TW201249110A - Phase lock loop circuit - Google Patents

Description

201249110 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ，且特別是有關於 的鎖相迴路電路。 本發明是有關於一種鎖相迴路電路 一種可快速並精確鎖定所需頻率及相位 【先前技術】 鎖相迴路(Phase Lock Loop，PLL)電路的發展過 已久’而至今仍為技術研討之要角，主要因其 ^ 泛並擁有高度發展潛力。簡言之，鎖相迴 ς ^廣 體作用即是使㈣率變動量極低的振i源作為^參^整 經由閉迴路控制系統的回授作用，驅動可變頻率之^的 動作，使魏快速且持續穩定地和錄源達到同相位大 態’即為相位鎖定(Phase Locked)。 此外，目前的鎖相迴路電路很多係採用粗調迴路 ⑹arse tune loop)及微調迴路(fine tune 1〇〇p)共存的雙迴路 ό又计。典型的類比雙迴路鎖相迴路在穩定度的考量下，會 使用大電阻和大電容構成其粗綱路，以產生很低頻的極 點(pole)。此外，對於雙迴路鎖相迴路在鎖定時的穩定度， 則以微調迴路的設計為主要考量。傳統的雙迴路鎖相迴路 架構其壓控振盪器(voltage contr〇i 〇scillat〇r)有低的頻率增 益（frequency gam ; Kvco) ’並因而有低的相位雜訊(phase Noise)和極佳的電源拒斥比(p〇wer supply rejecti〇n如〇， PSRR) 〇 然而’先别技術中的雙迴路鎖相迴路電路因其粗調低 2〇l249li〇 寬是固定且被過度地侷限，故傳統雙迴路鎖 迴路電路的最大缺點是其鎖定反應速度报慢。 【發明内容】 的蚀^%提供—種可快速並精確駭所f頻率及相位 的鎖相迴路電路。 时發明提出一種鎖相迴路電路，其包括相位頻率偵測 ，、粗調低通渡波器模組、壓控振蘯器模組以及回授路徑。 目位頻率_ 比韻w纽回授喊的頻率及相 ^粗調低通缝器模組用於以漸進縮小之献，對指示 •匕較結果之—控制訊號進行低通滤波，而產生據波訊 ^。堅控振藍||模_於以第—壓控振朗益而根據控制 2來產生第-振舰號，並祕以第二壓控振盪增益而 iff、波訊號來產生第二振㈣號，以及依據第一振盡訊 =二第—振盪訊號產生輸出訊號。其巾第二壓控振盡增益 =於第-壓控振蘯增益。回授路徑用於依據輸出訊號而 徒供回授訊號至相位頻率偵測器。 在本發明之-實施例中’上述之壓控鎌顏組包括 -壓控振盪、第二壓控振盪H以及混合器。第一 ，盛器具有第-壓控㈣增益，並_於相位頻率^ 器用以根據控制訊號以產生第—振盪訊號。第二壓控 具有第—壓控振盪增盈，並域至粗調低通濾波器模 =用於根據濾波訊號以產生第二振盪訊號。混合器域 至苐-馳㈣H與第二壓控赌器，用於混合第一振後 201249110 訊號與第一振蓋訊號以產生輸出訊號。 在本發明之-實施例中，上述之粗調低通滤波器 的頻寬係每隔一預設週期縮小一既定值。 、 在本發明之一實施例中，上述之粗調低通遽波器模組 包括第-低通歧器以及頻寬控制器。第—低通遽波器輕 接至壓控減n模組，用於依據頻寬控·號來調整頻 寬’並以調整後的頻絲對控制域進行低韻波，而產 生遽波訊號。頻寬控制制於產生並提供頻寬控制訊號至 第一低通濾波器，以漸進地縮小上述之頻寬。 〇〇在本發明之一實施例中，上述之頻寬控制器包括計時 器以及第二低職波器。