專利名稱：抖動平滑濾波器及驅(qū)動電荷泵的抖動平滑方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾波器，特別是涉及一種數(shù)字抖動平滑濾波器以及驅(qū)動 電荷泵的抖動平滑方法。
背景技術(shù)：
請參考圖1。圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL) IOO方塊圖。數(shù) 字鎖相環(huán)100包括數(shù)字相位檢測器110、數(shù)字增益乘法器120、數(shù)字差異積 分調(diào)制器130、第一及第二數(shù)字至?xí)r間轉(zhuǎn)換器140及150、第一電荷泵160、 環(huán)路濾波器170、第二電荷泵180以及壓控振蕩器190。數(shù)字相位檢測器110， 檢測參考頻率與反饋頻率的相位差，并產(chǎn)生一相位誤差值ERRpD,其中，反饋 頻率由壓控振蕩器190所產(chǎn)生。數(shù)字相位檢測器110進(jìn)一步產(chǎn)生指示向上或 向下的一指示信號DIR。數(shù)字增益乘法器120,調(diào)整相位誤差值ERRpD的增益， 而數(shù)字差異積分調(diào)制器130用以抑制噪聲。第一數(shù)字至?xí)r間轉(zhuǎn)換器140,依 據(jù)反饋頻率是否落后或領(lǐng)先參考頻率，用以致能一積分控制信號"i叩，，或 "idn",并將其輸出至第一電荷泵160。如果第一電荷泵160接收積分向上 控制信號"i叩"，則將使電流流入環(huán)路濾波器170;如果第一電荷泵160接 收積分向下控制信號"idn",則將使電流流出環(huán)路濾波器170。同樣地，第 二數(shù)字至?xí)r間轉(zhuǎn)換器150，依據(jù)反饋頻率是否落后或領(lǐng)先參考頻率，以致能 一比例控制信號"pup"或"pdn"，并將其輸出至第二電荷泵180。環(huán)路濾 波器170，輸出一用以調(diào)整壓控振蕩器190的第一控制電壓VBN。同樣地，第 二電荷泵180,輸出一亦用于調(diào)整壓控振蕩器190的第二控制電壓VBP。壓控 振蕩器190，產(chǎn)生反饋頻率，其頻率由控制電壓VBN和VBP來控制。
由數(shù)字鎖相環(huán)產(chǎn)生的信號，有時會偏移理想位置的邊緣，此通常稱為抖 動。抖動為輸出信號上連續(xù)周期的頻率或相位的變動，如參考頻率的輸入頻 率、環(huán)路帶寬等各種因素，都會導(dǎo)致抖動。例如當(dāng)電源供應(yīng)器噪聲致使參 考信號波動時，相應(yīng)地導(dǎo)致周期至周期的大抖動。

發(fā)明內(nèi)容
為了增加數(shù)字鎖相環(huán)的電路效能，本發(fā)明提供一抖動平滑濾波器，以減 少信號抖動的程度。
一種抖動平滑濾波器，接收一方向信號與一相位誤差信號，相位誤差信 號具有表示一相位誤差值的一脈沖寬度。抖動平滑濾波器產(chǎn)生一向上比例控 制信號與一向下比例控制信號，以依據(jù)相位誤差信號驅(qū)動一電荷泵。抖動平
滑濾波器，在相位誤差信號的每一脈沖的向上或向下比例控制信號上至少產(chǎn) 生兩個脈沖。透過該抖動平滑濾波器所產(chǎn)生的脈沖數(shù)目依據(jù)該脈沖誤差信號 所對應(yīng)的脈沖寬度而變化。
在某些實施例中，抖動平滑濾波器包括第一與第二操作單元，以及第一 與第二脈沖產(chǎn)生器，用以分別處理向上與向下的方向信號。方向信號指示向 上與向下方向，例如，高準(zhǔn)位狀態(tài)(l)指示向上的方向，而低準(zhǔn)位狀態(tài)(0)指 示向下的方向。在某些實施例中，方向會以向上信號與向下信號表示。第一 搡作單元，通過遮蔽頻率信號、方向信號(或向上信號)以及相位誤差信號以 產(chǎn)生向上相位誤差信號。第一脈沖產(chǎn)生器，接收向上相位誤差信號，并且在 相位誤差信號的每一脈沖的向上比例控制信號上產(chǎn)生至少兩個脈沖。第二操 作單元，通過遮蔽頻率信號、反向的方向信號(或向下信號)以及相位誤差信 號以產(chǎn)生一向下相位誤差信號。第二脈沖產(chǎn)生器，接收向下相位誤差信號， 并且在相位誤差信號的每一脈沖的向下比例控制信號上至少產(chǎn)生兩個脈沖。 在向上或向下比例控制信號上的脈沖數(shù)目是依據(jù)該脈沖誤差信號的脈沖寬度 而變化。
