CN101867369B - 相位检测模块及相位检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种相位检测模块包含有相位检测单元、多个比较器以及判断单元。该相位检测单元用来比较第一输入信号以及第二输入信号以产生相位检测结果。该多个比较器分别用来比较该相位检测结果以及多个预定电压，以分别产生多个比较结果。该判断单元用来依据该多个比较结果以判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系。

Description

相位检测模块及相位检测方法
技术领域
本发明涉及一种相位检测模块，尤指一种当两信号之间的相位误差很小时，仍然可以准确判断两信号之间相位关系的相位检测模块。
背景技术
在许多应用在信号处理的电路，例如锁相环(Phase Locked Loop，PLL)中，通常会包含有相位检测器以比较两信号之间的相位关系，之后再将相位检测器所产生的比较结果输入至其它信号处理单元进行处理。然而，当两信号之间的相位误差很小时，相位检测器会因为两信号上的噪声(noise)或是抖动(jitter)的影响而无法准确判断两信号之间的相位关系，因此造成在后续信号处理上的问题。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提出一种当两信号之间的相位误差很小时，仍然可以准确判断两信号之间相位关系的相位检测模块，以解决上述的问题。
依据本发明之一实施例，一种相位检测模块包含有相位检测单元、多个比较器以及判断单元。该相位检测单元用来比较第一输入信号以及第二输入信号以产生相位检测结果。该多个比较器分别用来比较该相位检测结果以及多个预定电压，以分别产生多个比较结果。该判断单元用来依据该多个比较结果以判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系；其中该相位检测结果为一电压值，该多个比较器包含有第一比较器、第二比较器以及第三比较器，该第一比较器、该第二比较器以及该第三比较器分别比较该相位检测结果以及第一预定电压、第二预定电压以及第三预定电压，以分别产生第一比较结果、第二比较结果以及第三比较结果，其中该第一预定电压、该第二预定电压以及该第三预定电压连接至该第一比较器、该第二比较器以及该第三比较器中具有第一极性的输入端点，且该第一预定电压大于该第二预定电压，以及该第二预定电压大于该第三预定电压；该判断单元依据该第一比较结果、该第二比较结果以及该第三比较结果检测到该相位检测结果大于该第一预定电压或是小于该第三预定电压时，该判断单元判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间有相位误差。
依据本发明之另一实施例，一种相位检测方法包含有：比较第一输入信号以及第二输入信号以产生相位检测结果；分别比较该相位检测结果以及多个预定电压，以分别产生多个比较结果；以及依据该多个比较结果以判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系；其中该相位检测结果为一电压值，以及分别比较该相位检测结果以及该多个预定电压，以分别产生该多个比较结果的步骤包含有：分别比较该相位检测结果以及第一预定电压、第二预定电压以及第三预定电压，以分别产生第一比较结果、第二比较结果以及第三比较结果，且该第一预定电压大于该第二预定电压，以及该第二预定电压大于该第三预定电压；以及依据该多个比较结果以判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系的步骤另包含有：当依据该第一比较结果、该第二比较结果以及该第三比较结果检测到该相位检测结果大于该第一预定电压或是小于该第三预定电压时，判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间有相位误差。
依据本发明之相位检测模块以及相位检测方法，可以比较不受到信号上噪声以及抖动的影响，而能准确检测两信号之间的相位关系。
附图说明
图1为依据本发明一实施例的相位检测模块的示意图。
图2为判断单元判断两输入信号之间相位关系的示意图。
要组件符号说明
100                        相位检测模块
110                        相位检测单元
112                        相位检测器
114                        电荷泵
120                        开关
130、132、134              比较器
140                        判断单元
具体实施方式
请参考图1，图1为依据本发明一实施例的相位检测模块100的示意图。如图1所示，相位检测模块100包含有相位检测单元110、开关120、三个比较器130、132、134、判断单元140、电容C1以及电阻R1～R4，其中，相位检测单元110包含有相位检测器112以及电荷泵114。
在相位检测模块100的操作上，首先，两输入信号S1、S2分别输入至相位检测器112并产生上升信号Up以及下降信号Down，接着，电荷泵114依据上升信号Up以及下降信号Down以对电容C1进行充放电以产生相位检测结果Vc，其中相位检测结果Vc为一电压值，且可以反应输入信号S1、S2之间的相位差。此外，相位检测器112以及电荷泵114的操作为本领域技术人员所悉知，因此细节在此不再赘述
