一種檢測相位差的方法、鑒相器及數(shù)字鎖相環(huán)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種檢測相位差的方法、鑒相器及數(shù)字鎖相環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的方法，所述方法包括：利用相位差脈沖的電壓對移相電路進(jìn)行充放電，以獲得與該移相電路充放電過程相對應(yīng)的第一信號，其中，所述第一信號為模擬信號；獲取與該第一信號相對應(yīng)的數(shù)字信號；通過計(jì)數(shù)時(shí)鐘對所述數(shù)字信號進(jìn)行測量，以獲得與所述相位差脈沖對應(yīng)的相位差數(shù)據(jù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：可利用現(xiàn)有的計(jì)數(shù)時(shí)鐘，對脈寬較小的相位差脈沖進(jìn)行精確地測量。從而在無需過多增加成本的情況下，有效地提升了測量精度。
【專利說明】一種檢測相位差的方法、鑒相器及數(shù)字鎖相環(huán)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種檢測相位差的方法、鑒相器及數(shù)字鎖相 環(huán)。

【背景技術(shù)】
[0002] 與模擬鎖相環(huán)相比，數(shù)字鎖相環(huán)（Digital Phase Locked Loop)具有更多的優(yōu)點(diǎn)， 例如，能夠容易地改變數(shù)字鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬，并且能夠在鎖相環(huán)中實(shí)現(xiàn)快速頻率鎖定和 低相位噪聲。其中間信號還可被用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)性能，數(shù)字信號處理技術(shù)可被應(yīng)用于多 種系統(tǒng)：例如，對鎖相環(huán)的輸出執(zhí)行直接的頻率調(diào)制。并且數(shù)字信號可以容忍高干擾噪聲。 因此，現(xiàn)在數(shù)字鎖相環(huán)得到了廣泛應(yīng)用。
[0003] 然而隨著無線系統(tǒng)的帶寬越來越大，系統(tǒng)必須使用高精度的鎖相環(huán)來確保不同的 無線基站之間的相位差足夠小。其中，鎖相環(huán)的精度依賴于鑒相器（PD，Phase Detector) 技術(shù)。
[0004] 在傳統(tǒng)的數(shù)字鎖相環(huán)的鑒相器模塊中，采用高頻時(shí)鐘來計(jì)算相位差的寬度，但是 該技術(shù)面臨著許多限制。首先，通常采用的邏輯芯片為現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA，F(xiàn)ield Programmable Gata Array)，其無法支持超高時(shí)鐘頻率；其次，高速FPGA意味著高成本，這 對于商業(yè)產(chǎn)品來說是不可行的。
[0005] 在鑒相器中采用相位差計(jì)數(shù)器時(shí)鐘來計(jì)算相位差脈沖的寬度，因此，其計(jì)數(shù)器時(shí) 鐘是主要的瓶頸。例如，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘的頻率為200MHz，則其檢測精度為5納秒，這意味著，當(dāng) 相位差脈沖寬度小于5納秒時(shí)，無法通過該鑒相器檢測到其真實(shí)的相位差。并且，在現(xiàn)有技 術(shù)下，用戶唯有需要花費(fèi)極高的成本來獲得更高精度的鑒相器，以解決該問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種檢測相位差的方法、鑒相器及數(shù)字鎖相環(huán)。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種采用鑒相器來檢測相位差的方法，所述鑒相器 包括相位差計(jì)數(shù)器、相位差方向模塊、異或門，其中，所述相位差檢測器還包括移相電路，所 述方法包括以下步驟：
[0008] a利用相位差脈沖的電壓對移相電路進(jìn)行充放電，以獲得與該移相電路充放電過 程相對應(yīng)的第一信號，其中，所述第一信號為模擬信號；
[0009] b獲取與該第一信號相對應(yīng)的數(shù)字信號；
[0010] C通過計(jì)數(shù)時(shí)鐘對所述數(shù)字信號進(jìn)行測量，以獲得與所述相位差脈沖對應(yīng)的相位 差數(shù)據(jù)。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，還提供一種鑒相器，其中，所述鑒相器包括相位差計(jì)數(shù) 器、相位差方向模塊、異或門，其中，所述相位差檢測器還包括：
[0012] 移相電路，用于利用相位差脈沖的電壓進(jìn)行充放電，以獲得與該充放電過程相對 應(yīng)的第一信號，其中，所述第一信號為模擬信號；