一種抖動平滑方法，用以驅(qū)動一電荷泵，包括接收一相位誤差信號與 一方向信號；并且在相位誤差信號的每一脈沖的向上或向下比例控制信號上 至少產(chǎn)生兩個脈沖。向上或向下比例控制信號是用以增加或減少一壓控振蕩 器的頻率。 一抖動平滑濾波器所輸出的控制信號是用以在每一頻率信號周期 以一小單位增加或減少該壓控振蕩器的頻率，以防止頻率的快速與大幅度改
變，因為上述改變會導(dǎo)致周期至周期的大抖動，并且會導(dǎo)致組件出現(xiàn)故障。
本發(fā)明的抖動平滑濾波器，通過提供多個短脈沖來控制電荷泵，因此在 一既定頻率的每一周期中，以小單位調(diào)整壓控振蕩器，以此實現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán) 電路的抖動平滑。具有抖動平滑濾波器的數(shù)字鎖相環(huán)可以實現(xiàn)低生產(chǎn)成本、 穩(wěn)定的輸入頻率跟蹤、窄環(huán)路帶寬設(shè)計的低短期抖動、以及低輸入頻率的高帶寬設(shè)定等優(yōu)勢。


圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字鎖相環(huán)的方塊圖。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的數(shù)字鎖相環(huán)的方塊圖。
圖3顯示圖2所示的抖動平滑濾波器的方塊圖。
圖4顯示圖3所示的抖動平滑濾波器的操作時序圖。
圖5顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的數(shù)字鎖相環(huán)的方塊圖。
圖6顯示圖5所示的抖動平滑濾波器的方塊圖。
圖7顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的脈沖產(chǎn)生器的方塊圖。
具體實施例方式
請參考圖2。圖2顯示依據(jù)本發(fā)明實施例的數(shù)字鎖相環(huán)200方塊圖。數(shù) 字鎖相環(huán)200與現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字鎖相環(huán)的主要差異在于進(jìn)一步包括一抖動平 滑濾波器255,以減少由壓控振蕩器所產(chǎn)生的頻率信號VC0引起的抖動。第 二數(shù)字至?xí)r間轉(zhuǎn)換器250,將數(shù)字域的相位誤差值ERRp。轉(zhuǎn)換至?xí)r域的相位誤 差信號PE。抖動平滑濾波器255,致能一比例控制信號"pup"或"pdn"， 以控制第二電荷泵280。有關(guān)抖動平滑濾波器255的描述將在下文詳細(xì)說明。
請參考圖3。圖3顯示圖2所示的抖動平滑濾波器255的方塊圖。抖動 平滑濾波器255,包括與門320、 340，以及脈沖產(chǎn)生器330、 350。請一并 參考圖2以及圖3。數(shù)字相位檢測器210，產(chǎn)生一方向信號DIR。當(dāng)反饋頻率 VCO落后于參考頻率時，方向信號DIR則處于高電平狀態(tài)(l)，顯示一向上方 向，用以控制電荷泵280。與門320，遮蔽(mask)相位誤差信號PE、方向信 號DIR、以及一頻率信號VCO,用以產(chǎn)生一向上相位誤差信號UPE，在此實施 例中，頻率信號VCO是圖2所示的壓控振蕩器290所產(chǎn)生的反饋頻率。在其 它實施例中，頻率信號的頻率可以是反饋頻率的N倍。將向上相位誤差信號 UPE傳送至脈沖產(chǎn)生器330,以產(chǎn)生一向上比例控制信號"p叩"。同樣地， 當(dāng)反饋頻率VCO領(lǐng)先參考頻率時，方向信號DIR則處于低電平狀態(tài)(O),顯示 一向下方向，用以控制電荷泵280。與門340,遮蔽該位誤差信號PE、反向 的方向信號DIR以及反饋頻率VCO,用以產(chǎn)生一向下相位誤差信號DPE。將向 下相位誤差信號DPE傳送至脈沖產(chǎn)生器350,用以產(chǎn)生一向下比例控制信號
"pdn，，。
