用于數(shù)字鑒相器的低功率小面積數(shù)字積分器的制造方法
【專利摘要】在示例實施方式中，鎖相環(huán)電路可包括接收參考信號和源信號的第一電路。第一電路可產(chǎn)生用于表示參考信號和源信號之間的相位差的校正信號。鎖相環(huán)可包括接收該校正信號的第二電路。第二電路可產(chǎn)生用于表示校正信號的相位－數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號。鎖相環(huán)可包括接收該數(shù)字信號的第三電路。第三電路可產(chǎn)生用于表示數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換電壓的控制信號。鎖相環(huán)可包括接收該控制信號的第四電路。第四電路可響應該控制信號，產(chǎn)生源信號。
【專利說明】用于數(shù)字鑒相器的低功率小面積數(shù)字積分器發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明可涉及鎖相環(huán)系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]鎖相環(huán)系統(tǒng)是一種配置成產(chǎn)生相對于參考信號具有固定相位關系的源信號的控制系統(tǒng)。鎖相環(huán)廣泛用于無線電、遠程通信、計算機和其它電子應用中。鎖相環(huán)可被用在包括時鐘和數(shù)據(jù)恢復(CDR)電路的許多應用中。例如，在一些系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)可以在沒有額外的定時參考(timing reference)的情況下被發(fā)送到接收機，且可以利用⑶R電路在接收機處恢復定時信息。
[0003]圖1示出了常規(guī)的模擬鎖相環(huán)100的例子。該鎖相環(huán)100輸入?yún)⒖夹盘?02，輸出源信號104。輸出的源信號104的相位可與參考信號102的相位有關。
[0004]鎖相環(huán)100可包括鑒相器106。鑒相器106可接收參考信號102和源信號104作為輸入，并產(chǎn)生指示參考信號102和源信號104的相位差的校正信號110。許多鑒相器設計可用于產(chǎn)生校正信號110。鑒相器通常以線性和非線性為特征。線性鑒相器輸出與參考信號102和源信號104之間的相位差成比例的信號。非線性鑒相器沒有這種比例性，通常具有兩個狀態(tài):早或晚。非線性鑒相器還已知的是數(shù)字鑒相器。校正信號110可由環(huán)路濾波器112濾波，以產(chǎn)生控制信號114。環(huán)路濾波器112可包括低通濾波器以減弱校正信號110的高頻部分。這種低通濾波器一般以具有零補償?shù)姆e分器的形式實現(xiàn)。具有零補償?shù)姆e分器通常用電荷泵電路和串聯(lián)電阻-電容器實現(xiàn)。需要的電容一般非常大(比InF大得多)，因此其通常為外部部件，從而難以將具有零補償?shù)脑摲e分器引入集成電路(IC)技術。
[0005]鎖相環(huán)100可包括壓控振蕩器116。壓控振蕩器116通?？杀慌渲脼檩敵稣袷幮盘?，例如源信號104。振蕩信號的頻率可取決于由壓控振蕩器116輸入的電壓。控制信號114可驅(qū)動壓控振蕩器116，以產(chǎn)生具有周期振蕩的源信號104。源信號104的頻率可由控制信號14的電壓控制。
[0006]如果源信號104和參考信號102相位匹配，則控制信號114的電壓并由此源信號104的頻率可保持不變。如果源信號104的相位落在參考信號102的相位之后，則鑒相器106可產(chǎn)生校正信號110，從而得到的控制信號114使壓控振蕩器116加快源信號104的頻率。例如，控制信號114的電壓可增加。相反，如果源信號104的相位在參考信號102之前，則鑒相器106可產(chǎn)生校正信號110，從而控制信號114使壓控振蕩器116放慢源信號104的頻率。例如，控制信號114的電壓可降低。
[0007]在一些系統(tǒng)中，如果參考頻率太高或者太低，源信號104和參考信號102會失去相位鎖定的能力。例如，如果系統(tǒng)難以達到產(chǎn)生頻率匹配所需的電壓，則源信號104和參考信號102會失去相位鎖定的能力。在一些系統(tǒng)中，如果鎖相環(huán)100不能實現(xiàn)鎖定，則控制信號114的電壓可以在系統(tǒng)的電源電壓或者地電壓附近被驅(qū)動。在一些系統(tǒng)中，在獲取環(huán)相位的頻率期間，窗口比較器可監(jiān)視控制信號114的電壓。如果控制信號114的最后集中的電壓低于高閾值且高于低閾值，則窗口比較器可輸出一個信號，該信號表明在設計CDR的所有環(huán)境條件下保證鎖定的合適范圍內(nèi)，源信號104在參考信號102的頻率下被鎖定。高閾值可以是基于電源電壓，低閾值是基于低電壓。如果控制信號114的電壓高于高閾值或者低于低閾值，貝1J窗口比較器可輸出一個信號，該信號表明源信號104在參考信號102的頻率沒有被鎖定。