計時||用於產生觸發訊號。第二 低通濾波器用於依據觸發訊號來產生頻寬控制訊號。 在本發明之一實施例中，上述之計時器每隔一預設週 期產生觸發訊號，以使第二低通濾波器每隔預設週期產生 頻寬控制訊號以指示第一低通濾波器縮小上述之頻寬。 ▲在本發明之一實施例中，上述之第一低通濾波器包括 可變電阻以及電容。可變電阻耦接於相位頻率偵測器，用 於依據頻寬控制訊號改變其電阻值。電容具有耦接於系統 電壓的第一端，以及耦接至可變電阻以輪出濾波訊號的第 二端。 在本發明之一貫施例中’上述之鎖相迴路電路，更包 括電何果。電何泵耦接至相位頻率偵測器，以依據相位頻 率偵測器之比較結果來產生控制訊號 在本發明之一實施例中，上述之鎖相迴路電路更包括 201249110 迴路濾、波器。迴路濾波器 輸出之控制訊號進行濾、波以提供荷系所 塵控振。 ㈣低麵波ϋ模組與 模組的頻if漸相迴路電路的粗調低通濾波器 疋日卞，其粗調低通·器模組的 =羊鎖 使鎖相迴路電路可以迅速又正二變動的’而 定在特定的頻率。疋將其輪出訊號的頻率鎖 兴與=本Γ月之上述特徵和優點能更明顯雜，下文特 牛貝施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 於以下貫補巾’在馳㈣電路進行歡的初期， :的粗调低通滤波器模組係被設定為具有較大的頻 見’因此可使輸出訊號的頻率快速地被調整至所預期的頻 率附近。此外’在鎖相迴路電路進行鎖定的末期，該粗調 低通滤波賴組係被奴為具有較小賴寬，目此可使輸 出汛號的頻率準確地被調整成所預期的頻率。結果，此鎖 相迴路電路可以迅速又正確地將錄丨織的辭鎖定在 特定的頻率。 請參考圖1，圖1為本發明第一實施例之鎖相迴路電 路100的功能方塊圖。相位頻率偵測器i丨0(phase frequency detector, PFD)用以比較輸入訊號pref及回授訊號F〇的頻 率及相位，並依據比較結果，產生升壓控制訊號％及降壓 201249110 控制訊號sD。 電荷泵730耦接於相位頻率偵測器110，用以接收產 生升壓控制訊號Su及降壓控制訊號Sd，以產生控制訊號 Sc換5之’控制訊號sc可以指示出輸入訊號Fref及回 授訊號Fo的頻率及相位之比較結果。 此外，依據設計要求，鎖相迴路電路1〇〇可選擇性地 更包括一迴路濾波器740。迴路濾波器740耦接於電荷泵 730，用於對電荷泵73〇所輸出之控制訊號心進行濾波。 粗調低通濾波器模組12〇耦接至相位頻率偵測器 110’用以接收指示相位頻率偵測器11〇的比較結果之控制 訊號Sc。如前所述，於一些實施例中，粗調低通濾波器模 組120是透過電荷泵73〇來耦接至相位頻率偵測器11〇， 故控制訊號Sc由電荷泵730接收而得。而於另一些實施例 中，則可更透過迴路濾波器740來鶴接至相位頻率偵測器 110 ’故控制訊號sc可由迴路濾波器740接收而得。 粗調低通濾波器模組120用於以一漸進縮小之頻寬， 對控制訊號Sc進行低通濾波，而產生濾波訊號Sp。換言 之，當鎖相迴路電路100開始運作後，粗調低通濾波器模 組120的頻寬會被漸進地縮小。 圖1亦顯示粗调低通濾'波器模組120之一細部結構之 實施例。如圖1所示，粗調低通濾波器模組12〇包括第— 低通濾波器124以及頻寬控制器122，其中第一低通濾波 态124的頻寬即為上述粗調低通濾波器模組12〇之被逐漸 縮小的頻寬。第一低通濾波器124耦接至頻寬控制器122, 8 201249110 用於由頻寬控制器122接收一頻寬控制訊號8〜來調整其 頻寬。