[0013] 獲取裝置，用于獲取與該第一信號相對應(yīng)的數(shù)字信號；
[0014] 其中，所述相位差計(jì)數(shù)器用于通過計(jì)數(shù)時(shí)鐘對所述數(shù)字信號進(jìn)行測量，以獲得與 所述相位差脈沖對應(yīng)的相位差數(shù)據(jù)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，還提供一種數(shù)字鎖相環(huán)，其中，所述數(shù)字鎖相環(huán)包括數(shù)字 環(huán)路濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、壓控振蕩器、數(shù)字分頻器、以及所述鑒相器。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明對相位差脈沖的脈寬通過相移電 路進(jìn)行放大，從而可利用現(xiàn)有的計(jì)數(shù)時(shí)鐘，對脈寬較小的相位差脈沖，例如，小于5納秒情 況下的相位差脈沖進(jìn)行精確地測量。從而在無需過多增加成本的情況下，有效地提升了測 量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它 特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0018] 圖1示意出了一種數(shù)字鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖2示意出了現(xiàn)有技術(shù)中的鑒相器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖3示意出了根據(jù)本發(fā)明的一種鑒相器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖4示意出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的鑒相器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖5示意出了根據(jù)本發(fā)明一種檢測相位差的方法流程圖；
[0023] 圖6示意出了根據(jù)本發(fā)明中的各個(gè)信號分別對應(yīng)的波形示意圖。
[0024] 附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0026] 圖1示意出了一種數(shù)字鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)本發(fā)明的數(shù)字鎖相環(huán)包括數(shù)字 環(huán)路濾波器（DLF，Digital Loop Filter)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC，Digital Signal to Analog Signal Convertor)、壓控振蕩器（VOC，Voltage Controller Oscillator)、數(shù)字分頻器 (DD，Digital Divider)以及鑒相器（PD，Phase Detector)。
[0027] 優(yōu)選地，DLF可采用低通濾波器（LPF，Low Pass Filter)來實(shí)現(xiàn)。壓控振蕩器可 米用恒溫振蕩器（0CX0, Oven Controlled Crystal Oscillator)來實(shí)現(xiàn)。
[0028] 數(shù)字環(huán)路濾波器讀取來自鑒相器的相位差數(shù)據(jù)，并將與該相位差數(shù)據(jù)對應(yīng)的信 息發(fā)送至數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器將該信息轉(zhuǎn)換為模擬電壓，以控制壓控振蕩器的時(shí)鐘頻 率，壓控振蕩器基于模擬電壓產(chǎn)生壓控振蕩時(shí)鐘，并經(jīng)過數(shù)字分頻器后轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)秒脈沖 (1PPS)，鑒相器根據(jù)該來自壓控振蕩器的系統(tǒng)秒脈沖，以及來自GPS模塊的GPS秒脈沖，產(chǎn) 生相位差脈沖并對其進(jìn)行檢測以獲得相位差數(shù)據(jù)，以供數(shù)字環(huán)路濾波器讀取。
[0029] 參考圖2,圖2示意出了一種現(xiàn)有技術(shù)中的鑒相器的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，所述鑒相 器包括相位差計(jì)數(shù)器（PDC，Phase Difference Counter)、相位差方向檢測模塊（PDD，Phase Difference Detector)、異或門（X0R)。