接着，如图1所示，相位检测结果Vc被输入至比较器130、132、134中的负极性端点，而比较器130、132、134中的正极性端点则连接至预定电压VREF1、VREF2、VREF3，而比较器130、132、134分别比较相位检测结果Vc以及预定电压VREF1、VREF2、VREF3，以分别产生三个比较结果Q1、Q2、Q3，其中比较结果Q1、Q2、Q3可以视为一逻辑值，举例来说，若是Q1等于“1”，则表示预定电压VREF1大于相位检测结果Vc，若是Q1等于“0”，则表示预定电压VREF1小于相位检测结果Vc。之后，判断单元140依据比较结果Q1、Q2、Q3以判断输入信号S1、S2之间的相位关系以输出一输出信号Vout。
然而，当输入信号S1、S2之间的相位误差很小时，若是只比较输入信号S1、S2之间的相位误差一次，则相位检测单元110可能会因为输入信号S1、S2上的噪声以及抖动而使得相位检测结果Vc无法正确表示输入信号S1、S2之间的相位误差，因此，判断单元140依据比较结果Q1、Q2、Q3所判断出输入信号S1、S2之间的相位关系亦可能会有误差。因此，在本发明中，判断单元140在电荷泵114对电容C1进行充放电达到一预定时间tD时才依据比较结果Q1、Q2、Q3来判断该输入信号S1、S2之间的相位关系，其中预定时间tD包含输入信号S1、S2中任一输入信号的多个周期，换句话说，本发明的相位检测结果Vc为相位检测单元110比较多次输入信号S1、S2之间的相位误差之后所产生的，在假设输入信号S1、S2上的噪声为白噪声(white noise)之下，在累积多次输入信号S1、S2之间的相位误差之后，噪声的影响会互相抵销，因此可以得到正确的相位误差值。举例而言，假设在理想状态下，相位检测单元110检测输入信号S1、S2之间的相位误差一次而在电容C1上所累积的电压为Verr，则在噪声的影响下，电容C1上所累积的电压实际上为Verr+ni，其中ni为输入信号S1、S2上的噪声所造成电容C1上电压的变化，因此，在本发明中，假设相位检测单元110检测输入信号S1、S2之间的相位误差20次，则C1上电压的累积值则为(Verr+n1)+(Verr+n2)+(Verr+n3)+…+(Verr+n20)，因为噪声n1、n2、n3、…、n20会互相抵销，因此C1上电压的累积值则会趋近于20*Verr，如此一来，便可以降低噪声的影响。
需注意的是，在图1所示的相位检测模块100中，预定电压VREF1、VREF2、VREF3由一电阻分压器(包含电阻R1～R4)与一参考电压VREF所产生，然而，在本发明的其它实施例中，预定电压VREF1、VREF2、VREF3亦可由其它电路组件所产生，这设计上的变化亦隶属于本发明的范围。
为了更清楚了解本发明，请同时参考图1以及图2，图2为判断单元140判断输入信号S1、S2之间相位关系的示意图。如图2所示，在时间t＝0时，相位检测结果Vc(亦即相位检测单元110输出端的电压)的电压电平为VREF2，此时，相位检测单元110接收输入信号S1、S2并依据输入信号S1、S2之间的相位差来产生一电流来对电容C1进行充放电，而相位检测结果Vc的电压电平因此随着时间而上升或降低(如图2中实线201～204所示)，在经过预定时间tD之后，亦即t＝tD，判断单元140才依据比较结果Q1、Q2、Q3来判断输入信号S1、S2之间的相位关系，在本实施例中，若是比较结果Q1、Q2、Q3分别为“0”、“0”、“0”，则表示相位检测结果Vc大于预定电压VREF1(相位检测结果Vc位于区域1)，且判断单元140判断输入信号S1、S2之间有相位误差(在本实施例中，表示输入信号S1相位领先输入信号S2)；若是比较结果Q1、Q2、Q3分别为“1”、“0”、“0”或是“1”、“1”、“0”，则表示相位检测结果Vc位于预定电压VREF1以及VREF3之间(相位检测结果Vc位于区域2)，且判断单元140判断输入信号S1、S2之间没有相位误差；若是比较结果Q1、Q2、Q3分别为“1”、“1”、“1”，则表示相位检测结果Vc小于预定电压VREF3(相位检测结果Vc位于区域3)，且判断单元140判断输入信号S1、S2之间有相位误差(在本实施例中，表示输入信号S1相位落后输入信号S2)。
之后，当该判断单元140在时间t＝tD判断输入信号S1、S2之间的相位关系之后，开关控制单元(未绘示)输出控制信号Vcon来导通开关120以使得相位检测结果Vc被预定电压VREF2所重置，换句话说，相位检测单元110输出端的电压电平会回到预定电压VREF2，亦即图2所示t＝0时的状态。
需注意的是，在本发明的相位检测模块100中，预定电压VREF1、VREF2、VREF3连接至比较器130、132、134中相同极性的端点，然而，在本发明的其它实施例中，预定电压VREF1、VREF2、VREF3亦可连接至比较器130、132、134中不同极性的端点，只要判断单元140可以依据比较器130、132、134所输出之比较结果Q1、Q2、Q3来判断相位检测结果Vc位于图2所示的哪一个区域，这些设计上的变化均隶属于本发明的范围。
简要归纳本发明的相位检测模块，本发明的相位检测模块在电荷泵对电容进行充放电达到一预定时间时才依据该多个比较结果以判断两输入信号之间的相位关系，且该预定时间大于两输入信号中任一输入信号之周期，如此一来便可以降低两输入信号上噪声以及抖动所造成相位检测模块在检测结果上的误差，进而提升相位检测模块之检测结果的准确性。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明之涵盖范围。

Claims (11)

1.一种相位检测模块，其特征在于包含有：
相位检测单元，用来比较第一输入信号以及第二输入信号以产生相位检测结果；
