專利名稱：具有自動頻率調(diào)整的鎖相回路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大致涉及一種具有所選擇工作模式的自動調(diào)整的鎖相回路頻率合成器。
背景技術(shù)：
鎖相回路(Phase Locked Loop；簡稱PLL)頻率合成器是一種產(chǎn)生特定頻率的輸出信號的電路，且該特定頻率與輸入信號之間有固定的相位關(guān)系。圖1的方塊圖中示出了PLL頻率合成器的一般配置。該P(yáng)LL頻率合成器包含相位/頻率偵測器(Phase/Frequency Detector；簡稱PFD)1、低通濾波器3以及電壓控制振蕩器(Voltage ControlledOscillator；簡稱VCO)4。將輸入信號FIN供應(yīng)到相位/頻率偵測器1，并將VCO4的輸出信號FOUT反饋到相位/頻率偵測器1。相位/頻率偵測器1將該輸入信號FIN的相位與該反饋信號FOUT’的相位比較。如果這兩個信號彼此不同，則該相位/頻率偵測器輸出用來指示差異大小的誤差信號。該誤差信號控制VCO 4，使相位/頻率偵測器1的兩個輸入信號(FIN、FOUT’)的頻率最后會相符。當(dāng)相位差低于特定誤差值時，該VCO的輸出信號(FOUT)將耦合到該輸入信號(FIN)的相位。
VCO輸出信號FOUT的所需頻率是該輸入信號FIN的頻率。采用反饋除法器5時，該輸出信號FOUT的輸出頻率可以是該輸入信號FIN的頻率的倍數(shù)。上述的PLL頻率合成器代表了使用N＝1的除法值的特定例子。
由于該鎖相回路中反饋路徑的效應(yīng)，所以VCO輸出信號FOUT與該輸入信號FIN之間有固定的相位關(guān)系。將在最小的相位補(bǔ)償下，使該輸入及輸出信號的相位同步。
在許多情形中，使用電荷泵2，以便根據(jù)自相位/頻率偵測器1輸出的誤差信號而產(chǎn)生VCO 4的調(diào)整電壓。使用連接于該電荷泵與VCO 4間的回路濾波器3來消除VCO調(diào)整電壓的高頻成分。
對于低噪聲的PLL應(yīng)用而言，VCO頻率控制特性的回路增益是決定性參數(shù)中的其中一種。為了獲得低的VCO相位噪聲，該P(yáng)LL頻率合成器應(yīng)具有相對較低的增益。為了降低相位噪聲，經(jīng)常通過將總工作頻率范圍分布到復(fù)數(shù)個工作頻率范圍方式，設(shè)計(jì)VCO。此種VCO可使用相對較小的VCO增益以及相對較小的輸入電壓范圍，而可靠地在較寬范圍的輸出頻率上工作。該VCO使用特定的工作曲線，而在復(fù)數(shù)個工作模式的一種工作模式之中工作，以便響應(yīng)該VCO輸入電壓而產(chǎn)生輸出頻率。為了獲得所需的PLL操作，必須以接近該所需PLL輸出頻率的工作模式的中心頻率來選擇該VCO的工作曲線。
圖3中示出了VCO的一組可能的工作曲線。每一工作曲線都具有低的增益，且通過自VMIN至VMAX的相同輸入電壓范圍操作每一工作曲線。每次通過施加到該VCO的特定數(shù)字控制字來選擇其中一個工作曲線S。
在傳統(tǒng)上，在開啟該P(yáng)LL電源時，選擇具有適當(dāng)?shù)闹行念l率的工作曲線。在正常的PLL操作期間，將該回路濾波器電壓施加到該VCO。
在自動選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髑€的程序期間，并不供應(yīng)該回路濾波器電壓，而是將基準(zhǔn)電壓VREF施加到該VCO的輸入端。該基準(zhǔn)電壓VREF最好是該VCO被指定要工作的輸入電壓范圍的標(biāo)稱中心。如圖2所示，圖中示出了對應(yīng)的PLL頻率合成器的配置，其中開關(guān)7及8相應(yīng)地開啟及閉合。
通過從自我校準(zhǔn)電路6供應(yīng)的控制字來選擇該工作曲線。自我校準(zhǔn)電路6接收PLL輸入信號FIN及PLL反饋信號FOUT’。自我校準(zhǔn)電路6包含頻率偵測器9、數(shù)字累積器10、以及狀態(tài)機(jī)11。該電路只有在打開電源期間工作，以便通過將代碼字提供給VCO 4而選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髑€。
