[发明专利]一种亚采样锁相环及其快速锁定方法

权利要求书

1.一种亚采样锁相环，其特征在于，包括：亚采样鉴相器，锁定检测器，脉冲产生电路，支持注入锁定的可控振荡器，辅助频率锁定环路，时钟产生与控制电路，以及环路滤波器；其中：

所述的亚采样鉴相器，用于求取输入两个时钟信号的相位误差；其输入为低频时钟ckr和振荡器高频时钟ckv，输出是模拟电压或电流，或者是数字控制字；所述的可控振荡器，用于产生高频时钟信号ckv，输入为频率控制信号otw，注入脉冲inj，输出为高频时钟ckv；其输入频率控制信号是模拟的电压或电流，或者是数字控制字；

所述的锁定检测器，用于检测振荡器输出的相位与目标的误差是否小于设计值，输入为亚采样鉴相器输出，输出为锁定完成信号ld；

所述的脉冲产生电路，用于由输入参考时钟ref产生窄脉冲信号inj；

所述的辅助频率锁定环路，用于在锁相环开始工作时，调整可控振荡器的频率，以接近目标频率；

所述的时钟产生与控制电路，用于产生锁相环正确工作所需要的各种时钟和控制信号；

所述环路滤波器，用于抑制相位误差信息中不需要的频率分量，通常为低通滤波器；

其工作流程为：

(1)当锁相环被重置或频率控制字发生改变时，调整振荡器的频率接近目标频率，然后切换至空闲状态，不再调整振荡器频率；

(2)当频率锁定完成后，锁定检测器检测到相位锁定完成之前，脉冲产生电路开始工作，产生脉冲信号inj，注入振荡器；

(3)当锁定检测器检测到相位锁定完成之后，脉冲产生切换至空闲状态，不再产生脉冲信号，仅由亚采样鉴相器所在的主环路保持工作。

2.根据权利要求1所述的亚采样锁相环，其特征在于，所述亚采样鉴相器由低频时钟ckr为采样时钟的模拟采样保持电路和跨导单元与电荷泵组成；或者由对高频时钟ckv的快照电路和时间数字转换器组成。

3.根据权利要求1所述的亚采样锁相环，其特征在于，所述可控振荡器，是环形振荡器，或者是电感电容振荡器；注入脉冲有效时，可控振荡器输出相位被重置。

4.一种如权利要求1-3之一所述的亚采样锁相环的快速锁定方法，其特征在于，具体步骤为：

(1)亚采样锁相环使用亚采样鉴相器求取低频时钟ckr和振荡器高频时钟ckv的相位误差；

(2)使用低频输入参考时钟ref，产生脉冲信号inj，用于注入振荡器加快锁定；

(3)使用辅助频率锁定环路将振荡器输出高频时钟频率调整至目标频率附近；

(4)使用锁定检测器检测相位锁定，振荡器输出的相位误差小于设计值时，输出锁定有效信号ld；

输入参考时钟ref，脉冲信号inj和亚采样鉴相器输入低频时钟ckr满足一定的延时关系，即输入参考时钟ref上升沿早于脉冲信号inj，脉冲信号inj上升沿早于亚采样鉴相器输入低频时钟ckr上升沿；三者之间的延时关系通过编程调整，以适应不同目标频率及其他工作条件。

5.根据权利要求4所述的亚采样锁相环的快速锁定方法，其特征在于，所述三者之间的延时关系通过编程调整，以适应不同目标频率及其他工作条件，具体操作如下：

(a)振荡器频率与目标频率之间误差大于Fref/2并且小于Fref时，辅助频率锁定环路切换至空闲状态，不再调整振荡器频率，其中，Fref为控制亚采样鉴频器进行采样的低频时钟频率；

(b)辅助频率锁定环路切换至空闲状态后，开始向振荡器注入脉冲；

(c)当锁定检测器输出锁定有效信号ld有效时，停止注入脉冲，仅由亚采样鉴相器所在的主环路保持工作；

(d)当锁相环被重置或频率控制字发生改变时，重新进行频率和相位锁定。