多个比较器，耦接于该相位检测单元，分别用来比较该相位检测结果以及多个预定电压，以分别产生多个比较结果；以及
判断单元，耦接于该多个比较器，用来依据该多个比较结果以判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系；
其中该相位检测结果为一电压值，该多个比较器包含有第一比较器、第二比较器以及第三比较器，该第一比较器、该第二比较器以及该第三比较器分别比较该相位检测结果以及第一预定电压、第二预定电压以及第三预定电压，以分别产生第一比较结果、第二比较结果以及第三比较结果，其中该第一预定电压、该第二预定电压以及该第三预定电压连接至该第一比较器、该第二比较器以及该第三比较器中具有第一极性的输入端点，且该第一预定电压大于该第二预定电压，以及该第二预定电压大于该第三预定电压；该判断单元依据该第一比较结果、该第二比较结果以及该第三比较结果检测到该相位检测结果大于该第一预定电压或是小于该第三预定电压时，该判断单元判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间有相位误差。
2.如权利要求1所述的相位检测模块，其特征在于该相位检测单元包含有：
相位检测器，用来依据该第一输入信号以及该第二输入信号以产生一上升信号以及一下降信号；以及
电荷泵，用来依据该上升信号以及该下降信号以对一电容进行充放电以产生该相位检测结果。
3.如权利要求2所述的相位检测模块，其特征在于该判断单元在该电荷泵对该电容进行充放电达到一预定时间时才依据该多个比较结果以判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系；以及该预定时间大于该第一、第二输入信号中任一输入信号的周期。
4.如权利要求1所述的相位检测模块，其特征在于当该判断单元依据该第一比较结果、该第二比较结果以及该第三比较结果检测到该相位检测结果介于该第一预定电压以及该第三预定电压时，该判断单元判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间没有相位误差。
5.如权利要求3所述的相位检测模块，另包含：
开关，耦接于该电容以及该第二预定电压之间；以及
开关控制单元，用以产生一控制信号至该开关以控制该开关的开启/关闭状态。
6.如权利要求5所述的相位检测模块，其特征在于当该判断单元在该电荷泵对该电容进行充放电达到该预定时间而依据该多个比较结果判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系之后，该开关控制单元输出该控制信号来导通该开关以使得该相位检测结果被该第二预定电压所重置。
7.一种相位检测方法，包含有：
比较第一输入信号以及第二输入信号以产生相位检测结果；
分别比较该相位检测结果以及多个预定电压，以分别产生多个比较结果；以及
依据该多个比较结果以判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系；
其中该相位检测结果为一电压值，以及分别比较该相位检测结果以及该多个预定电压，以分别产生该多个比较结果的步骤包含有：
分别比较该相位检测结果以及第一预定电压、第二预定电压以及第三预定电压，以分别产生第一比较结果、第二比较结果以及第三比较结果，且该第一预定电压大于该第二预定电压，以及该第二预定电压大于该第三预定电压；以及
依据该多个比较结果以判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系的步骤另包含有：
当依据该第一比较结果、该第二比较结果以及该第三比较结果检测到该相位检测结果大于该第一预定电压或是小于该第三预定电压时，判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间有相位误差。
8.如权利要求7所述的相位检测方法，其特征在于比较该第一输入信号以及该第二输入信号以产生该相位检测结果的步骤包含有：
依据该第一输入信号以及该第二输入信号以产生一上升信号以及一下降信号；以及
依据该上升信号以及该下降信号以对一电容进行充放电以产生该相位检测结果；
依据该多个比较结果以判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系的步骤包含有：
在该电容被进行充放电达到一预定时间时才依据该多个比较结果以判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系；以及该预定时间大于该第一、第二输入信号中任一输入信号的周期。
9.如权利要求7所述的相位检测方法，其特征在于依据该多个比较结果以判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系的步骤另包含有：
当依据该第一比较结果、该第二比较结果以及该第三比较结果检测到该相位检测结果介于该第一预定电压以及该第三预定电压时，判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间没有相位误差。
10.如权利要求8所述的相位检测方法，另包含有：
提供一开关，耦接于该电容以及该第二预定电压之间；以及
产生一控制信号至该开关以控制该开关之开启/关闭状态。
11.如权利要求10所述的相位检测方法，其中在该电容被进行充放电达到该预定时间而依据该多个比较结果判断该第一输入信号以及该第二输入信号之间的相位关系之后，输出该控制信号来导通该开关以使得该相位检测结果被该第二预定电压所重置。
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