减轻注入牵引效应的方法及相关的信号系统
技术领域
本发明涉及减轻注入牵引效应(injection-pulling effect)的方法及相关的信号系统，以及更具体地，涉及减少振荡器的注入牵引效应的方法及相关的信号系统。
背景技术
具有振荡器的信号系统对现代电子设备来说是必不可少的，该振荡器用于产生时钟和/或振荡信号。例如，电子需求无线通信能力需要具有振荡器的信号系统来实现射频(radio frequency，RF)发射器、接收器和/或收发器。
请参考图1，图1示出了常规的信号系统100，例如直接转换架构的RF发射器。系统100包括相位检测电路(phase detection circuitry)110、回路滤波器(loop filter)140、振荡器160、正交调制器(quadrature modulator)165和功率放大器(power amplifier，PA)174。振荡器160在控制信号sf1的控制下进行振荡，以产生(generate)或形成(form)RF时钟CKv1。正交调制器165利用时钟CKv1对基带数据信号I_data和Q_data进行调制，以形成RF信号ss1，以及，功率放大器174对信号ss1进行放大，以产生放大后的RF信号so1。为了产生用以控制振荡器160的信号sf1，相位检测电路110检测参考时钟CKref和时钟CKv1之间的相位差，以形成信号se1，以及，回路滤波器140对信号se1进行滤波，以产生信号sf1。如图1所示，回路滤波器140是具有带宽f0的频率响应的低通滤波器。
影响系统100的噪声包括：与相位检测电路110相关的参考噪声，由其固有抖动性能和谐振器设计确定的振荡器噪声，以及注入噪声，该注入噪声与起因于(resulting from)注入牵引效应的等效相位干扰相关。例如，放大器174的非线性将造成非期望的谐波，而该谐波将导致时钟CKv1的频率被拉离预期频率，和/或导致时钟CKv1的频谱偏离预期频谱。注入牵引效应对直接转换信号系统来说是至关重要的，因为信号ss1和so1的频率与时钟CKv1的频率基本相同(或非常接近)。回路滤波器140的带宽f0通常被设计成用于该参考噪声和该振荡器噪声之间的折衷，但是这样的带宽f0将受相当大的注入噪声的影响。
有几种现有技术可以减轻注入牵引效应。一种现有技术试图通过改善放大器174和振荡器160之间的隔离来减轻注入牵引效应，但是受高硬件成本和布局复杂性的影响。另一种现有技术试图通过扩展回路滤波器140的带宽f0来减轻注入牵引效应，但是会对原始回路设计策略造成不利影响，这意味着设计者不能仅关注如何根据参考噪声和振荡器噪声实现最佳抑制。又一种现有技术试图通过应用自适应干扰消除来减轻注入牵引效应，但是它必须受复杂的数字校准和严格的补偿精度要求的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种能够减轻注入牵引效应的方法及相关的信号系统，以解决上述问题。
第一方面，本发明提供了一种减轻振荡器的注入牵引效应的方法，该振荡器在控制信号的控制下产生输出时钟，以及，该方法包括：通过回路滤波器对偏差信号进行滤波，以形成滤波信号；通过自我注入锁定(SIL)控制器形成辅助信号，该辅助信号跟踪该偏差信号(如该偏差信号的瞬时变化)或跟踪参考时钟与起因于该输出时钟的输出信号之间的相位差(如该相位差的瞬时变化)；以及，通过对该滤波信号和该辅助信号求和来形成该控制信号。
第二方面，本发明提供了一种减轻注入牵引效应的信号系统，该信号系统包括振荡器、回路滤波器、SIL控制器以及第一求和单元。振荡器用于在控制信号的控制下产生输出时钟；回路滤波器用于对偏差信号进行滤波，以形成滤波信号；SIL控制器用于形成辅助信号，该辅助信号跟踪参考时钟(如该偏差信号的瞬时变化)或跟踪参考时钟与起因于该输出时钟的输出信号之间的相位差(如该相位差的瞬时变化)；以及，第一求和单元耦接在该回路滤波器，该SIL控制器和该振荡器之间，用于通过对该滤波信号和该辅助信号求和来形成该控制信号。
第三方面，本发明提供了一种减轻注入牵引效应的信号系统，该信号系统包括振荡器、回路滤波器、SIL控制器以及第一求和单元。振荡器用于在控制信号的控制下产生输出时钟；回路滤波器用于对偏差信号进行滤波，以形成滤波信号；SIL控制器用于通过对该输出时钟执行频率鉴别来形成辅助信号；以及，第一求和单元耦接在该回路滤波器，该SIL控制器和该振荡器之间，用于通过对该滤波信号和该辅助信号求和来形成该控制信号。
本领域技术人员在阅读附图所示优选实施例的下述详细描述之后，可以毫无疑义地理解本发明的这些目的及其它目的。详细的描述将参考附图在下面的实施例中给出。
附图说明
通过阅读后续的详细描述以及参考附图所给的示例，可以更全面地理解本发明。
图1示出了常规的信号系统。
图2至图5根据本发明实施例示出了信号系统。
图6根据本发明实施例示出了一种自我注入锁定(SIL)控制器。
图7示出了图2至图5中所示系统的操作。
图8根据本发明实施例示出了一种信号系统。
在下面的详细描述中，为了说明的目的，阐述了许多具体细节，以便本领域技术人员能够更透彻地理解本发明实施例。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施一个或多个实施例，不同的实施例可根据需求相结合，而并不应当仅限于附图所列举的实施例。
具体实施方式
