[发明专利]相位检测器

说明书

本发明涉及相位检测器，具有涉及包括有双态相位检测器和三态相位检测器单元的相位检测器。

带有锁相环器的频率合成器在电子系统中得到广泛应用。尤其是在通信系统中，频率合成器有助于减少发送和接收不同频率的信号所需的电路。这样的数字式锁相环路在本领域内是众所周知的。应用数字式锁相环路，可通过简单地改变分频系数从一个基准频率上产生出许多频率。

考察频率合成器系统时，锁相时间是它的一个重要参数。锁相时间就是从一个频率变换到另一个频率时锁相环路达到新的稳定需经历的时间。环路带宽较宽的锁相环路锁相时间通常较短。频率分辨率是锁相环路的另一个重要参数，它取决于具有整数分频器的系统中的基准频率。例如，5kHz的基准频率每一步分频可提供出5KHz的频率分辨率。若提高基准频率，通常可增加锁相环路的带宽。然而，提高基准频率会导致锁相环路的频率分辨率变粗。为了得到较细的频率分辨率，可在锁相环路的反馈中使用分数分频器。不过，对压控振荡器的输出进行分频时，分数分频器将产生低频成分，它们呈现为压控振荡器输出中的调频边带。但是，这些低频成分也可以由分数分频器本身来减小之。在美国专利文件US4816774中，公布了一种具有低频成分补偿的频率合成器，该发明在此作为参考文件。然而，要减少这些低频成分的再生，需要相位检测器具有线性的传输特性。另外，在使用分数分频器的某些应用场合，锁相环路窄的相相范围以及锁相环路应工作的频率范围使得频率导向成为必需的。

数字式相位检测器包含有数字锁相环路系统的一个完整部分。数字相位检测器提供一个输出，它表征了第一个基准频率信号与第二个分频的压控振荡器信号之间的相位差。在数字锁相环路中，使用双态相位检测器或三态相位检测器是众所周知的。

三态相位检测器提供的输出具有三种状态，分别对应于在第一和第二输入之间正的相位差、负的相位差和零相位差。三态相位检测器能提供出频率导向。但是，三态相位检测器在相位差检测范围内并不提供出必需的线性。自适应三态系统是熟知的，在自适应方式下其输出电流增加，以使得频率导向快速。

双态相位检测器所提供的输出，其占空比表征了第一和第二输入信号之间的相位差。当第一输入信号与第二输入信号频率相同，相位相差180°时，输出信号的占空比为50%。实际上，相位检测器输出的占空比可转换为一个物理参数，例如电流。在360°相位差的检测范围内，双态相位检测器的工作通常是线性的。双态相位检测器的主要缺点是不能把频率引导到正确的方向上。因此，由于该相位检测器会对输入信号之一发生一整周的检测漏跳，故而将出现“周期跳漏”。于是，希望得到一种具有频率导向能力的线性相位检测器。

为此，本发明的目的是提供一种这样的相位检测器，它使用一个双态相位检测器，并具有频率导向能力。

简要地说，本发明的相位检测器可用以检测第一输入信号与第二输入信号之间的相位差，并提供出一个与之相应的输出。

本发明的相位检测器包括：一个双态相位检测器，一个三态相位检测器，一个用以接收控制信号的控制输入端，以及一个对双态相位检测器和三态相位检测器起响应的控制系统。双态相位检测器检测第一输入信号与第二输入信号之间的相位差;三态相位检测器对第二输入信号与反相的第一输入信号之间的相位差进行比较;控制系统的作用是：当加到控制输入端的一个信号激发双态相位检测器时，它选择双态相位检测器的输出，当加到控制输入端的一个信号激励三态相位检测器时，它选择三态相位检测器的输出。

图1是依照本发明、使用一个相位检测器的锁相环路方框图;

图2是图1中相位检测器部分的电原理图;

图3是图1中自适应环路滤波器的电原理图;

图4是图2中双态相位检测器单元的电原理图。

参照图1，它示出了使用优选的相位检测器的一个锁相环路方框图。该锁相环路的作用是将压控振荡器40的频率保持在所希望的值上。压控振荡器40由相位检测器20中的一个电流源控制，相位检测器20的输出与自适应环路滤波器30的输入相连接。自适应环路滤波器30是阻抗转换型的，在其输入端上接收电流，在其输出端上提供出电压。相位检测器电流源通过流出电流或吸收电流来改变自适应环路滤波器30中的电压。自适应环路滤波器30的输出电压加到压控振荡器40的输入端。压控振荡器40是一个振荡器，其输出频率与来自适应环路滤波器30的输入电压相对应。