一种可调整环路带宽的数字锁相环及其调整方法
【专利摘要】本发明提供一种可调整环路带宽的数字锁相环，包括：时间-数字转换电路，接收输入信号CK_HS，并对其进行时间-数字转换处理；环路数字滤波器，接收时间-数字转换电路处理后的信号，并对其进行数字滤波；数字控制振荡器，接收环路数字滤波器滤波后的信号，并输出压控振荡信号CK_DCO给时间-数字转换电路，以及产生所述数字锁相环的输出信号CK_OUT；分频器，接收输出信号CK_OUT并对其进行分频处理后作为反馈信号CK_FB发送给时间-数字转换电路；环路滤波自动调整电路，根据输入信号、高频信号CK_XTAL以及时间-数字转换电路的增益值Gt2d调整所述环路数字滤波器的第一参数值G1和第二参数值G2。
【专利说明】一种可调整环路带宽的数字锁相环及其调整方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字锁相环【技术领域】，尤其涉及一种可调整环路带宽的数字锁相环及 其调整方法。
【背景技术】
[0002] 模拟锁相环技术在过去的几十年中，已在信息处理的很多领域得到长足发展，包 括无线接收发射器中的频率合成器，有线数据通信中的时钟和数据恢复，以及在多媒体视 频应用中的时钟采样等。然而在近几年的电路发展中，已开始出现了锁相环的全数字化应 用需求。比如通信领域中，数字式中频信号的应用，要求提供混频器时钟的频率合成器不能 是模拟锁相环。还比如多媒体视频应用中，锁相环恢复的像素时钟在提供给模数转换器作 为采样时钟前，需要进行灵活的相位处理，以确保模数转换器采样到的信号正确无误，要求 作为采样时钟的锁相环可以提供灵活的片外相位处理方式，及更广泛的输入参考频带选择 范围。上述这些要求是模拟锁相环所无法实现的，国际上已开始了全数字锁相环的研究。全 数字锁相环技术虽已有问世，但由于其发展的时间非常短，在系统和电路的各设计环节上 还非常不完善，无论在锁相环的性能还是应用流程上还未完全实现优化。
[0003] 其中，作为全数字锁相环重要组成部分的数字环路滤波器，其数字化的设计方式， 可以为全数字锁相环路的硬件实现带来一定的便利。比如，加快了电路设计周期，提供了灵 活的片外处理能力。
[0004] 但在其数字环路滤波器的参数设计方法上，却存在了严重的缺陷。一是算法繁琐 冗余，涉及的数学处理方式太多，比如：加、减、乘、除等都用到；二是由此算法产生的硬件 电路，会给系统带来复杂的运算特性，需要耗费高成本的硬件来对此系统进行支撑；三是整 个系统的运用会因为硬件的制约而受到限制，从而严重影响全数字锁相环电路在后端板级 实施应用的成功率。
[0005] 为了克服上述缺陷，在全数字锁相环的输入信号频率大范围变化的应用情况下， 数字环路滤波器的参数只能取一种值或预先在硬件中保存几组值供选择，而不能在芯片内 部简单地直接由电路运算得到这些参数。
[0006] 因此，如何在全数字锁相环的输入信号频率大范围变化的应用情况下，调整数字 环路滤波器的参数成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明提供一种可调整环路带宽的数字锁相环及其调整方法，其根据 全数字锁相环输入信号频率的不同自动调整环路数字滤波器参数，以保持输入信号频率和 环路带宽的倍数不变，而使全数字锁相环的响应速度及各种性能保持基本不变。
[0008] 本发明提供一种可调整环路带宽的数字锁相环，包括：
[0009] 时间-数字转换电路，用于接收输入信号CK_HS，并对接收的输入信号CLK_HS进行 时间-数字转换处理；
[0010] 环路数字滤波器，用于接收所述时间-数字转换电路处理后的信号，并对其进行 数字滤波；
[0011] 数字控制振荡器，用于接收所述环路数字滤波器滤波后的信号，并输出压控振荡 信号CK_DC0给所述时间-数字转换电路，以及产生所述数字锁相环的输出信号CK_0UT ;
[0012] 分频器，用于接收输出信号CK_0UT并对其进行分频处理后作为反馈信号CK_FB发 送给时间-数字转换电路；