以下描述为本发明实施的较佳实施例，其仅用来例举阐释本发明的技术特征，而并非用来限制本发明的范畴。在通篇说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件，所属领域技术人员应当理解，制造商可能会使用不同的名称来称呼同样的元件。因此，本说明书及权利要求书并不以名称的差异作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异作为区别的基准。本发明中使用的术语“元件”、“系统”和“装置”可以是与计算机相关的实体，其中，该计算机可以是硬件、软件、或硬件和软件的结合。在以下描述和权利要求书当中所提及的术语“包含”和“包括”为开放式用语，故应解释成“包含，但不限定于…”的意思。此外，术语“耦接”意指间接或直接的电气连接。因此，若文中描述一个装置耦接于另一装置，则代表该装置可直接电气连接于该另一装置，或者透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该另一装置。
其中，除非另有指示，各附图的不同附图中对应的数字和符号通常涉及相应的部分。所绘制的附图清楚地说明了实施例的相关部分且并不一定是按比例绘制。
文中所用术语“基本”或“大致”是指在可接受的范围内，本领域技术人员能够解决所要解决的技术问题，基本达到所要达到的技术效果。举例而言，“大致等于”是指在不影响结果正确性时，技术人员能够接受的与“完全等于”有一定误差的方式。
请参考图2，图2根据本发明实施例示出了信号系统200。信号系统200包括累加器(accumulator)210，测量电路(measuring circuit)220(例如，时间至数字转换器(time-to-digital converter，TDC))，求和单元(sum block)230，回路滤波器240和振荡器260；为了减轻注入牵引效应，信号系统200还包括自我注入锁定(self-injection locked，SIL)控制器250以及另一求和单元255。振荡器260在控制信号sc2的控制下进行振荡，以产生输出时钟CKv2，从而，时钟CKv2的频率随控制信号sc2的变化而变化。累加器210耦接于或接收频率控制字(frequency command word)/频率控制命令FCW和参考时钟CKref，用于在参考时钟CKref的每个周期中累加频率控制字FCW，以形成参考信号sr2。测量电路220耦接于振荡器260，用于测量参考时钟CKref和输出时钟CKv2之间的相位差，以形成区别信号(distinction signal)sd2。求和单元230耦接在测量电路220，累加器210和回路滤波器240之间，用于依据参考信号sr2和区别信号sd2之间的差异(如相位差)形成偏差信号(deviation signal)se2。回路滤波器240对偏差信号se2进行滤波，以形成滤波信号sf2。当信号系统200达到稳定的锁相(phase lock)时，输出时钟CKv2的频率fv基本等于频率控制字FCW与参考时钟CKref的频率fr的乘积，即fv＝FCW*fr。例如，参考时钟CKref是MHz的量级，而输出时钟CKv2可以是GHz的量级。回路滤波器240可以是低通滤波器。
SIL控制器250具有输入端口i2和输出端口p2；输入端口i2耦接于求和单元230，而输出端口p2耦接于求和单元255。为了减轻注入牵引效应，SIL控制器250用于形成辅助信号sa2，其中，辅助信号sa2跟踪(track)偏差信号se2的瞬时变化(instantaneous varying)。求和单元255耦接在回路滤波器240，SIL控制器250和振荡器260之间，用于通过对滤波信号sf2和辅助信号sa2求和来形成控制信号sc2。由于区别信号sd2是由输出时钟CKv2和参考时钟CKref之间的相位差形成的，因此，区别信号sd2(以及，包含区别信号sd2的偏差信号se2)的瞬时变化能够反映注入牵引效应对输出时钟CKv2的瞬时影响。
根据本发明的SIL控制器250将使能辅助信号sa2以及控制信号sc2(其中，该控制信号sc2是通过对滤波信号sf2和辅助信号sa2求和获得的)持续(keep)跟踪偏差信号se2的瞬时变化，从而，振荡器260在控制信号sc2的控制下能够迅速抵消注入牵引效应的实时(immediate)影响，因此，可以改善注入牵引效应的减少(即有效地减少注入牵引效应)。在一些实施例中，也可以根据具体设计选择性地使能SIL控制器250输出辅助信号sa2，例如，当偏差信号se2的瞬时变化量大于预定阈值时，使能SIL控制器250输出辅助信号sa2，以快速校正se2，从而降低注入牵引效应对系统效能的恶化。通常，锁相环(Phase Locking Loop，PLL)中的回路滤波器包括两种锁定状态，例如，粗锁定(coarse locking)状态，其可表现为一型滤波器(Type-I filter)，以具有较小的建立时间(settling time)；精锁定(fine locking)状态，其可表现为二型滤波器(Type-II filter)，以具有较小的稳定状态误差，两种锁定状态分别具有各自的优势。然而，当回路滤波器从粗锁定状态切换为精锁定状态时，滤波信号sf2无法反映偏差信号230上的瞬时变化，若此时PLL受到注入牵引效应，本发明提供的自我注入锁定方法将可提供信号系统快速修正se2的能力，以降低对系统效能的恶化。也就是说，在本发明的一些实施例中，辅助信号sa2和偏差信号se2是偏差信号se2分别经过type I滤波器和type II滤波器后的回路修正信号，从而具有更好的性能。
