相位检测模块及其检测方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102904844 A (43)申请公布日 2013.01.30 C N 1 0 2 9 0 4 8 4 4 A *CN102904844A* (21)申请号 201210391293.1 (22)申请日 2008.06.23 200810126785.1 2008.06.23 H04L 25/02(2006.01) G01R 25/00(2006.01) (71)申请人晨星软件研发（深圳）有限公司 地址 518057 广东省深圳市南山区高新南一 道中国科技研发院中科研发园三号楼 塔头4-5楼 申请人晨星半导体股份有限公司 (72)发明人吴山宗 (74)专利代理机构上。

2、海市锦天城律师事务所 31273 代理人刘民选 (54) 发明名称 相位检测模块及其检测方法 (57) 摘要 本发明公开了一种相位检测模块及其检测方 法，它可提高检测准确度及抗噪声强健度。相位检 测模块包含有一相位侦测电路、一能量估测电路， 以及一选择电路，其中相位侦测电路是于一侦测 时间点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测 值，而能量估测电路产生一能量估测值，用来指示 输入讯号于该侦测时间点所具有的能量大小，选 择电路则根据能量估测值来选择性地输出相位侦 测电路的相位侦测值。 (62)分案原申请数据 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知。

3、识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种相位检测模块，其特征在于，所述相位检测模块包含： 一相位侦测电路，用来于一侦测时间点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值； 一能量估测电路，用来产生一能量估测值，其中所述能量估测值是用来指示所述输入 讯号于所述侦测时间点所具有之能量大小；以及 一调整电路，用来依据所述能量估测值决定一权重值，并将所述相位侦测值乘上所述 权重值来调整所述相位侦测值。 2.如权利要求1所述的相位检测模块，其特征在于，当所述能量估测值等于第一数值 时，所述调整电路所设定的所述权重值等于第二数值；当所述能量估测值小。

4、于所述第一数 值的第三数值时，则所述调整电路所设定的所述权重值为小于所述第二数值的第四数值。 3.如权利要求1所述的相位检测模块，其特征在于，当所述能量估测值小于一临界值 时，所述调整电路将所述权重值设为零。 4.如权利要求1所述的相位检测模块，其特征在于，所述输入讯号为一锁相回路所产 生的输出讯号与欲锁定的参考讯号的运算结果。 5.一种相位检测方法，其特征在于，所述相位检测方法包含以下步骤： 于一侦测时间点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值； 产生用来指示所述输入讯号于所述侦测时间点所具有的能量大小的一能量估测值；以 及 依据所述能量估测值决定一权重值，并将所述相位侦测值乘上所述权重值来。

5、调整所述 相位侦测值。 6.如权利要求5所述的相位检测方法，其特征在于，当所述能量估测值等于第一数值 时，依据所述能量估测值所决定的所述权重值等于第二数值；当所述能量估测值小于所述 第一数值的第三数值时，则依据所述能量估测值所决定的所述权重值小于所述第二数值的 第四数值。 7.如权利要求5所述的相位检测方法，其特征在于，当所述能量估测值小于一临界值 时，所述权重值设为零。 8.如权利要求5项所述的相位检测方法，其特征在于，所述输入讯号为一锁相回路所 产生的一输出讯号与欲锁定的参考讯号的运算结果。 权 利 要 求 书CN 102904844 A 1/4页 3 相位检测模块及其检测方法 0001 。

6、本申请是申请号为200810126785.1，发明名称为相位检测模块及其方法，申请日 为2008年06月23日申请案的分案申请。 技术领域 0002 本发明是提供一种相位检测模块及其检测方法，尤指一种可提高检测准确度及抗 噪声强健度(robustness)的相位检测模块及其检测方法。 背景技术 0003 随着系统频率的需求复杂度持续提高，锁相回路(Phase Lock Loop，PLL)逐渐被 用来作为产生多组频率来源的重要组件。如图1所示，锁相回路110通常包含有一相位检测 器(Phase detector)112、一低通滤波器(Low pass filter)114、一放大器(Amplif。

