專利名稱：包括互導(dǎo)受控的振蕩電路的pll振蕩電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及PLL電路和為PLL電路產(chǎn)生基準(zhǔn)振蕩的電路。本發(fā)明尤其涉及減小由諧波分量產(chǎn)生的噪聲的方法及電路。


圖1是表示一普通PLL振蕩電路的方框圖。在圖1中，振蕩電路17產(chǎn)生一振蕩信號(hào)，該振蕩信號(hào)被基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器4分頻為一基準(zhǔn)信號(hào)。壓控振蕩器(VCO)1輸出一振蕩信號(hào)，該振蕩信號(hào)被信號(hào)計(jì)數(shù)器3分頻為一時(shí)鐘信號(hào)。該基準(zhǔn)信號(hào)和該時(shí)鐘信號(hào)提供給鑒相器5。電荷泵6把其由鑒相器5的輸出確定的輸出提供給低通濾波器(LPF)2。該VCO按照該低通濾波器2的輸出進(jìn)行振蕩。
圖2是表示把該普通PLL振蕩電路用作本振的一選呼無(wú)線電接收機(jī)的結(jié)構(gòu)的方框圖。天線(ANT)51接收的接收信號(hào)被放大器(RFAMP)52放大并經(jīng)由帶通濾波器(BPF)53傳送至乘法器(1STMIX)54。相應(yīng)于圖1所示振蕩電路的一振蕩電路的輸出經(jīng)由倍頻電路59傳送至乘法器(1STMIX)54。該乘法器54的輸出通過(guò)帶通濾波器(BPF)55，然后傳送至乘法器(2NDMIX)56。一振蕩信號(hào)從相應(yīng)于圖1所示振蕩電路的振蕩電路60傳送至乘法器56。乘法器56的輸出通過(guò)帶通濾波器(BPF)57，然后傳送至解調(diào)器(DEMOD)58。
圖3表示電容三點(diǎn)式石英振蕩電路，而圖4表示該電容三點(diǎn)式石英振蕩電路的電等效電路。
為了使接收機(jī)具有出色的無(wú)線電性能，減小PLL振蕩電路產(chǎn)生的各種噪聲是很重要的。鑒相器的死區(qū)性能、比較頻率造成的基準(zhǔn)泄漏、低通濾波器(LPF)的頻率性能等都對(duì)壓控振蕩器(VCO)的載波噪聲比(C/N)有影響，并且還確定了接收機(jī)的靈敏度抑制性能。
此外，石英振蕩電路或VCO電路中的諧波分量噪聲造成寄生干擾。為了抑制這種寄生干擾，需要限制振蕩電路的振蕩電平不要太大并在各個(gè)電路部分的各級(jí)之間插入濾波器。這樣就能夠減小振蕩電路中的諧波分量噪聲。
如上所述，問(wèn)題是在這種石英振蕩電路中出現(xiàn)了諧波分量。如果能夠使振蕩輸出更加接近正弦波振蕩，就能夠減小諧波分量的強(qiáng)度。為此，需要抑制振蕩幅度以便振蕩電路的輸出幅度不受電源電壓或晶體管集電極飽和的限制。
但是，如果減小石英振蕩電路的振幅，則起振性能惡化，于是PLL振蕩電路的鎖定時(shí)間變長(zhǎng)。在具有執(zhí)行省電功能的系統(tǒng)的設(shè)備中，把人PLL振蕩電路接通到接收機(jī)接通(開(kāi)始接收操作)的時(shí)間間隔稱為起振容限。于是接收機(jī)的設(shè)計(jì)將使得PLL振蕩電路的鎖定在起振容限內(nèi)完成。如果隨著鎖定時(shí)間的變長(zhǎng)而把起振容限定得較大，則電池壽命將縮短。
連同以上說(shuō)明一起，日本公開(kāi)專利申請(qǐng)(JP-62-36921)描述了PLL系統(tǒng)偏頻合成電路。在該參考文獻(xiàn)中，混頻器根據(jù)外界提供的RF正弦信號(hào)對(duì)壓控振蕩器的輸出信號(hào)進(jìn)行頻率變換。第一鑒相器比較被該混頻器下變頻的信號(hào)和偏頻信號(hào)的頻率。第二鑒相器比較壓控振蕩器的輸出信號(hào)和RF正弦信號(hào)的頻率。最大值電路選擇第一鑒相器的輸出和第二鑒相器的輸出中的較大者，并將選定的輸出作為控制信號(hào)提供給該壓控振蕩器。
本發(fā)明的目的是提供一振蕩電路和使用了該振蕩電路的一鎖相環(huán)(PLL)振蕩電路，在該鎖相環(huán)(PLL)振蕩電路中，噪聲可得到減小。
本發(fā)明的另一目的是提供一振蕩電路和使用了該振蕩電路的一鎖相環(huán)(PLL)振蕩電路，在該鎖相環(huán)(PLL)振蕩電路中，功耗可得到降低。
