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Pll-調(diào)諧系統(tǒng)的制作方法

文檔序號(hào):7514622閱讀:289來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:Pll-調(diào)諧系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一個(gè)時(shí)間分立PLL-調(diào)諧系統(tǒng),包括一個(gè)相位檢波器和用于將其頻率(fVCO)調(diào)諧到等于N/M倍參考頻率(fREF)的頻率的壓控振蕩器(VCO),M是表示頻率步進(jìn)量的系數(shù),按此將分配發(fā)射機(jī)/接收機(jī)頻道距離,而N表示頻率步進(jìn)量,按此分配振蕩器頻率。
這樣的一種調(diào)諧系統(tǒng)一般是已知的,并且應(yīng)用在無(wú)線電電視,移動(dòng)電話等之中。在該相位檢波器中,將檢測(cè)具有預(yù)定頻率步進(jìn)(fSTEP)的輸入信號(hào)的相位和從VCO輸出信號(hào)導(dǎo)出的用系數(shù)N分配其頻率的信號(hào)的相位之間的差,經(jīng)濾波反饋到VCO中。當(dāng)頻率步進(jìn)(fSTEP)等于用系數(shù)M分頻的一個(gè)參考頻率(fREF)時(shí),該VCO頻率被調(diào)諧到N/M倍所說(shuō)參考頻率,即被調(diào)諧到頻率(N/M)*fREF。參考頻率可以由一個(gè)晶體振蕩器產(chǎn)生。
在一方面該調(diào)諧振蕩器的頻率精度以及在另一方面轉(zhuǎn)換不同頻率之間的振蕩器的轉(zhuǎn)換速度將受到限制乃是因?yàn)樵摽刂骗h(huán)路的低取樣率鎖定調(diào)諧振蕩頻率到正比于固定參考頻率的一個(gè)頻率。取樣率或取樣頻率的最佳選擇是諧振蕩器的頻率步進(jìn)fSTEP,在通信系統(tǒng)中,頻率步進(jìn)通常是頻道距離的(1/M),即fSTEP=(1/M)*fREF。實(shí)際上,在這種情況下,實(shí)際上該調(diào)諧系統(tǒng)的帶寬將約為fSTEP/10(而不是理論奈奎斯特(Niquist)準(zhǔn)則fSTEP/2)。對(duì)于高的精度,頻率步進(jìn),而因此該取樣頻率可能是低的,這種要求導(dǎo)至取樣控制系統(tǒng)的小的帶寬。然而,該小的帶寬,依次將導(dǎo)至不同頻道間的低的轉(zhuǎn)換速度。從一個(gè)頻道到另一頻道的轉(zhuǎn)換時(shí)間將約為1/fSTEP;準(zhǔn)確值取決于步進(jìn)大小和精度。此外,由于控制環(huán)路的這種取樣機(jī)制,在調(diào)諧期間,頻率等于該頻率步進(jìn)(fSTEP=fREF/M)的寄生元件通常將存在于該控制環(huán)路中。這意味著將以這樣一種推理來(lái)得到頻調(diào)VCO信號(hào),即信號(hào)將從一個(gè)發(fā)射機(jī)接收,該發(fā)射機(jī)在偏離VCO頻率一個(gè)頻率距離fSTEP上的相鄰頻道中進(jìn)行發(fā)射,為保持寄生信號(hào)足夠低,必需使用強(qiáng)環(huán)路濾波。但是,這樣一個(gè)環(huán)路濾波將導(dǎo)至小帶寬的控制系統(tǒng)并由此降低轉(zhuǎn)換速度。
進(jìn)而由AmrN.Hafez和M.I.E/masry在IEEE 1999 CustomIntegrated Circuits Conference(常規(guī)集成電路會(huì)議)發(fā)表的文章,基于雙(嵌套的)FLL/PLL體系結(jié)構(gòu)描述了具有上述PLL的一個(gè)寬帶調(diào)諧系統(tǒng)。這里,包括集成在該P(yáng)LL中的一個(gè)頻率-電壓反饋環(huán)路的FLL(頻鎖環(huán)路)具有大的帶寬,高的參考頻率和低的精度,而該P(yáng)LL具有小的帶寬,低的參考頻率和高的精度。按此方式將分開(kāi)小步進(jìn)尺度/高精度的功能和大環(huán)路帶寬功能。然而,由于這種分開(kāi)將引入關(guān)于從一個(gè)頻道快速轉(zhuǎn)換到另一頻道的缺陷,這是因?yàn)闇?zhǔn)確的頻率是僅由低的PLL控制的。當(dāng)VCO頻率調(diào)諧到該頻率步進(jìn)(在所說(shuō)文章中表示為參考頻率)時(shí),該P(yáng)LL提供了對(duì)相位噪聲的壓制。在該文章中所示的PLL乃是基于相對(duì)高頻工作是關(guān)鍵的頻率-電壓轉(zhuǎn)換器。為應(yīng)用這種電路,F(xiàn)LL的時(shí)鐘頻率(寄生的)不得不通過(guò)與該VCO的高頻相比較的分頻器來(lái)降低。這意味著并不能充分展現(xiàn)該FLL的基本優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的目的在于提供一種時(shí)間分立的PPL調(diào)諧系統(tǒng),其中上述調(diào)諧系統(tǒng)的缺陷將不再出現(xiàn),并且調(diào)諧系統(tǒng)準(zhǔn)確以及具有高的轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換兩個(gè)不同頻率之間的振蕩器。
因此,按本發(fā)明,時(shí)間分立PLL調(diào)諧系統(tǒng)的特征在于相位檢波器的取樣頻率基本上等于參考頻率(fREF)。在一般已知的PLL調(diào)諧系統(tǒng)中如以上所述其取樣頻率等于fSTEP;按本發(fā)明,該取樣頻率為M*fSTEP。這意味著寄生分量具有一個(gè)M*fSTEP頻率,可以選擇遠(yuǎn)超過(guò)目前相鄰發(fā)射機(jī)/接收機(jī)頻道的范圍,使得能得到一個(gè)寬頻調(diào)諧系統(tǒng)和由此得到快速的轉(zhuǎn)換速度,同時(shí)頻率步進(jìn)仍能是一個(gè)低值,由此導(dǎo)至高的調(diào)諧精度。按本發(fā)明的PLL調(diào)諧系統(tǒng)的帶寬約為fREF/10,是比普通已知PLL調(diào)諧系統(tǒng)帶寬寬的一個(gè)系數(shù)fREF/fSTEP=M。
在一個(gè)PLL調(diào)諧系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)這樣高的取樣頻率,共中相位檢波器包括一個(gè)第一頻率-電壓轉(zhuǎn)換器,其響應(yīng)VCO信號(hào)提供正比于該振蕩器頻率(fVCO)的一個(gè)輸出信號(hào)(K*fVCO),一個(gè)乘法器單元,其響應(yīng)該頻率-電壓轉(zhuǎn)換器的所說(shuō)輸出信號(hào)(K*fVCO)提供正比于振蕩器頻率(fVCO)和系數(shù)M的積的信號(hào)(K*M*fVCO),M表示按其分配發(fā)射機(jī)/接收機(jī)頻道距離的頻率步進(jìn)量,一個(gè)參考信號(hào)單元,響應(yīng)一個(gè)參考頻率信號(hào)提供正比于參考頻率(fREF)和系數(shù)N的積的信號(hào)(K*N*fREF),N是按其分配振蕩器頻率的頻率步進(jìn)量,以及一個(gè)差電路提供的信號(hào)正比于振蕩器頻率(fVCO)和系數(shù)M的積和參考頻率(fREF)和系數(shù)N的積的差,差信號(hào)(K*[M*fVCO-N*fREF])經(jīng)受低通濾波并作為控制信號(hào)加到VCO。這意味著VCO控制信號(hào)VC可由下式表示VC=K*M*∫[fVCO-NMfREF]*dt,]]>這個(gè)關(guān)系和對(duì)于上述普通已知PLL能導(dǎo)出的關(guān)系將是相同的。重要的差別在于在該實(shí)施例中,不管低的頻率步進(jìn),取樣頻率比普通已知系統(tǒng)中的大得多,由此在該實(shí)施例中,VSPURLOUS由頻率為fREF的信號(hào)形成,而在已知的PLL中VSPURLOUS由頻率為fREF/M的信號(hào)形成。
信號(hào)M和N可以用數(shù)字形式提供,并且最好是可調(diào)的。在這樣的一個(gè)實(shí)施例中,乘法器單元包括具有將信號(hào)M轉(zhuǎn)換為電流的電流輸出端的第一DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換器),以及由第一頻率-電壓轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)控制的第一電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。此外,為獲得基本上相同的電子結(jié)構(gòu),在這樣的一個(gè)實(shí)施例中,參考信號(hào)單元可以包括一個(gè)第二頻率-電壓轉(zhuǎn)換器,以及具有將信號(hào)N轉(zhuǎn)換為提供到一第二電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的電流的電流輸出端的一第二DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換器),第二電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由第二頻率-電壓轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)控制。
在一個(gè)最佳實(shí)施例中,第一和第二頻率-電壓轉(zhuǎn)換器每一個(gè)包括具有振蕩器頻率和具有參考頻率的信號(hào)分別直接地和經(jīng)延遲(τ)提供到它的一個(gè)異或電路,以及低通濾波器裝置,用于對(duì)該異或電路的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。延遲(τ)是可調(diào)的,為在兩個(gè)頻率-電壓轉(zhuǎn)換器中獲得基本準(zhǔn)確相等的兩個(gè)延遲(τ)值,這一點(diǎn)是重要的。
以下參照附圖將更詳細(xì)地描述按本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,其中

圖1表示按本發(fā)明的PLL調(diào)諧系統(tǒng)的一般性的方塊示意圖;以及圖2表示按本發(fā)明的PLL調(diào)諧系統(tǒng)的一個(gè)最佳實(shí)施例。
圖1表示一個(gè)相位檢波器1和一個(gè)壓控振蕩器(VCO)2。相位檢波器1的輸出信號(hào)是VCO的控制電壓VC,而頻率為fVCO的輸出信號(hào)形成相位檢波器1的第一輸入。頻率為參考頻率fREF的信號(hào)形成相位檢波器1的第二輸入信號(hào)。相位檢波器1包括一個(gè)頻率-電壓轉(zhuǎn)換器3,一個(gè)乘法器單元4,一個(gè)參考信號(hào)單元5,一個(gè)差電路6和一個(gè)低通濾波器7。頻率-電壓轉(zhuǎn)換器3響應(yīng)來(lái)自VCO的輸入信號(hào)提供一個(gè)電壓V=K’*fVCO,其中K’是可調(diào)節(jié)的系數(shù)或一個(gè)常數(shù)。在乘法器4中,該信號(hào)乘以系數(shù)M,該M表示按其分配發(fā)射機(jī)/接收機(jī)頻道距離的頻率步進(jìn)量,乘法器4的輸出信號(hào)可表示為K*M*fVCO,其中K是一個(gè)可調(diào)節(jié)的系數(shù)或一個(gè)常數(shù),并提供到差電路6。參考信號(hào)單元5響應(yīng)頻率為fREF的參考信號(hào)提供一個(gè)輸出信號(hào),其可表示為K*N*fREF,其中N是按其分配振蕩器頻率的頻率步進(jìn)量,而K是一個(gè)可調(diào)節(jié)的系數(shù)或一個(gè)常數(shù),并且也提供到該差電路6。電路3,4和5可以這樣來(lái)考慮,即信號(hào)M*fVCO和N*fREF具有相同的比例系數(shù)或常數(shù)。M和N的值是按數(shù)字形式提供的。差信號(hào)M*fVCO-N*fREF的輸出信號(hào)將在濾波器7中被積分,之后得到控制信號(hào)VC=K*M*∫[fVCO-NMfREF]*dt]]>其具有一個(gè)可調(diào)節(jié)的系數(shù)或常數(shù)。PLL調(diào)諧系統(tǒng)的取樣頻率為fREF=M*fSTEP,其中fSTEP是頻率進(jìn)步。該控制環(huán)路的帶寬約為fREF/10。具有頻率fREF的寄生分量遠(yuǎn)在該發(fā)射機(jī)/接收機(jī)頻道的范圍之外。
一個(gè)最佳實(shí)施例示于圖2中。在該圖中的主結(jié)構(gòu)方塊示意圖與圖1中的相同。
頻率-電壓轉(zhuǎn)換器3包括一個(gè)異或電路附加的低通濾器8。VCO的輸出信號(hào)直接和通過(guò)延遲電路9經(jīng)相對(duì)小延遲τ之后提供到異或電路的附加的低通濾波器8。該頻率-電壓轉(zhuǎn)換器3的經(jīng)低通濾波的輸出信號(hào)現(xiàn)在正比于τ*fVCO。
乘法器單元4包括具有一個(gè)電流輸出和一個(gè)電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)11的DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換器)10。借助于一個(gè)參考電流iREF,M值按正比于M*iREF的一個(gè)電流轉(zhuǎn)換并提供到電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)11。在頻率-電壓轉(zhuǎn)換器3的輸出信號(hào)的控制下,電流i1將通過(guò)電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)11,其電流i1正比于τ*iREF*M*fVCO。
參考信號(hào)單元5與具有和頻率-電壓轉(zhuǎn)換器3與乘法器單元4的組合相同的結(jié)構(gòu),并且包括一個(gè)頻率-電壓轉(zhuǎn)換器12,一個(gè)具有電流輸出端和電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)14的DAC13。因此輸出電流iz正比于τ*iREF*N*fREF。當(dāng)DAC相同時(shí),使用相同的電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和相同的頻率-電壓轉(zhuǎn)換器,i1和i2的比例常數(shù)也相同,使得差電路的輸出信號(hào)將正比于
τ*iREF*[M*fVCO-N*fREF].
在積分之后,并且在τ*iREF=K的情況下,將獲得以上給出的相同公式。
為實(shí)現(xiàn)i1和i2的等比例常數(shù),不僅參考信號(hào)單元5的結(jié)構(gòu)具有與乘法器單元4和頻率-電壓轉(zhuǎn)換器3的組合相同,而且延遲τ是可調(diào)節(jié)的。
這里存在著許多與所要求的精度有關(guān)的延遲τ的裝置。但是延遲的絕對(duì)精度并不是重要的,這是因?yàn)樗鼉H僅影響并非是靈敏參數(shù)的控制環(huán)路的環(huán)路增益。對(duì)VCO頻率的精度的要求方面是相應(yīng)地配對(duì)相位檢波器1的不同分支中的兩個(gè)延遲以及DAC的精度。最精確的延遲裝置是具有D-觸發(fā)器的一個(gè)數(shù)字裝置。此外這里也存在對(duì)兩個(gè)支路中的D-觸發(fā)器的公共時(shí)鐘信號(hào)的某些選擇。僅系統(tǒng)等級(jí)的重要性在于所說(shuō)時(shí)鐘信號(hào)的頻率fCLOCK必須高于最高的輸入頻率,fVCO或fREF。如果不是這種情況,則經(jīng)常存在著在該兩分支的輸入端附加固定驅(qū)動(dòng)器的可能性。
一種感興趣的極限情況是fCLOCK等于fREF。在此情況下積τ*fREF將成為常數(shù),因?yàn)橐詅REF作為輸入頻率的該支路的輸出電流i2將獨(dú)立于該輸入頻率fREF,并且將只是可編程DAC13的直流電流的函數(shù)。因此,在這種情況下相位檢波器1可以通過(guò)用頻率-電壓轉(zhuǎn)換器3和乘法器4來(lái)取代而簡(jiǎn)化,并使用值M來(lái)控制。
另一種感興趣的極限情況是fCLOCK等于fVCO。在此情況下積τ*fVCO將成為常數(shù),因?yàn)橐詅VCO作為輸入頻率的該支路的輸出電流i1將獨(dú)立于該輸入頻率fVCO,并且將只是可編程DAC10的直流電流的函數(shù)。因此,在這種情況下相位檢波器1可以通過(guò)參考信號(hào)單元5簡(jiǎn)化,并僅用值N來(lái)控制。
權(quán)利要求
1.時(shí)間分立PLL調(diào)諧系統(tǒng),包括一個(gè)相位檢波器和一個(gè)壓控振蕩器(VCO),用于調(diào)諧其頻率(fVCO)到等于N/M倍參考頻率(fREF)的一個(gè)頻率,M是表示用其分配一個(gè)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)頻道距離的頻率步進(jìn)量,而N是表示用其分配振蕩器頻率的頻率步進(jìn)量,其特征在于相位檢波器的取樣頻率基本上等于參考頻率(fREF)。
2.權(quán)利要求1的時(shí)間分立PLL調(diào)諧系統(tǒng),其特征在于相位檢波器包括第一頻率-電壓轉(zhuǎn)換器,其響應(yīng)該VCO信號(hào)提供一個(gè)正比于該振蕩器頻率(fVCO)的輸出信號(hào)(K*fVCO),一個(gè)乘法器單元,其響應(yīng)頻率-電壓轉(zhuǎn)換器的所說(shuō)輸出信號(hào)(K*fVCO)提供正比于振蕩器頻率(fVCO)和一個(gè)系數(shù)M的積的信號(hào)(K*M*fVCO),該M表示按其分配一個(gè)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)頻道距離的頻率步進(jìn)量,一個(gè)參考信號(hào)單元,其響應(yīng)一個(gè)參考頻率信號(hào)提供正比于參考頻率(fREF)和一個(gè)系數(shù)N的積的信號(hào)(K*N*fREF),該N是按其分配振蕩器頻率的頻率步進(jìn)量,以及一個(gè)差電路,提供一個(gè)信號(hào),其正比于振蕩器頻率(fVCO)和系數(shù)M的積和參考頻率(fREF)和系數(shù)N的積的差,該差信號(hào)(K*[M*fVCO-N*fREF])經(jīng)受低通濾波并作為一個(gè)控制信號(hào)提供到VCO。
3.按權(quán)利要求2的時(shí)間分立PLL調(diào)諧系統(tǒng),其特征在于信號(hào)M和N是以數(shù)字形式提供的。
4.按權(quán)利要求3的時(shí)間分立PLL調(diào)諧系統(tǒng),其特征在于信號(hào)N和/或M是可調(diào)節(jié)的。
5.按權(quán)利要求3或4的時(shí)間分立PLL調(diào)諧系統(tǒng),其特征在于乘法器單元包括具有將信號(hào)M轉(zhuǎn)換成一個(gè)電流的電路輸出端的第一DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換器),和第一電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān),其由第一頻率-電壓轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)控制。
6.按權(quán)利要求3-5任一的時(shí)間分立PLL調(diào)諧系統(tǒng),其特征在于參考信號(hào)單元包括第二頻率-電壓轉(zhuǎn)換器,和第二DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換器),其具有將信號(hào)N轉(zhuǎn)換成提供到第二電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的電流的電流輸出端,第二電流轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)由第二頻率-電壓轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)控制。
7.按權(quán)利要求6的時(shí)間分立PLL調(diào)諧系統(tǒng),其特征在于第一和第二頻率-電壓轉(zhuǎn)換器的每一個(gè)包括一個(gè)異或電路,振蕩器頻率信號(hào)和參考頻率信號(hào)分別直接或經(jīng)延遲(τ)之后提供于它,以及一個(gè)低通濾波器裝置用于對(duì)異或電路的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。
全文摘要
一個(gè)時(shí)間分立PLL-調(diào)諧系統(tǒng)包括一個(gè)相位檢波器和一個(gè)將其頻率(f
文檔編號(hào)H03L7/097GK1366734SQ01800968
公開(kāi)日2002年8月28日 申請(qǐng)日期2001年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月17日
發(fā)明者W·G·卡斯珀科維茨 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司
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