專利名稱：基于頻率采樣的數(shù)字相位鑒別的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字相位鑒別。
相位鑒別在數(shù)字無線電通信方面，特別是在任何角調(diào)制數(shù)字無線電接收機方面，是重要的。相位鑒別和頻率鑒別密切相關(guān)。一般使用模擬電路，例如IQ頻率鑒別器，進行頻率鑒別。模擬頻率鑒別器具有顯著的缺陷。在IQ頻率鑒別器的情況下，鑒別器需要多個模擬元件、兩次A/D轉(zhuǎn)換和一次數(shù)值反正切運算，使電路十分復(fù)雜。
存在僅使用數(shù)字邏輯元件用來產(chǎn)生代表信號瞬時相位的值的已知方法。在通過參考包括在這里的美國專利U.S專利5，084，669中描述了各種這樣的方法。特別是，上述專利描述了一種用來確定信號瞬時相位的數(shù)字電路，如果希望由該電路可以得到瞬時頻率。盡管電路的實現(xiàn)是全數(shù)字的，但它十分復(fù)雜。一種用來以簡單、全數(shù)字方式確定信號瞬時相位的改進方法和設(shè)備因此可能是熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員所公認的。
一般地說，本發(fā)明提供一種簡單的、全數(shù)字的方法和設(shè)備，用來確定一個第一時鐘信號相對于一個第二時鐘信號的相位。第一時鐘信號可以是諸如RF信號之類的周期性模擬信號的數(shù)字近似。采用一種產(chǎn)生包含相對相位信息的數(shù)字位流的采樣技術(shù)。由數(shù)字位流形成一個指示相對相位的數(shù)字字。該數(shù)字字可以使用一個數(shù)字濾波器形成。便利地是，可應(yīng)用于Sigma-Delta(σ-δ)(有時稱作Delta-Sigma)A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波技術(shù)的擴展體，可以直接用于數(shù)字流。通過使用適當(dāng)選擇的加權(quán)函數(shù)，可以獲得高精度。
按照本發(fā)明的另一個方面，提供一種確定第一時鐘信號和第二時鐘信號的頻率比值的方法。按照第二時鐘信號采樣第一時鐘信號以產(chǎn)生數(shù)字位或符號流，并且由數(shù)字位或符號流形成指示頻率比值的一個數(shù)字字。通過濾波數(shù)字位或符號流，可以形成數(shù)字字。用來實施以上方法的設(shè)備可以包括用來按照第二時鐘信號采樣第一時鐘信號以產(chǎn)生一個數(shù)字位或符號流的電路、和用來由數(shù)字位或符號流形成指示頻率比值的一個數(shù)字字的電路，如數(shù)字濾波器。最好，數(shù)字濾波器采用一個其中不同權(quán)重施加到不同數(shù)字位或符號流上的加權(quán)函數(shù)。
按照本發(fā)明的一個有關(guān)方面，提供一種產(chǎn)生指示兩個時鐘信號的頻率比值的一個數(shù)據(jù)流的方法，該方法通過按照另一時鐘信號采樣信號之一來進行以形成一個數(shù)字位或符號流，每個數(shù)字位或符號表示在另一個時鐘信號特定周期期間出現(xiàn)的一個時鐘信號預(yù)定極性的多次轉(zhuǎn)變，從而可以進一步處理數(shù)字位或符號流，以確定頻率的比值。一個用來產(chǎn)生指示兩個時鐘信號的頻率比值的這樣一個數(shù)據(jù)流的電路可以包括一個第一輸入端，對其施加一個第一時鐘信號；一個第二輸入端，對其施加一個第二時鐘信號，該電路產(chǎn)生一個作為一個輸出信號的數(shù)字位或符號流，每個數(shù)字位或符號表示在另一個時鐘信號特定周期期間出現(xiàn)的一個時鐘信號的預(yù)定極性的多次轉(zhuǎn)變，從而可以進一步處理數(shù)字位或符號流，以確定頻率的比值。
