專利名稱：鎖相環(huán)頻率合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎖相環(huán)頻率合成器，特別涉及快速鎖頻的鎖相環(huán)頻率合成器。
背景技術(shù)：
圖1所示為美國第5,173,665號《可快速改變輸出頻率的鎖相環(huán)頻率合成器(PLL Frequency Synthesizer Capable of Changing an Output Frequency at aHigh Speed)》專利。如該圖所示，該鎖相環(huán)頻率合成器具有參考信號產(chǎn)生器121、第一脈沖移除電路131、第二脈沖移除電路132、相位頻率比較器124、電荷泵激電路125、回路濾波器126、壓控震蕩器122、以及可變除數(shù)分頻器123。該鎖相環(huán)頻率合成器以較高頻的方式達到改變輸出頻率的快速鎖頻目的，并在鎖頻之后利用兩個脈沖移除電路131、132分別將參考時鐘脈沖與輸出時鐘脈沖的部分脈沖移除，以符合輸出頻率。
圖2顯示上述美國第5,173,665號專利的脈沖移除電路131、132的結(jié)構(gòu)。該脈沖移除電路包含一反相器311、一計數(shù)分頻器312、以及一與門(ANDGATE)313。如圖2所示，該脈沖移除電路131、132利用切換除數(shù)A1(A2)的方式來控制脈沖是否移除，以及移除的脈沖數(shù)。但如圖1與圖2所示，第一脈沖移除電路31與第二脈沖移除電路32之間并沒有使用同一控制信號控制，因此無法使兩個脈沖移除電路達到同步；同時，在改變除數(shù)時，并無法取得最佳改變時機，因此會有相位信號不連續(xù)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種快速鎖頻的鎖相環(huán)(Phase-Locked-Loop，PLL)頻率合成器，且利用切換控制邏輯所輸出的同步分頻控制信號來控制可控同步分頻器的動作。
為達成上述目的，本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器包含一參考信號產(chǎn)生器，產(chǎn)生參考頻率的信號；一電壓控制振蕩器，根據(jù)一控制電壓產(chǎn)生輸出振蕩頻率；一第一可變除數(shù)分頻器，根據(jù)一輸入可變除數(shù)值，對參考頻率的信號進行分頻并輸出所得的信號；一第二可變除數(shù)分頻器，根據(jù)一輸入可變除數(shù)值，對振蕩頻率進行分頻并輸出所得的信號；一第一可控同步分頻器，根據(jù)一輸入可變除數(shù)值與一同步分頻控制信號，對第一可變分頻器的輸出進行同步分頻或不分頻并輸出所得的信號；一第二可控同步分頻器，根據(jù)一輸入可變除數(shù)值與一同步分頻控制信號，對第二可變除數(shù)器的輸出進行同步分頻或不分頻并輸出所得的信號；一相位頻率比較器，接收第一可控同步分頻器與第二可控同步分頻器的輸出脈沖，檢測出它們之間的相位差異并輸出一調(diào)整信號；一電荷泵激電路，接收從所述相位頻率比較器輸出的調(diào)整信號；一回路濾波器，與電荷泵激電路同步動作，并輸出所述控制電壓；一鎖相檢測器，連接于相位頻率比較器，并輸出鎖相信號；以及一切換控制邏輯，接收第一可變除數(shù)分頻器的輸出頻率與鎖相檢測器的鎖相信號，以產(chǎn)生同步分頻控制信號，并可輸出信號以調(diào)整電荷泵激電路與回路濾波器。
本發(fā)明的上述鎖相環(huán)頻率合成器，其中可控同步分頻器包含一第一反相器，接收輸入頻率的時鐘脈沖；一第一D觸發(fā)器，以第一反相器的輸出作為正緣觸發(fā)時鐘脈沖信號，并以同步分頻控制信號作為該D觸發(fā)器輸入端信號；一可控分頻器，以第一D觸發(fā)器的Q輸出信號作為重置信號，并將第一反相器的輸出信號除以M后輸出；一與非門，接收第一D觸發(fā)器的Q輸出信號與同步分頻控制信號；一第二反相器，接收可控分頻器的輸出信號；一第二D觸發(fā)器，以第二反相器的輸出作為觸發(fā)時鐘脈沖信號，并以與非門的輸出信號作為該D觸發(fā)器輸入端信號；一或門，接收可控分頻器的輸出信號以及第二D觸發(fā)器的Q輸出信號；以及一與門，接收或門的輸出信號與輸入頻率的時鐘脈沖，該與門的輸出信號為該可控同步分頻器的輸出信號。
按照本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器，由于可控同步分頻器受到同步分頻控制信號的同步控制，所以在進行分頻與不分頻的模式切換時，不會影響已鎖頻的信號。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的鎖相環(huán)頻率合成器的方塊圖。
圖2為圖1的脈沖移除電路的電路圖。
圖3為本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器的方塊圖。
圖4為圖3的可控同步分頻器的電路圖。
圖5為圖4的可控同步分頻器的時序圖。
附圖中的各個附圖標記說明如下10鎖相環(huán)頻率合成器 12參考信號產(chǎn)生器14相位頻率比較器 16電荷泵激電路18回路濾波器 20電壓控制振蕩器22、24可變除數(shù)分頻器 26、28可控同步分頻器30鎖相檢測器 32切換控制邏輯具體實施方式
以下參考

本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器。由于相位頻率比較器對于高頻信號的反應較快，因此可以較快速達到鎖頻的目的，但是卻容易產(chǎn)生不穩(wěn)定狀態(tài)，導致電壓控制振蕩器的鎖頻信號的相位噪聲較差。相對來講，相位頻率比較器對于低頻信號的反應較慢，但是卻較穩(wěn)定，可使電壓控制振蕩器的鎖頻信號的相位噪聲較好。因此，利用此特性，本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器利用兩階段控制來進行鎖頻控制。亦即，可在未達到鎖相狀態(tài)時，輸出高頻信號至相位頻率比較器。而當鎖相環(huán)頻率合成器接近鎖相狀態(tài)時，則輸出低頻信號至相位頻率比較器，即利用第二階段的分頻器進行同步分頻的動作，得到最佳鎖頻的結(jié)果。也可在鎖相狀態(tài)時，任意切換可控同步分頻器，進行分頻與不分頻，且仍保持相位連續(xù)的特性。
圖3所示為本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器的控制方塊圖。如該圖所示，本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器10的基本結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)的鎖相環(huán)相同，均包含參考信號產(chǎn)生器12、相位頻率比較器14、電荷泵激電路16、回路濾波器18、電壓控制振蕩器20、第一可變除數(shù)分頻器22、以及第二可變除數(shù)分頻器24。另外，本發(fā)明還包含可控同步分頻器26與28、以及控制該分頻器26與28的動作時機的鎖相檢測器30與切換控制邏輯32。該切換控制邏輯32還可輸出信號以調(diào)整電荷泵激電路16與回路濾波器18的動作。
參考信號產(chǎn)生器12產(chǎn)生一標準的參考頻率的信號。該參考頻率的信號經(jīng)由第一可變除數(shù)分頻器22除以R之后，輸出低頻參考頻率的信號至第一可控同步分頻器26。另外，電壓控制震蕩器20所產(chǎn)生的輸出頻率經(jīng)由第二可變除數(shù)分頻器24除以N之后，輸出低頻輸出頻率至第二可控同步分頻器28。相位頻率比較器14比較可控同步分頻器26與28的輸出頻率，并產(chǎn)生調(diào)整信號。電荷泵激電路16與回路濾波器18即根據(jù)調(diào)整信號產(chǎn)生控制電壓來控制電壓控制振蕩器20的振蕩頻率。因此，電壓控制振蕩器20即可輸出所需頻率的時鐘脈沖信號。
鎖相檢測器30以及切換控制邏輯32用來產(chǎn)生控制可控同步分頻器26與28的同步分頻控制信號。如圖3所示，鎖相檢測器30接收相位頻率比較器14的信號，并輸出鎖相信號至切換控制邏輯32。切換控制邏輯32則參考第一可變除數(shù)分頻器22的輸出頻率，在適當時機將同步分頻控制信號輸出，使可控同步分頻器26與28進行分頻與不分頻動作。如此，本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器10可快速并穩(wěn)定達到鎖相功能。
圖4所示為圖3的可控同步分頻器26與28的方塊圖，而圖5所示為該可控同步分頻器的時序圖。所謂可控同步分頻器是經(jīng)接受信號控制，而同步切換于分頻與不分頻的模式。由于可控同步分頻器26與28的功能與結(jié)構(gòu)相同，因此只描述可控同步分頻器26的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，可控同步分頻器26包含兩個反相器261與262、一可控分頻器263、兩個D觸發(fā)器264與265、一與非門266、一或門267、以及一與門268。
第一反相器261接收輸入頻率的時鐘脈沖，亦即第一可變除數(shù)分頻器22的輸出頻率的時鐘脈沖。第一D觸發(fā)器264以第一反相器261的輸出信號作為正緣觸發(fā)時鐘脈沖信號，并以切換控制邏輯32的同步分頻控制信號作為D觸發(fā)器輸入信號。可控分頻器263接收第一反相器261的輸出信號并將其分頻后輸出，同時以第一D觸發(fā)器264的Q輸出信號作為重置信號。與非門266接收第一D觸發(fā)器264的Q輸出信號與切換控制邏輯32的同步分頻控制信號。第二反相器262接收可控分頻器263的輸出信號。第二D觸發(fā)器265以第二反相器262的輸出信號作為正緣觸發(fā)時鐘脈沖信號，并以與非門266的輸出信號作為D觸發(fā)器輸入信號?；蜷T267接收可控分頻器263的輸出信號與第二D觸發(fā)器265的Q輸出信號。而與門268接收輸入頻率的時鐘脈沖與或門267的輸出信號，且該與門268的輸出信號即為可控同步分頻器26的輸出頻率的時鐘脈沖。
可控同步分頻器26與28的可控分頻器263并不需要進行除數(shù)變換動作，而一直保持除數(shù)為M。可控同步分頻器26與28主要是以第一D觸發(fā)器264來控制可控分頻器263的重置動作，亦即同步分頻控制信號輸出后，相對于可變除數(shù)分頻器22與24的輸出頻率的時鐘脈沖，在下一個負緣輸入信號時對可控分頻器263進行重置。同時，可控同步分頻器26與28以第二D觸發(fā)器265來控制同步分頻結(jié)束的時間，亦即當同步分頻控制信號結(jié)束輸出后，在下一個可控分頻器263的負緣信號切換至不分頻功能。
接著，參考圖5說明可控同步分頻器的動作時序，其中(a)為輸入頻率的時鐘脈沖、(b)為同步分頻控制信號，參考第一可變除數(shù)分頻器22的輸出頻率、(c)為第一反相器261的輸出信號、(d)為第一D觸發(fā)器264的Q輸出信號、(e)為可控分頻器263的輸出信號、(f)為第二D觸發(fā)器265的Q輸出信號、(g)為或門267的輸出信號、以及(h)為第一可控同步分頻器26的輸出頻率的時鐘脈沖。首先，假設可控分頻器263為除3的分頻器，亦即M為3。數(shù)字電路系統(tǒng)中，以L表示低電壓信號而以H表示高電壓信號。
當同步分頻控制信號輸出時，即由L變?yōu)镠時，第一D觸發(fā)器264的Q輸出信號在t1時間由L變?yōu)镠。此時，可控分頻器263受到第一D觸發(fā)器264的Q輸出信號的觸發(fā)而變?yōu)镠。接著，在t2時間，可控分頻器263的輸出變?yōu)長，同時，第二D觸發(fā)器265的Q輸出端亦由H變L。此時，第一可控同步分頻器26即進入分頻模式。而當同步分頻控制信號輸出結(jié)束時，即由H變?yōu)長時，第一D觸發(fā)器264的Q輸出信號在t3時間由H變?yōu)長。在此情形下，第二D觸發(fā)器265必須等到t4時，亦即可控分頻器263的輸出信號由H變L時，才會將輸出由L變?yōu)镠。此時，第一可控同步分頻器26即進入不分頻模式。因此，如圖5所示，t2-t4的時間為分頻模式，第一可控同步分頻器26在此時間的輸出頻率會降低為輸入頻率的三分之一(M＝3)。
由于可控同步分頻器26與28會受到同步分頻控制信號的控制而同時切換至分頻模式，而且會在可控分頻器263的輸出信號由H變L時才會同時切換不分頻模式，因此鎖頻的狀態(tài)不會因為切換模式而受到影響，可得到保持相位信號同步連續(xù)的效果。
接著，本發(fā)明的第二可變除數(shù)分頻器24的除數(shù)N值可為整數(shù)，亦可為分數(shù)，即分數(shù)分頻器。當N值為分數(shù)(M+NF/F；NI為整數(shù)部分；NF為分子；F為分母)時，該分數(shù)分頻器的分母F值的倒數(shù)必須與可控同步分頻器的M值的乘積(M/F)為整數(shù)，如此，該N值為分數(shù)的分數(shù)分頻器在可控同步分頻器26與28同步分頻時，不需要補償電流，因為依照分數(shù)分頻器的原理，在分數(shù)分頻倍數(shù)(M/F)周期內(nèi)，因同步分頻未輸出比較相位信號而不需要補償電流。所以，在已鎖住相位時，經(jīng)過分數(shù)分頻倍數(shù)(M/F)周期后，仍可保持相同鎖住相位。
以上雖以實施例說明了本發(fā)明，但并不因此限定本發(fā)明的范圍，只要不脫離本發(fā)明的要旨，本領(lǐng)域技術(shù)人員可進行各種變形或改變。
權(quán)利要求
1.一種鎖相環(huán)頻率合成器，包含一參考信號產(chǎn)生器，產(chǎn)生一參考頻率的信號；一電壓控制振蕩器，根據(jù)一控制電壓產(chǎn)生一輸出振蕩頻率；一第一可控同步分頻器，根據(jù)一同步分頻控制信號，對所述參考頻率的信號進行同步分頻或不分頻并輸出所得的信號；一第二可控同步分頻器，根據(jù)所述同步分頻控制信號，對所述震蕩頻率進行同步分頻或不分頻并輸出所得的信號；一相位頻率比較器，接收所述第一可控同步分頻器與第二可控同步分頻器的輸出信號，檢測出它們之間的相位差異并輸出一調(diào)整信號；一電荷泵激電路，接收從所述相位頻率比較器輸出的所述調(diào)整信號；一回路濾波器，與所述電荷泵激電路同步動作，并輸出控制所述電壓控制振蕩器的所述控制電壓；一鎖相檢測器，連接于所述相位頻率比較器，并輸出鎖相信號；以及一切換控制邏輯，接收所述第一可變除數(shù)分頻器的輸出頻率與所述鎖相檢測器的所述鎖相信號，以產(chǎn)生所述同步分頻控制信號，并輸出信號調(diào)整所述電荷泵激電路與所述回路濾波器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相環(huán)頻率合成器，還包括第一可變除數(shù)分頻器，根據(jù)一輸入的第一可變除數(shù)值，對所述參考頻率進行分頻后輸出至所述第一可控同步分頻器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎖相環(huán)頻率合成器，還包括第二可變除數(shù)分頻器，根據(jù)一輸入的第二可變除數(shù)值，對所述振蕩頻率進行分頻后輸出至所述第二可控同步分頻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鎖相環(huán)頻率合成器，其中，所述可控同步分頻器包含一第一反相器，接收輸入頻率的時鐘脈沖；一第一D觸發(fā)器，以所述第一反相器的輸出作為正緣觸發(fā)時鐘脈沖信號，并以所述同步分頻控制信號作為該D觸發(fā)器輸入端信號；一可控分頻器，以所述第一D觸發(fā)器的Q輸出信號作為重置信號，并將所述第一反相器的輸出信號除以M后輸出；一與非門，接收所述第一D觸發(fā)器的Q輸出信號與所述同步分頻控制信號；一第二反相器，接收所述可控分頻器的輸出信號；一第二D觸發(fā)器，以所述第二反相器的輸出作為觸發(fā)時鐘脈沖信號，并以所述與非門的輸出信號作為該D觸發(fā)器輸入端信號；一或門，接收所述可控分頻器的輸出信號以及所述第二D觸發(fā)器的Q輸出信號；以及一與門，接收所述或門的輸出信號與所述輸入頻率的時鐘脈沖，該與門的輸出信號為所述可控同步分頻器的輸出信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖相環(huán)頻率合成器，其中，所述第一可變除數(shù)分頻器的除數(shù)R為整數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖相環(huán)頻率合成器，其中，所述第二可變除數(shù)分頻器的除數(shù)N為整數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖相環(huán)頻率合成器，其中，所述可控同步分頻器的除數(shù)M為整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎖相環(huán)頻率合成器，其中，所述第二可變除數(shù)分頻器為分數(shù)分頻器，亦即除數(shù)N為分數(shù)，且該分數(shù)的分母F值的倒數(shù)與所述可控同步分頻器的M值的乘積(M/F)為整數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鎖相環(huán)頻率合成器，其中，所述頻率合成器在所述可控同步分頻器同步分頻時，不需要補償電流。
全文摘要
一種鎖相環(huán)頻率合成器，包括參考信號產(chǎn)生器，產(chǎn)生參考頻率信號；電壓控制振蕩器，根據(jù)控制電壓產(chǎn)生振蕩頻率；第一可變除數(shù)分頻器，對參考頻率信號進行分頻并輸出；第二可變除數(shù)分頻器，對振蕩頻率分頻；第一可控同步分頻器，對第一可變分頻器的輸出同步分頻或不分頻；第二可控同步分頻器，對第二可變除數(shù)器的輸出進行同步分頻或不分頻；相位頻率比較器，檢測第一可控同步分頻器與第二可控同步分頻器的輸出脈沖間的相位差異并輸出調(diào)整信號；電荷泵激電路，接收相位頻率比較器的調(diào)整信號；回路濾波器，與電荷泵激電路同步動作，輸出控制電壓；鎖相檢測器，連接于相位頻率比較器，輸出鎖相信號；切換控制邏輯，輸出信號以調(diào)整電荷泵激電路與回路濾波器。
文檔編號H03L7/187GK1476171SQ0213053
公開日2004年2月18日 申請日期2002年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月14日
發(fā)明者柯凌維 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司