專利名稱：鎖相回路電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要是關(guān)于 一種鎖相回路(Phase-Locked Loop, PLL)電路， 特別是有關(guān)于 一 種電荷泵(charge pump)鎖相回^各電路。
背景技術(shù)：
鎖相回路電路用于產(chǎn)生或合成具有與輸入信號相關(guān)的同頻同相 (constant phase and frequency)的周期輸出信號。鎖相回^各電3各廣泛地 應(yīng)用于多種測量類型、微處理器及通訊應(yīng)用中。其中， 一種鎖相回路 類型為電荷泵鎖相回路電路。圖1是顯示傳統(tǒng)電荷泵鎖相回路電路IO,其包括相位檢測器(phase detector) 102、積分型(integral)電荷泵104、比例型(proportional)電荷泵 106及電壓控制振蕩器(Voltage Controlled Oscillator, VCO)108。相位 檢測器102將參考(reference)信號的相位^IN與由鎖相回路輸出時鐘的 反饋時鐘(feedback clock)信號的相位6 0UT進(jìn)行比較，以產(chǎn)生誤差信 號。上述誤差信號可為上升信號UP (當(dāng)0IN領(lǐng)先SouT)及下降信號DOWN (當(dāng)0QUT領(lǐng)先^n) 二者之一，其中，誤差信號顯示^n及6qut間的相位量差。積分型電荷泵104根據(jù)相位檢測器102的誤差信號的 累積，產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的電荷至電容器Cl,其中，電荷的記號顯示上升 或下降的方向。根據(jù)誤差信號為上升信號或是下降信號，電容器Cl 增加電荷或減少電荷。因此，電荷泵可作為積分器，用以累積電容凈 電荷(net charge)。同樣地，比例型電荷泵106根據(jù)相位檢測器102的 誤差信號的比例，另產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的電荷至電阻器Rl。另外，所謂"產(chǎn) 生電流(generating current)"可個別4艮據(jù)上升信號作為正電流，以增 加電荷；或者是根據(jù)下降信號作為負(fù)電流，以減少電荷。可經(jīng)由電壓 加法器112結(jié)合跨接于電容器Cl及電阻器Rl的電壓。經(jīng)由電壓加法 器112所結(jié)合的電壓可提供給電壓控制振蕩器108。電壓控制振蕩器108為產(chǎn)生周期輸出信號的裝置，上述周期輸出信號的頻率為電壓控 制振蕩器輸入電壓的函數(shù)。若輸出信號的頻率為輸入信號頻率的分?jǐn)?shù)及倍數(shù)二者之一，分?jǐn)?shù)式反饋除法器(fractional feedback divider)110 可設(shè)置于反饋路徑。設(shè)計(jì)電荷泵鎖相回路的問題之一為穩(wěn)定度。當(dāng)電容值(capacitance) 增加時，電荷泵鎖相回路電路的穩(wěn)定性同樣地增加。故要盡可能的增 大于積分型電荷泵路徑的電容值，但是，要增大電容值以滿足前述條 件，通常會導(dǎo)致成本的增加。發(fā)明內(nèi)容傳統(tǒng)鎖相回路電路為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，采用增加積分型電荷泵路 徑的電容的方法，但這種做法通常會導(dǎo)致成本的增加。有鑒于此，本 發(fā)明提供一種鎖相回路電路。一種鎖相回路電路包括相位檢測器、比例型電荷泵、取樣器、積 分型電荷泵以及電壓控制振蕩器。相位檢測器接收參考信號及第一時 鐘信號，并根據(jù)參考信號及第一時鐘信號間的相位差，產(chǎn)生相位誤差 信息。比例型電荷泵，耦接于相位檢測器，根據(jù)相位誤差信息產(chǎn)生第 一電壓。取樣器根據(jù)取樣系數(shù)(decimation factor)產(chǎn)生相位誤差信息的 取樣信號。積分型電荷泵根據(jù)相位誤差信息的取樣信號產(chǎn)生第二電壓， 以及電壓控制振蕩器根據(jù)第一電壓及第二電壓的結(jié)合產(chǎn)生第二時鐘信號。本發(fā)明也揭露另 一種鎖相回^各電^各。