按照本發(fā)明的又一個方面，提供一種用來產(chǎn)生兩個頻率FX和FS的比值的Delta/Sigma調(diào)制的設(shè)備，該設(shè)備包括一個計數(shù)器電路，用來計數(shù)FS的時鐘沿在FX時鐘沿之間的時段內(nèi)發(fā)生的數(shù)量；和一個寄存器電路，用來存儲計數(shù)器在FS每個時鐘沿處的值。來自寄存器裝置的值的序列構(gòu)成Delta/Sigma調(diào)制量化數(shù)據(jù)。
由聯(lián)系附圖的如下描述，可以進一步理解本發(fā)明。在附圖中

圖1是方塊圖，表明按照本發(fā)明的一個實施例一個Sigma-Delta調(diào)制器的和一個用于頻率采樣的采樣電路的采樣數(shù)據(jù)模型；圖2是一張表，有助于解釋在輸入頻率是基準(zhǔn)頻率的0.6875倍的情況下圖1電路模型的操作；圖3是計時圖，表明圖1的電路模型應(yīng)用于頻率采樣時的工作原理；圖4是通過圖1的電路模型描述的頻率采樣電路的一個例子的示意圖；圖5是第一計時圖，表明圖4頻率采樣電路的操作；圖6是第二計時圖，表明圖4頻率采樣電路的操作；圖7是可以用來進行由諸如圖4之類的電路產(chǎn)生的數(shù)字位流的數(shù)字濾波的兩個交替加權(quán)函數(shù)的曲線；圖8是曲線圖，表明使用恒定加權(quán)函數(shù)從數(shù)字頻率鑒別器得到的精度；圖9是曲線圖，表明使用三角形加權(quán)函數(shù)從數(shù)字頻率鑒別器得到的精度；及圖10是聯(lián)系諸如圖4之類的頻率采樣電路可以使用的一種數(shù)字濾波器的一個例子的方塊圖。
圖11A是一張表，表明數(shù)字相位鑒別的一種方法；圖11B是一張圖表，表示圖11A方法的結(jié)果；圖11C是聯(lián)系圖11A和11B使用的加權(quán)函數(shù)的一張圖表；圖12A是一張表，表明數(shù)字相位鑒別的另一種方法；圖12B是一張圖表，表示圖12A方法的結(jié)果；圖12C是聯(lián)系圖12A和12B使用的加權(quán)函數(shù)的一張圖表；圖13是按照圖12的技術(shù)的數(shù)字相位鑒別硬件的方塊圖；圖14A是一張表，表明數(shù)字相位鑒別的又一種方法；圖14B是一張圖表，表示圖14A方法的結(jié)果；圖14C是聯(lián)系圖14A和14B使用的加權(quán)函數(shù)的一張圖表；圖15是按照圖14的技術(shù)的數(shù)字相位鑒別硬件的方塊圖；圖16A是一張表，表明數(shù)字相位鑒別的再一種方法；圖16B是一張圖表，表示圖16A方法的結(jié)果；圖16C是聯(lián)系圖16A和16B使用的加權(quán)函數(shù)的一張圖表；圖17是按照圖16的技術(shù)的數(shù)字相位鑒別硬件的方塊圖。
由本發(fā)明的數(shù)字頻率鑒別器遵循的方法可以通過模擬Sigma-Delta A/D轉(zhuǎn)換理解，在先有技術(shù)中通過諸如Candy等的“過采樣Delta-Sigma數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器”，IEEE Press，1-6頁，Piscataway，NJ(1992)參考資料良好地證明。Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器以比Nyquiest速率高得多的頻率把變振幅模擬輸入信號調(diào)制成一個簡單的數(shù)字代碼。調(diào)制器的結(jié)構(gòu)允許時間分辨率換取振幅分辨率。圖1中所示的Sigma-Delta調(diào)制器的采樣數(shù)據(jù)電路模型可以直接用于這里描述的頻率采樣。
參照圖1，一個在樣本時刻i發(fā)生的輸入信號xi已經(jīng)從其上減去在樣本時刻i的輸出信號yi。結(jié)果施加到具有一個輸出信號wi的累加器上。累加器在樣本時刻i的“新”輸入信號與累加器的“舊”輸出信號相結(jié)合以形成累加器一個新輸出信號。累加器的輸出信號被量化，量化表示為誤差ei的添加。量化器的輸出信號是最終的輸出信號yi。