在一实施例中，累加器210，测量电路220，回路滤波器240，SIL控制器250以及求和单元230、255可以是由参考时钟CKref驱动的数字域中的数字电路实现，以及，振荡器260可以是数字控制振荡器。例如，回路滤波器240可以是数字低通滤波器，以及，测量电路220可以是时间至数字转换器(TDC)；测量电路220在参考时钟CKref的每个周期中将输出时钟CKv2的有效边沿(例如，上升沿)与参考时钟CKref的有效边沿之间的时间差转换为数字值，以形成区别信号sd2的样本sd2[n]。在第n个周期中，当测量得到样本sd2[n]并通过求和单元230形成偏差信号se2的样本se2[n]时，SIL控制器250将使能辅助信号sa2的实时样本(immediate sample)sa2[n]来跟踪样本se2[n]的值，从而，控制信号sc2的实时样本sc2[n]将反映样本se2[n]的瞬时值。应当注意的是，由于回路滤波器240的数字滤波，滤波信号sf2在第n个周期上的实时样本sf2[n]将不反映样本se2[n]的瞬时值；样本se2[n]的瞬时值将被滤波信号sf2在后续第(n+1)或(n+2)个周期上的后续样本sf2[n+1]或sf[n+2]反映出来。
在一实施例中，SIL控制器250根据测量电路220和SIL控制器250的时延(latency)来调整样本sa2[n]的值，并且因此使得样本sa2[n]基本与参考时钟CKref和输出时钟CKv2之间的相位差呈180度反相(out of phase)，从而，通过求和得到的控制信号sc2使能振荡器260以与注入牵引效应相反的趋势振荡，例如，当注入牵引效应使输出时钟CKv2减速(slow down)时振荡更快。由于测量电路220是数字电路，因此，在设计层面上可以很好地估计和补偿测量电路220的时延。
SIL控制器250可以由图6中所示的SIL控制器650实现。如图6所示，SIL控制器650具有输入端口i6和输出端口p6，并且包括级联在输入端口i6和输出端口p6之间的数据转换器(data converter)652和内部放大器(internal amplifier)654。数据转换器652从输入端口i6接收相位差信号spd6，并将相位差信号spd6转换为频率差信号sfd6。举例来说，相位差信号spd6和频率差信号sfd6具有不同的动态范围，数据格式，编码和/或单位，以及，数据转换器652执行不同动态范围，数据格式，编码和/或单位之间的转换。在一实施例中，振荡器260可以是数字控制振荡器，其接收频率控制格式的数字控制信号sc2；为了通过本实施例的SIL控制器650来实现SIL控制器250，SIL控制器650中的数据转换器652可以将相位差信号spd6转换为该频率控制格式的频率差信号sfd6。在一实施例中，振荡器260可以是接收电压控制信号sc2的电压控制振荡器；为了通过本实施例的SIL控制器650来实现SIL控制器250，SIL控制器650中的数据转换器652可以将相位差信号spd6转换为电压格式的频率差信号sfd6。
在SIL控制器650中，放大器654对频率差信号sfd6进行放大，以在输出端口p6处形成信号sa6。放大器654可以包括放大器(或放大器单元)656a和放大器(或放大器单元)656b，放大器656a用于利用振荡器调谐灵敏度(oscillator tuning sensitivity)Kdco进行放大，放大器656b用于利用SIL回路增益Gsil进行放大，其中，振荡器调谐灵敏度Kdco是与振荡器相关的常数，而SIL回路增益Gsil是可编程的(可变的)以获得灵活性。为了通过图6中的SIL控制器650实现图2中的SIL控制器250，端口i2和p2可以分别由端口i6和p6实现，因此端口i2处的偏差信号se2(图2)作为端口i6处的相位差信号spd6(图6)被接收，而端口p6处的信号sa6作为端口p2处的辅助信号sa2(图2)被输出。
请参考图3，图3根据本发明实施例示出了信号系统300。系统300包括累加器310，测量电路320，求和单元330，回路滤波器340，振荡器360，正交调制器365和主放大器370；为了减轻注入牵引效应，系统300还包括SIL控制器350和测量电路380以及另一求和单元355。振荡器360在控制信号sc3的控制下产生输出时钟CKv3。正交调制器365耦接于振荡器360，用于利用输出时钟CKv3执行正交调制，以形成调制信号sm3。主放大器370耦接于正交调制器365，用于对调制信号sm3进行放大，以形成输出信号so3。主放大器370可以包括可编程增益放大器(programmable-gain amplifier，PGA)372和功率放大器(PA)374。
累加器310耦接于或接收频率控制字FCW和参考时钟CKref，用于在参考时钟CKref的每个周期中累加频率控制字FCW，以形成参考信号sr3。测量电路320耦接于振荡器360，用于测量参考时钟CKref和输出时钟CKv3之间的相位差，以形成区别信号sd3。求和单元330耦接在测量电路320，累加器310和回路滤波器340之间，用于依据参考信号sr3和区别信号sd3之间的差异来形成偏差信号se3。回路滤波器340用于对偏差信号se3进行滤波，以形成滤波信号sf3。测量电路380耦接在主放大器370和SIL控制器350之间，用于测量参考时钟CKref和输出信号so3之间的相位差，以形成区别信号sdd3。
SIL控制器350具有输入端口i3和输出端口p3，输入端口i3耦接于测量电路380，输出端口p3耦接于求和单元355。为了减轻注入牵引效应，SIL控制器350形成辅助信号sa3，该辅助信号sa3用以跟踪区别信号sdd3的瞬时变化。求和单元355耦接在回路滤波器340，SIL控制器350和振荡器360之间，用于通过对滤波信号sf3和辅助信号sa3求和来形成控制信号sc3。由于区别信号sdd3是由参考时钟CKref和输出信号so3之间的相位差形成的，因此，区别信号sdd3(以及辅助信号sa3)的瞬时变化能够反映注入牵引效应对输出信号so3的瞬时影响。SIL控制器350将使辅助信号sa3及控制信号sc3持续跟踪区别信号sdd3的瞬时变化，从而，振荡器360在控制信号sc3的控制下能够迅速抵消注入牵引效应的实时影响，并因此减轻注入牵引效应。