上述鎖相回路電路包括第一 及第二取樣器、第一及第二相位檢測器、比例型電荷泵、積分型電荷 泵以及一電壓控制振蕩器。第一取樣器接收參考信號，由第一取樣系 數(shù)產(chǎn)生參考信號的第一取樣信號。第二取樣器接收第一時鐘信號，由 第二取樣系數(shù)產(chǎn)生第 一 時鐘信號的第二取樣信號。第 一相位檢測器接 收第一取樣信號及第二取樣信號，并根據(jù)第一取樣信號及第二取樣信 號之間的相位差，產(chǎn)生第一相位誤差信息。第二相位檢測器接收參考 信號及第一時鐘信號，并根據(jù)參考信號及第一時鐘信號之間的相位差， 產(chǎn)生第二相位誤差信息。比例型電荷泵，根據(jù)第二相位誤差信息產(chǎn)生 第一電壓。積分型電荷泵，根據(jù)第一相位誤差信息產(chǎn)生第二電壓，以及電壓控制振蕩器根據(jù)第 一 電壓及第二電壓的結(jié)合產(chǎn)生第二時鐘信 號。
本發(fā)明提供的鎖相回路電路通過采用取樣器，可使積分型電荷泵 路徑的電容倍增，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且避免了傳統(tǒng)工藝于積分 型電荷泵路徑采用較大電容的作法，從而節(jié)約了系統(tǒng)的硬件空間，亦 節(jié)省了制造成本。


圖1是顯示傳統(tǒng)電荷泵鎖相回^各電^各。
圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的鎖相回路電^各。 圖3是顯示參考信號、第一時鐘信號、上升信號及下降信號的時 序圖。
圖4是顯示參考信號、第一時鐘信號、上升信號及下降信號的另 一時序圖。
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的另一鎖相回路電路。
具體實(shí)施例方式
在說明書及后續(xù)的權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的 組件。所屬領(lǐng)域中具有通常知識者應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不 同的名詞來稱呼同 一個組件。本說明書及后續(xù)的權(quán)利要求書并不以名 稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為 區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說明書及后續(xù)的請求項(xiàng)當(dāng)中所提及的"包含"系為 一開放式的用語，故應(yīng)解釋成"包含但不限定于"。"耦接"一詞在此系 包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置 耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置， 或透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。說明書后 續(xù)描述為實(shí)施本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，然該描述乃以說明本發(fā)明的—一 般原則為目的，并非用以限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視 所附的申請專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一 較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下圖2是顯示鎖相回路電路20,包括相位4企測器202、比例型電荷 泵210、取樣器(decimator)204、積分型電荷泵206及電壓控制振蕩器 208。相位檢測器202接收一第一時鐘信號，并根據(jù)參考信號和第一時 鐘信號之間的相位差取得相位誤差信息(phase error information)。為得 到較好的回路性能，于其它實(shí)施例中相位檢測器202可作為相位/頻率 檢測器。經(jīng)由取樣系數(shù)N，取樣器204產(chǎn)生相位誤差信息的取樣信號 (decimated version)。