現(xiàn)在假定xi是兩個頻率的比值，并且量化器是一個二級量化器。進一步假定在討論的時間段內(nèi)兩個頻率的比值比如是0.6875。如圖2中所示，后一個值在第一時刻累加，給出一個0.6875的累加值。該值小于1，再把值0.6875添加到累加值上，給出一個1.375的新累加值。由于該值現(xiàn)在大于1，所以從0.6875減去1，并且把結(jié)果(0.6875-1=-0.3125)添加到累加器上以給出1.0625的值。運算以這種方式進行。在運算的上述序列期間，通過取每個累加值的整數(shù)部分1或0產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)流。
參照圖3，可以理解圖2中所示的數(shù)字序列的解釋。表示兩個時鐘信號。同樣，假定在感興趣時間段期間的上部時鐘信號的頻率與下部時鐘信號的頻率的比值是0.6875。在時刻t=0，兩個時鐘信號的上升沿重合。在下部時鐘信號的第一個次上升沿處，上部時鐘信號的0.6875時段已經(jīng)過去。在下部時鐘信號的下一個上升沿處，上部時鐘信號的1.375時段已經(jīng)過去。在下部時鐘信號的下一個上升沿處，從上部時鐘信號的第一時段過去起，上部時鐘信號的1.0625時段已經(jīng)過去，等等。
可以用于與上述例子中描述的數(shù)據(jù)流相對應(yīng)的數(shù)據(jù)樣本的捕獲電路或頻率采樣電路的示意圖表示在圖4中。在表明的實施例中，假定時鐘信號的比值是這樣的在較慢時鐘的單個時段期間較快時鐘的僅僅一個上升沿出現(xiàn)。在其他實施例中，這種假定不必適用。
捕獲電路包括一個輸入部分401和一個輸出部分403。輸入部分包括兩個必須認真匹配以使誤差最小的兩段Ch1和Ch2。每段包括一個串聯(lián)聯(lián)接的兩個或多個D觸發(fā)器鏈。在如下描述中，相同標(biāo)號將用來指相應(yīng)觸發(fā)器本身和其相應(yīng)的輸出信號。
在每一段中，鏈中的第一觸發(fā)器由采樣時鐘信號FX計時。在鏈中的以后觸發(fā)器由采樣時鐘信號FS計時。在上部段中的第一觸發(fā)器Q1的D輸入聯(lián)接到相同的Q輸出上。在下部段中的第一觸發(fā)器的D輸入聯(lián)接到上部段中的第一觸發(fā)器的Q輸出上。在兩段中的剩余觸發(fā)器串聯(lián)聯(lián)接，即Q至D，Q至D。
輸入部分的功能是1)產(chǎn)生兩個信號，彼此邏輯反相，在時鐘信號FX的上升沿上變換；2)把兩個信號的值鎖在時鐘信號FS的上升沿上；及3)從一個時鐘至下一個檢測變換?？赡苄枰cQ3和Q4串聯(lián)的附加中間級，以使由兩個時鐘信號的異步生成的亞穩(wěn)定性最小，并且事實上在具體結(jié)構(gòu)中多個這樣的級可能是希望的。
在一個示范實施例中，輸出部分包括三個雙輸入NAND門。相應(yīng)NAND門N1和N2聯(lián)接到輸入段的最終觸發(fā)器級的D和Q信號上。NAND門N1和N2的輸出信號在另一個NAND門N3中結(jié)合以形成捕獲電路的最終輸出。
輸出部分的功能是檢測輸入時鐘信號電平從一個樣本時鐘至下一個在由兩個輸入段形成的兩個通道任一個中的變化。兩個輸入段以往復(fù)方式起作用，交替地檢測輸入時鐘信號電平的變化。
參照圖5的計時圖可以更充分地理解圖4捕獲電路的操作。兩個通道的第一級形成近似與輸入時鐘信號的上升沿重合(但稍微延遲)的反相信號Q1和Q2。按照樣本時鐘通過采樣信號Q1和Q2分別形成信號Q3和Q4。信號Q5和Q6分別延遲于信號Q3和Q4的復(fù)制品。NAND門一起實現(xiàn)邏輯函數(shù)X=Q3·Q5vQ4·Q6。
在圖5的例子中，表明的信號都理想化為方波信號。在實際中，信號將具有有限的上升和下降次數(shù)。信號Q1和Q2的有限上升和下降次數(shù)和電路異步的可能影響是亞穩(wěn)定性，如圖6中所示。這里，信號Q3和Q5及信號Q4和Q6每一個處于一個循環(huán)期間的中間狀態(tài)。電路的生成輸出可能是或可能不是正確的。然而，因為決定是“閉合呼叫(close call)”以由此開始，所以偶然錯誤決定對電路整個操作的影響是可忽略的。通過增大通路中的整體增益減小不穩(wěn)定性的時間窗口。如果Q3和Q9的增益足以把錯誤概率減小到可接收的級上，那么不需要輔助電路。如果不是，則需要輔助電路以增大增益。