在一实施例中，累加器310，测量电路320、380，回路滤波器340，SIL控制器350以及求和单元330、355可以由操作在参考时钟CKref驱动的数字域中的数字电路来实现，以及，振荡器360可以是数字控制振荡器。例如，测量电路320和380中的每一个可以是时间至数字转换器(TDC)；在参考时钟CKref的每个周期中，测量电路320将输出时钟CKv3的有效边沿和参考时钟CKref的有效边沿之间的时间差转换为数字值，以形成区别信号sd3的样本sd3[n]；另一方面，测量电路380将输出信号so3的有效边沿与参考时钟CKref的有效边沿之间的时间差转换为数字值，以形成区别信号sdd3的样本sdd3[n]。
在第n个周期中，当测量得到样本sd3[n]和sdd3[n]且由求和单元330形成偏差信号se3的样本se3[n]时，SIL控制器350使能辅助信号sa3的实时样本sa3[n]跟踪样本sdd3[n]的值，因此，求和后的控制信号sc3的实时样本sc3[n]将反映样本sdd3[n]的瞬时值。在一实施例中，SIL控制器350使得样本sa3[n]基本上与参考时钟CKref和输出信号so3之间的相位差呈180度反相(换言之，参考时钟CKref和输出信号so3之间的相位差与样本sa3[n]基本是180度反相的)，因此求和得到的控制信号sc3使得振荡器360抵消注入牵引效应的影响。
类似于图2中的SIL控制器250，图3中的SIL控制器350可以由图6中所示的SIL控制器650实现，端口i3和p3分别由端口i6和p6实现，因此端口i3处的区别信号sdd3(图3)作为端口i6处的相位差信号spd6(图6)被接收，而输出端口p6处的信号sa6作为端口p3处的辅助信号sa3(图3)被输出。
图2或图3中的信号系统200或300可应用于各种发射器实现。例如，通过将频率控制字FCW设置为基于基带信号(未示出)变化，信号系统200或300可以实现为直接频率调制(direct frequency modulation，DFM)或直接变换发射器，其具有减轻的注入牵引效应。此外，本发明可以应用于其它调制的信号系统，例如极化调制。请参考图4，图4根据本发明实施例示出了信号系统400。
如图4所示，系统400包括累加器410，测量电路420，求和单元403、430，回路滤波器440，振荡器460，分频器(frequency divider，图中简称为LO DIV)463，混频器(mixer)465和主放大器470；为了减轻注入牵引效应，系统400还可以括SIL控制器450以及求和单元455。振荡器460在控制信号sc4的控制下产生输出时钟CKv4。分频器463耦接于振荡器460，用于对输出时钟CKv4进行分频，以形成本地振荡信号LO4。混频器465耦接于第二源信号(source signal)sAM和分频器463，用于混合本地振荡信号LO4和第二源信号sAM，以形成混频信号sm4。主放大器470耦接于混频器465，用于对混频信号sm4进行放大，以形成输出信号so4。主放大器470可以包括可编程增益放大器(PGA)472和功率放大器(PA)474。
求和单元403对第一源信号sPM和频率控制字FCW求和，以形成求和字(summed word)sw4。累加器410耦接于求和单元403和参考时钟CKref，用于在参考时钟CKref的每个周期中累加求和字sw4，以形成参考信号sr4。测量电路420耦接于振荡器360，用于测量参考时钟CKref和输出时钟CKv4之间的相位差，以形成区别信号sd4。求和单元430耦接在测量电路420，累加器410和回路滤波器440之间，用于通过参考信号sr4和区别信号sd4之间的差异来形成偏差信号se4。回路滤波器440对偏差信号se4进行滤波，以形成滤波信号sf4。
SIL控制器450具有输入端口i4和输出端口p4，输入端口i4耦接于求和单元430，输出端口p4耦接于求和单元455。为了减轻注入牵引效应，SIL控制器450形成辅助信号sa4，其中，辅助信号sa4跟踪偏差信号se4的瞬时变化。求和单元455耦接在回路滤波器440，SIL控制器450和振荡器460之间，用于通过对第一源信号sPM，滤波信号sf4以及辅助信号sa4求和来形成控制信号sc4。由于区别信号sd4是由参考时钟CKref和输出时钟CKv4之间的相位差形成的，因此，区别信号sd4(以及偏差信号se4)的瞬时变化能够反映注入牵引效应对输出时钟CKv4的瞬时影响。SIL控制器450将使得信号sa4以及控制信号sc4持续跟踪区别信号sd4的瞬时变化，因此振荡器460在控制信号sc4的控制下能够迅速抵消注入牵引效应的实时影响，从而减轻注入牵引效应。
在一实施例中，累加器410，测量电路420，回路滤波器440，SIL控制器450以及求和单元403,430和455可以由参考时钟CKref驱动的数字域中的数字电路实现，振荡器460可以是数字控制振荡器。例如，测量电路420可以是时间至数字转换器(TDC)；在参考时钟CKref的每个周期中，测量电路420将输出时钟CKv4的有效边沿和参考时钟CKref的有效边沿之间的时间差转换为数字值，以形成区别信号sd4的样本sd4[n]。
在第n个周期中，当测量得到样本sd4[n]并通过求和单元430形成偏差信号se4的样本se4[n]时，SIL控制器450使得辅助信号sa4的实时样本sa4[n]反映样本se4[n]的值，因此，求和后的控制信号sc4的实时样本sc4[n]将反映样本sd4[n]的瞬时值。在一实施例中，SIL控制器450使得样本sa4[n]基本与参考时钟CKref和输出时钟CKv4之间的相位差呈180度反相，因此，求和得到的控制信号sc4使得振荡器460能够抵消注入牵引效应的影响。
