TW465192B - Phase locked loop - Google Patents

Description

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明G ) [發明之所屬技術範圍] 本發明係為有關於例如作為再生同步於數位電視之基 本頻帶信號等數位信號的時脈的電路而使用之極適合的 PLL電路之技術。 [習知技術] 近年，在電視或收音機等的無線廣播中，亦開發著數 位資料的傳送接收的新技術，透過衛星的數位電視的播 送、或部分國家的地面波（ground wave)數位電視的播送已 實際的被應用。在解調（demodulation)如此之數位電視的數 位資料之際，係有必要依據同步於數位資料的時脈而作解 調處理。因此，在數位解調電路係具備著將包含於數位資 料的時脈予以再生的再生電路。一般而言，如此的時脈再 生電路係如第3圖所示的’由將數位資料作為參考信號的 PLL電路所構成。又，再生時脈的解調處理，係不限於數 位電視信號，而是論及全體數位解調。 於第3圖中，首先’基於控制電壓而自控制著振盪頻 率的VCXO(電壓控制型晶體振盪器）丨產生出振盪信號，該 振蓋信號為以分頻器2作分頻。此後，在相位比較器3檢 出參考信號與VCXOl的分頻輸出信號的相位差，並輸出 對應於相位差的數位信號。相位比較器3的輪出資料係以 環路過濾器4進行平坦化、且輸入至pwM(Pulse Width

Modulation脈寬調變）電路5。 PWM電路5係因應於環路過濾器4的輸出資料而產生 PWM脈衝。PWM電路5係基於環路過濾器4的輸出資料 -------------裝-- ---„---—訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） 1 311212 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 65 19 2 A7 ----- B7 五、發明說明（2 ) 而輸出具有[H]及[L]準位比的脈衝。PWM脈衝雖係為預定 頻率的脈衝，但卻隨輸入資料而改變[H]準位幅及[L]準位 幅’亦即工作負荷（Duty)比。例如，環路過濾器4的輸出 資料為大時’ PWM脈衝的[H]準位幅度寬’工作負荷比變 高’環路過濾器4的輸出資料為小時，pwM脈衝的[L]準 位幅變寬’工作負荷比較低。 PWM脈衝係輸入至LPF6(low pass filter低通過渡 器），LPF6係藉由除去PWM脈衝的高頻成分且平滑處理， 而作數位一類比的轉換。當PWM脈衝的工作負荷比為高 時，LPF6的輸出準位係變高、又高pwM脈衝的工作負荷 比為低時’ LPF6的輸出準位係變低e LPF6的輸出信號係 施加於VCX01、且因應於LPF6的輸出信號而控制著 VCX01的振盪頻率。 於第3圖中’ VCXOl係根據相位比較器3所得到的參 考信號與VCX01的輸出信號的相位誤差而作控制者，係 以使VCX01的振盪頻率與參考信號的頻率實質一致之方 式控制PLL電路。 [本發明欲解決之課題] 於第3圖的PLL電路中，為了能以高精度設定振盪頻 率’故使用VCXO作為振盪器。VCXO又因必須晶體振盪 子或可變電容二極體（variable capacitance diode)，故無法 作好第3圖之電路的積體化處理。又，衛星數位電視的播 送，因基本頻帶的傳送速度依國家或地域而有所差異，故 可變頻率範圍狭窄的VCXO是有必要對各個發送地改變振 裝-----^----訂---------^ . (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） 2 311212 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 ) 晶振盈子。 為解決上述之不良性’可使用可變頻率範圍寬廣的 vco(電壓控制振盪器），以1個VCO對應於全部的發送。 然而’為了擴大VCO的可變頻率範圍，PLL的引入時間即 變大，因製造上之過程的偏差，VCO本身的振盪頻率即偏 差，致有PLL的引入是為不可能的問題。 [解決課題的方法] 本發明係為在因應於振盪頻率與輸入信號的相位誤差 而控制振盪頻率信號的PLL電路當中，以具備因應於前述 振盪頻率信號及基準信號而檢出振盪頻率之誤差的頻率檢 出器，且因應於頻率檢出器的輸出信號而修正振盪頻率為 特徵。 其中至少具備電壓控制型振盪器、檢出輸入信號與電 壓控制振盪器的輸出振盪信號之相位差的相位比較器、將 因應於前述相位差而控制前述電壓控制型振盪器之用的信 號予以輸出的環路過濾器，以及將前述頻率檢出器及環路 過濾器之輸出信號予以相加的加法器。 再者’前述頻率檢出器係為由計數前述電壓控制型振 盪器之輸出信號的頻率的第1計數器、及檢測該第1計數 器的計數值係大於、小於或等於預定值或預定的範圍之比 較器、及因應於該比較器的檢出結果而向上或向下計數之 可逆計數器等所構成’且以前述可逆計數器之計數值作為 輸出信號。 進而，具備將前述環路過濾器的輸出信號及第1係數 ----------^---------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） 3 311212