為了從由諸如圖4一種之類的捕獲電路產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流恢復(fù)兩個時鐘信號的頻率比值，應(yīng)用數(shù)字濾波。便利的是，可應(yīng)用于Sigma-Delta(或Delta-Sigma)A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字濾波技術(shù)的擴展體，可以直接應(yīng)用于數(shù)字流。況且，通過使用一個適當(dāng)選擇的加權(quán)函數(shù)，可以獲得高精度。
乘積的加權(quán)和是FIR濾波器的一個例子。至今描述的加權(quán)函數(shù)因此是數(shù)字濾波理論中的FIR濾波器的加權(quán)函數(shù)。然而，應(yīng)該認識到，也能使用IIR濾波器。在FIR數(shù)字濾波的過程中，加權(quán)函數(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)樣本的“窗口”以得到窗口中心中頻率比值的估計。窗口然后“采集和運動”到下個樣本序列。開窗口一般將重疊。一個窗口例如可以包括256個樣本。
參照圖7，對于256個樣本的窗口表示兩個可選擇的加權(quán)函數(shù)。歸一化加權(quán)函數(shù)，意味著在加權(quán)函數(shù)下方的面積是一。以虛線指示的一個加權(quán)函數(shù)是一個直線、恒定加權(quán)函數(shù)。以實線指示的另一個加權(quán)函數(shù)是一個三角形加權(quán)函數(shù)。加權(quán)函數(shù)是數(shù)字濾波器中的脈沖響應(yīng)函數(shù)。
分別使用直線加權(quán)函數(shù)和三角形加權(quán)函數(shù)的數(shù)字濾波的結(jié)果表示在圖8和圖9中。在圖8和圖9的情況下，頻率比值從剛好在0.687下面增大到剛好在0.693上方。如圖8中所示，使用一個直線加權(quán)函數(shù)，量化信號在兩個電平之間振蕩，這兩個電平以這樣一種方式與輸入相鄰，從而其局部平均等于平均輸入。計算平均誤差是1772ppm。如圖9中所示，使用三角形加權(quán)函數(shù)，量化信號以83ppm平均誤差跟蹤輸入。
應(yīng)用三角形加權(quán)函數(shù)和可以用來實現(xiàn)希望數(shù)字濾波的示范頻率累加器的示意圖表示在圖10中。在所示的例子中，頻率累加器使用一個7位計數(shù)器101、一個14位加法器103和一個14位寄存器105。7位計數(shù)器由樣本頻率FS計時。7位計數(shù)器的輸出提供給加法器的一個輸入。7位計數(shù)器的功能是從0至127向上和然后從127至0向下計數(shù)。127的計數(shù)依次出現(xiàn)兩次。這種行為使用一個觸發(fā)器107實現(xiàn)。觸發(fā)器由樣本頻率FS計時。7位加法器的終端計數(shù)信號輸入到觸發(fā)器。觸發(fā)器的輸出聯(lián)接到7位計數(shù)器的計數(shù)向下輸入上。
“過采樣”數(shù)據(jù)流聯(lián)接到加法器的控制輸入上。當(dāng)數(shù)據(jù)流的當(dāng)前位是1時，進行添加。當(dāng)當(dāng)前位是0時，不進行添加。加法器的進位輸入約束為高，有效地使權(quán)重范圍為1至128。
14位寄存器由樣本頻率FS計時。其輸出施加到加法器的另一個輸入時。其輸入接收由加法器產(chǎn)生輸出字。14位加法器的功能是對于256時鐘進行累加操作。在256時鐘的結(jié)果處，14位加法器的輸出用作用于頻率比值的估值器。更具體地說，在所示的例子中，累加器的輸出等于R×128×129，其中R是頻率比值估值器。
上述技術(shù)可以容易擴展到相位鑒別。將描述用于數(shù)字相位鑒別的各種不同方法和設(shè)備，帶來不同結(jié)構(gòu)調(diào)整。
第一方法概念簡單，但計算費力。參照圖11A，使用與三角形加權(quán)函數(shù)對應(yīng)的相同觀察頻率數(shù)據(jù)流和相同組的權(quán)重(圖11B)。首先使用以前描述的技術(shù)確定在相當(dāng)長的時間段上基準(zhǔn)頻率與采樣頻率的比值。已經(jīng)得到該頻率比值估值器，通過如以前那樣但以相當(dāng)高的速率計算相同頻率，估計短期頻率偏差，頻繁到每個樣本周期一次。就是說，使用圖10的電路都獲得連續(xù)樣本，象每個樣本周期那樣經(jīng)常。計算從以前確定的頻率比值(Fr)的每個頻率估計(F)的差(ΔF)，乘以適當(dāng)?shù)谋壤驍?shù)k，并且累加以得到一個相應(yīng)的相位估計Pf。(Pf的第一值是人為選擇的初始條件，選擇以與理想估計相比較。在實際中，根據(jù)信號特征的推測知識，可以把相位初始化為一個值，或者沒有這樣知識，在相位彎曲點的檢測時可以設(shè)置為零。)使用上述相位估計方法(虛線)把規(guī)定波形的實際相位(實線)與估計相位相比較的相位圖表模擬表示在圖11C中。
前面的“頻率差值”相位估計方法計算費力，因為需要以相當(dāng)高的速率計算頻率估計。一種“預(yù)求和差值”相位估計方法排除了這種要求。參照圖12A，代之以從頻率估計上減去頻率比值，從采樣數(shù)據(jù)流本身減去頻率比值Fr。假定數(shù)據(jù)流只是一和零的位流，并且假定頻率比值Fr=0.6875，然后預(yù)求和差值Y將具有僅兩個值Y=1-0.6875=.3125或Y=0-0.6875=-0.6875之一。累加Y值以得到相應(yīng)的值PX。通過基本上以與相對于形成頻率估計在以上描述的相同方式濾波PX值，得到相位估計PPn(使用相同的加權(quán)函數(shù)，例如圖12B)，除濾波值由比例因數(shù)k定標(biāo)之外。
預(yù)求和差值相位計算在數(shù)學(xué)上可以表示為等效于頻率差值計算。表示在圖12C中的模擬結(jié)果因此與圖11C中的相同。然而，使用預(yù)求和差值相位計算，硬件實現(xiàn)可以相當(dāng)簡單，因為每個相位點只需要一次計算。這樣一種硬件實現(xiàn)表示在圖13中。
圖13的預(yù)求和差值相位估值器一般包括一個第一累加器ACC1、一個類似于或與相對于圖10以上描述的權(quán)重發(fā)生器相同的權(quán)重發(fā)生器WG、及一個第二累加器ACC2。
累加器ACC1起產(chǎn)生與觀察頻率數(shù)據(jù)流的位(或在其他實施中的符號)相對應(yīng)的相位數(shù)PXi的作用，并且包括一個多路復(fù)用器1301、一個加法器1303及一個寄存器(例如一個16位寄存器)1305。多路復(fù)用器1301按照X的值選擇Yi的兩個可能值之一，并且把Yi施加到加法器1303上。寄存器值添加到Y(jié)i上以形成PXi，然后把PXi選通到寄存器中。加法器1303和寄存器1305因此累加PXi值。
然后在累加器ACC2中濾波PXi值，累加器ACC2包括一個乘法器1307、一個加法器1309及一個寄存器1311。乘法器接收來自權(quán)重發(fā)生器WG的權(quán)重和來自累加器ACC1的PXi值。相應(yīng)權(quán)重和PXi值相乘，并且例如對于128個時鐘循環(huán)累加乘積，以產(chǎn)生一個相位估值器PP。可以建造乘法器，以便在累加過程期間把比例因數(shù)k施加到每個乘積上。
一種甚至更簡單的實現(xiàn)可以使用一個整數(shù)差值相位計算實現(xiàn)。整數(shù)差值相位計算在數(shù)學(xué)上不等效于以上方法，但非常接近。參照圖14A，該方法除觀察頻率數(shù)據(jù)流之外，還使用如果把基準(zhǔn)頻率應(yīng)用于圖4的捕獲電路(具有相同時鐘)則生成的基準(zhǔn)頻率數(shù)據(jù)流。一個運算求和Di然后由整數(shù)差Xi-Ri形成。在多種實際用途中，如表明在圖14和15中的一種，Di僅僅具有值1、0和-1。然而由本例子可以理解和懂得其中Di取其他值的一般情況，并且這種情況由本描述包括。
