[发明专利]相位频率检测器

说明书

【技术领域】

本发明关于锁相环（phase lock loop，PLL）电路的有效使用，尤其关于一种相位频率检测器（phase frequency detector，PFD）。

【背景技术】

锁相环电路是提供给压控振荡器（voltage controlled oscillator，VCO）及相位/频率检测器的电子电路，该压控振荡器和相位/频率检测器产生一输出信号，该输出信号的相位与至该锁相环的一输入信号的相位有关。通常，锁相环试图藉由一反馈回路基于相位频率检测器的控制信号来调整压控振荡器的频率，以在输入信号相位与输出信号相位之间提供相位匹配（phase matching）。针对频率合成器（frequency synthesis），锁相环可通过追踪输入信号的频率提供解调制，或者锁相环可产生为输入信号的频率的倍数（multiple）的一频率。

锁相环电路应用于各种电子设备中，包括收音机、电脑、通信设备及其他电子应用如微处理器中。锁相环电路被广泛用于同步（synchronization）的目的。在数字无线通信系统（digital wireless communication system）应用中的锁相环电路用以提供本地振荡器（local oscillator），以用于在微处理器应用中发送（transmission）期间的上转换（up-conversion）及接收（reception）期间的下转换（down-conversion）。锁相环电路也可提供至分配（distributing）时钟脉冲（clock pulse）。

图1为一锁相环倍频电路（frequency multiple circuit）100的方块示意图。输入参考信号（频率参考输入）110用于相位频率检测器120的一第一输入。相位频率检测器120的一第二输入接收一计数器（counter）120的信号输出115。在平衡运作（balanced operation）中，输入参考信号110的频率与计数器输出115大致接近。相位频率检测器120提供一输出125至一回路滤波器（loop filter）130，该输出125的电压与相位频率检测器120两个信号输入（110，115）间的相位差成比例。回路滤波器130通常决定锁相环的动态特性并提供一控制信号135至压控振荡器140。理想上，压控振荡器140提供一输出145，其频率为频率参考输入的N倍，其在150作为锁相环的频率输出。N在此及后续说明书中定义为整数。压控振荡器输出145也提供至计数器120。

图2为另一锁相环电路200的方块示意图。在电路200中，一输入参考信号210提供至相位频率检测器220的一第一输入。相位频率检测器的一第二输入由计数器290的计数输出291提供。如图2，相位频率检测器220比较两个输入信号（210，291）并产生与两个输入信号（210，291）的相位差成比例的输出上升脉冲（up pulse）225以及输出下降脉冲（down pulse）226。输出脉冲（225，226）为提供至充电泵230的输入，并且作为充电泵的控制开关以调整流进或流出该充电泵的一电容器的电流，有效地导致电容器上的电压增加或降低，其中传递的电荷依赖于相位差。通常在锁相环设计中的充电泵以集成电路（integrated-circuit，IC）技术来构造，包括上拉（pull-up）晶体管、下拉（pull-down）晶体管及片上（on-chip）电容器。充电泵的输出235更好地（preferably）传递（pass to）至一回路滤波器（例如，低通滤波器）240，该低通滤波器240接着被用于调整（tune）或驱动（drive）压控振荡器250以产生作为至计数器290的反馈（例如一负反馈回路（negative feedback loop））的一输出信号频率260。

在操作上，如果输出相位漂移（drift），相位频率检测器的输出信号便会增加，则在相反的方向驱动压控振荡器相位，以导致相位漂移的减少。类似的，如果相位超前输入参考信号，相位频率检测器改变至压控振荡器的控制信号以减缓压控振荡器下降。因此，输出相位指的是与输入参考信号的相位锁定（locked）。