取樣器的功能顯示于圖3及圖4。比例型電荷泵 210耦接相位;險(xiǎn)測器202， ^f艮據(jù)相位誤差信息產(chǎn)生第一電壓。積分型電 荷泵206根據(jù)相位誤差信息的取樣信號，產(chǎn)生第二電壓。電壓控制振 蕩器208根據(jù)第一及第二電壓的結(jié)合，產(chǎn)生第二時鐘信號。為擴(kuò)展鎖 相回路電路的操作范圍，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，電壓控制振蕩器 208可耦接于將第二時鐘信號頻率除上系數(shù)M的分頻器212,以產(chǎn)生 一分頻信號，作為第一時鐘信號。在本發(fā)明的另外一些實(shí)施例中，第 二時鐘信號可與第一時鐘信號相同。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，如圖1所示的電容器Cl可規(guī)劃于積 分電路中，因此，內(nèi)回路(inner loop)的機(jī)制可達(dá)成鎖相回路所有的操 作頻率所要求的穩(wěn)定性。若電容器為積分型電路的外接(external)組件， 電容器可依性能設(shè)計(jì)(盡可能大到足以滿足穩(wěn)定度的要求為目的)， 但是若電容器規(guī)劃于積分型電路中，可利用電容器的電容值作限定。
于上述規(guī)劃中，使用取樣器204可以達(dá)成電容值倍增(capacitance multiplication)的目的。電容值倍增是一 電^各特性，其特性為4吏所表現(xiàn) 的電容值大過于電路組件的實(shí)際電容值。通過積分型電荷泵206取樣 電荷N次(N的取值為正整數(shù))，電容器Cl之電容值可等效為N倍。 例如，若電容器Cl (如圖1所示)可帶W個電荷及上升信號帶W/N 個電荷至電容器Cl,因此電容器C1 (如圖1所示)具有上升信號所帶 電荷的N倍。于本實(shí)施例中，取樣器204 (如圖2所示)僅需流入原 來電荷數(shù)量的1/N至圖2中的電容器Cl (圖2中未示)，因此，相應(yīng) 提高了圖2之電容器Cl的容量。需要注意的是，此處所述電容器C1 亦可由其它電容性組件或結(jié)構(gòu)來代替。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，相位誤差信息包括上升信號及下降信 號，兩種信號分別具有表現(xiàn)第一時鐘信號領(lǐng)先或落后參考信號的脈沖
8序列。圖3是顯示參考信號、第一時鐘信號、上升信號及下降信號的
時序圖(timing chart)。于前三個時鐘周期中，第一時鐘信號領(lǐng)先參考 信號，因此，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號在上升緣時，為上升信號脈沖。在時鐘 周期4， 5和6,第一時鐘信號落后參考信號，因此，下降信號有脈沖 在第一時鐘信號上升緣。取樣器在每N個脈沖輸出一個取樣上升信號 及一個取樣下降信號。在此實(shí)施例，取樣器接收二個脈沖后，輸出一 個脈沖，因此，上升信號在時鐘周期1及3的脈沖被忽略，僅留下上 升信號在時鐘周期2的脈沖。同樣地，下降信號在時鐘周期4及6的 脈沖被忽略，并且僅留下下降信號于時鐘周期5的脈沖。在本發(fā)明之 一觀念，取樣器為降低取樣器(down-sampler),以對上升及下降信號進(jìn) 行降低取樣。在本發(fā)明之另一觀念，取樣器可以是一屏蔽，用來排除 (block out)N-l個脈沖并留下一脈沖作為取樣相位誤差信息的取樣信
—，
根據(jù)本發(fā)明的另 一實(shí)施例，相位誤差信息為代表相位誤差數(shù)量的 數(shù)目。取樣器為除法器，將上述數(shù)目除上系數(shù)N數(shù)目，產(chǎn)生相位誤差 信息的取樣信號。