在自我校準(zhǔn)期間，通過遞增該數(shù)字控制字直到頻率偵測器9的量測結(jié)果指示已選擇了該VCO的所需最佳工作模式的方式，決定施加到VCO的數(shù)字控制字組。W.B.Wilson等人在2000年10月出版的IEEE固態(tài)電路期刊(IEEE Journal Of Solid-State Circuits)第35卷，第10冊中發(fā)表的論文“CMOS自對準(zhǔn)頻率合成器(A CMOS self-calibratingfrequency synthesizer)”中說明了此種鎖相回路型頻率合成器。PLL頻率合成器(尤其是VCO)仍然還有一些問題。其中一個問題是只有在開啟電源時才可自動選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣秶?。在不中斷頻率合成操作的情形下，無法在操作期間對所需的輸出頻率作任何改變，也無法對較大的漂移或溫度偏移作任何補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的PLL頻率合成器，可自動調(diào)整適于所需輸出頻率的工作范圍。
在一個實(shí)施例中，提供了一種PLL頻率合成器，該P(yáng)LL頻率合成器包含電壓控制振蕩器、相位/頻率偵測器、以及工作模式?jīng)Q定單元。該電壓控制振蕩器可在復(fù)數(shù)個工作模式中工作，其中每一工作模式界定了該電壓控制振蕩器的不同工作頻率范圍。該相位/頻率偵測器根據(jù)頻率輸入信號和PLL反饋信號而產(chǎn)生誤差信號。該工作模式?jīng)Q定單元根據(jù)所偵測到的誤差信號而決定該電壓控制振蕩器的其中一個工作模式。該工作模式?jīng)Q定單元包含用來界定誤差電壓上限及下限的范圍比較器，用以在誤差值超過或低于所界定的該電壓上限及下限時，切換到相鄰的工作模式。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，通過電壓控制振蕩器的調(diào)整電壓的線性和可使用的工作范圍，來決定工作頻率范圍。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，范圍比較器包含用來監(jiān)視該誤差電壓上限及下限的兩個比較器。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，工作模式?jīng)Q定單元進(jìn)一步包含上/下數(shù)計(jì)數(shù)器，用以通過產(chǎn)生要供應(yīng)到該電壓控制振蕩器的數(shù)字控制字，而選擇特定的工作模式。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，上/下數(shù)計(jì)數(shù)器根據(jù)比較器輸出而遞增或遞減該數(shù)字控制字。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，將工作模式?jīng)Q定單元調(diào)整成可由外部輸入信號將工作模式?jīng)Q定單元的操作設(shè)定為暫停。
在又一實(shí)施例中，提供了一種控制PLL頻率合成器中的電壓控制振蕩器的操作的方法。該電壓控制振蕩器可在復(fù)數(shù)個工作模式中工作，其中每一工作模式界定了該電壓控制振蕩器的不同工作頻率范圍。該方法根據(jù)頻率輸入信號與PLL反饋信號間的誤差信號而決定該電壓控制振蕩器的一個工作模式。該決定步驟將該誤差信號與預(yù)定的誤差電壓上限及下限比較，以便在該誤差信號超過或低于該預(yù)定的誤差電壓上限或下限時，將現(xiàn)有的操作模式切換到相鄰的工作模式。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，各相鄰的工作模式的工作頻率范圍與各別頻率范圍的預(yù)定部分重疊。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，重疊對應(yīng)于工作頻率范圍的大約一半。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，由電壓控制振蕩器的調(diào)整電壓的線性且可使用的工作范圍決定工作頻率范圍。