具有精確的相位和頻率斜率限制器的鎖相環(huán)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及時(shí)鐘同步領(lǐng)域，并且特別地涉及具有精確的相位斜率限制器（PSL)和 頻率斜率限制器（FSL)的鎖相環(huán)（PLL)。
【背景技術(shù)】
[0002] 這些年通信中PLL的使用已經(jīng)成為不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)。具有特定同步要求的新應(yīng)用 需要復(fù)雜而靈活的PLL。經(jīng)濟(jì)和集成原因迫切需要對(duì)多種應(yīng)用場(chǎng)景的支持，每種應(yīng)用場(chǎng)景要 求規(guī)定同步時(shí)鐘準(zhǔn)則的不同標(biāo)準(zhǔn)。用戶(hù)可配置的靈活性已經(jīng)成為對(duì)新PLL的重要要求。
[0003] 要求PLL產(chǎn)生的同步時(shí)鐘滿(mǎn)足關(guān)于在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)相位和頻率變化量的某些 準(zhǔn)則。盡管老電信標(biāo)準(zhǔn)要求相對(duì)寬松的相位和頻率斜率限制的準(zhǔn)則，但主要由時(shí)序分組交 換網(wǎng)絡(luò)（TimingoverPacketswitchednetwork，ToP)驅(qū)動(dòng)的新要求則嚴(yán)格若干個(gè)數(shù)量 級(jí)。任何給定時(shí)鐘的相位斜率和頻率斜率的最大允許值主要由下游裝備調(diào)整其速率的能力 來(lái)確定從而避免重置參考或PLL的參考輸入的相位或頻率瞬變之后的比特錯(cuò)誤。
[0004] 為了能夠有效地限制2型鎖相環(huán)（PLL)(也就是在其輸入的頻率或相位變化時(shí)消 除其輸入和輸出之間相位差的PLL)的相位變化行為，必須理解的是，輸出時(shí)鐘相位由比例 (Ρ)和積分（I)部分組成。指定時(shí)間內(nèi)輸出時(shí)鐘相位變化的比例和積分部分之和必須被限 于一規(guī)定值。而且，重要的是要理解，由PLL輸出耐受規(guī)定的相位斜率限制所需的時(shí)間與 PLL的輸入以及PLL被要求耐受的輸出之間的最大相位偏移成比例。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中，如圖1中所示，每當(dāng)PLL的輸入和輸出之間的相位差超過(guò)某閾值時(shí)， 主要通過(guò)限制PLL相位誤差的比例部分來(lái)處理相位斜率限制。這允許PLL在被用在相位斜 率限制模式中時(shí)與在正常非限制操作模式中維持相同的架構(gòu)和結(jié)構(gòu)。為了滿(mǎn)足總的規(guī)定相 位斜率限制，通常采用兩種方法。
[0006] 第一種方法中，取決于PLL帶寬和阻尼因子，比例部分被嚴(yán)重地過(guò)分限制，從而使 得在指定時(shí)間之后比例和積分部分之和不超過(guò)規(guī)定的相位斜率限制，其中所述指定時(shí)間與 PLL被要求耐受的最大相位誤差成比例。該方法的缺點(diǎn)是PLL響應(yīng)時(shí)間減慢，因?yàn)樵谙拗七^(guò) 程開(kāi)始時(shí)，當(dāng)累積的積分部分很小時(shí)，輸出相位變化遠(yuǎn)小于規(guī)定的相位斜率限制。已知積分 部分的變化具有指數(shù)特性，增加對(duì)于特定應(yīng)用PLL被要求耐受的最大相位誤差會(huì)要求將比 例相位限制降低到它不再可用的點(diǎn)。
[0007] 第二種方法涉及凍結(jié)輸出時(shí)鐘相位的積分部分并將比例部分限制到規(guī)定的相位 斜率限制達(dá)一指定時(shí)間，從而可維護(hù)總的輸出時(shí)鐘相位斜率限制。這種要求積分部分凍結(jié) 的方法的缺點(diǎn)，在于它不能跟隨頻率變化，因?yàn)榉e分部分是負(fù)責(zé)頻率變化補(bǔ)償?shù)摹４送?，?將PLL從限制釋放到非限制相位斜率模式后，PLL必須作出頻率和相位調(diào)整從而追上在處 于相位斜率限制模式中的同時(shí)發(fā)生的潛在輸入頻率變化。
[0008] 先前PLL實(shí)現(xiàn)中所使用的將指定時(shí)間內(nèi)頻率的變化（頻率斜率）限于一規(guī)定值的 最常用方法如圖2和3中所示。