通過以與以上描述的相同或類似的方式濾波Di值形成相位估計。圖14B可以使用相同的三角形加權(quán)函數(shù)。整數(shù)差值相位計算方法產(chǎn)生與以上方法相同的模擬結(jié)果，圖14C。
參照圖15，在其中D只取值1、0和-1的情況下，可以大大地簡化相應(yīng)硬件構(gòu)造(例如與圖13的相比)。
圖15的整數(shù)差值相位估計器，象圖13的那樣，一般包括一個第一累加器ACC1、一個權(quán)重發(fā)生器WG、及一個第二累加器ACC2。累加器ACC1具有與圖13的相應(yīng)結(jié)構(gòu)顯著不同的構(gòu)造。圖15的累加器ACC1包括一個基準(zhǔn)圖案發(fā)生器1501、一個1位減法器1503、一個2位加法器1505及一個2位寄存器1507。1位減法器從相應(yīng)X值上減去相應(yīng)的R值。2位加法器和寄存器累加生成的Di值，如以上解釋的那樣，Di值可以僅限制為1、0和-1。
權(quán)重發(fā)生器WG和累加器ACC2基本上與以前描述的圖13中的相同。然而，因為Di只取值1、0和-1，所以不需要乘法器。而是，如果Di=1，則把權(quán)重值添加到累加值上，并且如果Di=-1，減去權(quán)重值。(如果Di=0，則累加值保持不變。)硬件乘法器的節(jié)省是圖15的實施的一個特別優(yōu)點。
另外一種相位估計方法稱作時鐘測量相位計算方法。參照圖16A，該方法類似于以上整數(shù)差值相位計算方法，象至今關(guān)心的R、X和D。然而，該方法除基準(zhǔn)頻率數(shù)據(jù)流R之外，還使用“時鐘測量”數(shù)RG，數(shù)RG與圖2中出現(xiàn)的數(shù)相同。況且，使用的權(quán)重函數(shù)顯著不同，如圖16B中所示。
使用如下公式得到時鐘測量相位估計值PCPCn=k·(Dn-frac(RGn)+0.5+∑i(Wi·Xi+n-64))使用時鐘測量相位計算方法的類似結(jié)果表示在圖16C中。
參照圖17，時鐘測量相位估值器一般包括一個第一累加器ACC1、一個權(quán)重發(fā)生器WG、及一個第二累加器ACC2。估值器另外包括一個求和塊1701。
累加器塊ACC1基本上與圖15的累加器塊ACC1相同。然而，注意基準(zhǔn)圖案發(fā)生器產(chǎn)生在累加器ACC1內(nèi)使用的基準(zhǔn)頻率數(shù)據(jù)流R、和輸入到求和塊1701的時鐘測量數(shù)據(jù)流RG。
權(quán)重發(fā)生器包括一個計數(shù)器1703和權(quán)重發(fā)生器邏輯電路1705。
累加器ACC2包括一個加法器1707和一個寄存器1709。當(dāng)X=1時，來自權(quán)重發(fā)生器的權(quán)重值添加到寄存器1709的內(nèi)容。加法器的輸出成為寄存器的新輸入，寄存器對于例如128個時鐘循環(huán)進行累加器運算。
在ACC2累加運算的結(jié)果處，ACC1和ACC2的輸出與相應(yīng)的RG值一起在求和塊1701中求和。
熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員將理解，本發(fā)明能以其他具體形式實施而不脫離其精神或基本特征。因此在所有方面把當(dāng)前公開的實施例考慮成是說明性的而不是限制性的。本發(fā)明的范圍由附屬權(quán)利要求書而不是由以上描述指示，并且在其等效意義和范圍內(nèi)的所有變化打算包括在其中。
權(quán)利要求
1．一種使用一個第二時鐘信號確定一個第一時鐘信號的相位的方法，包括步驟按照第二時鐘信號采樣第一時鐘信號以產(chǎn)生一個數(shù)字位或符號流；和由數(shù)字位流形成一個指示相位的數(shù)字字。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成數(shù)字字包括濾波數(shù)字位流。