7、ier)116 以及一压控振荡器(Voltage Control Oscillator)118，其中相位检测器112接收一输入讯 号Vi及压控振荡器118之输出讯号Vo，并输出对应于输入讯号Vi与输出讯号Vo之相位 差的一脉波讯号Vd，脉波讯号Vd再经过低通滤波器114滤除高频成分，保留低频成分，经 放大器116放大后用来控制压控振荡器118，以使输出讯号Vo的频率逐渐接近输入讯号Vi 的频率。当两讯号间的相位差维持固定时，压控震荡器118之输出讯号Vo的频率就等于输 入讯号Vi的频率。 0004 在锁定频率的过程中，低通滤波器114的频宽并非维持不变，而是逐渐地切换变 小，切换的动作则是受到。

8、锁相指示器(Phase Lock Indicator)120的控制。锁相指示器120 首先从放大器116的输出估计出输入讯号Vi与输出讯号Vo间的相位差，并在一段时间后， 将估计出的复数个相位差平均，得出一相位差的平均值，以根据该平均值判断锁相回路110 此时是否锁住输入讯号Vi的频率。若判断结果为锁相回路110此时已锁住输入讯号Vi的 频率，则锁相指示器120控制低通滤波器114将频宽缩小，以维持目前的锁定状态，锁相回 路110便可在此状态下进行更精确的频率锁定。 0005 锁相指示器120是简单地计算复数个估计的相位差的平均值，来作为是否切换低 通滤波器114频宽的依据，然而，这种简单地取。

9、平均值的机制并不适用于所有的通讯系统。 以图2所示之十字正交振幅调变(Cross-QAM)为例，一般具有通常知识者应可了解，越靠近 星象图(constellation)中心代表调变后讯号所具有的讯噪比(SNR)越小，越容易受到噪 声干扰，而由于十字正交振幅调变不使用位于星象图角落的调变讯号(图中以虚线表示的 点)，只使用位于十字型内部的调变讯号(图中以实心表示的点)，因此，输入锁相回路110 的输入讯号有很高的机率是被噪声严重干扰的，在这种情形下，锁相指示器120所计算出 的平均值存在有严重的误差，造成判断不准确，锁相回路110的整体效能因而变差。 发明内容 0006 本发明所要解决的技术问题。

10、是提供一种相位检测模块，它可以有效地提升锁相指 示器的判断精确度以及抗噪声的强健度，有助于改善锁相回路的整体效能，并适用于各种 说 明 书CN 102904844 A 2/4页 4 通讯系统。另外，本发明还提供一种相位检测方法。 0007 为了解决以上技术问题，本发明提供了以下技术方案： 0008 根据本发明之一实施例，其是提供一种相位检测模块。所述相位检测模块包含有 一相位侦测电路、一能量估测电路，以及一选择电路。相位侦测电路是于一侦测时间点侦测 一输入讯号的相位以产生一相位侦测值，而能量估测电路产生一能量估测值，用来指示输 入讯号于所述侦测时间点所具有之能量大小，选择电路则根据能量估测值来。

11、选择性地输出 相位侦测电路的相位侦测值。 0009 根据本发明之另一实施例，其是提供一种相位检测模块。所述相位检测模块包含 有一相位侦测电路、一能量估测电路以及一调整电路，其中相位侦测电路是用来于一侦测 时间点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值，能量估测电路是用来产生一能量估测 值，其中所述能量估测值是用来指示输入讯号于所述侦测时间点所具有之能量大小，而调 整电路则依据能量估测值决定一权重值，并将相位侦测电路所产生之相位侦测值乘上所述 权重值。 0010 根据本发明之另一实施例，其是提供一种相位检测方法。所述方法包含有于一侦 测时间点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值，产生用来指示输入。