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的另一鎖相回路電路50。鎖相回 路電路50包括第一取樣器516及第二取樣器518、第一相位檢測器502 及第二相位檢測器512、比例型電荷泵510、積分型電荷泵504及電壓 控制振蕩器508。第一取樣器516接收參考信號，經(jīng)由取樣系數(shù)N產(chǎn) 生參考信號的取樣信號。第二取樣器518接收第一時鐘信號，經(jīng)由取 樣系數(shù)N，產(chǎn)生第一時鐘信號的取樣信號。第一相位檢測器502根據(jù) 參考信號的取樣信號及第一時鐘信號的取樣信號之間的相位差，取得 第一相位誤差信息。第二相位檢測器512接收第一時鐘信號，并根據(jù) 參考信號及第一時鐘信號間的相位差，取得第二相位誤差信息。為有 較好的回路執(zhí)行，第一相位檢測器502及第二相位4企測器512于其它 的實(shí)施例中，可作為相位/頻率檢測器。比例型電荷泵510根據(jù)第二相 位誤差信息，產(chǎn)生第一電壓。積分型電荷泵504根據(jù)第一相位誤差信 息，產(chǎn)生第二電壓。電壓控制振蕩器508,根據(jù)第一及第二電壓的結(jié) 合，產(chǎn)生第二時鐘信號。為提高鎖相回路電路的操作范圍，在本發(fā)明 的一些實(shí)施例中，電壓控制振蕩器508可耦接于將第二時鐘信號頻率
9除上系數(shù)M的一分頻器514,以產(chǎn)生一分頻信號，作為第一時鐘信號。 在本發(fā)明的另外一些實(shí)施例中，第二時鐘信號可與第一時鐘信號相同。
于一些實(shí)施例中，第二相位誤差信息包括上升信號及下降信號， 分別具有顯示第一時鐘信號領(lǐng)先或落后參考信號的脈沖序列(如圖4 所示)。第一取樣器516于每N個脈沖，輸出一個參考信號脈沖。同 樣地，第二取樣器518于每N脈沖，輸出一個第一時鐘信號脈沖。參 考信號的取樣脈沖及第 一時鐘信號的取樣脈沖應(yīng)盡量互相緊密地相 鄰。例如，第一時鐘信號的取樣脈沖保留時鐘周期1、 3及5的脈沖， 以及忽略時鐘周期2、 4及6的脈沖。因此，由第二取樣器518所產(chǎn)生 的參考信號的取樣脈沖必須保留參考信號的時鐘周期1、 3及5的脈沖 以及排除參考信號時鐘周期2、 4及6的脈沖。第一相位檢測器502 根據(jù)第 一 時鐘信號的取樣脈沖及參考信號的取樣脈沖，輸出取樣上升 信號及取樣下降信號。在本發(fā)明之一觀念，第一取樣器516及第二取 樣器518可作為降低取樣器，以對參考信號及第一時鐘信號進(jìn)行降低 取樣。在本發(fā)明之另一觀念，第一與第二取樣器可為屏蔽，用以排除 參考信號及第一時鐘信號的一部分。
本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范 圍，任何熟習(xí)此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做 些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求書所界 定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種鎖相回路電路，包括相位檢測器，接收參考信號及第一時鐘信號，并根據(jù)上述參考信號及上述第一時鐘信號之間的相位差，產(chǎn)生相位誤差信息；比例型電荷泵，耦接于上述相位檢測器，根據(jù)上述相位誤差信息產(chǎn)生第一電壓；取樣器，根據(jù)取樣系數(shù)產(chǎn)生上述相位誤差信息的取樣信號；積分型電荷泵，根據(jù)上述相位誤差信息的上述取樣信號產(chǎn)生第二電壓；以及電壓控制振蕩器，根據(jù)上述第一電壓及上述第二電壓的結(jié)合產(chǎn)生第二時鐘信號。
2. 如權(quán)利要求l所述的鎖相回路電路，其特征在于，上述相位 誤差信息是具有 一 脈沖序列的上升/下降信號及上述取樣器于上述 上升/下降信號的每N個脈沖，取樣上述上升/下降信號的脈沖。
3. 如權(quán)利要求2所述的鎖相回路電路，其特征在于，上述取樣 器為屏蔽器，用以保留一脈沖作為上述相位誤差信息的上述取樣信—g一
4. 如權(quán)利要求1所述的鎖相回^各電i 各，其特征在于，上述相位 誤差信息包括上升信號及下降信號，上述上升信號以及上述下降信 號分別具有一脈沖序列，用以分別代表上述第一時鐘信號領(lǐng)先以及 落后上述參考信號，并且上述取樣器每N個脈沖輸出上述上升信 號的 一 個脈沖及上述下降信號的 一 個脈沖。
5. 如權(quán)利要求l所述的鎖相回路電路，其特征在于，上述相位 誤差信息包含代表上述相位誤差數(shù)量的數(shù)目，及上述取樣器是將上 述數(shù)目除上上述取樣系數(shù)的除法器，用以產(chǎn)生上述相位誤差信息的 上述取樣信號。