类似于图2和图3中的SIL控制器250和350，图4中的SIL控制器450可以由图6所示的SIL控制器650实现，端口i4和p4分别由端口i6和p6实现，因此端口i4处的偏差信号se4(图4)可以作为端口i6处的相位差信号spd6(图6)被接收，以及，端口p6处的信号sa6可以作为端口p4处的辅助信号sa4(图4)被输出。
请参考图5，图5根据本发明实施例示出了信号系统500。信号系统500包括累加器510，测量电路520，求和单元503、530，回路滤波器540，振荡器560，分频器(图中简称为LO DIV)563，混频器565和主放大器570；为了减轻注入牵引效应，系统500还可以包括测量电路580、SIL控制器550以及求和单元555。
振荡器560在控制信号sc5的控制下生成输出时钟CKv5。分频器563耦接于振荡器560，用于对输出时钟CKv5进行分频，以形成本地振荡信号LO5。混频器565耦接于源信号sAM和分频器563，用于混合本地振荡信号LO5和源信号sAM，以形成混频信号sm5。主放大器570耦接于混频器565，用于对混频信号sm5进行放大，以形成输出信号so5。主放大器570可以包括可编程增益放大器(PGA)572和功率放大器(PA)574。
求和单元503对源信号sPM和频率控制字FCW求和，以形成求和字sw5。累加器510耦接于求和单元503和参考时钟CKref，用于在参考时钟CKref的每个周期中累加求和字sw5，以形成参考信号sr5。测量电路520耦接于振荡器560，用于测量参考时钟CKref和输出时钟CKv5之间的相位差，以形成区别信号sd5。求和单元530耦接在测量电路520，累加器510和回路滤波器540之间，用于依据参考信号sr5和区别信号sd5之间的差异来形成偏差信号se5。回路滤波器540对偏差信号se5进行滤波，以形成滤波信号sf5。
测量电路580耦接在主放大器570和SIL控制器550之间，用于测量参考时钟CKref和输出信号so5之间的相位差，以形成区别信号sdd5。SIL控制器550具有输入端口i5和输出端口p5，输入端口i5耦接于测量电路580，输出端口p5耦接于求和单元555。为了减轻注入牵引效应，SIL控制器550形成辅助信号sa5，辅助信号sa5跟踪区别信号sdd5的瞬时变化。求和单元555耦接在回路滤波器540，SIL控制器550和振荡器560之间，用于通过对源信号sPM，滤波信号sf5和辅助信号sa5求和来形成控制信号sc5。由于区别信号sdd5是由参考时钟CKref和输出信号so5之间的相位差形成的，因此，区别信号sdd5的瞬时变化能够反映注入牵引效应对输出信号so5的瞬时影响。SIL控制器550将使得辅助信号sa5以及控制信号sc5持续跟踪区别信号sdd5的瞬时变化，因此，振荡器560在求和后的控制信号sc5的控制下能够迅速抵消注入牵引效应的实时影响，从而减轻注入牵引效应。
在一实施例中，累加器510，测量电路520和580，回路滤波器540，SIL控制器550以及求和单元503,530和555可以由参考时钟CKref驱动的数字域中的数字电路实现，以及，振荡器560可以是数字控制振荡器。例如，测量电路520和580中的每一个可以是时间至数字转换器(TDC)；在参考时钟CKref的每个周期中，测量电路520将输出时钟CKv5的有效边沿和参考时钟CKref的有效边沿之间的时间差转换为数字值，以形成区别信号sd5的样本sd5[n]；类似地，测量电路580将参考时钟CKref的有效边沿和输出信号so5的有效边沿之间的时间差转换为数字值，以形成区别信号sdd5的样本sdd5[n]。
在第n个周期中，当测量得到样本sdd5[n]并通过求和单元530形成偏差信号se5的样本se5[n]时，SIL控制器550使得辅助信号sa5的实时样本sa5[n]跟踪样本sdd5[n]的值，因此，求和后的控制信号sc5的实时样本sc5[n]将反映样本sdd5[n]的瞬时值。在一实施例中，SIL控制器550可以使得样本sa5[n]基本与参考时钟CKref和输出信号so5之间的相位差呈180度反相，因此，求和得到的控制信号sc5可以控制振荡器560抵消注入牵引效应的影响。
类似于图2、图3和图4中的SIL控制器250,350和450，图5中的SIL控制器550可以由图6所示的SIL控制器650实现，端口i5和p5分别由端口i6和p6实现，因此端口i5处的区别信号sdd5(图5)可以作为端口i6处的相位差信号spd6(图6)被接收，以及，端口p6处的信号sa6可以作为端口p5处的辅助信号sa5(图5)被输出。
请结合图2至图5参考图7，图7示出了系统200,300,400和500的操作，其中，主要步骤可以描述如下。
步骤702：在系统200,300,400或500中，振荡器(260,360,460或560)在控制信号(sc2，sc3，sc4或sc5)的控制下进行振荡，以产生输出时钟(CKv2，CKv3，CKv4或CKv5)。在系统300中，正交调制器365通过输出时钟CKv3执行正交调制，以形成调制信号sm3，以及，主放大器370对调制信号sm3进行放大，以形成输出信号so3。在系统400或500中，分频器(463或563)对输出时钟(CKv4或CKv5)执行分频，以形成本地振荡信号(LO4或LO5)，混频器(465或565)混合该本地振荡信号和源信号sAM，以形成混频信号(sm4或sm5)，以及，主放大器(470或570)对该混频信号(sm4或sm5)进行放大，以形成输出信号(so4或so5)。