12、讯号于所述侦测 时间点所具有之能量大小的一能量估测值，以及根据能量估测值来选择性地输出相位侦测 值。 0011 根据本发明之另一实施例，其是提供一种相位检测方法。所述方法包含有于一侦 测时间点侦测一输入讯号的相位以产生一相位侦测值，产生用来指示输入讯号于所述侦测 时间点所具有的能量大小的一能量估测值，以及依据能量估测值决定一权重值，并将相位 侦测值乘上所述权重值。 0012 在本发明的相位检测模块包含相位侦测电路和能量估测电路，并可以根据情况设 置选择电路或调整电路或兼有选择电路和调整电路，从而改善了现有锁相回路的整体效 能，以及不能适用于所有的通讯系统的缺点。 附图说明 0013 图1、现有。

13、锁相回路及锁相指示器的方块示意图。； 0014 图2、现有十字正交振幅调变的星象图。； 0015 图3、本发明相位检测模块的一实施例的方块示意图。 0016 图4、图3所示的相位检测模块应用于一锁相指示器时一实施例的方块示意图。 0017 图5、相位检测模块应用于一锁相指示器时另一实施例的方块示意图。 0018 图6、表示能量估测电路的能量估测值与调整电路所设定的权重值间的关系示意 图。 0019 主要组件符号说明： 0020 110 锁相回路 112 相位检测器 114 低通滤波器 116 放大器 说 明 书CN 102904844 A 3/4页 5 118 压控震荡器 120、400、50。

14、0 锁相指示器 300、510 相位检测模块 310、520 相位侦测电路 320、530 能量估测电路 330、540 选择电路 410、560 平均电路 550 调整电路 具体实施方式 0021 为了解决现有技术所面临的问题，本发明所提出的相位检测模块会依据输入讯号 所具有的能量大小选择性地保留或舍弃该输入讯号的相位侦测值，因此，具有较低能量的 讯号(亦即，较易受到噪声影响的讯号)的相位侦测值便不会被用来作为锁相指示器的判 断依据。在另一实施例中，本发明的相位检测模块是依据输入讯号所具有的能量大小将该 输入讯号的相位侦测值乘上一权重(weighting)，因此，这些可能因噪声干扰而不准确的。

15、相 位侦测值并不是被完全舍弃，而是在锁相回路判断过程中所占的比重变低。上述两种实施 例以及其组合均可有效地提升锁相指示器的判断精确度以及抗噪声的强健度，有助于改善 锁相回路的整体效能，并适用于各种通讯系统。 0022 图3是本发明相位检测模块的一实施例的方块示意图，如图所示，相位检测模块 300包含有一相位侦测电路310、一能量估测电路320以及一选择电路330。当一输入讯号 输入相位检测模块300时，相位侦测电路310以及能量估测电路320于一侦测时间点分别 侦测输入讯号的相位及能量以产生一相位侦测值以及一能量估测值，其中能量估测值是用 来指示输入讯号于该侦测时间点所具有的能量大小，接着，相。

16、位侦测值及能量估侧值均输 入至选择电路330，由选择电路330根据能量估测值决定是否输出相位侦测电路310于该侦 测时间点所侦测到的相位侦测值。 0023 请注意，本发明并不限制相位侦测电路310与能量估侧电路320所采用的侦测方 法，任何可用来侦测相位与能量的算法均可应用于本发明，举例来说，能量估测值可以是输 入讯号于同相信道(in-phase channel)及正交通道(quadrature channel)上分量的平方 和，或是输入讯号的振幅大小。另外，选择电路330可利用一多任务器(multiplexer)来加 以实现。 0024 当相位检测模块300应用于一锁相指示器时，其架构如图4。

17、所示。输入相位检测模 块300的讯号为锁相回路(图中未显示)所产生之一输出讯号Xe -j(t) 与欲锁定之一参考 讯号Xe -j(t) 的运算结果Xe j(t)-(t) ，因此，相位侦测电路310所侦测到的相位侦测值即 为锁相回路之输出讯号与参考讯号间的相位差(t)-(t)，在一实施例中，相位侦测 电路310的输出是对应于该相位差的一数值，例如在能量估侧电路320估计 出能量大小|X| 2 后，选择电路330于能量估测值|X| 2 大于一预定的临界值时，才输出相位 侦测值至后续的运算电路，这是为了排除讯噪比过低、容易受到噪声干扰的 讯号的相位侦测结果，避免失真的相位造成锁相指示器的误判断，进而。