[0008]在一些應用中，源信號104可用于確定參考信號102的定時參考(時鐘)。例如，在一些通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)可在無附加時鐘信息的情況下被傳輸?shù)浇邮諜C。例如，在一些光通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)可由光纖傳送，在無伴隨的時鐘信息的情況下被接收機接收。在一些實施方式中，鎖相環(huán)100可用于從接收的數(shù)據(jù)中得到時鐘信息，如公知的CDR。
[0009]傳統(tǒng)的⑶R也需要圖1所示的環(huán)路濾波器。也需要大電容，因此在現(xiàn)代IC工藝中集成這種部件非常困難。
[0010]圖2示出的是包含數(shù)字濾波器206的常規(guī)數(shù)字鎖相環(huán)200。由模數(shù)轉(zhuǎn)換器204將校正信號110轉(zhuǎn)化為數(shù)字校正信號202。可由數(shù)字濾波器206利用數(shù)字信號處理技術對數(shù)字校正信號202進行處理，以獲得參考圖1所
[0011]述的環(huán)路濾波器112的等效濾波。數(shù)字濾波器輸出208可由數(shù)模轉(zhuǎn)換器212轉(zhuǎn)換為模擬信號210?？晒┻x擇地，數(shù)字濾波器輸出208可直接驅(qū)動數(shù)字控制振蕩器(未示出)。本申請所述的實施方式描述了使數(shù)字鑒相器的輸出數(shù)字化的系統(tǒng)和方法，所述數(shù)字鑒相器具有極低功率和小尺寸，適合于利用現(xiàn)代IC工藝實現(xiàn)高度集成。
[0012]本發(fā)明要求保護的主題不局限于解決任何缺陷或者僅僅在上述環(huán)境下操作的實施方式。這一背景僅僅解釋可以實踐本發(fā)明所述的一些實施方式的一個示例性的【技術領域】。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]
【發(fā)明內(nèi)容】
以簡化的形式介紹構思的一部分，所述構思將在下面的詳細說明中做進一步描述。該
【發(fā)明內(nèi)容】
不是旨在確定要求保護的主題的關鍵特征或者必要特征，也不是為了幫助確定要求保護的主題的范圍。
[0014]一些實施方式可包括鎖相環(huán)電路，用于接收包括基準相位的參考信號，產(chǎn)生包括與基準相位相關的源相位的源信號。鎖相環(huán)可包括配置成接收參考信號和源信號的第一電路。第一電路還可被配置成產(chǎn)生用于表示參考信號和源信號之間的相位差的校正信號。鎖相環(huán)還可包括配置成接收該校正信號的第二電路。第二電路還可被配置成產(chǎn)生用于表示校正信號的相位一數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號。鎖相環(huán)還可包括配置成接收該數(shù)字信號的第三電路。第三電路還可被配置成產(chǎn)生用于表示數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換值的控制信號。鎖相環(huán)還可包括配置成接收該控制信號的第四電路。第四電路還可被配置成響應該控制信號，產(chǎn)生源信號。
[0015]一些實施方式可包括從含基準相位的參考信號產(chǎn)生源信號的方法。源信號可包括與基準相位相關的源相位。該方法可包括接收參考信號和源信號。該方法還可包括產(chǎn)生傳遞參考信號和源信號之間的相位差的校正信號。該方法還可包括產(chǎn)生傳遞校正信號的相位一數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號。該方法還可包括產(chǎn)生傳遞數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換值的控制信號。該方法還可包括響應該控制信號，產(chǎn)生源信號。
[0016]一些實施方式可包括鎖相環(huán)電路，用于接收包括基準相位的參考信號，并產(chǎn)生包括與基準相位相關的源相位的源信號。鎖相環(huán)電路可包括用于產(chǎn)生傳遞參考信號和源信號之間的相位差的校正信號的裝置。鎖相環(huán)電路還可包括用于產(chǎn)生傳遞校正信號的相位一數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號的裝置。鎖相環(huán)電路還可包括用于產(chǎn)生傳遞數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換值的控制信號的裝置。鎖相環(huán)電路還可包括用于響應該控制信號，產(chǎn)生源信號的裝置。