[0009] 該方法中，當(dāng)當(dāng)前和之前值之差超過(guò)限制時(shí)，DC0頻率Fd變化被簡(jiǎn)單地限制為規(guī) 定的FSL限制。該方法的缺點(diǎn)在于，由于恒定限制下對(duì)快速頻率變化的慢速響應(yīng)，PLL可能 變得不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的實(shí)施例解決了先前的PLL實(shí)現(xiàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，介紹一種創(chuàng)新的執(zhí)行相位 斜率限制的方法，該方法允許指定時(shí)間內(nèi)恒定的相位斜率限制，所述指定時(shí)間與所要求的 最大相位誤差成比例，同時(shí)保持輸出時(shí)鐘相位的積分部分的更新。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種在鎖相環(huán)中控制相位斜率的方法，其中控制 受控振蕩器的相位誤差信號(hào)具有比例分量和積分分量，包括：確定比例分量是否落入由上 限值和下限值界定的一范圍內(nèi)；如果比例分量落入所述范圍內(nèi)則組合比例分量和積分分量 以提供所述相位誤差信號(hào)；否則修改比例分量以滿(mǎn)足相位斜率要求同時(shí)保持積分分量未修 改，并組合所述經(jīng)修改的比例分量和所述未修改的積分分量以提供所述相位誤差信號(hào)。
[0012] 可使比例分量飽和為該范圍內(nèi)的一個(gè)值并用衰減函數(shù)調(diào)制輸出信號(hào)以獲得供與 積分分量組合的經(jīng)修改的比例分量。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，只要PLL相位誤差的比例部分超過(guò)了用戶(hù)設(shè)置的相位斜率限 制，那么首先由一非線性函數(shù)對(duì)它進(jìn)行限定，所述非線性函數(shù)使輸入相位誤差飽和為用戶(hù) 編程的固定正值和負(fù)值。然后用一特定的指數(shù)衰減函數(shù)對(duì)該非線性函數(shù)的輸出進(jìn)行調(diào)制， 其中衰減率取決于PLL帶寬和阻尼因子。
[0014] 修改比例分量并保持積分分量不變的優(yōu)點(diǎn)是，該規(guī)程允許在PL追蹤頻率的同時(shí) PSL保持恒定，因?yàn)榉e分分量負(fù)責(zé)頻率追蹤。
[0015] PSL模塊將僅限制輸出時(shí)鐘的相位變化但它不能控制頻率變化的斜率。為此，當(dāng)檢 測(cè)到頻率變化時(shí)，第二模塊控制PLL頻率的變化率。當(dāng)它結(jié)束時(shí)，正常PLL操作恢復(fù)。
[0016] 相應(yīng)地，本發(fā)明的第二方面提供一種在鎖相環(huán)中控制頻率斜率的方法，其中所述 鎖相環(huán)容易受參考頻率變化影響并包括通常由來(lái)自環(huán)形濾波器的第一控制信號(hào)控制的受 控振蕩器，包括：從受控振蕩器的當(dāng)前頻率中確定一新的參考頻率和一頻率斜率限制要求、 用于在滿(mǎn)足所述頻率斜率要求的同時(shí)將振蕩器頻率變?yōu)樾碌漠?dāng)前頻率的時(shí)長(zhǎng)T;以及如果 滿(mǎn)足一預(yù)定條件，該預(yù)定條件包括所述新的參考頻率和當(dāng)前振蕩器頻率之間的頻率差大于 一預(yù)定值，那么由第二控制信號(hào)替代所述第一控制信號(hào)以在所述時(shí)長(zhǎng)T內(nèi)將振蕩器的當(dāng)前 頻率增加到該新的當(dāng)前頻率。
[0017] 本發(fā)明的實(shí)施例可提供一用于時(shí)鐘同步的鎖相環(huán)（PLL)，該鎖相環(huán)具有一環(huán)路濾 波器，該環(huán)形濾波器具有可編程的相位和頻率斜率限制器，允許基于所編程的相位和頻率 斜率限制精確地限定輸出相位和頻率變化。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，響應(yīng)于輸入時(shí)鐘參考處的一個(gè)相位階 躍，可限定輸出時(shí)鐘相位變化從而使得在任何時(shí)候輸出相位斜率限制都不會(huì)超過(guò)用戶(hù)輸入 的編程值。在維持輸出相位斜率限制約束的同時(shí)，PLL能快速縮?。╬ullin)輸入和輸出 之間的剩余相位偏移。