3．使用一個第二時鐘信號用來確定一個第一時鐘信號的相位的設(shè)備，包括用來按照第二時鐘信號采樣第一時鐘信號以產(chǎn)生一個數(shù)字位流的裝置；和用來由數(shù)字位流形成一個指示相位的數(shù)字字的裝置。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中用來形成的所述裝置包括一個數(shù)字濾波器。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中數(shù)字濾波器采用一個其中不同權(quán)重施加到不同數(shù)字位上的加權(quán)函數(shù)。
6．一種使用一個第二時鐘信號確定一個第一時鐘信號的相位的方法，包括步驟按照第二時鐘信號采樣第一時鐘信號以產(chǎn)生一個數(shù)字符號流；和由數(shù)字符號流形成一個指示相位的數(shù)字值。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中形成數(shù)字值包括濾波數(shù)字位流。
8．使用一個第二時鐘信號用來確定一個第一時鐘信號的相位的設(shè)備，包括用來按照第二時鐘信號采樣第一時鐘信號以產(chǎn)生一個數(shù)字符號流的裝置；和用來由數(shù)字位流形成一個指示相位的數(shù)字值的裝置。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中用來形成的所述裝置包括一個數(shù)字濾波器。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中數(shù)字濾波器采用一個其中不同權(quán)重施加到不同數(shù)字位上的加權(quán)函數(shù)。
11．一種使用另一個時鐘信號產(chǎn)生指示一個時鐘信號的相位的一個數(shù)據(jù)流的方法，包括按照另一時鐘信號采樣時鐘信號之一以形成一個第一數(shù)字位或符號流，每個數(shù)字位或符號表示在另一個時鐘信號特定周期期間出現(xiàn)的一個時鐘信號的預(yù)定極性的多次轉(zhuǎn)變，從而可以進一步處理數(shù)字位或符號流，以確定相對相位。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中采用頻率差值相位計算，包括另外的步驟濾波該流，以得到時鐘信號頻率的平均比值；濾波該流，以得到時鐘信號頻率比值的一列短期估計值；對于每個估計值，計算估計值與平均頻率比值之間的差值，并且把該差值轉(zhuǎn)換成相位增量；及累加相位增量以產(chǎn)生一個運算相位估計值。
13．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中采用預(yù)求和差值相位計算，包括另外的步驟通過從每個所述數(shù)字位或符號減去時鐘信號的頻率比值，產(chǎn)生第一數(shù)字值流；通過累加第二數(shù)字值流產(chǎn)生一個第二數(shù)字值流；及濾波第二數(shù)字值流。
14．根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括步驟當(dāng)按照所述時鐘信號所述的一個采樣所述時鐘信號的所述另一個時，產(chǎn)生一個第二數(shù)字位或符號流；從第一流的位或符號上減去第二數(shù)據(jù)流的位或符號，以產(chǎn)生一個第三數(shù)字位或符號流；及累加第三數(shù)字位或符號流，以形成每個具有值1、0和-1的第四數(shù)字位或符號流。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中采用一種整數(shù)差值相位計算方法，包括濾波第四數(shù)字位或符號流的另外步驟。