[0030] 其中，異或門根據(jù)系統(tǒng)秒脈沖以及GPS秒脈沖輸出相位差脈沖，相位差計(jì)時(shí)器根 據(jù)計(jì)數(shù)時(shí)鐘對該相位差脈沖進(jìn)行檢測。
[0031] 接著，參照圖3,圖3示意出了根據(jù)本發(fā)明的一種鑒相器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 根據(jù)圖3所示的鑒相器還包括相移電路和獲取裝置。
[0033] 其中，所述相移電路包括用于擴(kuò)大所述相位差脈沖的脈沖寬度的電路，優(yōu)選地，所 述相移電路包括一階RC電路（RC Circuit)，其中，所述一階RC電路中包含一個(gè)電容和一個(gè) 電阻。
[0034] 相移電路利用相位差脈沖的電壓進(jìn)行充放電，以獲得與該充放電過程相對應(yīng)的第 一信號。其中，所述第一信號為模擬信號。
[0035] 其中，當(dāng)所述相位差脈沖在高電壓時(shí)，所述相移電路進(jìn)行充電，當(dāng)所述相位差脈沖 在低電壓時(shí)，所述相移電路進(jìn)行放電，以基于相移電路在充放電過程中的電容電壓值確定 第一信號。
[0036] 具體的，當(dāng)所述相位差脈沖在高電壓，亦即對應(yīng)邏輯1時(shí)，RC電路中的電容進(jìn)行充 電，當(dāng)所述相位差脈沖在低電壓時(shí)，亦即對應(yīng)邏輯〇時(shí)，RC電路中的電容進(jìn)行放電，并且，鑒 相器基于充放電過程中該RC電路中的電容的電壓值來確定第一信號。
[0037] 優(yōu)選地，將充放電過程中RC電路的電容的電壓值以Vjt)來表示，則與該第一信 號對應(yīng)的曲線可由以下方程式來示意。
[0038] 0 ^ t ^ T〇, V〇(t) = V0max*(l-e_t/(EC)) (1)；
[0039]

【權(quán)利要求】
1. 一種采用鑒相器來檢測相位差的方法，所述鑒相器包括相位差計(jì)數(shù)器、相位差方向 模塊、異或門，其中，所述相位差檢測器還包括移相電路，所述方法包括以下步驟： a利用相位差脈沖的電壓對移相電路進(jìn)行充放電，以獲得與該移相電路充放電過程相 對應(yīng)的第一信號，其中，所述第一信號為模擬信號； b獲取與該第一信號相對應(yīng)的數(shù)字信號； c通過計(jì)數(shù)時(shí)鐘對所述數(shù)字信號進(jìn)行測量，以獲得與所述相位差脈沖對應(yīng)的相位差數(shù) 據(jù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述步驟a包括以下步驟： -當(dāng)所述相位差脈沖在高電壓時(shí)，對所述移相電路進(jìn)行充電，當(dāng)所述相位差脈沖在低電 壓時(shí)，對所述移相電路進(jìn)行放電，以基于充放電過程中相移電路的電容電壓值確定第一信 號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述第一信號對應(yīng)的曲線％ (t)如以下方程 式示意： 0. t 彡T0，V0(t) = v0max*(i-e-伽）； T0<t,V0(t) = V0(T0)*e-(/-r^(RC))； 其中，t為充放電時(shí)間，為所述相位差脈沖的最大電壓，?；為所述相位差脈沖的原 始寬度，R為所述移相電路中的電阻值，C為所述移相電路中的電容值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述步驟b包括以下步驟： -基于參考電壓，將所述第一信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 其中，所述數(shù)字信號的曲線％(〇如下方程式所示： Vref^V0max*(l-e-t/(EC)) V2(t) = 1； Vref > V0fflax*(l-e-t/(EC)) V2(t) =0； 其中，為所述參考電壓，t為充放電時(shí)間，為相位差脈沖的最大電壓，R為所述 移相電路中的電阻值，C為所述移相電路中的電容值。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述步驟b包括以下步驟： -將所述第一信號放大為第二信號； -將所述第二信號轉(zhuǎn)換為所述數(shù)字信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第二信號對應(yīng)的曲線'(t)如以下方程式示 思： 當(dāng)〇 < t < τ時(shí){講* R (，) < ^腿，(0 =所*廠(丨腿* (1 -夕觸). ^ 0 w)=巴應(yīng) ' 當(dāng)時(shí)卜W)<r-? Fi(/) = WT0(r0Wr·，，· 0. vA(t)=vadcrmx ' 其中，m為第二信號相對于第一信號的放大倍數(shù)，為所述相位差脈沖的最大電壓，?； 為相位差脈沖的原始寬度；R為所述移相電路中的電阻值，C為所述移相電路中的電容值， Vad_￡為放大時(shí)的最高限定電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述數(shù)字信號的曲線％(〇如下方程式所示： Vref < m*V0max* (l_e t/(RC)) V2 (t) = 1 ； vref >m*V0fflax*(l-e-t/(EC)) V2(t) = 0； 其中，m為第二信號相對于第一信號的放大倍數(shù)，VMf為所述參考電壓，t為充放電時(shí) 間，為所述相位差脈沖的最大電壓，R為所述移相電路中的電阻值，C為所述移相電路 中的電容值。