[0019] 在限制輸出時(shí)鐘相位斜率的同時(shí)，本發(fā)明的實(shí)施例允許跟蹤輸入?yún)⒖嫉念l率變 化，這是現(xiàn)有技術(shù)中缺少的一個(gè)重要特征。在頻率斜率限制器的情形下，描述了具有略微不 同架構(gòu)的兩種不同情形：參考切換和參考頻率瞬變。所呈現(xiàn)的FSL架構(gòu)是健壯的并且即使 在漫游和抖動(dòng)噪聲環(huán)境下也能很好地工作。
[0020] 本發(fā)明的另一方面提供一種具有受控相位斜率的鎖相環(huán)，其中控制受控振蕩器的 相位誤差信號(hào)具有比例分量和積分分量，該鎖相環(huán)包括一相位斜率控制器，所述相位斜率 控制器被配置為：確定比例分量是否落入由上限值和下限值限定的一范圍內(nèi)；如果比例分 量落入所述范圍內(nèi)則組合比例分量和積分分量以提供所述相位誤差信號(hào)；否則修改比例分 量以滿(mǎn)足相位斜率要求同時(shí)保持積分分量未修改，并組合所述經(jīng)修改的比例分量和所述未 修改的積分分量以提供所述相位誤差信號(hào)。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 現(xiàn)在將參考下面的附圖，僅以舉例的方式更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中：
[0022] 圖1是PSL的一種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)；
[0023] 圖2是FSL的一種現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)；
[0024] 圖3是現(xiàn)有技術(shù)FSL的框圖；
[0025] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的PLL電路的高級(jí)框圖；
[0026] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的PSL模塊的框圖；
[0027] 圖6是具有用于參考切換的FSL的PLL的框圖；
[0028] 圖7是用于圖6中所示PLL的FC檢測(cè)電路；
[0029] 圖8是FSL控制模塊的框圖；
[0030] 圖9是具有FSL參考頻率瞬變的PLL的框圖；
[0031] 圖10是參考頻率瞬變檢測(cè)器的框圖；
[0032] 圖11是噪聲變化估算模塊的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 圖4示出了能夠?qū)ζ漭敵鰰r(shí)鐘進(jìn)行精確的相位和頻率斜率控制的PLL的實(shí)施例。 該P(yáng)LL是2型PLL，其中環(huán)路濾波器的輸出是比例和積分分量的組合。該P(yáng)LL由參考監(jiān)控模 塊1組成，參考監(jiān)控模塊1監(jiān)控輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘的存在和頻率偏移并通知狀態(tài)機(jī)模塊3關(guān)于 參考時(shí)鐘的可靠性。遲滯功能在參考監(jiān)控模塊1中實(shí)現(xiàn)，從而當(dāng)優(yōu)選輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘的頻率 偏移接近可靠性邊界時(shí)防止在參考間彈跳。
[0034] 用于FSL控制的核心塊之一是FSL控制塊9，它檢測(cè)由于輸入?yún)⒖继幍乃沧兓蛴捎?參考切換導(dǎo)致的頻率變化。
[0035] 狀態(tài)機(jī)3控制輸入?yún)⒖级嗦窂?fù)用器4,選擇與所選參考對(duì)應(yīng)的適當(dāng)?shù)念l率信息并 自動(dòng)地將PLL切換到延續(xù)模式或從延續(xù)模式切換?？蛇x擇N個(gè)輸入?yún)⒖贾械娜我粋€(gè)作為優(yōu) 選參考。如果優(yōu)選參考不滿(mǎn)足指定的時(shí)序準(zhǔn)則，狀態(tài)機(jī)3將鎖定PLL到下一滿(mǎn)足的參考，或 者如果所有輸入?yún)⒖级疾粷M(mǎn)足則將PLL切換到延續(xù)模式。
[0036] 輸入?yún)⒖紡?fù)用器4選擇N個(gè)輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘中的一個(gè)作為PLL的輸入時(shí)鐘。