6. 如權(quán)利要求1所述的鎖相回路電路，其特征在于，上述第一 時鐘信號與上述第二時鐘信號相同。
7. 如權(quán)利要求l所述的鎖相回路電路，其特征在于，上述鎖相回路電路更包括分頻器，上述分頻器耦接于上述電壓控制振蕩器， 用以將上述第二時鐘信號頻率除上系數(shù)M產(chǎn)生上述第 一 時鐘信號。
8. 如權(quán)利要求l所述的鎖相回路電路，其特征在于，上述相位 檢測器是相位/頻率檢測器。
9. 一種鎖相回路電^各，包括第 一 取樣器接收參考信號，根據(jù)第 一 取樣系數(shù)產(chǎn)生參考信號的 第一取樣信號；第二取樣器接收第 一 時鐘信號，根據(jù)第二取樣系數(shù)產(chǎn)生第 一 時鐘信號的第二取樣信號；第 一相位檢測器，接收上述第 一取樣信號及上述第二取樣信 號，并根據(jù)上述第 一取樣信號及上述第二取樣信號之間的相位差， 產(chǎn)生第一相位誤差信息；第二相位檢測器，接收上述參考信號及上述第一時鐘信號，并 根據(jù)上述參考信號及上述第 一 時鐘信號之間的相位差，產(chǎn)生第二相位i吳差4言息；比例型電荷泵，根據(jù)上述第二相位誤差信息產(chǎn)生第一電壓； 積分型電荷泵，根據(jù)上述第一相位誤差信息產(chǎn)生第二電壓；以及電壓控制振蕩器，根據(jù)上述第一電壓及上述第二電壓的結(jié)合產(chǎn) 生第二時鐘信號。
10. 如權(quán)利要求9所述的鎖相回路電路，其特征在于，上述第 一相位誤差信息包含脈沖序列的第一上升/下降信號，及上述第一 取樣器于上述第 一 上升/下降信號的每N個脈沖輸出上述第 一 上升/ 下降信號的 一個脈沖，以及上述第二相位誤差信息包含脈沖序列的 第二上升/下降信號及上述第二相位取樣器于上述第二上升/下降信 號的每N個脈沖輸出上述第二上升/下降信號的 一 個脈沖。
11. 如權(quán)利要求10所述的鎖相回路電路，其特征在于，上述第 一取樣器是第一屏蔽器，用以保留一個脈沖作為上述第一相位誤差 信息的上述第一取樣信號，且上述第二取樣器是第二屏蔽器，用以 保留 一 個脈沖作為上述第二相位誤差信息的上述第二取樣信號。
12. 如權(quán)利要求9所述的鎖相回路電路，其特征在于，上述相位誤差信息包括上升信號及下降信號，上述上升信號及上述下降信 號分別具有脈沖序列，分別用以代表上述第一時鐘信號領(lǐng)先及落后 上述參考信號，并且上述取樣器每N個脈沖輸出上述上升信號的 一個脈沖及上述下降信號的 一 個脈沖。
13. 如權(quán)利要求9所述的鎖相回路電路，其特征在于，上述鎖 相回路電路更包括分頻器，耦接于上述電壓控制振蕩器，用以將上 述第二時鐘信號頻率除上系數(shù)M產(chǎn)生上述第一時鐘信號。
14. 如權(quán)利要求9所述的鎖相回路電^各，其特征在于，上述相 位檢測器為相位/頻率檢測器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鎖相回路電路，包括相位檢測器、比例型電荷泵、取樣器、積分型電荷泵以及電壓控制振蕩器。相位檢測器接收參考信號及第一時鐘信號，并根據(jù)參考信號及第一時鐘信號間的相位差產(chǎn)生相位誤差信息。比例型電荷泵耦接于相位檢測器，根據(jù)相位誤差信息產(chǎn)生第一電壓。取樣器根據(jù)取樣系數(shù)產(chǎn)生相位誤差信息的取樣信號。積分型電荷泵根據(jù)相位誤差信息的取樣信號產(chǎn)生第二電壓，以及電壓控制振蕩器根據(jù)第一電壓及第二電壓之結(jié)合產(chǎn)生第二時鐘信號。利用本發(fā)明可使積分型電荷泵路徑的電容倍增，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，節(jié)約系統(tǒng)的硬件空間，亦節(jié)省了制造成本。
文檔編號H03L7/08GK101505150SQ200910000879
公開日2009年8月12日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月8日
發(fā)明者汪炳穎 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司