锁相环制造技术

在此公开了锁相环。提供了一种锁相环设备，其中基于使用线性控制器的相关性来确定校正因子。

Phase-locked loop

The phase-locked loop is disclosed here. A phase-locked loop device is provided, in which the correction factor is determined based on the relevance of the linear controller.

【技术实现步骤摘要】
锁相环
本申请涉及锁相环以及相关方法。
技术介绍
锁相环(PLL)是使用反馈路径产生输出信号的电子电路，其中相位以及在许多情况下输出信号的频率也被“锁定”到参考信号。特别地，通过在反馈路径中使用分频器，PLL可以用来产生具有参考频率的若干倍的频率的输出信号。这可以例如被用在通信电路或其他电子设备中，以基于像具有相对较低频率的晶体振荡器信号的参考信号来产生具有相对较高频率的时钟信号。各种类型的PLL被使用，例如模拟PLL、具有数字相位检测器的数字PLL或者全数字PLL，其中相位检测器、滤波器和振荡器均是数字组件。这种数字PLL的主要部件之一是数字受控振荡器(DCO)，有时也被称为数控振荡器(NCO)。DCO将作为控制信号供应到DCO的数字信号转换为具有由DCO的控制信号和增益因子Kdco确定的频率的输出信号。这种增益因子在许多实现中明显依赖于通常缩写为PVT的处理器、电压和温度变化。高频PLL(例如以在兆赫兹或千兆赫兹的范围内的频率工作)产生电磁场，这可能通过干扰靠近PLL的电子设备或电路而引起问题。这种现象被称为电磁干扰EMI。为了减少或避免这种电磁干扰，PLL的输出信号的峰值输出功率需要低于某一预定限制。为了实现这一点，在一些实现中的PLL的输出频率例如利用随机序列进行调制，从而在降低峰值功率的同时扩大输出频谱。这种方法例如在术语“扩频时钟”(SSC)下是已知的。这种方法减少了电磁干扰，但是同时也增加了由PLL产生的信号的定时误差或抖动。如果抖动变大，例如在通信电路中，这可能导致例如通信错误。因此，抖动需要低于某一限制。如上所述，增益因子Kdco取决于PVT，这可能导致相对较大的抖动。因此，期望至少部分地补偿PVT对数字PLL的影响以减少抖动。补偿至少工艺变化的一种方法是测量在生产测试期间由工艺变化引起的偏差并且将补偿值存储在寄存器中，然后将该补偿值用于补偿工艺变化。这种方法的一个缺陷是包括这种PLL的所有芯片都需要经历这个过程，这在生产测试期间消耗时间。另一个缺点是只有工艺变化可以被补偿，而在实际使用期间发生的温度或电压变化不被补偿。另一种常规方法是测量随机序列与PLL的相位检测器的输出之间的互相关，并且使用开关控制器进行补偿。开关控制器根据上述相关性和一个或多个阈值以离散步长增加或减少校正值。在这种方法中，可能发生控制器的不稳定，并且控制器需要相对较大的芯片面积。使用相关性的其他方法被公开在以下文献中，NicolaDaDalt等人，“AnAll-DigitalPLLUsingrandomModulationforSSCGenerationin65nmCMOS”，ISSCC2013，IEEEInternationalSolid-StateCircuitsConference(ConferenceProceedings)，第252页起。目的是提供锁相环，其中PVT变化可以至少部分地被补偿，并且与常规解决方案相比表现出增加的稳定性。
技术实现思路
提供了如在权利要求1或权利要求16中限定的设备和如在权利要求12中限定的方法。从属权利要求限定进一步的实施例。根据一方面，提供了一种设备，包括：锁相环，包括相位检测器、耦合到相位检测器的输出的环路滤波器、以及可控振荡器，可控振荡器的控制输入耦合到环路滤波器的输出，随机序列生成电路，被配置为生成随机序列，相关性电路，被配置为形成随机序列与相位检测器的输出信号之间的相关性，线性控制器电路，其被配置为基于相关性生成针对随机序列的校正因子，其中该设备被配置为根据基于校正因子修改的相关性来修改数字受控振荡器的控制输入处的信号。根据另一方面，提供了一种方法，包括：将锁相环中的相位差与随机序列相关联以形成相关性，对相关性进行滤波，基于滤波后的相关性通过线性控制器来确定增益校正因子，以及基于增益校正因子和相位差来控制可控振荡器。根据另一方面，提供了一种设备，包括：数字锁相环，该数字锁相环包括：数字相位检测器、数字环路滤波器，其中数字环路滤波器的输入耦合到数字相位检测器的输出，并且数字环路滤波器的输出被耦合到加法器的第一输入；以及数字受控振荡器，其中数字受控振荡器的控制输入的输出被耦合到加法器的输出，并且其中数字受控振荡器的输出被耦合到相位检测器的输入，随机序列发生器电路，倍增器，其中倍增器的第一输入被耦合到随机序列发生器的输出，并且其中倍增器的第二输入被耦合到相位检测器的输出，低通滤波器，其中低通滤波器的输入被耦合到倍增器的输出，线性控制器，其中线性控制器的输入被耦合到低通滤波器的输出，并且线性控制器的输出确定校正因子，另一个倍增器，该另一个倍增器被耦合到随机序列发生器电路的输出，以将随机序列发生器电路的输出与校正因子相乘，其中另一个倍增器的输出被耦合到加法器的第二输入。以上概述仅旨在给出一些实施例的某些特征的简要概述，而不应被解释为限制。特别地，除了上述讨论的特征、元件或组件，其它实施例可以使用其它特征、元件或组件。附图说明图1是根据实施例的设备的框图，图2是根据实施例的设备的框图，图3至图6示出了图1和图2的实施例的各个部分的实现示例，图7和图8示出了在一些实施例中可用的无限脉冲响应滤波器的示例，图9至图12示出了用于说明目的的仿真和实验室测量结果，以及图13是示出根据实施例的方法的流程图。具体实施方式在下文中，将参考附图详细描述各个实施例。这些实施例仅以示例的方式给出，并不被解释为限制。虽然可以描述包括多个特征或元件的实施例，但是这并不表示所有这些特征或元件对于实现都是必需的。相反，在其他实施例中，这些特征或元件中的一些可以被省略和/或可以被备选的特征或元件代替。除了明确示出和描述的特征或元件之外，可以提供其它特征或元件，例如在常规锁相环(PLL)电路、设备和方法中使用的特征或元件。在附图中示出的或本文描述的实施例中，功能块或元件之间的任何直接连接或耦合也可以，即，是不包括中间元件的连接或耦合，也可以由间接连接或耦合代替，即，是包括一个或多个附加中间元件的连接或耦合，只要基本上维持连接或耦合的总体目的和功能(例如传送某种信号、传送某种信息或者提供某种控制)。关于实施例中的一个实施例描述的变化和修改也可以被应用于其他实施例。本文所使用的术语“随机序列”还旨在包括伪随机序列或基本上具有随机序列特性的任何其他序列，特别是关于扩频时钟(SSC)的应用。如本文所使用的线性控制器是被实现为线性系统的控制器，即，当H是将作为提供给线性控制器的时间t的函数的输入x(t)映射到控制器的输出y(t)的操作时，αy1(t)+βy2(t)＝H{αx1(t)+βx2(t)}应用于y1(t)＝H{x1(t)}，y2(t)＝H{x2(t)}，α、β为标量值。应当注意，在本文讨论的实施例中使用的线性控制器的数字实现中，这种线性行为存在于某个操作范围内，而饱和发生在操作范围之外。这是因为利用有限数目的位，可以表示有限范围的值，并且饱和发生在该范围之外。例如，如果控制器具有11位输出(包括符号位)，则输出值可以具有-1023至+1024的范围，在该范围之外饱和。此外，利用数字线性控制器，线性度受到量化的限制，即，仅在例如一个最低有效位(LSB)内精确。然而，这样的数字线性控制器也将被视为如本文本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：锁相环，包括相位检测器、可控振荡器和耦合到所述相位检测器的输出的环路滤波器，所述可控振荡器的控制输入被耦合到所述环路滤波器的输出，随机序列生成电路，被配置为生成随机序列，相关性电路，被配置为形成所述随机序列与所述相位检测器的输出信号之间的相关性，线性控制器电路，被配置为基于所述相关性生成针对所述随机序列的校正因子，其中所述设备被配置为根据基于所述校正因子修改的相关性来修改所述数字受控振荡器的所述控制输入处的信号。

