本发明专利技术涉及一种锁相环快速频率定位的装置及方法。该装置包括：一频率比较器，用以比较参考时钟和系统时钟，以判断当前系统时钟是过快或过慢；一频率自动搜索控制器，其根据频率比较器的判断结果，产生一系列测试系数以控制锁相环输出一系列系统时钟频率，再从一系列系统时钟频率中搜选出最接近用户目标频率的一系统时钟频率，完成自动频率搜索过程；一模式切换控制器，其在自动频率搜索过程结束之后，关闭频率自动搜索控制器，并将所述锁相环切换到相位锁定工作模式。本发明专利技术可以同时改善锁相环的锁相范围和锁相时间，并可自动快速确定系统时钟的目标频率，令锁相环可设计在较大的锁相范围之内，并可实现集成化设计。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锁相环(PLL)设计中的一种分别检测频率和相位通过频率的粗调和细调，实现频率快速定位的方法。粗调是先进入ー种调整环路开启模式，通过频率检测迅速把频率定位在目标频率附近，再进入调整环路关闭模式，通过相位检测精細调整锁相环输出频率。
技术介绍
參阅图1，传统锁相环是ー个非线性的反馈电路，其工作原理为根据用户的设定，相位检测器(phase detect)把參考时钟(refclk)和系统时钟(vcoout)被分频以后形成的本地时钟(divclk)进行比较，而当參考时钟与本地时钟有频率差异时必然引起相位差异，相位检测器根据这两个信号间的相位差别并在本地时钟滞后或者领先參考时钟 (refclk)信号时产生ー个UP或DOWN信号，然后把UP和DOWN送入电荷泵，UP增加控制电压值并加速压控振荡器(VCO)，DOWN减小控制电压并减慢压控振荡器(VCO)，这两个信号控制电荷泵产生ー个合适的电压，控制压控振荡器(VCO)产生ー个合适的频率(消除相位滞后或领先)。同时，为了消除时钟信号的抖动，在压控振荡器的调整电压增加ー个环路滤波 (loop filter)，环路滤波滤去了 VCO控制电压中的高频成分并平滑了它的响应。上述传统的锁相环有两个矛盾，ー是锁相范围(lock range)，ニ是锁相时间(lock time)。设计锁相环的时候都要根据实际情况折衷考虑这两个基本性能。在一定的芯片面积下，如若扩大锁相范围，则必须牺牲锁相时间；若要缩短锁相时间，则又要牺牲锁相范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提出ー种增大锁相范围 (lock range)或者缩短锁相时间(lock time)的具有频率自动搜索功能的锁相环装置。采用本专利技术也使锁相环更容易集成在同一个芯片里，可以大大降低了系统成本。实现这个目的的关键是引入了一个频率捜索模块和一个频率判断的方法。传统的锁相环需要在很大的频率范围内能够进行相位检测而调整时钟相位来逐渐调整系统时钟频率，本专利技术简化这ー 设计，使锁相环只需要在一个很窄的范围内工作即可，因为频率搜索模块可以快速捜索一个初始频率，让锁相环直接在这个初始频率附近调整即可。为了减小锁相环总体面积，频率捜索模块不能做得太大，合理的频率比较器也是本锁相环ー个重要部分。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案ー种锁相环快速频率定位的装置，其设置于锁相环中，其特征在干，该装置包括ー频率比较器，用以比较參考时钟和系统时钟，以判断当前系统时钟是过快或过慢；—频率自动搜索控制器，其根据频率比较器的判断結果，产生一系列测试系数以控制锁相环输出一系列系统时钟频率，再从一系列测试系数和一系列系统时钟频率中搜选出一理想系数作为频率定位系数和与该频率定位系数对应，且最接近用户目标频率的一系统时钟频率，完成自动频率搜索过程；ー模式切換控制器，其在自动频率捜索过程结束之后，关闭频率自动搜索控制器， 并将所述锁相环切換到相位锁定工作模式。进ー步地讲，所述频率比较器采用两个计数器同时对參考时钟和系统时钟计数， 当參考时钟计数到一设定值吋，再读取系统时钟的计数值，比较该这两个计数值和ー设定锁相环分频系数，以判断当前系统时钟是过快或过慢。或者可通过将两个时钟经过不同的分频器，产生两个频率非常接近的时钟，再通过相位比较判断当前系统时钟是过快或过慢。