[0017]這里所述的實施方式描述了以下述方式使數(shù)字鑒相器的輸出數(shù)字化的系統(tǒng)和方法，該方式使得數(shù)字鑒相器具有極低功耗和小尺寸，適合于利用現(xiàn)代IC工藝高度集成。數(shù)字鑒相器的輸出是數(shù)字信號，因此能夠利用數(shù)字濾波器進行處理。但是，在高比特率時數(shù)字信號通常以行處理速率(line rate)運行，因此，信號可在處理之前被抽取并向下采樣到合理的時鐘頻率。這里所述的實施方式公開的是將Σ -Λ調(diào)制器用作數(shù)字鑒相器的抽取器和向下米樣器。
[0018]各實施方式的附加的特征和優(yōu)點在下面的說明中提出，一部分從說明書明顯看出，或者可在實施本發(fā)明時得知。本發(fā)明的特征和優(yōu)點可以通過附加的權利要求中特別指出的結(jié)構和組合實現(xiàn)和獲得。本發(fā)明的這些和其它特征根據(jù)下面的說明和附加的權利要求將更加顯而易見，或者通過實施下面提出的發(fā)明得知。
[0019]附圖簡單說明
[0020]為了進一步闡明本發(fā)明實施方式的上述和其它優(yōu)點與特征，本發(fā)明更詳細的說明將參考附圖中圖示的實施方式予以呈現(xiàn)。要理解的是，這些附圖描述的僅僅是本發(fā)明的典型實施方式，因此不應該被認為是對本發(fā)明范圍的限制。利用附圖對實施方式附加的特征和細節(jié)進行說明和解釋，其中:
[0021]圖1圖示傳統(tǒng)模擬鎖相環(huán)的例子；
[0022]圖2圖示傳統(tǒng)數(shù)字鎖相環(huán)的例子；
[0023]圖3圖示改進的鎖相環(huán)；
[0024]圖4Α圖示圖3中包含壓控振蕩器的鎖相環(huán)的示例實施方式；
[0025]圖4Β圖示圖3中包含數(shù)字控制振蕩器的鎖相環(huán)的示例實施方式；以及
[0026]圖5是圖示從參考信號產(chǎn)生源信號的方法的流程圖。
[0027]優(yōu)選實施方式的具體描述
[0028]各實施方式可涉及鎖相環(huán)系統(tǒng)。
[0029]與圖1所示的傳統(tǒng)的模擬鎖相環(huán)100相比，圖2所示的傳統(tǒng)的數(shù)字鎖相環(huán)的優(yōu)點在于，允許數(shù)字濾波器206在沒有外部部件的情況下實現(xiàn)。參考圖2描述的結(jié)構需要諸如以極高時鐘頻率運行的加法器和DAC這樣的部件。加法器和DAC以高時鐘頻率運行可轉(zhuǎn)變?yōu)楦吖摹ＴO計的解決方案是以較低的時鐘頻率運行這些和其它部件。在P.K.Hanumolu等人的，“A 1.6Gbps Digital CDR.，，IEEE Custom Integrated Circuits Conference (IEEE非標準集成電路會議)(2006)603 - 606中描述了一種特別的解決方案，該解決方案采用解復用和多數(shù)投票電路。但是，解復用和多數(shù)投票電路仍然需要許多鎖存器和加法器，與本文所述的實施方式相比，它們會占用較大的面積并且消耗較多的功率。
[0030]圖3示出了改進的鎖相環(huán)300，鎖相環(huán)300包括相位-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，所述相位-數(shù)字轉(zhuǎn)換器包含數(shù)字鑒相器306和連續(xù)時間Σ - Δ (CTSD)調(diào)制器310，其中CTSD調(diào)制器310用作抽取器。抽取器為數(shù)字功能，其中數(shù)字輸入被數(shù)字濾波和向下采樣。在圖4A的方塊415中示出了傳統(tǒng)的第一級CTSD調(diào)制器的例子。
[0031]該鎖相環(huán)300可接收參考信號302，并輸出源信號304。在一些實施方式中，源信號304可包括參考信號302的恢復時鐘。與圖1和2的傳統(tǒng)的模擬與數(shù)字鎖相環(huán)相比，鎖相環(huán)300可具有幾個優(yōu)點。鎖相環(huán)300的優(yōu)點可包括但不局限于，對噪聲和電容器壓電效應的抗性增加了。鎖相環(huán)300可不再需要外部的環(huán)路濾波電容器。鎖相環(huán)300的功率和配電板空間需求也降低了。與傳統(tǒng)的鎖相環(huán)相比，鎖相環(huán)300可以被編程，以在不改變物理部件的情況下，滿足各種協(xié)議要求。
[0032]鎖相環(huán)300也可允許將數(shù)字窗口比較器318用于確定相位鎖定。數(shù)字窗口比較器318可允許在數(shù)字域中進行溫度補償，這可能要優(yōu)于在模擬域中進行溫度補償。在采用并行通信傳輸?shù)膽弥?，鎖相環(huán)300的優(yōu)點可被放大。鎖相環(huán)300可以顯示出這里沒有描述的其它優(yōu)點。參考圖4A和4B描述的鎖相環(huán)以及參考圖5描述的方法也顯示出了這里描述的優(yōu)點，以及其它優(yōu)點。
[0033]鎖相環(huán)300包括相位-數(shù)字轉(zhuǎn)換器307。相位-數(shù)字轉(zhuǎn)換器307可包括CTSD調(diào)制器310和累加器314。在一些實施方式中，CTSD調(diào)制器310可包括第一級Σ - Λ調(diào)制器。可供選擇地或者附加地，CTSD調(diào)制器310可包括第二級或更高級的Σ - Λ調(diào)制器?？晒┻x擇地或者附加地，CTSD調(diào)制器310可包括多個級聯(lián)CTSD調(diào)制器。在一些實施方式中，級聯(lián)CTSD調(diào)制器可形成多級噪聲成形結(jié)構。CTSD調(diào)制器310可起抽取器的作用。
[0034]在示出的實施方式中，數(shù)字鑒相器306輸出行處理速率的校正信號308。例如，壓控振蕩器326可以以行處理速率頻率運行。在可供選擇的實施方式中，VCO可以以諸如1/2、1/4或1/8等這樣的子速率運行。這一數(shù)字流可由CTSD調(diào)制器310濾波，并且通過提供時鐘信號309給CTSD調(diào)制器310，對這一數(shù)字流向下采樣，該時鐘信號比用于產(chǎn)生校正信號308的時鐘低得多。在一些實施方式中，時鐘信號309能與壓控振蕩器326的頻率不同步，或者時鐘信號309可以是用某個整數(shù)除壓控振蕩器326頻率得到的。
[0035]在一些實施方式中，CTSD調(diào)制器310可輸入校正信號308，并基于校正信號308產(chǎn)生調(diào)制信號312。累加器314可輸入調(diào)制信號312和時鐘信號309，并輸出數(shù)字信號316。在一些實施方式中，累加器314可輸出數(shù)字作為數(shù)字信號316。在一些實施方式中，數(shù)字可以是基于累加器314中存儲的計數(shù)。在一些實施方式中，如圖3所示，數(shù)字信號316可由數(shù)模轉(zhuǎn)換器322轉(zhuǎn)換成模擬信號323。
[0036]盡管不需要，加法器325可將模擬信號323和校正信號308相加，來形成模擬控制信號324，如圖3所示。模擬控制信號324可驅(qū)動壓控振蕩器326，以輸出源信號304。在示例實施方式中，如果數(shù)字鑒相器306檢測到參考信號302領先源信號304，則生成的模擬控制信號324可使得壓控振蕩器326增加源信號304的頻率。類似地，如果數(shù)字鑒相器306檢測到源信號304領先參考信號302，則生成的模擬控制信號324可使得壓控振蕩器326降低源信號304的頻率。
[0037]鎖相環(huán)300可包括數(shù)字窗口比較器318，數(shù)字窗口比較器318可用于在頻率獲取相位期間量化鎖定條件，并產(chǎn)生鎖定信號320。窗口比較器通常是將信號的特性與高閾值和低閾值進行比較的器件。數(shù)字窗口比較器318可指示鎖相環(huán)300是否失去相位鎖定的能力。如果基準頻率太高或者太低，鎖相環(huán)300可能失去相位鎖定的能力。例如，如果系統(tǒng)無法達到產(chǎn)生特定頻率匹配所需的電壓，則鎖相環(huán)300可能失去相位鎖定的能力。數(shù)字窗口比較器318可輸出鎖定信號320，鎖定信號320在信號特性高于高閾值或者低于低閾值時報警。數(shù)字窗口比較器318可監(jiān)視數(shù)字信號316，以確定鎖相環(huán)300是否能夠?qū)崿F(xiàn)相位鎖定。在一些實施方式中，高閾值和低閾值可以是基于最大和最小數(shù)字信號316，最大和最小數(shù)字信號316能夠產(chǎn)生輸送給壓控振蕩器326的可實現(xiàn)的電壓。
[0038]因為在提供給壓控振蕩器326的數(shù)字信號316和模擬控制信號324之間存在關系，所以可能對模擬控制信號324執(zhí)行的窗口比較能夠?qū)?shù)字信號316執(zhí)行來代替。而且，因為壓控振蕩器326的中心頻率可具有溫度依賴性，所以給定頻率的模擬控制信號324的電壓可以作為溫度的函數(shù)而改變。結(jié)果是，數(shù)字窗口比較器318的基準電平可以是根據(jù)實現(xiàn)相位鎖定時的溫度補償后的溫度。溫度依賴性在各個壓控振蕩器之間會不同，從而溫度補償可能需要根據(jù)特定的鎖相環(huán)而改變。利用模擬窗口比較器在特定的鎖相環(huán)之間改變溫度補償可能存在困難。但是，在數(shù)字窗口比較器318中改變溫度補償可能更容易實現(xiàn)。
[0039]圖4A示出了根據(jù)一些實施方式的鎖相環(huán)400的較詳細的實現(xiàn)方式。鎖相環(huán)400可以以與參考圖3所述的鎖相環(huán)300類似的方式運行。鎖相環(huán)400可輸入?yún)⒖夹盘?02，并輸出源信號404。在一些實施方式中，鎖相環(huán)400可包括二進制Alexander (亞歷山大)型鑒相器406，也被稱為Bang-Bang型鑒相器。由Alexander型鑒相器輸出的校正信號408可包括兩種輸出狀態(tài)。例如，Alexander型鑒相器406可包括高狀態(tài)輸出和低狀態(tài)輸出。在一些實施方式中，當參考信號402的相位領先源信號404的相位時，可在高狀態(tài)輸出時輸出信號。相反，當源信號404的相位領先參考信號402的相位時，可在低狀態(tài)輸出時輸出信號。因為Alexander型鑒相器406是數(shù)字鑒相器，所以校正信號408的脈沖寬度與源信號的振蕩周期相同，與參考信號402和源信號404之間的相位誤差無關。這會生成一個環(huán)，使得源信號404的相位絕不會完全被鎖相到參考信號402，而是在領先和滯后狀態(tài)之間高頻振動。在不歸零(NRZ)輸入信號的情況下，當在NRZ參考信號中沒有轉(zhuǎn)換時，在高狀態(tài)或低狀態(tài)輸出時可沒有信號被輸出。換言之，校正信號408的脈沖寬度可恢復到中間狀態(tài)。在一些實施方式中，作為與前一個輸入轉(zhuǎn)換進行相位比較的結(jié)果，校正信號408的脈沖被保持在在當前狀態(tài)。
[0040]鎖相環(huán)400可包括含CTSD調(diào)制器415的相位-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。對于給定的信號分辨率，CTSD調(diào)制器415的物理部件可以制造得非常緊湊。在一些實施方式中，高過采樣速率用于增加信號分辨率，同時維持物理部件的緊湊。CTSD調(diào)制器415可包括第一電荷泵410、第二電荷泵412、增益級414和觸發(fā)器416。第一電荷泵410和第二電荷泵412的輸出可以是增益級414的輸入。在一些實施方式中，可以利用第一電荷泵410與第二電荷泵412的電壓比設置增益。在一些實施方式中，CTSD調(diào)制器415可包括在第一電荷泵410之后的電容器413，用于消除階梯效應(antialsing)。在一些實施方式中，電容器413的電容可在2皮法到10皮法的范圍內(nèi)?？蛇x擇地，電容器413可具有差分電容。觸發(fā)器416可輸入增益級414的輸出和源信號404通過分頻器418后產(chǎn)生的時鐘420a。在一些實施方式中，分頻器418可將時鐘420進行4分或者8分。可選擇地，分頻器418用不同的數(shù)字對時鐘420a進行分頻。
[0041]在一些實施方式中，增益級414和時鐘420a可以減輕亞穩(wěn)定性，因為第二電荷泵412平均起來使電容器413上的電壓保持接近觸發(fā)器416的閾值，所以可能容易產(chǎn)生所述亞穩(wěn)定性。觸發(fā)器416可輸出數(shù)字信號422，所述數(shù)字信號422的脈沖密度和校正信號408成比例。在一些實施方式中，觸發(fā)器416可包括兩個輸出。例如，觸發(fā)器416可包括高狀態(tài)輸出和低狀態(tài)輸出。
[0042]因為Alexander型檢測器406輸出校正信號408，而且Alexande型檢測器406采用數(shù)據(jù)率時鐘頻率，CTSD調(diào)制器415以被分割的時鐘420a的頻率運行，所以實質(zhì)上CTSD調(diào)制器415是像抽取器一樣發(fā)揮作用。因此，410、412、413、414和416能夠集合到一起，并定義成抽取器。在一些實施方式中，鎖相環(huán)400可包括兩個或更多級聯(lián)CTSD調(diào)制器，具有利用較低時鐘頻率的級聯(lián)CTSD調(diào)制器。在一些實施方式中，第二個級聯(lián)CTSD調(diào)制器可包括較慢的觸發(fā)器，和前一個級聯(lián)CTSD調(diào)制器相比，所述較慢的觸發(fā)器消耗較低的功率。
[0043]任選地，鎖相環(huán)400還可包括圖4A所示的抽取器424。在一些實施方式中，抽取器424可輸入數(shù)字信號422和分割時鐘420b。分割時鐘420b和時鐘420a相比可具有較低的頻率。抽取器可輸出抽取的數(shù)字信號426。在一些實施方式中，抽取器424也可輸出抽取的時鐘428。在一些實施方式中，抽取的數(shù)字信號426可包括多個信號輸出。例如，抽取器可包括上輸出和下輸出。抽取的數(shù)字信號426的頻率可低于數(shù)字信號422。在一些實施方式中，抽取的數(shù)字信號426的脈沖密度可與數(shù)字信號422相同。在一些實施方式中，鎖相環(huán)400可省略抽取器424。