【技术特征摘要】
2016.08.23 DE 102016115657.41.一种设备，包括：锁相环，包括相位检测器、可控振荡器和耦合到所述相位检测器的输出的环路滤波器，所述可控振荡器的控制输入被耦合到所述环路滤波器的输出，随机序列生成电路，被配置为生成随机序列，相关性电路，被配置为形成所述随机序列与所述相位检测器的输出信号之间的相关性，线性控制器电路，被配置为基于所述相关性生成针对所述随机序列的校正因子，其中所述设备被配置为根据基于所述校正因子修改的相关性来修改所述数字受控振荡器的所述控制输入处的信号。2.根据权利要求1所述的设备，还包括倍增器，所述倍增器被配置为将所述随机序列与所述校正因子相乘以生成修改的序列。3.根据权利要求1或2所述的设备，还包括加法器，其中所述加法器的第一输入被耦合到所述环路滤波器的输出，其中所述加法器的第二输出被耦合以接收修改的随机序列，并且其中所述加法器的输出被耦合到所述振荡器的所述控制输入。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，其中所述锁相环是数字锁相环，并且其中所述可控振荡器是数字受控振荡器。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备，其中所述相关性电路是数字电路。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的设备，其中所述线性控制器电路包括数字线性控制器。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的设备，其中所述相关性电路包括：倍增器，被配置为将所述随机序列与所述相位发生器的输出信号相乘以生成相乘的信号；以及低通滤波器，用以对所述相乘的信号进行滤波以生成所述相关性。8.根据权利要求7所述的设备，其中所述低通滤波器是无限脉冲滤波器。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的设备，还包括减法器，所述减法器被耦合以形成所述相关性与相关性目标值之间的差值并且将所述差值提供给所述线性控制器电路。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的设备，其中所述校正因子被配置为补偿所述可控振荡器的增益变化。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的设备，其中所述数字控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·帕克塔雷，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE