最後更新:2026年10月8日設計・架構晶片設計流程(RTL 至投片)中國大陸:捕获范围

捕獲範圍(Capture Range)是什麼

Capture Range

捕獲範圍是 PLL 等同步電路能從未同步狀態鎖入輸入訊號、建立同步的頻率範圍,一般比能持續保持同步的鎖定範圍(lock range)窄。其寬度由相位比較器與迴路濾波器決定,若使用也能偵測頻率差的 PFD,就能在 VCO 的整個可調範圍內鎖入。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

捕獲範圍(Capture Range)是指 PLL(鎖相迴路)等同步電路,能從未同步狀態鎖入輸入訊號並建立同步(鎖定)的輸入頻率範圍,也稱為牽入範圍(pull-in range)。在半導體領域,是設計・評估 SoC 時脈產生電路或高速串列通訊接收電路(CDR)時使用的術語。

相近的術語有鎖定範圍(保持範圍,lock range)。鎖定範圍是指在已同步的狀態下逐步改變輸入頻率時,仍能保持同步的範圍。一般而言,捕獲範圍比鎖定範圍窄,兩者的關係是「能新建立同步的範圍」包含在「能保持同步的範圍」之內。

捕獲範圍的寬度由相位比較器的方式與迴路濾波器的頻寬決定。使用單純的相位比較器(混頻器或 XOR 型)時,能鎖入的範圍大致僅限於迴路頻寬的程度。相對地,若使用也能偵測頻率差的相位頻率偵測器(PFD),就能在 VCO(壓控振盪器)可輸出的整個頻率範圍內鎖入,因此時脈產生用 PLL 廣泛採用 PFD。

在高速串列通訊接收端,從接收資料中恢復時脈的 CDR(Clock Data Recovery)中,配合資料追蹤相位的電路捕獲範圍往往較窄,因此常採用先以參考時脈或頻率偵測電路將 VCO 頻率調整到目標附近,再切換到相位追蹤的架構。捕獲範圍不足時,會導致開機或溫度變化時無法建立同步的問題。

此外,在曝光機對準等偵測目標並進行定位的控制中,也會以「捕獲範圍」指初始偏差在多大範圍內能正確捕捉目標。兩者的共同意義都是「能自動鎖入的初始狀態範圍」。

捕獲範圍(Capture Range)的常見問題

捕獲範圍與鎖定範圍有什麼不同?
捕獲範圍是能從未同步狀態建立同步的輸入頻率範圍;鎖定範圍是在已同步後改變輸入頻率時仍能保持同步的範圍。一旦抓住的同步不易脫離,因此一般鎖定範圍較寬,捕獲範圍包含在其內側。
如何擴大捕獲範圍?
一般做法是使用也能偵測頻率差的相位頻率偵測器(PFD),如此就能在 VCO 可輸出的整個頻率範圍內鎖入。擴大迴路頻寬也能擴大捕獲範圍,但與抑制抖動(jitter)之間存在取捨。CDR 則採用先以頻率偵測電路或參考時脈對齊頻率的架構。

相關設備・材料

比較文章

所屬主題