所述频率自动搜索控制器是基于频率定位系数和系统时钟频率是单调对应关系的前提，根据频率比较器的判断结果产生一系列不同的测试系数，并通过刺激作用使锁相环输出相应的一系列系统时钟，其后从一系列测试系数中搜选ー个理想系数作为频率定位系数。这样的做法可以使锁相环通过跳跃式的选择输出系统时钟频率，而不是通过相位差来逐渐的调整频率，在系统初始频率离目标频率较远的时候可以迅速进入稳定工作状态， 减小锁相时间(lock time)；并且因为有频率捜索模块，可以不通过相位检测而直接把频率定位到一个离目标频率较近的频率上再进行相位检测，相位检测电路的工作只需要微小的调整就可以使锁相环正常工作，这样就减小了锁相环的面积，有利于锁相环的单芯片集成。所述模式切換控制器是在频率自动搜索过程结束以后，且系统时钟频率被定位到 ー个最接近用户设定的目标频率吋，将频率自动搜索控制器关闭，并锁相环切換到相位检测调整频率和相位模式。一种锁相环频率定位方法，其特征在于，该方法为比较參考时钟和系统时钟，判断当前系统时钟是过快或过慢；根据上述判断結果，藉ー频率自动搜索控制器产生一系列离散的测试系数以控制锁相环输出一系列系统时钟频率，再从一系列测试系数和一系列系统时钟频率中搜选出一理想系数作为频率定位系数和与该频率定位系数对应，且最接近用户目标频率的一系统时钟频率，完成自动频率搜索过程；在自动频率捜索过程结束之后，关闭频率自动搜索控制器，并将所述锁相环切換到相位锁定工作模式。具体而言，该方法具体为采用两个计数器同时对參考时钟和系统时钟计数，当參考时钟计数到一设定值吋，再读取系统时钟的计数值，比较该这两个计数值和ー设定锁相环分频系数，以判断当前系统时钟是过快或过慢；根据上述判断結果，频率自动搜索控制器是基于频率定位系数和系统时钟频率是单调对应关系的前提，根据频率比较器的判断结果产生一系列不同的测试系数，并通过刺激作用使锁相环输出相应的一系列系统时钟，其后从一系列测试系数中搜选ー个理想系数作为频率定位系数；在频率自动搜索过程结束以后，且系统时钟频率被定位到ー个最接近用户设定的目标频率吋，将频率自动搜索控制器关闭，并将锁相环切換到相位检测调整频率和相位模式。本专利技术的频率比较器是判断两个时钟的频率在各自乘以不同的系数以后的频率的大小，是频率捜索的判断依据。为便于硬件实现，此算法经过优化，先用计数器计算两个时钟在特定时间内的计数值，再用这两个计数值跟两个系数比较。本锁相环可以应用这个频率比较器判断参考时钟和系统时钟的关系。让两个计数器同时对参考时钟和系统时钟计数，当参考时钟计数到一个特定值的时候再读取系统时钟的计数值，比较这两个计数值和用户设定的锁相环分频系数，即可判断当前系统时钟是过快或过慢。频率自动搜索控制器根据这个判断结果来确定产生下一个频率定位系数。本专利技术的频率自动搜索控制器是根据频率比较器的判断结果，产生一系列测试系数以控制锁相环输出一系列不同的系统时钟频率。这是基于频率定位系数和系统时钟频率是单调对应关系的前提下，使用刺激原理，产生一系列不同的测试系数，通过刺激作用使锁相环输出相应的一系列不同频率的系统时钟，再从中选择一个最理想的系数作为频率定位系数，对应系统时钟为一个离用户目标频率最接近的系统时钟频率。本专利技术的频率自动搜索方法可包括锁相环频率自动搜索领域内的所有刺激方法，比如从小到大或者从大到小穷举法，逐次逼近法等，根据应用不同而选用不同的方法，如为了加快频率搜索过程可以用逐次逼近法，系统频率较高的应用可以选择从小到大的穷举法等。本专利技术的模式切换控制器是在频率自动搜索过程结束以后，系统时钟频率被定位到一个接近用户设定的目标频率。此时再把自动频率搜索关闭，切换到相位检测调整频率和相位模式。因为频率自动搜索环路已经把频率定位在目标频率附近，锁相环很快就可以通过相位比较准确锁定系统时钟的频率和相位。本专利技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张保华，於清，林坤，
申请(专利权)人：苏州顺芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：
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