[0044]抽取器424可包括用于抽取數(shù)字信號422的分頻器。在一些實施方式中，分頻器可包括切換分配器(toggle divider)。在一些實施方式中，分頻器可包括同步分配器。在一些實施方式中，可以采用另一個分頻器。在一些實施方式中，與采用同步分配器相比，采用toggle分配器可以降低鎖相環(huán)400的功率。在一些實施方式中，分頻器可對信號進行4分或者8分。在一些實施方式中，分頻器可用另一數(shù)值對信號進行分割。
[0045]與采用較多觸發(fā)器和緩沖器的實現(xiàn)方式相比，這里所述的實施方式無論是尺寸還是功耗都更加有效。例如，和Aziz等人的美國專利N0.7，421，050中所述的實施方式相比，這里所述的實施方式具有更高的功率效率和/或更緊湊。
[0046]在一些實施方式中，鎖相環(huán)400可包括累加器430。累加器430可輸入抽取的數(shù)字信號426和抽取的時鐘428。在一些實施方式中，累加器430可包括計數(shù)器。在一些實施方式中，計數(shù)器可以是11-、12_或者18位上下計數(shù)器。累加器430的深度(位數(shù)越高，計數(shù)器越深)可與圖1的模擬鎖相環(huán)中所需的外部電容相當。較深的計數(shù)器可相當于較大的電容。在一些實施方式中，在光纖通道應用中可包括12位計數(shù)器。在一些實施方式中，在同步光網(wǎng)絡(SONET)應用中可包括18位計數(shù)器?？蛇x擇地，可采用另一個計數(shù)器。計數(shù)器的濾波器深度在運行期間可以改變，從而可允許累加器430的有效電容在鎖相環(huán)400運行期間改變。在一些實施方式中，計數(shù)器可預置為最大計數(shù)的約一半。例如，在鎖相環(huán)400接收參考信號402之前可對計數(shù)器進行預置。在一些實施方式中，當計數(shù)上溢或下溢時計數(shù)器可停止。例如，當計數(shù)達到最大或最小計數(shù)時計數(shù)器可停止。
[0047]在一些實施方式中，累加器430可基于抽取的數(shù)字信號426增加或減少計數(shù)。在去掉抽取器424的實施方式中，累加器430可基于數(shù)字信號422增加或減少計數(shù)。在一些實施方式中，累加器430可包括多個信號輸入。例如，累加器430可包括上輸入或者下輸入。在一些實施方式中，當在上輸入上接收到抽取的數(shù)字信號426時，累加器430可增加計數(shù)。在一些實施方式中，當在下輸入上接收到抽取的數(shù)字信號426時，累加器430可減少計數(shù)。在一些實施方式中，累加器430可基于單個信號輸入增加或減少計數(shù)。
[0048]累加器430可輸出數(shù)碼字432。在一些實施方式中，數(shù)碼字432可以為10位寬的字。在一些實施方式中，數(shù)碼字432可包括計數(shù)的10個最有效的位(msb)。然后可由將數(shù)碼字轉(zhuǎn)換成模擬信號433的Σ - Λ數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)434輸入10位字。在一些實施方式中，在壓控振蕩器438中，10位分辨率可以轉(zhuǎn)化成I伏特滿量程約800ΚΗζ以及每伏特增益約800MHz的最壞的頻率偏移(δ F)。在一些實施方式中，在具有28吉比特/秒(Gb/s)的數(shù)據(jù)率(Fdata)的系統(tǒng)中，10位分辨率會導致每比特I飛秒(δ F/F2data)的相移。
[0049]在一些實施方式中，Σ -ADAC轉(zhuǎn)換器434可包括10位數(shù)字Σ -Λ調(diào)制器。在一些實施方式中，Σ _ Λ DAC轉(zhuǎn)換器434可與Texas Instruments Incorporated (德州儀器公司)，Implementat1n of 12-bit delta-sigma DAC with MSC12xx controller (具有 MSC12xx 控制器的 12 位Σ - Λ DAC 的實現(xiàn))，Analog Applicat1ns Journal IQ 2002, 27-32中所述的Σ - Δ DAC濾波器類似。在一些實施方式中，Σ - Δ DAC濾波器可包括帶寬低于IMHz的濾波器。在一些實施方式中，也可使用具有另一帶寬的濾波器。在一些實施方式中，濾波器也可用于執(zhí)行增益調(diào)節(jié)和電平移動，以使信號可與壓控振蕩器438的控制端口公共模式和范圍相一致。在一些實施方式中，可采用另一種類型的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。在一些實施方式中，Σ - Λ DAC轉(zhuǎn)換器434可將數(shù)碼字432轉(zhuǎn)換成模擬信號433。在一些實施方式中，當從鎖相環(huán)400去掉抽取器424時，Σ - Λ DAC轉(zhuǎn)換器434可將數(shù)字信號422或者抽取的數(shù)字信號426轉(zhuǎn)換成模擬信號433。在一些實施方式中，鎖相環(huán)400可包括加法器435，配置成用于將模擬信號433和校正信號相加，以形成模擬控制信號436。模擬控制信號436可具有獨特的電壓電平，用于控制壓控振蕩器438。