46519^ 五、發明說明G ) 予以相乘的第丨乘法器、及將前述頻率檢出器的輸出信號 及第2系數予以相乘的第2乘法器。 又’其有計數前述電壓控制型振盪器的輸出信號的頻 率的第i計數器、及檢測該第1計數器的計數值是否等於 預定值或預定的範圍之比較器、及當該比較器的檢出結果 是持續預定時間以上時，產生表示PLL電路是為鎖定狀態 的鎖定檢出信號。 根據本發明’以頻率檢出器檢出振盪頻率的誤差，並 因應於該誤差而粗調振盪頻率β又因應於振盪頻率與輸入 信號的相位誤差而微調振盪頻率。 [發明之實施形態] 第1圖為表示本發明之實施形態圖^ 7為根據控制信 號而控制振盪頻率的VCO’ 8為產生固定頻率的基準信號 的基準信號產生器’ 9為根據VC07的振盪信號與基準信 號而檢出VC07的振盪頻率與所要的頻率之誤差的頻率檢 出器’10係為將以頻率檢出器9檢出誤差頻率之際作為目 標的頻率和係數α及冷予以輸出的CPU，11係為因應於係 數α而使環路過濾器4的輸出資料衰減的第1乘法器，12 係為因應於係數卢而使頻率檢出器9的輸出資料衰減的第 2乘法器，13係為將第1乘法器11與第2乘法器12的輸 出資料相加的加法器。又於第1圖中，與習知例相同之電 路則附以相同之符號並省略其說明。 於第1圖的PLL電路當中，係具備經過相位比較器3 的相位系環器、和經過頻率檢出器9的頻率系環路9相位 311212 •ΪΙΙ—fli — — — ^— — * I I I l· . (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂—-------—^* . 經 濟 部 智 慧 財 產 局 貝 工 消 費 合 作 社 印 製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（5 ) 系環路的相位誤差信號的環路過濾器4的輪出資料和頻率 系環路的頻率誤差信號的頻率檢出器9的輸出資料係在加 法Is 13相加。加法器13的輸出資料係施加至p WM電路 5’並對應於該輸出資料的大小而輸出設定著工作負荷比的 PMW時脈。PMW時脈係在LPF6經類比轉換成控制信號， 且因應於控制信號調節VC07的振盥頻率。 VC07的振盪信號係經分頻器2分頻之後，輸入至相 位比較器3»在相位比較器3檢出出分頻器2與參考信號 的相位差’相位誤差為在環路過渡器4經平坦化處理而取 得相位誤差信號。依此’相位系環路係以使VC〇7的振盈 信號與參考信號兩者的相位一致的方式控制VC07的振蘯 頻率。 又，VC07的振盪信號亦輪入至頻率檢出器9。在頻率 檢出器9則以基準信號產生器8的基準信號為基準、計測 a VC07的振盪頻率、計測出來的振盪頻率係藉由cpui〇而 檢出是否進入設定的預定值或預定範圍。計測出來的振盪 頻率若非為預定值或不在預定範圍内，則自頻率檢出器9 輸出用以控制VC07以使VC07的振盪頻率進入預定值或 預定範圍之數位資料。作為頻率誤差信號的數位資料係被 更新而直至VC07的振盪頻率進入預定值或預定範圍為 止。此後，當VC07的振盪頻率進入預定值或預定範圍時’ 頻率檢出器9則將在該時點的數位資料設定成固定值。依 此，頻率系環路係以使VC07的振盪頻率進入預定值或預 定範圍的方式控制VC07。 裝-----r---訂-------！線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適时目时標準（CNS)A4規格⑵石 297公釐） 5 311212