16．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中采用一種時鐘測量相位計算，包括另外的步驟濾波所述第一數(shù)字位或符號流，以產(chǎn)生一個濾波值；產(chǎn)生當(dāng)按照所述另外的時鐘信號Sigma-Delta調(diào)制所述一個時鐘信號時生成的一個第五數(shù)字值流；形成從所述第四數(shù)據(jù)流得到的一個值、與從所述第五數(shù)據(jù)流得到的一個值的小數(shù)部分的差值；及把所述差值與所述濾波值相結(jié)合。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中使用一個雙曲線加權(quán)函數(shù)進行濾波。
18．一種用來使用另一個時鐘信號產(chǎn)生指示一個時鐘信號的相位的數(shù)據(jù)流的電路，包括一個第一輸入端，對其施加一個第一時鐘信號；一個第二輸入端，對其施加一個第二時鐘信號，并且該電路產(chǎn)生一個作為一個輸出信號的數(shù)字位或符號流，每個數(shù)字位或符號表示在另一個時鐘信號特定周期期間出現(xiàn)的一個時鐘信號的預(yù)定極性的多次轉(zhuǎn)變，從而可以進一步處理數(shù)字位或符號流，以確定相對相位。
19．根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，進一步包括一個權(quán)重發(fā)生器；一個第一累加器；及一個第二累加器；其中第一累加器作為一個輸入接收數(shù)字位或符號流，并且產(chǎn)生一個輸出數(shù)字位或符號流，權(quán)重發(fā)生器產(chǎn)生一列權(quán)重，并且第二累加器接收權(quán)重系列和輸出位或符號流，且產(chǎn)生一個相位估計值。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，第二累加器包括一個硬件乘法器。
21．根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述第一累加器包括一個基準(zhǔn)圖案發(fā)生器，并且所述輸出流包括符號1、0和-1，及其中所述第二累加器包括一個加法器/減法器。
22．根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，進一步包括一個權(quán)重發(fā)生器；一個第一累加器；一個第二累加器；及一個求和塊；其中權(quán)重發(fā)生器產(chǎn)生一系列權(quán)重，第一累加器作為輸入接收數(shù)字位或符號流和權(quán)重系列，并且產(chǎn)生一個第一輸出符號流，第二累加器作為輸入接收數(shù)字位或符號流，并且產(chǎn)生一個第二輸出符號流，及求和塊求和來自第一累加器和第二累加器的輸出，以產(chǎn)生一個相位估計值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種簡單的全數(shù)字方法和設(shè)備(圖4),用來確定一個第一時鐘信號(Fs)相對于一個第二時鐘信號(Fs)的相位。第一時鐘信號(Fs)可以是諸如RF信號之類的周期性模擬信號的數(shù)字近似。采用一種產(chǎn)生包含相對相位信息的數(shù)字位流(X)的采樣技術(shù)。由數(shù)字數(shù)據(jù)位流形成一個指示相對相位的數(shù)字字(圖11A)。該數(shù)字字可以使用一個數(shù)字濾波器形成(圖13)。便利地是,可應(yīng)用于Sigma－Delta(有時稱作Delta－Sigma)A/D轉(zhuǎn)換器(圖1)的數(shù)字濾波技術(shù)的擴展體,可以直接用于數(shù)字流(X)。通過使用適當(dāng)選擇的加權(quán)函數(shù),可以獲得高精度。
文檔編號H03D13/00GK1286854SQ98810984
公開日2001年3月7日 申請日期1998年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月8日
發(fā)明者溫德爾·桑德 申請人:特羅皮亞恩公司