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，如果該誤差信號超過該誤差電壓上限或低于該誤差電壓下限時，則遞增或遞減用來選擇其中一個工作模式的數(shù)字控制字。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，通過將誤差電壓與誤差電壓上限及下限比較而得到的用來切換到相鄰工作范圍的切換信號被延遲了預(yù)定的時間周期。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，如果后續(xù)的比較結(jié)果指示在該預(yù)定的延遲期間要保持現(xiàn)有的工作模式，則刪除用來選擇相鄰的工作模式的延遲的切換信號。
進(jìn)一步的實(shí)施例是對后附權(quán)利要求的示范說明。


各附圖包含在本說明書，且構(gòu)成本說明書的一部分，以便解說本發(fā)明的原理。并不將這些圖式視為將本發(fā)明只限于所示出的以及說明的如何制作及使用本發(fā)明的一些例子。若參照前文中參照各附圖而對本發(fā)明更詳細(xì)的說明，將可易于了解進(jìn)一步的特征及優(yōu)點(diǎn)，這些附圖有圖1是傳統(tǒng)的電荷泵鎖相回路的方塊圖；圖2是其中包括電荷泵的自我校準(zhǔn)鎖相回路的方塊圖；圖3示出了圖2中所示鎖相回路的電壓控制振蕩器的一組可能的工作曲線；
圖4是用來自動選擇適當(dāng)?shù)恼袷幤鞴ぷ髑€的電荷泵鎖相回路實(shí)施例的方塊圖；圖5示出了可自動選擇適當(dāng)?shù)恼袷幤鞴ぷ髑€的電荷泵鎖相回路的更詳細(xì)的實(shí)施例；圖6示出了配合圖4所示的電荷泵鎖相回路而使用的回路濾波器的一個例子；以及圖7示出了用于圖4所示的工作模式?jīng)Q定單元的范圍比較器的一個例子。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照各圖式而說明本發(fā)明的實(shí)施例，而在這些圖式中，以相同的代號來表示類似的組件及結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在請參閱這些圖式，尤其請參閱圖4，圖4示出將在本文中說明的電荷泵鎖相回路。在圖4所示的配置中，相位/頻率偵測器1、電荷泵2、回路濾波器3、電壓控制振蕩器4、以及PLL反饋除法器5大致類似于圖2所示的電荷泵鎖相回路的對應(yīng)組件。此外，圖4所示的該鎖相回路包含工作模式?jīng)Q定單元12，該單元可讓該鎖相回路頻率合成器在開啟電源期間或操作期間自動選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髑€?；芈窞V波器3類似于圖2中所示的回路濾波器3，但不同之處在于該回路濾波器提供要供應(yīng)到工作模式?jīng)Q定單元12的控制信號。該工作模式?jīng)Q定單元輸出控制字，以便選擇VCO 4的一個工作曲線。
工作模式?jīng)Q定單元12包含范圍比較器13及上/下數(shù)計(jì)數(shù)器14。范圍比較器13監(jiān)視VCO調(diào)整電壓，即，誤差信號根據(jù)由向上或向下信號所得到的比較結(jié)果，而指示上/下數(shù)計(jì)數(shù)器14遞增或遞減數(shù)字代碼字。上/下數(shù)計(jì)數(shù)器14的輸出將VCO 4的工作模式S切換到相鄰的工作模式，以便將該VCO的工作范圍調(diào)整為所需的輸出頻率。
圖5中示出了工作模式?jīng)Q定單元12的實(shí)施例的特定配置。在圖5所示的鎖相回路中，相位/頻率偵測器1、電荷泵2、回路濾波器3、電壓控制振蕩器4、以及反饋除法器5類似于圖4中所示的鎖相回路的對應(yīng)組件。圖5所示的實(shí)施例與圖4所示的鎖相回路不同之處在于工作模式?jīng)Q定單元12的配置。在工作模式?jīng)Q定單元12的配置中，范圍比較器13及上/下數(shù)計(jì)數(shù)器14類似于前文中參照圖4所述的那些組件，但不同之處在于有延遲計(jì)數(shù)器15連接于其間。延遲計(jì)數(shù)器15通過產(chǎn)生切換信號間的延遲，而使該VCO產(chǎn)生穩(wěn)定的操作，即切換到相鄰的工作模式，通過范圍比較器和由上/下數(shù)計(jì)數(shù)器14進(jìn)行切換到相鄰的工作模式的操作。