如上述，以相位系環路微調VC07的振盪頻率，且以 頻率系環路粗調VC07的振盪頻率。因藉由頻率系環路粗 調VC〇7的振盪頻率，故能短時間即引入PLL。又在⑺ 65lg^ A7 五、發明說明U ) 的振盡頻率是進入預定值或預定範圍時，因頻率誤差信號 係為固定’此後的PLL則係形成以相位‘系環路控制之狀 態’除了能達成安定的PLL的引入之外，同時亦能減低顫 動（jitter)。 另，在第1乘法器11及第2乘法器12中，藉由使相 位系環路及頻率系環路的各誤差信號衰減至適當的準位， 可將PLL的特性設定於所要的特性。又，因係數α及点係 以CPU10設定，故能簡單地變更pll的特性。 第2圖係為表示第1圖之頻率檢出器9的具體例之 圖。21係為按照CPU 10所設定的分頻值η而將VC07的 振盪信號fvco予分頻的可程式分頻器，22為具有可程式 分頻率21的輸出輸入的致能（enabie)端子，而將致能期間 基準信號fck作為時脈而計數的第1計數器。當振盪信號 fvco之頻率高時效能期間即變短，第1計數器22的計數 值CNT1變小’反之，當振盪信號fvco之頻率低時計數值 CNT1則變大。據此，藉由計數值CNT1而能判斷振盪頻 率fvco之頻率的高低。 23係為將第1計數器22的計數值CNT1與預定範圍 作比較的第1比較器，預定範圍係依自CPU10輸入的目標 值TFT及頻率範圍RNG1而決定，下限值是設定為TGT — RNG1，上限值則設定為TGT+ RNG1 » 24係為因應於第1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --裝----K----訂---------^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 6 311212 A7

五、發明說明（7 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 比較器23的比較結果而向上或向下計數，並將該計數值作 為頻率誤差信號而輸出的可逆計數器（Up_d〇wn eountei·)。 可逆計數器24係為當計數值CNT1較上限值為大時向不計 數，而計數值CNT1較大限值為小時向上計數，而將計數 值保持在下限值及上限值的範圍内。 依此，當振盪頻率fvco高時，頻率誤差信號即向變大 k的方向更新’ VC07的振盈頻率fvco為控制於變低的方 向，當振盪頻率fvco低時’頻率誤差信號即向變小的方向 更新’ VC07的振盈頻率為控制於變高的方向。當振堡頻 率fvco進入預定範園時即固定頻率誤差信號，而完成以第 1圖的PLL電路的頻率系環路的頻率控制。 於第2圖中’可任意設定頻率範圍RNG1。藉由變小 頻率範圍RNG1的處理’依頻率系環路而可收斂vc〇7的 振盈頻率於狹窄範圍。據此而能縮短PLL的引入時間。此 .外’因電源電屋或溫度的變動，或,因隨時間變化而變動 VC07的振逢頻率’亦可依據頻率檢出器9而修正VC07 的振盪頻率。 另’第1計數器22的計數值CNT1係相當於每週期 l/(fvco/n)的基準信號fck的數，因其相等於每1 sec的基 準信號的比率，故可以如下式來表示該關係。 [數1] CNTI ： l/(fvco/n) = fck ： 1 sec fvco/n= fck/CNTl ............⑴ 進而變形式（1)之計數值CNTI，即為 1----------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚〉 7 311212 五、發明說明（8 ) [數2] CNT1 与 fck · n/fvco ...............(2) 當令分頻值π及基準信號的頻率是固定於某值時，即 能取得欲獲得所要之振盈頻率fvco之情沉下的計數值 CNT1。而基於該計數值CNT1而可設定目標值TGT及頻 率範圍RNG1。 此外’變形式（1)為振盪頻率fvco，即為 [數3] fvco与 fck · n/CNTl ............(3) 如上述之情形’因目標值TGT為基於計數值CNT1而 設定’故振盪頻率fvco係為可藉由變更基準信號頻率 fck、目標值TGT及分頻值η的處理而可作任意的設定。 是故’可使用一般的VCO。而且，即使基準頻率fck是為 固定’但藉由分頻值n或目標值TGT而能任意地變更振盪 頻率fvco ’故能在第1圖的基準信號產生電路8使用一般 的振盪子之外，亦能兼用其他功能方塊圖所使用的振盪 子。 第2圖係為表示檢出第1圖的pll電路的鎖定的電 路。第1圖的PLL係即使在頻率系環路控制著VC07的振 盘頻率’並不只限於鎖定β當PLL是鎖定之際，即利用 VC 07的振盪頻率進入預定時間以上之非常窄的範圍之狀 態而檢出鎖定。 於第2圖中’25係為將第1計數器22的計數值CNT1 和預定範圍作比較的第2比較器，預定範圍係為由CPU 10 C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-----^----訂----- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（9 ) 所輪入的目標值TGT及頻率範圍RNG2來決定，下限值是 設定於TGT — RNG2而上限值是設定於TGT + RNG2〇當計 數值CNTI是進入TGT± RNG2的範圍時，即自第2比較 器25輪出致能信號。26係為計數第2比較器25的致能信 號的期間計數基準信號fck的第2計數器、27係為第2計 數器26的計數值CNT2到達臨界值以上時，輸出鎖定檢出 信號的第3比較器。藉由上述之電路，能檢出VC07的振 盡頻率進入預定時間以上之非常窄範圍的狀態。 又’第2圖的第1及第2計數計22及26係為在計數 中致能信號的輸入是中斷時，即自動地重置者。 [發明之功效] 根據本發明’具備有相位系環路和頻率系環路，而在 相位系環路微調VCO的振盪頻率、並在頻率系環路粗調 VCO的振盪頻率·。因此，即能進行短時間且安定的PI^L 的引入。 [圖面之簡單說明] 第1圖表示本發明之實施形態的方塊圖。 第2圖表示第1圖的頻率檢出器9的具體例的方塊 圖。 第3圖表不習知例的方塊圖。 [符號說明] 2 分頻器 3 相位比較器 4 環路過濾器 5 PWM電路