換S之’在頻寬控制訊號Sw的控制之下，第一低 通濾波器124的頻寬（即粗調低通濾波器模組12〇的頻寬) 會逐漸地被縮小。此外，第一低通濾波器124可接收控制 訊號Sc’以調整後的頻寬來對控制訊號心進行低通濾波， 而產生濾波訊號SF，並將濾波訊號sF提供給壓控振盪模 組 130。 ' 壓控振盪模組130轉接於粗調低通遽波器模組12〇與 電荷泵730(可透過迴路濾波器74〇)，用於同時根據控制訊 號Sc與渡波訊號SF來產生一輸出訊號Fout。仔細而言， 壓控振盪模組130根據控制訊號sc，而以第一壓控振盪增 益K1而來產生第一振盪訊號！^。此外，壓控振盪模組13〇 並根據濾波訊號SF，而以第二壓控振盪增益K2來產生第 二振盪訊號。較佳地’第二壓控振盪增益Κ2高於第一 壓控振盪增益Κ1 ’更佳地，第二壓控振盪增益Κ2遠高於 第一壓控振盪增益Κ1。壓控振盪模組13〇再依據第一振盪 訊號Fi與第二振盪訊號f2產生輸出訊號F〇ut。 圖1亦顯示壓控振盪模組130之一細部結構之實施 例。如圖1所示，壓控振盪模組13〇可包括第一壓控振盪 器132、第二壓控振盪器134以及混合器136。第一壓控振 盪器132具有上述的第一壓控振盪增益κΐ，並耦接於相位 頻率偵測器110,用以根據控制訊號Sc以產生第一振盪訊 號Fi。第二壓控振盪器134具有第二壓控振盪增益Κ2 ’ 並耦接至粗調低通濾波器模組120，用於根據濾波訊號Sf 201249110 以產生第二振盪訊號混合器136编接至第一壓 器m與第二壓控振盪器136，餘混合第—振盪^號& 與第二振盪訊號匕以產生輸出訊號Fout。其中，輪出訊號 Fout的頻率等於第—振舰號&的頻率與第 = F2的頻率的總和。 壓控振盪器模组13〇更經由一回授路徑Μ〇搞接至相 位頻率偵測n 11G。回授雜MG可_於壓控振靈器模 組130與相位頻率伯測器11〇之間，用於依據該輸出訊號 Fout而提供回授訊號仏至該相位頻率偵測器。 值得注意的是’在圖i所示之實施例中，輸出訊號F〇ut 與回授訊號Fo是同—個訊號。然而，本發明並不以此為 限。例如，在其他實施例中，回授路徑14〇包含有一至多 個除頻H ’亦即回授職Fg可以是輸出訊號⑽經回授 路徑140的除頻器除頻後產生。 在上述配置下，當輸入訊號Fref的頻率及相位與回授 訊號Fo的頻率及相位不同時，相位頻率偵測器丨會藉 由改變控制訊號Sc的電位，來調整塵控振盪模組wo所產 生的回授§fl號Fo之頻率及相位，進一歩使回授訊號f〇的 頻率及相位趨近於輸入訊號Fref的頻率及相位，並最終使 回授訊號Fo及輸入訊號Fref兩者的頻率及相位相同，而 完成輸出訊號Fout及回授訊號Fo的鎖定。 仔細而言，藉由相位頻率偵測器11〇將輸入訊號Fref 與回授訊號Fo的頻率及相位相比較，可以依據比較結果 來改變控制訊號Sc的電位’並進而利用壓控振盡模組 201249110 改變第-振盡訊號Fi的頻率 粗調低通濾波哭楹細19Λ ^ r田於愿波°礼说〜疋 得，Trg^^d/。^ 120將控制訊號^進行低通濾波而 付亦即濾波訊號sF的電位鱼控制s 某程度的相關。心制#u c的電位之間有 波m辦S 制訊號心的電位被調整時，濾 130 “ί二振ί亦隨之改變，進而可藉由壓控振盡模組 於s 盪域F2的頻率。結果，藉由調整控制訊 率可振_F1與第二振堡 mm進支回授訊號Fo的頻率與相位。重