延遲計(jì)數(shù)器15通過計(jì)算在將該向上或向下切換信號傳送到上/下數(shù)計(jì)數(shù)器14之前的預(yù)定數(shù)目的時鐘，而計(jì)算出該延遲。延遲計(jì)數(shù)器15最好是使用輸入信號FIN作為時鐘信號。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，也可采用其它的時鐘信號而有相同的效果，即，同樣可提供預(yù)定的延遲。
若現(xiàn)在延遲了切換到相鄰工作范圍的指令，則在該延遲期間，該切換指令由范圍比較器13的后續(xù)輸出“否決”，因而復(fù)位延遲計(jì)數(shù)器15，這意味著等候要被傳送到上/下數(shù)計(jì)數(shù)器14的該切換指令被取消了。因此，可避免各相鄰的工作模式間的短時間的切換，因而得到較穩(wěn)定的VCO操作。
根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，外部的“抑制(disable)”信號可將上/下數(shù)計(jì)數(shù)器14的操作設(shè)定為暫停。
最好是將該VCO調(diào)整電壓(即電荷泵2所提供的誤差信號)供應(yīng)到工作模式?jīng)Q定單元12。根據(jù)一較佳的實(shí)施例，從回路濾波器3內(nèi)取得供應(yīng)到該工作模式?jīng)Q定單元的信號，以便對該VCO調(diào)整電壓進(jìn)行低通濾波。通過對供應(yīng)到該工作模式?jīng)Q定單元的輸入信號進(jìn)行低通濾波，可使切換操作平順，因而得到較穩(wěn)定的VCO操作。
圖6示出了可用于圖4或圖5所示的鎖相回路頻率合成器的回路濾波器3的例子?；芈窞V波器3尤其包含一對電容16及17、以及電阻18。范圍比較器13包含連接于電阻18與電容17間的輸入19。在此種配置下，該工作模式?jīng)Q定單元接收平滑的輸入信號。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，可實(shí)施用來平滑該工作模式?jīng)Q定單元的輸入的任何其它裝置。
圖7顯示了范圍比較器13的實(shí)施例的特定例子。該范圍比較器的目的在于監(jiān)視該VCO的調(diào)整電壓，并在該VCO調(diào)整電壓移到預(yù)定的電壓設(shè)定值之上或之下時，以數(shù)字信號指示上/下數(shù)計(jì)數(shù)器14?？衫貌煌碾娮柚祦碚{(diào)整該電壓的“范圍”。圖7所示的比較器包含電阻R1、R2、及R3，用以創(chuàng)建分壓器。該分壓器界定該電壓“范圍”的電壓上限及下限。減少R2的電阻值時，即可減少該范圍的大小。較大的R2值將增加該范圍的大小。將這些預(yù)定的電壓分別連接到比較器C1及C2。這些比較器的每一個將所接收的VCO調(diào)整電壓與其中一個預(yù)定電壓比較，并將“較高”或“較低”的結(jié)果輸出到上/下數(shù)計(jì)數(shù)器14，其中這些比較結(jié)果可通過前文所述的延遲計(jì)數(shù)器15。
根據(jù)前文所述的各實(shí)施例，在低噪聲PLL頻率合成器中，可將VCO操作自動調(diào)整到所需的輸出電壓。在操作期間，根據(jù)VCO調(diào)整電壓而自動選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ健?br> 雖然已參照根據(jù)本發(fā)明而建構(gòu)的具體實(shí)施例說明了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在參照前文的揭示事項(xiàng)之后，可在不脫離本發(fā)明的精神及目標(biāo)范圍下，且在最后的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，做出本發(fā)明的各種修改、變化、及改良。此外，本說明書中并未說明相信本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉的那些領(lǐng)域，以避免非必要地模糊了本說明書中說明的本發(fā)明。