[0013] 环路滤波自动调整电路，用于根据输入信号、高频信号CK_XTAL以及所述时间-数 字转换电路的增益值G t2d调整所述环路数字滤波器的第一参数值G1和第二参数值G2。
[0014] 一种可调整环路带宽的数字锁相环的调整方法，包括：
[0015] 接收输入信号CK_HS，并对接收的输入信号CLK_HS进行时间-数字转换处理；
[0016] 根据输入信号、高频信号CK_XTAL以及时间-数字转换电路的增益值Gt2d调整所 述环路数字滤波器的第一参数值G1和第二参数值G2,并采用调整后的第一参数值G1和第 二参数值G2对所述时间-数字转换处理后的信号进行数字滤波；
[0017] 对所述数字滤波后的信号进行压控振荡处理，并输出压控振荡信号CK_DC0给时 间-数字转换电路，以及产生所述数字锁相环的输出信号CK_0UT ;
[0018] 接收输出信号CK_0UT并对其进行分频处理后作为反馈信号CK_FB发送给时 间-数字转换电路。
[0019] 由以上技术方案可见，本发明本发明提供一种可调整环路带宽的数字锁相环及其 方法，能够根据全数字锁相环输入信号频率的不同自动调整环路数字滤波器模块的参数， 以保持输入信号频率和环路带宽的倍数基本不变。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是现有技术中的数字锁相环电路连接方框图；
[0021] 图2是图1等效到频率域的Z域模型；
[0022] 图3是本发明可调整环路带宽的数字锁相环电路连接方框图；
[0023] 图4--图8是本发明第一参数值G1和第二参数值G2的硬件verilog ;
[0024] 图9是本发明可调整环路带宽的数字锁相环的调整方法流程图。
【具体实施方式】
[0025] 参见图1，通常全数字锁相环包括依次连接的时间-数字转换模块（T2D)、数字环 路滤波器模块（DLF)、数字控制振荡模块（DC0)和分频器模块。参见图2,图2为图1等效 到频率域的Z域模型。其中，Ph_in为输入信号频率，G pd为时间-数字转换模块的增益值， G1、G2为数字环路滤波器模块的第一参数值和第二参数值，ZjpZi为Z变换中的复变量因 子，Gd。。为数字控制振荡模块的振荡参数，Di和D 2分别代表分频器模块中的第一分频器的分 频数和第二分频器的分频数，Ph_out为输出信号频率，Ph_fb为反馈信号频率。数字环路滤 波器的第一参数值和第二参数值G1、G2的推导过程如下：
[0026]
【权利要求】
1. 一种可调整环路带宽的数字锁相环，其特征在于，包括： 时间-数字转换电路，用于接收输入信号CK_HS，并对接收的输入信号CLK_HS进行时 间-数字转换处理； 环路数字滤波器，用于接收所述时间-数字转换电路处理后的信号，并对其进行数字 滤波； 数字控制振荡器，用于接收所述环路数字滤波器滤波后的信号，并输出压控振荡信号 CK_DCO给所述时间-数字转换电路，以及产生所述数字锁相环的输出信号CK_OUT ; 分频器模块，用于接收输出信号CK_OUT并对其进行分频处理后作为反馈信号CK_FB发 送给时间-数字转换电路； 环路滤波自动调整电路，用于根据输入信号、高频信号CK_XTAL以及所述时间-数字转 换电路的增益值Gt2d调整所述环路数字滤波器的第一参数值G1和第二参数值G2。
2. 根据权利要求1所述的数字锁相环，其特征在于，所述环路滤波自动调整电路根据 输入信号、CK_XTAL信号以及所述时间-数字转换电路的增益值G t2d产生一控制信号，所述 环路数字滤波器依据所述控制信号调整其第一参数值G1和第二参数值G2。
3. 根据权利要求1所述的数字锁相环，其特征在于，所述环路滤波自动调整电路根据 输入信号、CK_XTAL信号以及所述时间-数字转换电路的增益值G t2d产生第一参数值G1和 第二参数值G2,并将产生的所述第一参数值G1和第二参数值G2发送给所述环路数字滤波 器。
4. 根据权利要求2或3所述的数字锁相环，其特征在于，所述环路数字滤波器中的第一 参数值G1和第二参数值G2采用硬件的二进制处理格式：
，其中，G1A、GIB、G2A、G2B为二进制计算参数值， 且 G1A〈 = G1B，G2A〈 = G2B。
