PLL系统及其操作方法技术方案

锁相环(phase‑lock loop，PLL)可以包含变频振荡器，可调整以控制输出信号的相位；主控制子系统，包含检相器以及输出信号和检相器之间的连接，检相器生成主控制信号以调整变频振荡器；以及从控制子系统，具有串联的模数转换器和数模转换器用以接收主控制信号，并生成同样经过连接以独立调整变频振荡器的从控制信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】PLL系统及其操作方法相关申请案交叉申请这些改进通常涉及锁相环(phaselockloop或phase-lockedloop，PLL)电路领域，且更具体地说，涉及模拟压控振荡器控制型的PLL。
本专利技术要求2016年4月14日递交的专利技术名称为“PLL系统及其操作方法(PLLSYSTEMANDMETHODOFOPERATINGSAME)”的第15099108号美国专利申请的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。
技术介绍
锁相环(phase-lockedloop，PLL)控制系统广泛用于各种需要将输出信号的相位锁相为输入信号相位的应用中。例如，PLL可用于时钟系统。PLL包含一个变频振荡器(通常是压控振荡器(voltage-controlledoscillator，VCO))和一个控制回路。控制回路比较从VCO接收到的输出信号的相位与输入信号的相位。基于该比较生成控制信号(通常为电压)，其用于调整VCO的频率直到回路与相位匹配。输出信号的频率可以是输入信号的频率的倍数。控制信号可以是差分或单端的，具体取决于应用。现代的PLL通常以集成电路的形式体现为电子芯片的一部分。虽然各种形式的PLL在某种程度上已被证实是令人满意的，但仍有进一步改进的余地。实际上，VCO电源噪声会导致相位抖动，并且VCO频率会受到温度变化的影响。某些应用需要VCO和噪声电源块之间的直接连接，这会使PLL特别暴露于由噪声引起的抖动。某些应用，例如天线塔的时钟系统，需要在极端温度范围内维持时钟系统的运行，例如-40至125℃。因为控制回路生成的电压范围通常是有限的，这会导致VCO的频率偏移超过控制回路的补偿能力。结合了电源噪声和极端温度变化的应用会对PLL设计带来特殊的挑战。
技术实现思路
本文描述了使用从控制子系统的实施例。从控制子系统也被连接以接收主控制子系统(控制回路)的主控制信号，并且可操作通过独立地控制从变容元件从而直接响应主控制信号的变化。根据一个方面，提供了一种用于生成将相位锁定为输入信号的输出信号的锁相环(phase-lock，PLL)系统，所述PLL系统包括：变频振荡器，可调整以控制所述输出信号的相位/频率；主控制子系统，包含检相器以及所述输出信号和所述检相器之间的连接，所述检相器用于比较所述输入信号和所述输出信号的相位，并基于所述比较生成主控制信号，所述主控制信号为模拟信号，并且经过连接以调整所述变频振荡器；以及从控制子系统，具有串联的模数转换器和数模转换器用以接收所述主模拟控制信号，并生成经过连接以调整所述变频振荡器的从模拟控制信号。根据另一方面，提供了一种锁相环(phase-lockloop，PLL)系统的操作方法，所述PLL系统具有变频振荡器、包含检相器的主控制子系统、以及从控制子系统。所述方法包括：改变所述变频振荡器的频率，从而将输出信号从前一相位改变为后一相位；所述主控制子系统生成指示所述后一相位与输入信号的相位之间的差的主控制信号，所述主控制信号从设计值偏移；所述主控制信号控制所述变频振荡器以将所述输出信号的频率/相位调整为所述输入信号的相位的函数，以补偿频率的变化；所述从控制子系统对所述主控制信号作出反应，并控制所述变频振荡器以将所述输出信号的频率/相位调整为所述输入信号的相位的函数，导致对频率变化的过补偿；所述主控制子系统通过使所述主控制信号回到所述设计值，以对所述过补偿作出反应而修改所述主控制信号；一旦所述主控制信号回到所述设计值，所述从控制子系统就保持对所述变频振荡器的控制和对所述输出信号的所述频率/相位的调整。在阅读本公开之后，本领域技术人员将会看到关于本改进的许多其他特征及其组合。附图说明在图中，图1是示例PLL系统的简化框图；图2是图1中的PLL系统的示例操作方法的流程图；图3是PLL系统的示例实施例的框图；图4A、4B和4C是示出变容器电容变化的曲线图；图5A和5B示出了在图3的PLL系统的操作期间信号随时间变化的模拟示例响应，其中图5A描绘了VCO频率偏移之后的输出信号频率随时间的变化，而图5B描绘了主控制信号和从控制信号随时间的变化；图6是图3的PLL系统中使用的示例模数转换器的示意图；图7是图3的PLL系统中使用的示例数模转换器的示意图；图8是可用于PLL系统的压控振荡器的替代实施例的框图。具体实施方式图1是示例PLL系统10的简化框图，其生成输出信号12。输出信号12的相位与具有参考相位的输入信号14的相位相匹配。在这个例子中，变频振荡器16为压控振荡器(voltage-controlledoscillator，VCO)16a。PLL系统10具有控制回路形式的主控制子系统18，其具有检相器20。该检相器20比较输出信号12的相位与输入信号14的参考相位，并生成表示上述相位之间的差的信号。