本發(fā)明的再一目的是提供控制振蕩以便減小噪聲和降低功耗的方法。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一個(gè)方面，一鎖相環(huán)(PLL)振蕩電路包括一第一振蕩電路、一鎖定檢測(cè)器和一基準(zhǔn)振蕩電路。該第一振蕩電路產(chǎn)生具有第一頻率的一振蕩信號(hào)并根據(jù)一基準(zhǔn)信號(hào)控制該第一頻率。該鎖定檢測(cè)器檢測(cè)該振蕩信號(hào)和該基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位鎖定，產(chǎn)生一鎖定檢測(cè)信號(hào)。該基準(zhǔn)振蕩電路包括一石英振蕩元件，產(chǎn)生該基準(zhǔn)信號(hào)。該基準(zhǔn)振蕩電路的振蕩狀態(tài)根據(jù)該鎖定檢測(cè)信號(hào)來(lái)控制。
該基準(zhǔn)振蕩電路可包括產(chǎn)生一第二信號(hào)的一振蕩電路、分頻該第二信號(hào)以產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)的一分頻器和一控制電路。該控制電路響應(yīng)一起動(dòng)信號(hào)控制該振蕩電路，使之以第一互導(dǎo)進(jìn)行振蕩，響應(yīng)鎖定檢測(cè)信號(hào)控制該振蕩電路，使之以比第一互導(dǎo)小的第二互導(dǎo)進(jìn)行振蕩。
當(dāng)該振蕩電路以第一互導(dǎo)進(jìn)行振蕩時(shí)，其負(fù)阻的絕對(duì)值是石英振蕩元件等效電阻的3到10倍，而當(dāng)其以第二互導(dǎo)進(jìn)行振蕩時(shí)，其負(fù)阻的絕對(duì)值等于石英振蕩元件的等效電阻。
該振蕩電路可包括該石英振蕩元件、利用該石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管和與該振蕩晶體管并聯(lián)設(shè)置的、被一控制信號(hào)起動(dòng)的一控制晶體管。在這種情況下，控制電路響應(yīng)鎖定檢測(cè)信號(hào)向該控制晶體管輸出該控制信號(hào)，減小該振蕩晶體管的集電極電流，使得該振蕩晶體管以減小了的集電極電流繼續(xù)執(zhí)行振蕩操作。
該振蕩電路可包括該石英振蕩元件、利用該石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管、被第一控制信號(hào)起動(dòng)的第一控制晶體管和被第二控制信號(hào)起動(dòng)的第二控制晶體管。在這種情況下，控制電路響應(yīng)起動(dòng)信號(hào)向第一控制晶體管輸出第一控制信號(hào)，使第一控制晶體管流動(dòng)第一電流作為振蕩晶體管的集電極電流，響應(yīng)鎖定檢測(cè)信號(hào)向第二控制晶體管輸出第二控制信號(hào)，使第二控制晶體管流動(dòng)第二電流作為振蕩晶體管的集電極電流，第二電流比第一電流小，振蕩晶體管以第二電流繼續(xù)執(zhí)行振蕩操作。
該振蕩電路可包括該石英振蕩元件和利用該石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管。在這種情況下，控制電路響應(yīng)起動(dòng)信號(hào)控制該振蕩晶體管執(zhí)行A類操作、然后執(zhí)行C類操作，響應(yīng)鎖定檢測(cè)信號(hào)控制該振蕩晶體管執(zhí)行A類操作。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一個(gè)方面，控制使用石英振蕩元件的振蕩電路的振蕩的方法包括以下步驟響應(yīng)第一信號(hào)起動(dòng)振蕩；增大振蕩的振幅；和在從第一信號(hào)起的一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)響應(yīng)第二信號(hào)減小振蕩的振幅。
該振蕩電路在起動(dòng)步驟和增大步驟中的互導(dǎo)比其在減小步驟中的互導(dǎo)大。
