[发明专利]锁相环快速频率定位的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及锁相环(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。粗调是先进入一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，通过相位检测精细调整锁相环输出频率。

背景技术

参阅图1，传统锁相环是一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)把参考时钟(refclk)和系统时钟(vcoout)被分频以后形成的本地时钟(divclk)进行比较，而当参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参考时钟(refclk)信号时产生一个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一个合适的电压，控制压控振荡器(VCO)产生一个合适的频率(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一个环路滤波(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，一是锁相范围(lock range)，二是锁相时间(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。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提出一种增大锁相范围(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。采用本发明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搜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，本发明简化这一设计，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搜索一个初始频率，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，频率搜索模块不能做得太大，合理的频率比较器也是本锁相环一个重要部分。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种锁相环快速频率定位的装置，其设置于锁相环中，其特征在于，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；

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。

进一步地讲，所述频率比较器采用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设定值时，再读取系统时钟的计数值，比较该这两个计数值和一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一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)；并且因为有频率搜索模块，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。

所述模式切换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一个最接近用户设定的目标频率时，将频率自动搜索控制器关闭，并锁相环切换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：

比较参考时钟和系统时钟，判断当前系统时钟是过快或过慢；