这个信号在本文中被称为主控制信号22，因为它用于调整VCO16a的频率。该主控制子系统18可以基于现有技术，并且通常通过主控制信号22电压的模拟变化检测并对VCO16a的频率变化(例如，由温度变化、电源噪声或其他源导致的频率变化)作出反应。电压的改变将调整VCO16a，以使VCO16a的相位/频率恢复与输入信号14的相位/频率锁定。主控制信号22可以是差分或单端的。传统的主控制子系统被设计为主控制信号电压的“均衡”或“设计”值的函数；即主控制子系统的部件在设计电压值处最优化以获得最佳性能(例如较低的时钟系统相位抖动)。在差分主模拟控制信号的情况下，设计电压值可以是电势的零差。或者在单端的场景中，设置为相对于接地参考或其他参考的电势的给定差值。在不存在诸如下文将描述的从控制子系统26的情况下，主控制子系统通常通过主控制信号与设计值的持续偏移来对VCO频率的变化作出反应。只要VCO的频率偏移持续存在，这种偏移就会持续下去。主控制子系统可通过不希望的附加噪声或抖动感应对主控制信号中的这种持续偏移作出反应。在图1所示的例子中，PLL系统10还具有从控制子系统26，从控制子系统26通过生成从控制信号28而间接地对主控制信号22作出反应。从控制信号28用于独立调整压控振荡器16的频率，其可初步导致过补偿。由于从控制子系统26使用主控制信号22作为其输入，因此其不直接对相位/频率变化作出反应，而是通过主控制信号22的偏移间接地对相位/频率变化作出反应。因此，当示例PLL系统10面临VCO16a的频率/相位偏移110时，可以发生图2的流程图中所示的以下过程：a.在步骤112中，主控制子系统18通过主控制信号22从设计电压值偏移，以对VCO16a的频率/相位偏移作出反应；b.在步骤114中，主控制信号22的偏移将VCO16a的频率/相位调整为检测到的相位偏移的函数；c.在步骤116中，从控制子系统26通过生成从控制信号28对主控制信号22的偏移作出反应，从控制信号28的形式可以是与主控制信号22和设计值的偏差成比例的误差信号。误差信号会导致VCO16a的频率/相位的过补偿；d.在步骤118中，由主控制子系统18检测VCO16a的电容和随后的频率/相位的过补偿，并使主控制信号18回到设计值。此时，从控制子系统26生成的误差信号变为零。主控制子系统18保持VCO16a的锁相。为了实现这一点，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锁相环(phase‑lock，PLL)系统，其特征在于，用于生成将相位锁定为输入信号的输出信号，所述PLL系统包括：变频振荡器，可调整以控制所述输出信号的相位/频率；主控制子系统，包含检相器以及所述输出信号和所述检相器之间的连接，所述检相器用于比较所述输入信号和所述输出信号的相位，并基于所述比较生成主控制信号，所述主控制信号为模拟信号，并且经过连接以调整所述变频振荡器；以及从控制子系统，耦接到所述PLL，具有串联耦接的模数转换器和数模转换器，且生成经过连接以调整所述变频振荡器的从模拟控制信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.14 US 15/099,1081.一种锁相环(phase-lock，PLL)系统，其特征在于，用于生成将相位锁定为输入信号的输出信号，所述PLL系统包括：变频振荡器，可调整以控制所述输出信号的相位/频率；主控制子系统，包含检相器以及所述输出信号和所述检相器之间的连接，所述检相器用于比较所述输入信号和所述输出信号的相位，并基于所述比较生成主控制信号，所述主控制信号为模拟信号，并且经过连接以调整所述变频振荡器；以及从控制子系统，耦接到所述PLL，具有串联耦接的模数转换器和数模转换器，且生成经过连接以调整所述变频振荡器的从模拟控制信号。2.根据权利要求1所述的PLL系统，其特征在于，所述模数转换器为具有比所述数模转换器更低的时间常数的flash比较器ADC，且所述数模转换器具有比所述主控制子系统更低的时间常数。3.根据权利要求1所述的PLL系统，其特征在于，具有高于1GHz、优选高于5GHz，并且最优选高于10GHz的输出频率。4.根据权利要求1所述的PLL系统，其特征在于，所述变频振荡器为具有主变容元件和从变容元件的LC储能VCO，两个变容元件可独立调整以控制输出信号的相位/频率，其中主控制信号经过连接以调整主变容器元件，且从控制信号经过连接以调整从变容元件。5.如权利要求1所述的PLL系统，其特征在于，所述变频振荡器为环形振荡器。6.一种锁相环(phase-lockloop，PLL)系统的操作方法，所述PLL系统具有变频振荡器、包含检相器的主控制子系统和从控制子系统，其特征在于，所述方法包括：改变所述变频振荡器的频率，从而将输出信号从前一相位改变为后一相位；所述主控制子系统生成指示所述后续相位与输入信号的相位之间的差的主控制信号，所述主控制信号从设计值偏移；所述主控制信号控制所述变频振荡器将所述输出信号的频率/相位调整为所述输入信号的函数，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：德米特里·彼得罗夫，梅海涛，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44