該振蕩電路可包括使用該石英振蕩元件進(jìn)行振蕩的一振蕩晶體管。在這種情況下，起動(dòng)步驟和增大步驟包括向該振蕩晶體管提供第一集電極電流的步驟，減小步驟包括向該振蕩晶體管提供第二集電極電流的步驟，第二集電極電流比第一集電極電流小。在另外的情況下，振蕩晶體管在起動(dòng)步驟中執(zhí)行A類操作，在增大步驟中執(zhí)行C類操作，在減小步驟中執(zhí)行A類操作。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的再一個(gè)方面，一振蕩電路包括具有一石英振蕩元件、產(chǎn)生第一振蕩信號(hào)的一振蕩部分和一控制部分。該控制部分響應(yīng)第一定時(shí)信號(hào)控制該振蕩部分以第一互導(dǎo)進(jìn)行振蕩，響應(yīng)第二定時(shí)信號(hào)控制該振蕩部分以比第一互導(dǎo)小的第二互導(dǎo)進(jìn)行振蕩，第二定時(shí)信號(hào)在從第一定時(shí)信號(hào)起的一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)被產(chǎn)生。
當(dāng)該振蕩部分以第一互導(dǎo)進(jìn)行振蕩時(shí)，其負(fù)阻的絕對(duì)值是石英振蕩元件的等效電阻的3到10倍，而當(dāng)其以第二互導(dǎo)進(jìn)行振蕩時(shí)，其負(fù)阻的絕對(duì)值等于石英振蕩元件的等效電阻。
該振蕩部分可包括利用該石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管和與該振蕩晶體管并聯(lián)設(shè)置的、被一控制信號(hào)起動(dòng)的一控制晶體管。在這種情況下，控制電路響應(yīng)第二定時(shí)信號(hào)向該控制晶體管輸出控制信號(hào)，減小該振蕩晶體管的集電極電流，使得該振蕩晶體管以減小了的集電極電流繼續(xù)執(zhí)行振蕩操作。
該振蕩電路可包括利用該石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管、被第一控制信號(hào)起動(dòng)的第一控制晶體管和被第二控制信號(hào)起動(dòng)的第二控制晶體管。在這種情況下，控制電路響應(yīng)第一定時(shí)信號(hào)向第一控制晶體管輸出第一控制信號(hào)，使第一控制晶體管流動(dòng)第一電流作為振蕩晶體管的集電極電流，響應(yīng)第二定時(shí)信號(hào)向第二控制晶體管輸出第二控制信號(hào)，使第二控制晶體管流動(dòng)第二電流作為振蕩晶體管的集電極電流，第二電流比第一電流小，振蕩晶體管以第二電流繼續(xù)執(zhí)行振蕩操作。
同樣，該振蕩電路可包括利用該石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管。在這種情況下，控制電路響應(yīng)起動(dòng)信號(hào)控制該振蕩晶體管執(zhí)行A類操作、然后執(zhí)行C類操作，響應(yīng)鎖定檢測(cè)信號(hào)控制該振蕩晶體管執(zhí)行A類操作。
該振蕩電路可在鎖相環(huán)(PLL)振蕩電路中使用，而PLL振蕩電路可在無(wú)線電設(shè)備中使用。
圖1是表示普通PLL振蕩電路一實(shí)例的方框圖；圖2是表示采用該普通PLL振蕩電路的選呼無(wú)線電接收機(jī)的方框圖；圖3是表示電容三點(diǎn)式石英振蕩電路的圖示；圖4是表示電容三點(diǎn)式石英振蕩電路的電等效電路的圖示；圖5是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的PLL振蕩電路的方框圖；圖6是圖1所示電流源101和振蕩電路的詳細(xì)方框圖；圖7A至7F是本發(fā)明第一實(shí)施例的PLL振蕩電路的時(shí)序圖；圖8是表示在普通PLL振蕩電路中振蕩振幅的增大的波形圖；圖9是表示在本發(fā)明第一實(shí)施例的PLL振蕩電路中振蕩振幅的增大的波形圖；圖10是表示普通PLL振蕩電路的頻譜的圖示；圖11是表示本發(fā)明第一實(shí)施例的PLL振蕩電路振蕩輸出的頻譜的圖示；
圖12是表示本發(fā)明第二實(shí)施例的PLL振蕩電路中的振蕩電路和電流源的方框圖；圖13是表示本發(fā)明第三實(shí)施例的PLL振蕩電路中的振蕩電路和電流源的方框圖。