18、影响锁相回路的效 能(也就是说，若一通讯系统是需要能量较低的讯号来进行侦测或任何处理，选择电路300 可改成于能量估测值小于一预定的临界值时，才输出相位侦测值)。在本实施例中，选择电 说 明 书CN 102904844 A 4/4页 6 路330所设定的临界值是与锁相回路中低通滤波器的频宽，以及调变时所使用的星象图有 关。 0025 具有一定可靠度的相位侦测值经过运算处理后，可用来指示锁相回路是否已锁住 参考讯号的频率。在本实施例中，平均电路410是对相位检测模块300所输出的相位检测 值进行平均计算，由于相位差(t)-(t)越小时，相位检测值会越接近 1，因此，若平均电路410计算出的平均值。

19、接近1，即表示锁相回路已锁住参考讯号的频率， 锁相指示器400可控制锁相回路中的低通滤波器切换频宽大小。除了直接将相位检测模块 300所输出的相位检测值平均之外，平均电路410亦可利用计算相位检测值的期望值的方 式，或是将每一次输出的相位检测结果分别乘上对应权重值并相加来达成类似的效果，本 发明并不限制平均电路410所进行的运算，只要能得出可指示相位检测值的分布或大小等 状态的结果即可。 0026 图5为锁相指示器的另一实施例。如图所示，相位检测模块510更包含有一调 整电路550，用来依据能量估测值|X| 2 决定一权重值，并于选择电路540输出相位侦测值 时，将该相位侦测值乘上权重值来调整。

20、该相位侦测值于锁相指示器判断锁相 回路的锁定状态时所占的比重。权重值与能量估测值|X| 2 间可以是线性或非线性的关系， 如图6所示，但一般说来，当输入讯号具有较高的能量(能量估测值|X| 2 越高)时，所选择 的权重值越大，以提高检测准确度及抗噪声强健度，因此，当能量估测值|X| 2 等于第一数值 时，调整电路550所设定的权重值是等于第二数值，而当能量估测值|X| 2 为小于第一数值 的第三数值时，则调整电路550所设定的权重值是为小于第二数值的第四数值。 0027 在另一实施例中，调整电路550亦可耦接于选择电路540的输入端，并接收能量估 测电路530所估计出的能量估测值以决定一权重值。

21、，此时调整电路550是将相位侦测电路 520所侦测到的相位侦测值乘上该权重值来调整输入至选择电路540的相位侦测值，选择 电路再将调整后的相位侦测值与一临界值比较，以判断是否输出该相位侦测值至平均电路 560。 0028 当然，相位检测模块亦可不设置选择电路，而是以调整电路根据能量估侧值调整 每一个相位侦测值，故在此实施例中，所有的相位侦测值均会被输入至平均电路进行计算， 只是所占的比重可能不同。在另一实施例中，当能量估测值小于一临界值时，调整电路是将 权重值设为零以排除那些讯噪比较低的讯号的相位侦测结果。这些设计变化均可达成提高 检测准确度及抗噪声强健度的目的。 0029 值得注意的是，上述实施例中的相位检测模块是排除讯噪比过低的讯号的侦测结 果，或是降低这些侦测结果的权重，以提高相位侦测的准确度，因此，对相位检测模块的输 出所进行的处理并非本发明的限制条件，上述的平均电路仅为举例说明之用。 0030 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡根据本发明的描述，本领域技术人员所做 的均等变化与修饰，都应属于本发明的保护范围。 说 明 书CN 102904844 A 1/3页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102904844 A 2/3页 8 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102904844 A 3/3页 9 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102904844 A 。