[0050]壓控振蕩器438 —般可與參考圖3所述的壓控振蕩器326對應。壓控振蕩器438可輸入模擬控制信號436，并輸出源信號404。如圖4Β所示，鎖相環(huán)450可利用數(shù)字控制振蕩器439或者數(shù)字控制振蕩器，取代圖4Α的壓控振蕩器438、加法器435和Σ - Λ DAC轉(zhuǎn)換器434。在一些實施方式中，數(shù)碼字432可驅(qū)動數(shù)字控制振蕩器439。數(shù)字控制振蕩器439也可輸入校正信號408，以允許數(shù)字控制振蕩器439對源信號404進行微調(diào)。
[0051]在一些實施方式中，鎖相環(huán)400可包括窗口比較器440。窗口比較器440 —般可與參考圖3所述的數(shù)字窗口比較器318對應。
[0052]在一些實施方式中，鎖相環(huán)可包括電流型邏輯(CML)電路和(互補金屬氧化物半導體)CMOS邏輯電路。在一些實施方式中，使用CMOS邏輯可以降低鎖相環(huán)400的功率。在一些實施方式中，抽取器424可包括CML-CMOS轉(zhuǎn)換器，并且抽取器424的輸出可包括CMOS邏輯。在一些實施方式中，抽取器424、累加器430、Σ - Δ DAC轉(zhuǎn)換器434和/或加法器435的輸出可包括CMOS邏輯。在一些實施方式中，抽取器424、累加器430、Σ - ADAC轉(zhuǎn)換器434、加法器435和/或壓控振蕩器438的輸出可包括CMOS邏輯電路。
[0053]在一些實施方式中，鎖相環(huán)400可包括模擬補償零。在一些實施方式中，模擬補償零可允許環(huán)路在不使用快速數(shù)字信號處理器(DSP)的情況下發(fā)揮作用。
[0054]圖5示出了從參考信號產(chǎn)生源信號的示例方法500的流程圖。在一些實施方式中，方法500可采用參考圖2、圖3和/或圖4所述的鎖相環(huán)實現(xiàn)。方法500可從可接收參考信號和源信號的塊510開始。在塊520中，可產(chǎn)生傳遞參考信號和源信號之間的相位差的校正信號。在一些實施方式中，校正信號可包括二進制校正信號或者數(shù)字校正信號。在塊530中，可產(chǎn)生傳遞校正信號的相位-數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號。在一些實施方式中，相位-數(shù)字轉(zhuǎn)換可包括對校正信號的脈沖密度進行調(diào)制。在一些實施方式中，相位-數(shù)字轉(zhuǎn)換可包括對校正信號進行Σ-Λ調(diào)制。在塊540中，可產(chǎn)生傳遞數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換值的控制信號。在塊550中，可響應于控制信號，產(chǎn)生源信號。在一些實施方式中，方法500可以重復。在一些實施方式中，方法500還可包括產(chǎn)生一個信號，指示數(shù)字信號的特性在可接受范圍之外。
[0055]在不脫離本發(fā)明的精神或者本質(zhì)特征的情況下，可以用其它特定的形式實現(xiàn)本發(fā)明。例如，在可能的范圍內(nèi)，這里公開的任何或者全部部件可以用軟件、其它硬件或者其結(jié)合的形式來實現(xiàn)。可以利用已知的電路制造和安裝方法對電路進行裝配，以制造所述的電路。同樣地，制造或裝備公開的實施方式的方法在此被進一步公開。所述實施方式在所有方面僅僅是示例性的，不是限制性的。因此本發(fā)明的范圍由權利要求而不是由上述說明來限定。在權利要求的等價性范圍內(nèi)的所有變化都包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種鎖相環(huán)電路，用于接收包括基準相位的參考信號，并產(chǎn)生包括與所述基準相位相關的源相位的源信號，所述鎖相環(huán)電路包括: 第一電路，配置成接收參考信號和源信號，并產(chǎn)生表示所述參考信號和所述源信號之間的相位差的校正信號； 第二電路，配置成接收所述校正信號，并產(chǎn)生表示所述校正信號的相位一數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號； 第三電路，配置成接收所述數(shù)字信號，并產(chǎn)生表示所述數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換值的控制信號；和 第四電路，配置成接收所述控制信號，并響應所述控制信號，產(chǎn)生源信號。