以下參看附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的鎖相環(huán)(PLL)振蕩電路。
在本發(fā)明中，PLL振蕩電路具有這樣的結(jié)構(gòu)，即起動(dòng)狀態(tài)下振蕩電路的互導(dǎo)gm和穩(wěn)定狀態(tài)下振蕩電路的互導(dǎo)gm通過(guò)振蕩電路的限流來(lái)切換。振蕩電路的互導(dǎo)gm和起動(dòng)性能是眾所周知的，在例如由Techno出版的Shotaro Okano撰寫(xiě)的“石英頻率器件”中有描述。
眾所周知，負(fù)阻-Rn由振蕩電路晶體管的增益確定。如果信號(hào)的振幅在振蕩起振時(shí)較小，則必須使負(fù)阻-Rn的值足夠大，即必須是石英振蕩元件等效電阻的3至10倍。當(dāng)振蕩電路滿足負(fù)阻-Rn與電路電阻造成的損耗Rp相抵消的振蕩條件時(shí)，振蕩電路就開(kāi)始振蕩，然后進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。振蕩開(kāi)始時(shí)的振幅條件是Re＜|-Rn|。
在圖3所示的電容三點(diǎn)式振蕩器中，振蕩起振時(shí)信號(hào)振幅較小情況下的負(fù)阻-Rn表示如下-Rn=-gm/{ω2C2(C1+Cπ)}如果互導(dǎo)gm較大，負(fù)阻就較大，這就使起振更快。
在某種意義上可把在起動(dòng)狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)之間切換互導(dǎo)gm的方法看作是一種AGC(自動(dòng)增益控制)。Makoto Kanno、Kibun Cho和Yasuo Tsuzuki撰寫(xiě)的論文“分析和設(shè)計(jì)在石英振蕩電路中應(yīng)用了AGC的石英電路的方法”(電子協(xié)會(huì)，ECT-93-49)提出并分析了把石英振蕩電路加裝到AGC電路中去的設(shè)計(jì)方法。
在該論文提出的方法中，振幅電平用整流電路來(lái)檢測(cè)，然后以模擬方式控制振蕩電路中的晶體管的直流偏置。這樣一來(lái)，就使振蕩電路中的晶體管在穩(wěn)定狀態(tài)下執(zhí)行A類操作。為此目的，穩(wěn)定狀態(tài)下振蕩級(jí)中的晶體管的直流偏置的確定應(yīng)使得電路的負(fù)阻-Rn能夠產(chǎn)生在信號(hào)振幅較小情況下穩(wěn)定振蕩所必須的負(fù)阻。
在本發(fā)明中，由于把在PLL振蕩電路內(nèi)部的現(xiàn)有電路的輸出用作以數(shù)字方式切換互導(dǎo)gm所需的控制信號(hào)，所以這種結(jié)構(gòu)可得到簡(jiǎn)化，不采用模擬AGC電路?；?dǎo)gm的切換通過(guò)切換流過(guò)振蕩電路的電流來(lái)進(jìn)行。利用PLL振蕩電路的鎖定檢測(cè)信號(hào)以數(shù)字方式執(zhí)行切換操作。
圖5表示本發(fā)明第一實(shí)施例PLL振蕩電路的電路結(jié)構(gòu)。該P(yáng)LL振蕩電路由壓控振蕩器(VCO)1、低通濾波器(LPF)2、信號(hào)計(jì)數(shù)器3、基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器4、鑒相器5、電荷泵6、振蕩電路7、鎖定檢測(cè)器8、D觸發(fā)器(D-FF)9以及電流源10組成。虛線內(nèi)的元件集成在一個(gè)芯片內(nèi)。
壓控振蕩器VCO 1根據(jù)輸入電壓產(chǎn)生振蕩信號(hào)。該振蕩信號(hào)的振蕩頻率隨來(lái)自低通濾波器2輸出電壓的輸入電壓發(fā)生變化。信號(hào)計(jì)數(shù)器3把壓控振蕩器VCO1的振蕩信號(hào)的頻率分頻為1/M。
電容器和石英振蕩元件XTL作為外部元件與振蕩電路7連?；鶞?zhǔn)振蕩電路7利用電容器和石英振蕩元件產(chǎn)生振幅由振幅控制信號(hào)確定的基準(zhǔn)振蕩信號(hào)?；鶞?zhǔn)計(jì)數(shù)器4把基準(zhǔn)振蕩電路7的基準(zhǔn)振蕩信號(hào)分頻為1/N。