圖4顯示圖3所示的抖動平滑濾波器255的操作時序圖。來自第二數(shù)字 至?xí)r間轉(zhuǎn)換器"0(圖"的相位誤差信號PE,依據(jù)方向信號DIR是否帶有向 下方向(0)或向上方向(1)來表示落后量或領(lǐng)先量。在此圖中，假設(shè)反饋信號 落后參考頻率，則方向信號DIR為一高電平狀態(tài)(l)。與門320,由相位誤差 信號PE、反饋頻率VCO與方向信號DIR產(chǎn)生一向上相位誤差信號UPE。脈沖 產(chǎn)生器330產(chǎn)生一向上比例控制信號pup,其脈沖寬度窄于向上相位誤差信 號PE的脈沖寬度。在圖4所示的實施例中，相位誤差信號PE,大約具有4 個反饋頻率周期的脈沖寬度，因此，向上相位誤差信號UPE與向上比例控制 信號pdn,兩者均有4個對應(yīng)的脈沖。相位誤差信號PE的脈沖寬度愈長，抖 動平滑濾波器255在向上/向下比例控制信號上產(chǎn)生的脈沖也愈多。也就是 說，抖動平滑濾波器，將相位誤差信號的單一脈沖轉(zhuǎn)換至多個脈沖，用以驅(qū) 動電荷泵280。在相關(guān)技術(shù)中，遮蔽有方向信號或反向的方向信號(依據(jù)電荷 泵的控制方向)的相位誤差信號直接用以驅(qū)動電荷泵。 一旦參考頻率與反饋頻 率VCO突然發(fā)生很大差距時，相位誤差值ERRpD會增大，且第二數(shù)字至?xí)r間轉(zhuǎn) 換器150在輸出(pup或pdn)上產(chǎn)生一長脈沖并傳送至第二電荷泵180。由于 壓控振蕩器190頻率的劇烈變化，此用以驅(qū)動電荷泵的單一長脈沖將極有可 能引起抖動。在本發(fā)明所提供的抖動平滑方法與抖動平滑濾波器，可通過提 供電荷泵許多短脈沖而減少抖動，且壓控振蕩器的頻率因此可以用步階(step wise)方式調(diào)整。
請同時參考圖5與圖6。圖5顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的數(shù)字鎖相環(huán) 500的方塊圖。圖6顯示圖5所示的抖動平滑濾波器555的方塊圖。在上述 實施例中，反饋頻率VCO被視為頻率信號，與相位誤差信號PE—起被遮蔽。 而在此實施例中，選擇另一頻率信號JCLK作為欲遮蔽的頻率信號。在圖5與 圖6中，將兩信號Up與Dj是供至抖動平滑濾波器555,以取代單一方向信號 DIR。數(shù)字相位檢測器510可包括相位頻率檢測器與相位誤差量測電路。
圖7顯示根據(jù)本發(fā)明實施例的脈沖產(chǎn)生器330、 350、 630、或650的方 塊圖。脈沖產(chǎn)生器，包括一與門以及三個串聯(lián)反相器(例如，非門，NOTgate)。 值得注意的是，反相器的數(shù)目可以是任意奇數(shù)，且脈沖產(chǎn)生器輸出的脈沖寬 度取決于這些反相器的整體延遲。脈沖產(chǎn)生器的輸入，為向上相位誤差信號 或向下相位誤差信號其中之一，具有如脈沖的頻率周期。脈沖產(chǎn)生器利用串聯(lián)反相器的延遲來調(diào)整脈沖的寬度，所以反相器數(shù)目愈多，脈沖寬度愈寬。 另外可用一延遲電路取代偶數(shù)個反相器，但請注意整體延遲不可以長于頻率 信號的周期。
權(quán)利要求
1.一種抖動平滑濾波器，接收一方向信號與一具有表示相位誤差值的脈沖寬度的相位誤差信號，以及產(chǎn)生一向上比例控制信號與一向下比例控制信號，進(jìn)而驅(qū)動一電荷泵，其特征在于該抖動平滑濾波器在該相位誤差信號的每一脈沖的向上或向下比例控制信號上至少產(chǎn)生兩個脈沖，其中，所產(chǎn)生的該向上或向下比例控制信號的脈沖數(shù)目是依據(jù)該脈沖誤差信號所對應(yīng)脈沖的脈沖寬度而改變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抖動平滑濾波器，其特征在于進(jìn)一步包含 一第一操作單元，通過遮蔽一頻率信號、該方向信號以及該相位誤差信號以產(chǎn)生 一向上相位誤差信號；一第一脈沖產(chǎn)生器，耦接至該第一操作單元，用以接收該向上相位誤差 信號，并且在該向上相位誤差信號的每一周期的該向上比例控制信號上產(chǎn)生 一脈沖；一第二操作單元，通過遮蔽該頻率信號、 一反向的方向信號以及該相位誤差信號以產(chǎn)生一向下相位誤差信號；以及一第二脈沖產(chǎn)生器，耦接至該第二操作單元，用以接收該向下相位誤差 信號，并且在該向下相位誤差信號的每一周期的該向下比例控制信號上產(chǎn)生 一脈沖。