步骤704：在系统200,300,400或500中，测量电路(220,320,420或520)测量参考时钟CKref和输出时钟(CKv2，CKv3，CKv4或CKv5)之间的相位差，以形成区别信号(sd2，sd3，sd4或sd5)。在系统200或300中，累加器(210或310)在参考时钟CKref的每个周期中累加频率控制字FCW，以形成参考信号(sr2或sr3)。在系统400或500中，求和单元(403或503)对频率控制字FCW和源信号sPM求和，以形成求和字(sw4或sw5)，以及，累加器(410或510)在参考时钟CKref的每个周期中累加该求和字(sw4或sw5)，以形成参考信号(sr4或sr5)。在系统200,300,400或500中，求和单元(230,330,430或530)依据参考信号(sr2，sr3，sr4或sr5)与区别信号(sd2，sd3，sd4或sd5)之间的差异来形成偏差信号(se2，se3，se4或se5)。
步骤706：在系统200,300,400或500中，回路滤波器(240,340,440或540)对偏差信号(se2，se3，se4或se5)进行滤波，以形成滤波信号(sf2，sf3，sf4或sf5)。
步骤708：在系统200或400中，SIL控制器(250或450)形成辅助信号(sa2或sa4)，该辅助信号(sa2或sa4)跟踪偏差信号(se2或se4)的瞬时变化。在系统300或500中，SIL控制器(350或550)形成辅助信号(sa3或sa5)，该辅助信号(sa3或sa5)跟踪参考时钟CKref和输出信号(so3或so5)之间的相位差的瞬时变化。系统200,300,400或500中的SIL控制器250,350,450或550可以由图6中的SIL控制器650实现。在系统200或400中，SIL控制器250或450将偏差信号(se2或se4)转换为所需的辅助信号(例如，sa2或sa4)，以校正注入牵引效应引起的振荡器失真。在系统300或500中，SIL控制器350或550将区别信号(sdd3或sdd5，其是参考时钟CKref和起因于振荡器(360或560)的输出信号(so3或so5)之间的相位差)转换为所需的辅助信号(例如，sa3或sa5)，以校正注入牵引效应引起的振荡器失真。图2、图3、图4或图5中的SIL控制器250,350,450或550可以由图6中的SIL控制器650实现，SIL控制器650可以通过数据转换器(例如，图6中的652)和内部放大器(例如，图6中的654)实现最佳的自注入条件(optimal self-injection condition)。
步骤710：在系统200或300中，求和单元255或355依据对滤波信号(sf2或sf3)和辅助信号(sa2或sa3)求和来形成控制信号sc2或sc3。在系统400或500中，求和单元455或555通过对滤波信号(sf4或sf5)、辅助信号(sa4或sa5)和源信号sPM求和来形成控制信号(sc4或sc5)。
请参考图8，图8根据本发明实施例示出了信号系统900。信号系统900包括相位检测器920，电荷泵(charge pump)930，回路滤波器940，振荡器960，分频器994以及积分差异(sigma-delta)调制器992；为了减轻振荡器960的注入牵引效应的影响，信号系统900还可以包括SIL控制器950以及求和单元955。振荡器960在控制信号sc9的控制下产生输出时钟CKv9。积分差异调制器992调制频率控制字FCW，以及，分频器994可以是耦接于振荡器960和积分差异调制器992的多模分频器，用于基于积分差异调制器992的调制结果对输出时钟CKv9执行分频以形成分频时钟CKd9。
相位检测器920耦接于分频器994，用于测量参考时钟CKref和分频时钟CKd9之间的相位差，以形成初步偏差信号sp9。电荷泵930耦接在相位检测器920和回路滤波器940之间，用于利用电流至电压转换将初步偏差信号sp9转换为偏差信号se9。回路滤波器940可以是耦接在电荷泵930和求和单元955之间的低通滤波器，用于对偏差信号se9进行滤波，以形成滤波信号sf9。为了减轻注入牵引效应，SIL控制器950耦接在振荡器960和求和单元955之间，用于通过对输出时钟CKv9执行频率鉴别(frequency discriminating)来形成辅助信号sa9。例如，若SIL技术实现在模拟PLL时，会利用一延迟线(delay line)作为频率鉴别器去侦测VCO输出(如CKv9)的瞬时变化，其原理即CKv9与其自身延迟后的信号进行自我混频(self-mixing)，并滤出其低频信号作为SIL控制器的输出信号。求和单元955耦接在振荡器960，SIL控制器950和回路滤波器940之间，用于通过对滤波信号sf9和辅助信号sa9求和来形成控制信号sc9。
如图8所示，SIL控制器950包括延迟电路(delay circuit)952，内部求和单元953，内部放大器(例如，可变增益放大器(Variable-Gain Amplifier，VGA))954和数据转换器956。延迟电路952耦接于振荡器960，用于通过延迟输出时钟sy9来形成延迟时钟sy9。内部求和单元953耦接在振荡器960，延迟电路952和内部放大器954之间，用于利用输出时钟CKv9和延迟时钟sy9之间的差异来形成区别信号sd9。内部放大器954耦接在内部求和单元953和数据转换器956之间，用于对区别信号sd9进行放大，以形成放大后的区别信号sg9。数据转换器956耦接在求和单元955和内部放大器954之间，用于将放大后的区别信号sg9转换为频率差(或频率差信号)并作为辅助信号sa9。