6 LPF 7 VCO 裝-----„----訂---------線 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 311212 4 61 j ^ g A? B7 五、發明說明（10 ) 8 基準信號產生器 9 頻率檢出器 10 CPU 11 ' 12 乘法器 13 加法器 ;---；--------「裝--- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 311212

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 RS C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種鎖相環路電路，係因應於振盪頻率和輸入信號的相 位誤差而控制振盪頻率信號的鎖相環路（PLL)電路，其 特徵在於： 具備因應於前述振盡頻率信號及基準信號而檢出 振盪頻率的誤差的頻率檢出器， 並因應於頻率檢出器的輸出信號而修正振盪頻 ，率。 2-如申請專利範圍第1項之鎖相環路電路，其中至少具備 電壓控制型振盪器、檢出輸入信號與電壓控制振盪器的 輸出振盪信號之相位差的相位比較器，將因應於前述相 位差而控制前述電壓控制型振盪器之用的信號予以輸 出的環路過濾器，以及將前述頻率檢出器及環路過渡器 之輸出信號予以相加的加法器。 3. 如申請專利範圍第1項之鎖相環路電路，其中前述頻率 檢出器係由 k 計數前述電壓控制型振盪器之輸出信號的頻率的 第1計數器，及 檢測該第1計數器的計數值係大於、小於或等於預 定值或預定的範圍之比較器，及 因應於該比較器的檢出結果而向上或向大計數之 可逆計數器等所構成，且以前述可逆計數器之計數值作 為輸出信號。 4. 如申請專利範圍第2項之鎖相環路電路，其中具備將前 述環路過濾器的輸出信號及第1係數予以相乘的第1乘 裝--------訂---------線 <請.元間讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 11 311212 ABCD 六、申請專利範圍 法器，及將前述頻率檢出器的輸出信號及第2係數予以 相乘的第2乘法器》 5‘如申請專利範圍第1項之鎖相環路電路，其中復具備， 計數前述電壓控制型振盪器的輪出信號的頻率的 第1計數器，及 檢測該第1計數器的計數值是否等於預定值或預 定的範圍之比較器，及 當該比較器的檢出結果是持績預定時間以上時，產 生表示PLL電路是為鎖定狀態的鎖定檢出作號。 裝--------訂---------，^ ί請先閱-背面之注急事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表紙張尺度適用中國國家標準（C!N；S)A4規格（210 χ 297公餐） 12 311212