入，，回授訊號F°的頻率及相位即可趨近於輸 入訊號Fref的艇鱼s干月J 授訊號相位，祕制_峨F_及回 必須瞭解的是’⑽_低通濾波賴組 進縮小之败，因此勒_電路議^ 鎖定在特定的頻率。以下將=== ΐ主 、在鎖相迴路電路⑽鎖定回授訊號F。的頻率 的過，中’其軟的反應速度與_低通濾波器模植㈣ 的紅有關。當粗調低猶波器模組120的頻寬越大時， 鎖相迴路電路100的敎反應速度越慢，但鎖定的頻 確度則H反之’當粗調低通濾波賴組⑽的頻寬越

小時，鎖相迴路電路⑽的鎖定反應速度越快，但卻且有 較高的精確度。 —I 在本實施财’在勒轉電路100職運作後，粗 調低通濾波賴組12G之頻寬係設定為漸進地縮小。如此

S 11 201249110 一來’在鎖相迴路電路1〇〇在對回授訊號F〇進行鎖定的 初期，因粗調低通濾波器模組120有較大的頻寬，回授訊 號Fo的頻率可先被快速地被調整至輸入訊號Fref的頻率 附近。接下來’在鎖相迴路電路1〇〇在對回授訊號F〇進 行鎖定的末期’因粗調低通濾波器模組12〇有較小的頻 寬’回授訊號Fo的頻率可準確地被調整成輸入訊號Fref 的頻率。結果’鎖相迴路電路1〇〇可以迅速又正癌定將回 授訊號Fo鎖定在特定的頻率。 值4寸注思的是，圖1所示之細部結構僅作一範例說明 之用途。其他種種不同之電路均可採用來實現壓控振盪模 組130’只要能夠依據控制訊號心與濾波訊號&而產生兩 個振盪訊號，並再依據此兩個振盪訊號來產生輸出訊號 Fout即可。 請參考圖2,圖2為本發明一實施例之頻寬控制器122 的功能方塊圖。在本實施例中，頻寬控制器122包括計時 器126以及第二低通濾波器128。計時器120用於產生觸 發訊號St。第二低通濾波器128耦接至計時器126，用於 依據觸發訊號St來產生上述的頻寬控制訊號Sw。 轉佳地，計時器126會每隔一預設週期(例如5〇毫秒） 產生觸發訊號St’以使第二低通濾波器128每隔上述的預 設週期控制第一低通濾波器124縮小其頻寬。如此一來， 第一低通濾波器124的頻寬即可逐次地被調低。此外，此 調低操作可一直進行到第一低通濾波器124的頻寬縮小至 一預設的最小頻寬為止。必須暸解的是，上述的預設週期 12 201249110 與隶小頻寬皆可以依實際的需求，而給予不同的設定，且 本發明不以此為限。 為貫現上述的操作方式，於一實施例中，計時器 可配置為每隔一預設週期產生觸發訊號s t,以觸發第二低 通濾波器128每隔預設週期產生頻寬控制訊號Sw。每當第 一低通濾波器124接收到頻寬控制訊號8*時，其頻寬會 縮小一既定值。結果，第一低通濾波器124的頻寬（即粗調 低通濾波器模組12〇的頻寬)每隔一預設週期可縮小一既 定值 ^ 值得/主思的是，計時器126可被重設，以令鎖相迴路 龟路1〇〇重新開始鎖定輸入訊號Fref及回授訊號舉例 而1，在一實施例中，當計時器126接收到重設訊號Rst 時即會發出對應的觸發訊號St，以令第二低通濾波器 產生Ϊ應的頻寬控制訊號Sw，而使第一低通滤波器124 的頻九f灰復成原本尚未縮小的狀態。當計時器被重設 後、，即可再次地觸發第二低通滤波m以縮小第一低 通濾波器124的頻寬。 。。喷參考圖3，圖3是本發明一實施例之第一低通濾波 裔^24之电路圖°第一低通濾波器124包括可變電阻尺及 電，C可嬈電阻R耦接於相位頻率偵測器11〇。電容c 的第-端耦接於第一系統電壓VDD，而電容c的第二端 ^接^可變電阻R以輸出㈣訊號SF。在此配置下，頻寬 二制斋122可傳送頻寬控制訊號Sw至第一低通濾波器 以改變可變電阻R的電阻值，進而縮小第一低通濾 13 1 201249110 波器124的頻寬。換言之，可變電阻R係依據頻寬控制訊 號Sw改變其本身的電阻值。 請參考圖4 ’圖4是本發明另一實施例之第一低通濾 波器124之電路圖。在本實施例中，第一低通濾波器124 包括電阻Ra、多個電容Ca〜Cn以及多個開關s〇〜SN。電 阻Ra耦接於相位頻率偵測器11(^每一電容Ca〜Cn的第 =端耦接於第一系統電壓VDD，電容cA&第二端耦接於 電阻Ra ’而電容CB〜Cn的第二端透過開關SO〜SN耦接 於電阻Ra。在本實施例中，上述的頻寬控制訊號Sw為(N+1)