综上所述，本发明提供了一种减轻振荡器的注入牵引效应的方法，振荡器(例如，图2至图5中的260,360,460或560)在控制信号(例如，图2至图5中的sc2，sc3，sc4或sc5)的控制下产生输出时钟(例如，图2至图5中的CKv2，CKv3，CKv4或CKv5)。该方法可以包括：通过回路滤波器(例如，图2至图5中的240,340,440或540)对偏差信号(例如，图2至图5中的se2，se3，se4或se5)进行滤波，以形成滤波信号(例如，图2至图5中的sf2，sf3，sf4或sf5)；通过自我注入锁定(SIL)控制器(例如，图2至图5中的250,350,450或550)形成辅助信号(例如，图2至图5中的sa2，sa3，sa4或sa5)，该辅助信号跟踪偏差信号(例如，图2或图4中的se2或se4)的瞬时变化，或者跟踪参考时钟(例如，如图3或图5中的CKref)与起因于输出时钟的输出信号(例如，最可疑干扰信号，如图3或图5中的so3或so5)之间的相位差(例如，图3或图5中的sdd3或sdd5)的瞬时变化；以及，通过对滤波信号(例如，图2至图5中的sf2，sf3，sf4或sf5)和辅助信号(例如，图2至图5中的sa2，sa3，sa4或sa5)求和来形成控制信号(例如，图2至图5中的sc2，sc3，sc4或sc5)。
在一实施例中(例如，图2或图3)，该方法还可以包括：通过测量电路(例如，图2或图3中的220或320)测量参考时钟和输出时钟之间的相位差，以形成区别信号(例如，图2或图3中的sd2或sd3)；通过累加器(例如，图2或图3中的210或310)在参考时钟的每个周期中累加频率控制字(例如，图2或图3中的FCW)，以形成参考信号(例如，图2或图3中的sr2或sr3)；以及，依据该参考信号和该区别信号之间的差异形成偏差信号。
在一实施例中(例如，图3)，该方法还可以包括：通过正交调制器(例如，图3中的365)利用输出时钟(例如，图3中的CKv3)执行正交调制，以形成调制信号(例如，图3中的sm3)；以及，通过主放大器(例如，图3中的370)将调制信号放大到所需的功率电平并因此形成输出信号(例如，图3中的so3)。
在一实施例中(例如，图4或图5)，该方法还可以包括：通过测量电路(例如，图4或图5中的420或520)测量参考时钟和输出时钟之间的相位差，以形成区别信号(例如，图4或图5中的sd4或sd5)；对频率控制字(例如，图4或图5中的FCW)和第一源信号(例如，图4或图5中的sPM)求和，以形成求和字(例如，图4或图5中的sw4或sw5)；通过累加器(例如，图4或图5中的410或510)在参考时钟的每个周期中累加该求和字，以形成参考信号(例如，图4或图5中的sr4或sr5)；以及，依据该参考信号和该区别信号之间的差异形成偏差信号，其中，该控制信号是通过对滤波信号、辅助信号与第一源信号求和获得的。
在一实施例中(例如，图4或图5)，该方法还可以包括：通过分频器(例如，图4或图5中的463或563)对输出时钟执行分频，以形成本地振荡信号(例如，图4或图5中的LO4或LO5)；混合本地振荡信号和第二源信号(例如，图4或图5中的sAM)，以形成混频信号(例如，图4或图5中的sm4或sm5)；以及，通过主放大器(例如，图4或图5中的470或570)对混频信号进行放大，以形成输出信号。
在一实施例中(例如，图6)，形成辅助信号(例如，图6中的sa6)的方式可以包括：通过SIL控制器(例如，图6中的650)将参考时钟和输出信号之间的相位差或上述偏差信号转换为所需的辅助信号(例如，图6中的sa6)，以校正注入牵引效应引起的振荡器失真；以及，通过数据转换器(例如，图6中的652)和内部放大器(例如，图6中的654)来实现最佳的自注入条件。
本发明还提供了一种减轻注入牵引效应的信号系统(例如，图2至图5中的200,300,400或500)。该信号系统包括振荡器(例如，图2至图5中的260,360,460或560)，回路滤波器(例如，图2至图5中的240,340,440或540)，SIL控制器(例如，图2至图5中的250,350,450或550)和第一求和单元(例如，图2至图5中的255,355,455或555)。振荡器在控制信号(例如，图2至图5中的sc2，sc3，sc4或sc5)的控制下产生输出时钟(例如，图2至图5中的CKv2，CKv3，CKv4或CKv5)。回路滤波器对偏差信号(例如，图2至图5中的se2，se3，se4或se5)进行滤波，以形成滤波信号(例如，图2至图5中的sf2，sf3，sf4或sf5)。SIL控制器形成辅助信号(例如，图2至图5中的sa2，sa3，sa4或sa5)，该辅助信号跟踪偏差信号(例如，图2或图4中的se2或se4)的瞬时变化或跟踪参考时钟(例如，图3或图5中的CKref)和起因于输出时钟的输出信号(例如，图3或图5中的so3或so5)之间的相位差的瞬时变化。第一求和单元耦接在回路滤波器，SIL控制器和振荡器之间，用于通过对滤波信号和辅助信号求和来形成控制信号。
在一实施例中(例如，图2或图3)，信号系统还可以包括第一测量电路(例如，图2或图3中的220或320)，累加器(例如，图2或图3中的210或310)以及第二求和单元(例如，图2或图3中的230或330)。第一测量电路耦接于振荡器，用于测量参考时钟和输出时钟之间的相位差，以形成区别信号(例如，图2或图3中的sd2或sd3)。累加器在参考时钟的每个周期中累加频率控制字(例如，图2或图3中的FCW)，以形成参考信号(例如，图2或图3中的sr2或sr3)。第二求和单元可以耦接在第一测量电路，累加器和回路滤波器之间，用于依据参考信号和区别信号之间的差异形成偏差信号。在一实施例中(例如，图2或图3)，第一测量电路可以是时间至数字转换器(TDC)。在一实施例中，振荡器可以是数字控制振荡器。
在一实施例中(例如，图3)，信号系统还可以包括正交调制器(例如，图3中的365)和主放大器(例如，图3中的370)。正交调制器耦接于振荡器，用于利用输出时钟执行正交调制，以形成调制信号(例如，图3中的sm3)。主放大器耦接于正交调制器，用于对调制信号进行放大，以形成输出信号。在一实施例中(例如，图3)，信号系统还可以包括耦接在主放大器和SIL控制器之间的第二测量电路(例如，图3中的380)，用于测量参考时钟和输出信号之间的相位差。在一实施例中(例如，图3)，主放大器可以包括功率放大器(例如，图3中的374)和可编程增益放大器(例如，图3中的372)。