5. 根据权利要求4所述的数字锁相环，其特征在于，所述第一参数值G1和第二参数值 G2表示为，Gx = kx(2^SA+2^SB)/Gt2d，其中，kx为推导计算参数，G t2d为时间-数字转换电路的 增益值，SA、SB为查表参数值，将kx和Gt2d都以二进制数来表示，对指数值进行加减法运算 即可获得第一参数值G1和第二参数值G2。
6. 根据权利要求5所述的数字锁相环，其特征在于，所述第一参数值G1和第二参数值 G2硬件verilog描述如下： 得到输入信号CK_HS的周期宽度信号HS_WTH ; 通过高频信号CK_XTAL对周期宽度信号HS_WTH进行采样，并对采样结果进行计数得到 计数值匪，将计数值匪乘以6得到的值； 根据查表6*NM的值得到SA的值； 根据SA的值查表判断SB的值； 根据 Gx = kx (2-SA+2-SB) /Gt2d 得到 G1/G2 的二进制表达 G1A、G1B 和 G2A、G2B。
7. -种可调整环路带宽的数字锁相环的调整方法，其特征在于，包括： 接收输入信号CK_HS，并对接收的输入信号CLK_HS进行时间-数字转换处理； 根据输入信号、高频信号CK_XTAL以及时间-数字转换电路的增益值Gt2d调整所述环 路数字滤波器的第一参数值G1和第二参数值G2,并采用调整后的第一参数值G1和第二参 数值G2对所述时间-数字转换处理后的信号进行数字滤波； 对所述数字滤波后的信号进行压控振荡处理，并输出压控振荡信号CK_DCO给时间-数 字转换电路，以及产生所述数字锁相环的输出信号CK_OUT ; 接收输出信号CK_OUT并对其进行分频处理后作为反馈信号CK_FB发送给时间-数字 转换电路。
8. 根据权利要7所述的方法，其特征在于，所述环路滤波自动调整电路根据输入信号、 CK_XTAL信号以及所述时间-数字转换电路的增益值Gt2d产生一控制信号，所述环路数字滤 波器依据所述控制信号调整其第一参数值G1和第二参数值G2。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述环路滤波自动调整电路根据输入信 号、CK_XTAL信号以及所述时间-数字转换电路的增益值G t2d产生第一参数值G1和第二参 数值G2,并将产生的所述第一参数值G1和第二参数值G2发送给所述环路数字滤波器。
10. 根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述环路数字滤波器中的第一参数 值G1和第二参数值G2采用硬件的二进制处理格式：
其中，G1A、GIB、G2A、G2B为二进制计算参数值， 且 G1A〈 = G1B，G2A〈 = G2B。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一参数值G1和第二参数值G2 表示为，& =匕(21+21)/^2(1，其中，1?为推导参数，'为时间-数字转换电路的增益值， SA、SB为查表参数值，将推导参数kx和Gt2d都以二进制数来表示，对指数值进行加减法运 算即可获得第一参数值G1和第二参数值G2。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一参数值G1和第二参数值G2硬 件verilog描述如下： 得到输入信号CK_HS的周期宽度信号HS_WTH ; 通过高频信号CK_XTAL对周期宽度信号HS_WTH进行采样，并对采样结果进行计数得到 计数值匪，将计数值匪乘以6得到的值； 根据查表6*NM的值得到SA的值； 根据SA的值查表判断SB的值； 根据 Gx = kx (2-SA+2-SB) /Gt2d 得到 G1/G2 的二进制表达 G1A、G1B 和 G2A、G2B。
【文档编号】H03L7/18GK104158541SQ201410390834
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2014年8月8日
【发明者】王博, 梅丁蕾, 吴铃铃 申请人:上海凌阳科技有限公司