8. -種鑒相器，其中，所述鑒相器包括相位差計(jì)數(shù)器、相位差方向模塊、異或門，其中， 所述相位差檢測器還包括： 移相電路，用于利用相位差脈沖的電壓進(jìn)行充放電，以獲得與該充放電過程相對應(yīng)的 第一信號，其中，所述第一信號為模擬信號； 獲取裝置，用于獲取與該第一信號相對應(yīng)的數(shù)字信號； 其中，所述相位差計(jì)數(shù)器用于通過計(jì)數(shù)時(shí)鐘對所述數(shù)字信號進(jìn)行測量，以獲得與所述 相位差脈沖對應(yīng)的相位差數(shù)據(jù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的鑒相器，其中，所述移相電路還用于： -當(dāng)所述相位差脈沖在高電壓時(shí)，進(jìn)行充電，當(dāng)所述相位差脈沖在低電壓時(shí)，進(jìn)行放電， 以基于充放電過程中相移電路的電容電壓值確定第一信號。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的鑒相器，其中，所述第一信號對應(yīng)的曲線Vjt)如以下 方程式不意： 0^t^T0,v0(t) = v0fflax*d-e-t/(EC))； T0<t,V0(t) = V0(ro)*e-(^'(JiC))； 其中，t為充放電時(shí)間，為所述相位差脈沖的最大電壓，?；為所述相位差脈沖的原 始寬度，R為所述移相電路中的電阻值，C為所述移相電路中的電容值。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的鑒相器，其中，所述獲取裝置用于： -基于參考電壓，將所述第一信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 其中，所述數(shù)字信號的曲線％(〇如下方程式所示： Vref^V0max*(l-e-t/(EC)) V2(t) = 1； Vref > V0fflax*(l-e-t/(EC)) V2(t) =0； 其中，為所述參考電壓，t為充放電時(shí)間，為相位差脈沖的最大電壓，R為所述 移相電路中的電阻值，C為所述移相電路中的電容值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一項(xiàng)所述的鑒相器，其中，所述獲取裝置包括： 放大器，用于將所述第一信號放大為第二信號； 轉(zhuǎn)換器，用于將所述第二信號轉(zhuǎn)換為所述數(shù)字信號。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的鑒相器，其中，所述第二信號對應(yīng)的曲線'(t)如以下方程 式示意： 當(dāng) 〇 < t < τ 時(shí){講 * K (0 < G識(shí)X R (0 = W * 匕腿 * (1 - f (SO ). ^ 0 --*Κ,(Ο^Κ^ νλ?)=να^ ' ζ +時(shí) ?歷一_7''撕' {m*^(0>^max Ι.\(() = κ一 其中，m為第二信號相對于第一信號的放大倍數(shù)，為所述相位差脈沖的最大電壓，?； 為相位差脈沖的原始寬度；R為所述移相電路中的電阻值，C為所述移相電路中的電容值， Vadc；max為所述放大器的最高限定電壓。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的鑒相器，其中，所述數(shù)字信號對應(yīng)的曲線V2(t)如下方程式 所示： Vref < m*V0max* (l_e t/(RC)) V2 (t) = 1 ； Vref >m*V0fflax*(l-e-t/(EC)) V2(t) = 0； 其中，m為第二信號相對于第一信號的放大倍數(shù)，VMf為所述參考電壓，t為充放電時(shí) 間，為所述相位差脈沖的最大電壓，R為所述移相電路中的電阻值，C為所述移相電路 中的電容值。
15. -種數(shù)字鎖相環(huán)，其中，所述數(shù)字鎖相環(huán)包括數(shù)字環(huán)路濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、壓控振 蕩器、數(shù)字分頻器、以及根據(jù)權(quán)利要求8至14中至少任一項(xiàng)所述的鑒相器。
【文檔編號】H03L7/085GK104253611SQ201310268059
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月28日
【發(fā)明者】周代彬, 張輝, 王林泉 申請人:上海貝爾股份有限公司