:元的數位控制訊號，其每一位元用以控制開關s〇〜SN 虽中的其中一個開關。例如：位元Sw[〇]用以控制開關s〇、 位元sw[i]用以控制開關S1、位元Sw[N]用以控制開關

SN。藉由控制開關S〇〜Sn的開啟狀態，即可改變電容cA 〜cn整體的等效電容值，進而改變第一低通濾波器124的 頻寬。 必須瞭解的是，圖3及圖4中的第一低通濾波器124 僅為本發明之鎖相迴路電路可使用的各種第一低通濾波器 1的兩種，本發明並不以此為限。譬如圖3及圖4可以結 合實施。本領域中具有通常知識者應明白第一低通濾波器 亦可以利用其他電路形式實施。 晴參考圖5 ’圖5是本發明一實施例之鎖相迴路電路 的迴路濾波器740之電路圖。在本實施例中，迴路濾波器 74〇具有電阻IU、第一電容以及第二電容C2,以構成電 阻-電容(RC)迴路。第一電容ei和第二電容C2的一端耦 201249110 接於第二系統電壓vss，第一雷 阻幻的-端，而電_的另：2另-端祕於電 路處波杰·的功能在於低通濾波 ^ 訊號Sc，以遽除控制訊號Sc中的高頻雜訊， 控振盪模組U?於運作時的穩定度。必須瞭解的是，^ 中的迴路濾、波ϋ 74G僅為本發明之鎖相迴路電路可使 各種低通纽nm本發明並不以此為限 试 中具有通常知識者應明白本發明各實低^ 遽波器可以以其他電路形式實施。 伙用的低通 …綜上所述’上述實施例的鎖相迴路電路在進行 =日=其粗調低通滤波器模組的頻寬是可動態變動的，並 會被漸進賴料’因此可以魏又正销將其 的頻率鎖定在特定的頻率。 〜 雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並_以限定 ，任何所屬技術領域巾具有財知識者，在不脫離 ^明之.精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，故本 么明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1是本發明第一實施例之鎖相迴路電路的功能方塊 範0 圖2為本發明一實施例之頻寬控制器的功能方塊圖。 圖3是本發明一實施例之第一低通濾波器之電路圖。 圖4是本發明另一實施例之第一低通濾波器之電路

S 15 201249110 圖。 圖5是本發明一實施例之鎖相迴路電路的迴路濾波器 之電路圖。 【主要元件符號說明】· 100 :鎖相迴路電路 110 :相位頻率偵測器 120 :粗調低通濾波器模組 122 :頻寬控制器 124 :第一低通濾波器 126 :計時器 128 :第二低通濾波器 130 :壓控振盪模組 132 :第一壓控振盪器 134 :第二壓控振盪器 136 :混合器 140 :回授路徑 730 :電荷泵 740 ··迴路濾波器 C :電容 C1 :第一電容 C2 :第二電容 CA〜Cn :電容 R:可變電阻 16 201249110