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的抖動平滑濾波器，其特征在于該第一操作單 元為一與門，以在該頻率信號、該方向信號以及該相位誤差信號上執(zhí)行邏輯 與操作；該第二操作單元為一與門，以在該頻率信號、該反向的方向信號以 及該相位誤差信號上執(zhí)行邏輯與操作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的抖動平滑濾波器，其特征在于該第一或第二 脈沖產(chǎn)生器包括一與門，以及奇數(shù)個串聯(lián)的反相器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的抖動平滑濾波器，其特征在于該頻率信號為 一反饋頻率，該反饋頻率由來自該電荷泵所控制的一壓控振蕩器輸出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的抖動平滑濾波器，其特征在于該方向信號包 括一向上信號與一向下信號，且該抖動平滑濾波器進(jìn)一步包括一第一操作單元，通過遮蔽一頻率信號、該方向信號以及該相位誤差信 號以產(chǎn)生一向上相位誤差信號；一第一脈沖產(chǎn)生器，耦接至該第一操作單元，用以接收該向上相位誤差 信號，并且在該向上相位誤差信號的每一周期的向上比例控制信號上產(chǎn)生一脈沖；一第二操作單元，通過遮蔽該頻率信號、 一反向的方向信號以及該相位 誤差信號以產(chǎn)生一向下相位誤差信號；以及一第二脈沖產(chǎn)生器，連接至該第二操作單元，用以接收該向下相位誤差 信號，并且在該向下相位誤差信號的每一周期的向下比例控制信號上產(chǎn)生一 脈沖。
7. —種用以驅(qū)動電荷泵的抖動平滑方法，該方法包括 接收一相位誤差信號以及一方向信號；以及在該相位誤差信號的每一脈沖的一向上比例控制信號或一向下比例控制 信號中產(chǎn)生至少兩個脈沖；其中，該向上比例控制信號或向下比例控制信號用以在一頻率信號的每 一周期以一 d 、單位增加或減少 一壓控振蕩器的頻率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的抖動平滑方法，其特征在于進(jìn)一步包括 通過遮蔽該頻率信號、該方向信號以及該相位誤差信號以產(chǎn)生一向上相位誤差信號；通過調(diào)整該向上相位誤差信號的脈沖寬度，以產(chǎn)生該向上比例控制信號； 通過遮蔽該頻率信號、 一反向的方向信號以及該相位誤差信號以產(chǎn)生一 向下相位誤差信號；以及通過調(diào)整該向下相位誤差信號的脈沖寬度，以產(chǎn)生該向下比例控制信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的抖動平滑方法，其特征在于該頻率信號是一 反饋頻率，該反饋頻率由該壓控振蕩器輸出。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的抖動平滑方法，其特征在于該方向信號包 括一向上信號與一向下信號，且該方法更進(jìn)一步包括通過遮蔽該頻率信號、該向上信號以及該相位誤差信號以產(chǎn)生一向上相 位誤差信號；通過調(diào)整該向上相位誤差信號的脈沖寬度，以產(chǎn)生該向上比例控制信號； 通過遮蔽該頻率信號、該向下信號以及該相位誤差信號以產(chǎn)生一向下相 位誤差信號；以及通過調(diào)整該向下相位誤差信號的脈沖寬度，以產(chǎn)生該向下比例控制信號。
全文摘要
一種抖動平滑濾波器，接收一方向信號與一相位誤差信號，相位誤差信號具有表示一相位誤差值的一脈沖寬度。抖動平滑濾波器產(chǎn)生一向上比例控制信號與一向下比例控制信號，以驅(qū)動一電荷泵。抖動平滑濾波器在相位誤差信號的每一脈沖的向上或向下比例控制信號上至少產(chǎn)生兩個脈沖。抖動平滑濾波器產(chǎn)生的脈沖數(shù)目，依據(jù)脈沖誤差信號所相應(yīng)脈沖的脈沖寬度而變化。本發(fā)明的抖動平滑濾波器，通過提供多個短脈沖來控制電荷泵，因此在一預(yù)定頻率的每一周期中，以小單位調(diào)整壓控振蕩器，以此達(dá)成數(shù)字鎖相環(huán)電路的抖動平滑。具有抖動平滑濾波器的數(shù)字鎖相環(huán)可以實現(xiàn)低生產(chǎn)成本、穩(wěn)定的輸入頻率跟蹤、窄環(huán)路帶寬設(shè)計的低短期抖動、以及低輸入頻率的高帶寬設(shè)定等優(yōu)勢。
文檔編號H02M3/04GK101192795SQ20071012741
公開日2008年6月4日 申請日期2007年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者汪炳穎 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司