在一实施例中(例如，图3)，信号系统还可以包括耦接在主放大器和SIL控制器之间的第二测量电路(例如，图3中的380)，用于测量参考时钟和输出信号之间的相位差。
在一实施例中(例如，图4或图5)，信号系统还可以包括测量电路(例如，图4或图5中的420或520)，累加器(例如，图4中的410或510)，第二求和单元(例如，图4或图5中的430或530)以及第三求和单元(例如，图4或图5中的403或503)。测量电路耦接于振荡器，用于测量参考时钟和输出时钟之间的相位差，以形成区别信号(例如，图4或图5中的sd4或sd5)。累加器在参考时钟的每个周期中累加求和字(例如，图4或图5中的sw4或sw5)，以形成参考信号(例如，图4或图5中的sr4或sr5)。第二求和单元耦接在测量电路，累加器和回路滤波器之间，用于依据参考信号和区别信号之间的差异形成偏差信号。第三求和单元耦接于累加器，用于对频率控制字(例如，图4或图5中的FCW)和第一源信号(例如，图4或图5中的sPM)求和，以形成该求和字。第一求和单元(例如，图4或图5中的455或555)被布置为通过对滤波信号、辅助信号与第一源信号求和来形成控制信号。
在一实施例中(例如，图4或图5)，信号系统还可以包括分频器(例如，图4或图5中的463或563)，混频器(例如，图4或图5中的465或565)和主放大器(例如，图4或图5中的470或570)。分频器耦接于振荡器，用于对输出时钟执行分频，以形成本地振荡信号(例如，图4或图5中的LO4或LO5)。混频器耦接于分频器，用于混合本地振荡信号和第二源信号(例如，图4或图5中的sAM)，以形成混频信号(例如，图4或图5中的sm4或sm5)。主放大器耦接于混频器，用于对混频信号进行放大，以形成输出信号。
在一实施例中(例如，图5)，信号系统还可以包括耦接在主放大器和SIL控制器之间的第二测量电路(例如，图5中的580)，用于测量参考时钟和输出信号之间的相位差。
在一实施例中(例如，图6)，SIL控制器(例如，图6中的650)可以包括数据转换器(例如，图6中的652)和内部放大器(例如，图6中的654)。SIL控制器(例如，图6中的650)将参考时钟和输出信号之间的相位差或该偏差信号转换为所需的辅助信号(例如，图6中的sa6)，以校正注入牵引效应引起的振荡器失真；以及，通过数据转换器(例如，图6中的652)和内部放大器(例如，图6中的654)来实现最佳的自注入条件。
本发明还提供了一种减轻注入牵引效应的信号系统(例如，图8中的900)。该信号系统包括振荡器(例如，960)，回路滤波器(例如，940)，SIL控制器(例如，950)和求和单元(例如，955)。振荡器在控制信号(例如，sc9)的控制下产生输出时钟(例如，CKv9)。回路滤波器对偏差信号(例如，se9)进行滤波，以形成滤波信号(例如，sf9)。SIL控制器通过对输出时钟执行频率鉴别来形成辅助信号(例如，sa9)。求和单元(例如，955)耦接在振荡器，SIL控制器和回路滤波器之间，用于通过对滤波信号和辅助信号求和来形成控制信号。
在一实施例中(例如，图8)，SIL控制器可以包括延迟电路(例如，952)，内部求和单元(例如，953)，内部放大器(例如，954)和数据转换器(例如，956)。延迟电路耦接于振荡器，用于通过延迟输出时钟来形成延迟时钟(例如，sy9)。内部求和单元耦接于延迟电路，用于依据输出时钟和延迟时钟之间的差异来形成区别信号(例如，sd9)。内部放大器耦接于内部求和单元，用于对区别信号进行放大，以形成放大后的区别信号(例如，sg9)。数据转换器(例如，956)用于将放大后的区别信号转换为辅助信号(例如，sa9)，以校正由于注入牵引效应引起的振荡器失真。
在一实施例中(例如，图8)，信号系统还可以包括分频器(例如，994)，相位检测器(例如，920)和电荷泵(例如，930)。分频器耦接于振荡器，用于对输出时钟执行分频，以形成分频时钟(例如，CKd9)。相位检测器耦接于分频器，用于测量参考时钟(例如，CKref)和分频时钟之间的相位差，以形成初步偏差信号(例如，sp9)。电荷泵耦接在相位检测器和回路滤波器之间，用于利用电流至电压转换将初步偏差信号转换为偏差信号。
总之，当振荡器在控制信号的控制下振荡以产生输出时钟时，本发明可以使该控制信号反映该输出时钟或起因于该输出时钟的输出信号的立即(瞬时)变化，由于本发明形成的控制信号不仅与回路滤波器的滤波信号有关，而且还与专门产生的辅助信号有关，该辅助信号跟踪以下瞬时变化：{i}包含参考时钟和输出时钟之间的相位差的偏差信号的瞬时变化；{ii}参考时钟和输出信号之间的相位差的瞬时变化，或{iii}对输出时钟执行频率鉴别的结果的瞬时变化。因此，振荡器可以迅速抵消注入牵引效应的影响，从而减轻注入牵引效应。本发明可广泛应用于具有全数字锁相环的信号系统(例如，图2至图5)，或具有模拟锁相环的信号系统(例如，图8)。本发明可用来实现RF或无线发射器或收发器，或要求更好地减轻注入牵引效应影响的任何其它信号系统。
虽然本发明已经通过示例的方式以及依据优选实施例进行了描述，但是，应当理解的是，本发明并不限于公开的实施例。相反，它旨在覆盖各种变型和类似的结构(如对于本领域技术人员将是显而易见的)，例如，不同实施例中的不同特征的组合或替换。因此，所附权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以涵盖所有的这些变型和类似的结构。