因此，我們當(dāng)了解，本發(fā)明并不限于這些特定的實(shí)施例，而是只受限于最后的權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種鎖相回路頻率合成器，包含電壓控制振蕩器，該電壓控制振蕩器可在復(fù)數(shù)個工作模式中工作，其中每一工作模式界定了該電壓控制振蕩器的不同工作頻率范圍；相位/頻率偵測器，用以根據(jù)頻率輸入信號和鎖相回路反饋信號而產(chǎn)生誤差信號；以及工作模式?jīng)Q定單元，用以根據(jù)所偵測到的誤差信號而決定該電壓控制振蕩器的其中一個工作模式，其中該工作模式?jīng)Q定單元包含用來界定誤差電壓上限及下限的范圍比較器，用以切換到相鄰的工作模式。
2.如權(quán)利要求1的鎖相回路頻率合成器，其中各相鄰的工作模式的工作頻率范圍與各別頻率范圍的預(yù)定部分重疊。
3.如權(quán)利要求2的鎖相回路頻率合成器，其中該重疊對應(yīng)于該工作頻率范圍的大約一半。
4.如權(quán)利要求1的鎖相回路頻率合成器，其中該工作模式?jīng)Q定單元進(jìn)一步包含延遲計(jì)數(shù)器，用以延遲各相鄰的工作模式間的切換。
5.如權(quán)利要求4的鎖相回路頻率合成器，其中在切換到新的工作模式之后，復(fù)位該延遲計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。
6.如權(quán)利要求5的鎖相回路頻率合成器，其中該延遲計(jì)數(shù)器延遲來自該比較器的切換信號，以便以預(yù)定數(shù)目的時鐘周期來選擇要供應(yīng)到該上/下數(shù)計(jì)數(shù)器的相鄰的工作模式。
7.如權(quán)利要求4的鎖相回路頻率合成器，其中當(dāng)該比較器輸出指示要在所施加的該延遲期間內(nèi)保持現(xiàn)有的工作模式時，復(fù)位該延遲計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。
8.如權(quán)利要求1的鎖相回路頻率合成器，其中將該電壓控制振蕩器的該調(diào)整電壓供應(yīng)到該工作模式?jīng)Q定單元。
9.如權(quán)利要求8的鎖相回路頻率合成器，進(jìn)一步包含回路濾波器，用以將該電壓控制振蕩器的該調(diào)整電壓濾波，其中從該回路濾波器內(nèi)取得供應(yīng)到該工作模式?jīng)Q定單元的該信號。
10.一種控制鎖相回路頻率合成器中的電壓控制振蕩器的操作的方法，該電壓控制振蕩器可在復(fù)數(shù)個工作模式中工作，其中每一工作模式界定了該電壓控制振蕩器的不同工作頻率范圍，該方法包含下列步驟根據(jù)頻率輸入信號與鎖相回路反饋信號間的誤差信號而決定該電壓控制振蕩器的一個工作模式，其中該決定步驟將該誤差信號與預(yù)定的誤差電壓上限及下限比較，以便在當(dāng)該誤差信號超過或低于該誤差電壓上限或下限時，切換到相鄰的工作模式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可自動設(shè)定電壓控制振蕩器(4)的適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ降逆i相回路(PLL)頻率合成器。該電壓控制振蕩器(4)可在復(fù)數(shù)個工作模式中工作，其中每一工作模式界定了該電壓控制振蕩器的不同工作頻率范圍。由該P(yáng)LL頻率合成器的相位/頻率偵測器(1)根據(jù)所偵測到的誤差信號而選擇該適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ健Ｈ绻撜`差信號超過或低于預(yù)定的誤差電壓的上限或下限，則使用范圍比較器(13)切換到相鄰的工作模式。
文檔編號H03L7/095GK1666418SQ03815326
公開日2005年9月7日 申請日期2003年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者R·耶內(nèi), W·克盧格, T·里德爾 申請人:先進(jìn)微裝置公司