái)自該數(shù)字環(huán)路濾波器中的整數(shù)信號(hào)，其中該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊接收來(lái)自該數(shù)控振蕩器模塊的輸出信號(hào)的反 饋信號(hào)，且該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器模塊另包含相位頻率檢測(cè)器及邏輯單元該相位頻率檢測(cè)器，用來(lái)接收對(duì)應(yīng)于參考信號(hào)或該反饋信號(hào)的二輸入信 號(hào)，并用來(lái)輸出頻率提升信號(hào)與頻率降低信號(hào)；及該邏輯單元，用來(lái)接收該頻率提升信號(hào)與該頻率降低信號(hào)，并用來(lái)發(fā)出 啟動(dòng)信號(hào)或停止信號(hào)，其中該時(shí)間數(shù)字控制器用來(lái)接收該啟動(dòng)信號(hào)或該停止信號(hào)，并用來(lái)產(chǎn)生 循環(huán)信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)。
27.如權(quán)利要求26所述的全數(shù)字鎖相環(huán)，其特征在于，所述的全數(shù)字鎖相 環(huán)另包含-時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器，用來(lái)接收該循環(huán)信號(hào)與該數(shù)據(jù)信號(hào)，并用來(lái)產(chǎn)生 預(yù)測(cè)信號(hào)；及加法器，用來(lái)根據(jù)該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器所輸出的該預(yù)測(cè)信號(hào)與時(shí)間數(shù) 字轉(zhuǎn)換校準(zhǔn)控制器所輸出的偏移信號(hào)來(lái)產(chǎn)生輸出信號(hào)，并將該輸出信號(hào)輸入 該數(shù)字環(huán)路濾波器，其中該頻率提升信號(hào)用來(lái)提高該加法器的該輸出信號(hào)的頻率，該頻率降 低信號(hào)用來(lái)降低該加法器的該輸出信號(hào)的頻率，該啟動(dòng)信號(hào)用來(lái)啟動(dòng)該時(shí)間 數(shù)字轉(zhuǎn)換器，且該停止信號(hào)用來(lái)停止該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其中該數(shù)據(jù)信號(hào)來(lái)自于該時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換解碼器，對(duì)該數(shù)據(jù)信號(hào)的第一預(yù) 定比特與該循環(huán)信號(hào)的第二預(yù)定比特實(shí)施互斥或邏輯運(yùn)算，以產(chǎn)生誤差保護(hù) 碼；且通過(guò)將該誤差保護(hù)碼加入該循環(huán)信號(hào)并將該循環(huán)信號(hào)位移預(yù)定數(shù)目的 比特?cái)?shù)，該循環(huán)信號(hào)中的誤差被修正。
全文摘要
本發(fā)明涉及誤差補(bǔ)償方法、數(shù)字相位誤差消除模塊與全數(shù)字鎖相環(huán)。一種誤差補(bǔ)償方法，用于全數(shù)字鎖相環(huán)，誤差補(bǔ)償方法包含決定補(bǔ)償誤差；及加入補(bǔ)償誤差，以補(bǔ)償全數(shù)字鎖相環(huán)中的誤差。上述誤差補(bǔ)償方法達(dá)到減少全數(shù)字鎖相環(huán)中的誤差的效果。
文檔編號(hào)H03D13/00GK101414823SQ20081016998
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月16日
發(fā)明者張湘輝, 詹景宏, 謝秉諭 申請(qǐng)人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司