Ra、R1 :電阻

Fref :輸入訊號

Fo :回授訊號 F!:第一振盪訊號 F2 :第二振盪訊號 VDD :第一系統電壓 VSS :第二系統電壓 K1 :第一壓控振盪增益 K2 :第二壓控振盪增益 S0〜SN :開關

Sc :控制訊號

Sp :渡、波訊號

St :觸發訊號

Sw .頻寬控制訊號 sw[0]〜SW[N]:頻寬控制訊號Sw的多個位元 Su :升壓控制訊號 SD :降壓控制訊號 Fout :輸出訊號 § 17

Claims (1)

1. 201249110 七、申請專利範圍： i 一種鎖相迴路電路，包括： 一相位頻率偵測器，用以比較一輸入訊號及一回授訊 號的頻率及相位； 一粗調低通濾波器模組，用於以一漸進縮小之頻寬， 對指示該比較結果之一控制訊號進行低通濾波，而產生一 濾波訊號； 一壓控振盪器模組，用於以一第一壓控振盪增益而根 據該控制訊號來產生一第一振盪訊號，並用於以一第二壓 控振盪增益而根據該濾波訊號來產生一第二振盪訊號，以 及依據該第一振盪訊號與該第二振盪訊號產生一輸出訊 號，其中該第二壓控振盪增益係高於該第一壓控振盪增 益；以及 一回授路徑，用於依據該輸出訊號而提供該回授訊號 至該相位頻率偵測器。 2.如申請專利範圍第i項所述之鎖相迴路電路，其中 該壓控振盪器模組包括： -第-壓控缝H ’其具有該第—壓控振盪增益，並 2接於該相位鮮侧H，用啸據該控制訊號 第一振盪訊號； -第二壓控振盪器’其具有該第二壓控振i增益，並 吐該粗調低職波賴M，用於根據·波訊號以產 生該第二振盪訊號；以及 -混合器’爐至該第—壓控振盪器與該第二壓控振 201249110 盈器’用於混合該第-振蘆訊號與該第二振盪訊號以產生 該輸出訊號。 ▲ 3.如中請專利範圍第w所述之鎖相迴路電路，其中 该粗調低it叙賴組之該醜係每隔—預闕 、一 既定值。 ' 《如申請專利範圍帛i項所述之鎖相迴路電路，立中 該粗調低通濾波器模組包括： 〃 μ 一第—低铖波器，祕至該壓控㈣11模組，用於 控？咖整該頻寬，並以調整後的該頻寬 來對该控制喊^彳丁低通親，而產生職波訊號丨以及 第裔，用於產生並提供該頻寬控制訊號至該 弟一低通濾波益，以漸進地縮小該頻寬。 ^申請專利範圍第4項所述之鎖相 该頻寬控制器包括： Τ 一計時器’用於產生-觸發訊號；以及 寬㈣^低通紐器，用於依據該觸發訊號來產生該頻 6·如申請專利範圍第5項所述之鎖相迴路電路， :亥計日巧每隔：預設週期產生該觸發訊號，以使該第2 通濾波0每ΡΘ該預設週期產线敏控 =第 一低通濾波器縮小該頻寬》 〜乂扣不5亥弟 7.如申請專職_ 4項崎 該第-低通·器包括： 路’其中 一可變電阻，減於軸位頻率_器，用於依據該 201249110 頻寬控制訊號改變其電阻值；以及 第二至ΐΐ!:第一繼於-系統電®，以及-&鋪至5亥可變電阻以輸出該滤波訊號。 I如申請專利範圍第Μ所述之 =電荷泵，_靖目位賴_，^路’ ^包 率_器之該比較結果來產生該㈣訊號。據該相位頻 9㈤如申請專利範圍第8項所述之鎖相迴路電路 出之Lf、波益’耦接於該電荷泵，用於對該電荷泵所f 出之該控制tfi號紐m提供至該_ 戈所輪 與該壓控錄ϋ模組。 μ«波器模組 20