2.如權利要求1所述的鎖相環(huán)電路，其中所述第二電路還被配置成抽取數(shù)字信號。
3.如權利要求1所述的鎖相環(huán)電路，其中所述第二電路還被配置成對所述數(shù)字信號進行下采樣。
4.如權利要求1所述的鎖相環(huán)電路，其中所述第二電路還被配置成抽取并下采樣所述數(shù)字信號。
5.如權利要求1所述的鎖相環(huán)電路，其中所述第二電路包括連續(xù)時間Σ- Λ調(diào)制器。
6.如權利要求1所述的鎖相環(huán)電路，其中所述第三電路包括累加器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以及所述控制信號包括由累加器從所述數(shù)字信號產(chǎn)生的數(shù)碼字的轉(zhuǎn)換電壓。
7.如權利要求1所述的鎖相環(huán)電路，還包括窗口比較器，所述窗口比較器被配置成接收所述數(shù)字信號，并產(chǎn)生用于傳遞所述數(shù)字信號的特性在可接受范圍之外的信號。
8.如權利要求1所述的鎖相環(huán)電路，其中所述第一電路包括鑒相器，配置成用于產(chǎn)生二進制或者數(shù)字校正信號。
9.如權利要求1所述的鎖相環(huán)電路，其中所述第三電路包括累加器，所述控制信號包括由所述累加器從所述數(shù)字信號產(chǎn)生的數(shù)碼字，以及所述第四電路包括數(shù)字控制振蕩器，所述數(shù)字控制振蕩器配置成用于響應于所述數(shù)碼字產(chǎn)生源信號。
10.如權利要求1所述的鎖相環(huán)電路，其中所述第四電路包括壓控振蕩器。
11.一種從含基準相位的參考信號產(chǎn)生源信號的方法，所述源信號包括與所述基準相位相關的源相位，所述方法包括: 接收所述參考信號和所述源信號； 產(chǎn)生傳遞所述參考信號和所述源信號之間的相位差的校正信號； 產(chǎn)生傳遞所述校正信號的相位一數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號； 產(chǎn)生傳遞所述數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換值的控制信號；以及 響應所述控制信號，產(chǎn)生所述源信號。
12.如權利要求11所述的方法，其中產(chǎn)生所述數(shù)字信號包括抽取所述校正信號。
13.如權利要求11所述的方法，其中產(chǎn)生所述數(shù)字信號包括下采樣所述校正信號。
14.如權利要求11所述的方法，其中產(chǎn)生所述數(shù)字信號包括抽取和下采樣所述校正信號。
15.如權利要求11所述的方法，其中所述校正信號的相位一數(shù)字轉(zhuǎn)換包括對所述校正?目號進行連續(xù)時間Σ調(diào)制。
16.如權利要求11所述的方法，還包括產(chǎn)生用于傳遞所述數(shù)字信號的特性在可接受范圍之外的信號。
17.如權利要求11所述的方法，其中所述校正信號包括二進制校正信號或者數(shù)字校正信號。
18.如權利要求11所述的方法，其中產(chǎn)生所述控制信號包括對所述數(shù)字信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
19.一種鎖相環(huán)電路，用于接收包括基準相位的參考信號，并產(chǎn)生包括與所述基準相位相關的源相位的源信號，所述鎖相環(huán)電路包括: 用于產(chǎn)生傳遞所述參考信號和所述源信號之間的相位差的校正信號的裝置； 用于產(chǎn)生傳遞所述校正信號的相位一數(shù)字轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號的裝置； 用于產(chǎn)生傳遞所述數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換值的控制信號的裝置；以及 用于響應所述控制信號，產(chǎn)生所述源信號的裝置。
20.如權利要求19所述的鎖相環(huán)電路，還包括:產(chǎn)生用于傳遞數(shù)字信號的特性在可接受范圍之外的信號的裝置。
【文檔編號】H03L7/085GK104428995SQ201380036323
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年5月17日 優(yōu)先權日:2012年5月23日
【發(fā)明者】T·尼古因, S·G·特羅耶, D·K·凱斯 申請人:菲尼薩公司