鑒相器5比較信號(hào)計(jì)數(shù)器3的分頻信號(hào)和基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器的分頻基準(zhǔn)信號(hào)來(lái)檢測(cè)這兩個(gè)信號(hào)的相位差。電荷泵6把該相位差變換為直流電壓，該直流電壓通過(guò)低通濾波器2提供給壓控振蕩器VCO1。
鎖定檢測(cè)器8器根據(jù)鑒相器5的輸出檢測(cè)PLL振蕩電路的鎖定狀態(tài)或未鎖定狀態(tài)，即確定信號(hào)計(jì)數(shù)器3的分頻信號(hào)的相位是否與基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器的分頻基準(zhǔn)信號(hào)的相位一致。D觸發(fā)器D-FF 9在數(shù)據(jù)端D接收鎖定檢測(cè)器8的輸出，在時(shí)鐘端C接收基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器4的分頻基準(zhǔn)信號(hào)TnQ，在復(fù)位端R接收起動(dòng)控制信號(hào)PS。D觸發(fā)器9從輸出端Q輸出狀態(tài)。當(dāng)基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器4提供給鑒相器5和D觸發(fā)器9的分頻基準(zhǔn)信號(hào)分別具有頻率fr和fd時(shí)，頻率條牛是fd》fr。電流源10根據(jù)D觸發(fā)器D-FF9的輸出產(chǎn)生振幅控制信號(hào)。由電流源10確定的電路電流流入振蕩電路7。
圖6表示電流源101和振蕩電路7的結(jié)構(gòu)的一實(shí)例。振蕩電路7由晶體管Q1和電阻R2至R3組成。電容器C1和C2以及石英振蕩元件XTL與振蕩電路7連接。電流源101由晶體管Q2至Q6以及電阻R4和R5組成。晶體管Q6根據(jù)端子M的邏輯電平接通和斷開(kāi)電流源。電流鏡電路由晶體管Q2至Q5和電阻R4組成，確定基準(zhǔn)電流I4。
以下描述本發(fā)明第一實(shí)施例的PLL振蕩電路的操作。
首先描述普通振蕩電路的操作。
圖8表示振蕩振幅的增大過(guò)程。振蕩電路在振蕩開(kāi)始時(shí)執(zhí)行A類操作，振蕩是正弦波振蕩。隨著振幅的增大，振幅到達(dá)集電極飽和區(qū)，于是振幅被限幅。在這一時(shí)刻，晶體管執(zhí)行C類操作。因此產(chǎn)生了波形失真，所以諧波分量噪聲的電平變得較高。這樣一來(lái)，諧波分量噪聲對(duì)其它電路造成影響，使性能惡化。圖10表示圖8所示t2時(shí)刻的頻譜特性。頻率是振蕩頻率f0的2倍、3倍等的諧波分量的電平較高。如果無(wú)線電接收機(jī)由采用了這種基準(zhǔn)振蕩電路的PLL振蕩電路構(gòu)成，則諧波分量噪聲就足以亂真，使這種接收機(jī)的接收靈敏度嚴(yán)重下降。
在振蕩輸出端之后設(shè)置低通濾波器LPF作為減小諧波分量噪聲的對(duì)抗措施是很有效的。經(jīng)過(guò)LPF之后，能夠得到消除了諧波分量和失真極小的正弦波。但在振蕩輸出端仍有諧波分量噪聲。所以即使增加低通濾波器LPF也不能夠防止諧波分量噪聲輻射至其它電路。
此外，通過(guò)減小振蕩電路的互導(dǎo)gm能夠維持正弦波振蕩，使得振蕩的振幅電平在集電極飽和區(qū)也不被限幅。
但是，如果減小互導(dǎo)gm，振幅的增大就變慢，于是使起動(dòng)性能惡化。如果起動(dòng)性能惡化，執(zhí)行省電功能的系統(tǒng)就必須要有更大的起振容限。這會(huì)縮短設(shè)備中電池的壽命。
相反地，在本發(fā)明中，為了減小諧波分量噪聲又不降低起動(dòng)性能，使代表振蕩電路增益的互導(dǎo)gm在振蕩電路的起動(dòng)狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)之間進(jìn)行切換?；?dǎo)gm的切換是通過(guò)控制提供給振蕩電路7的電路電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)假定Ic是振蕩電路7中晶體管Q1的集電極電流時(shí)，互導(dǎo)gm可表示如下gm=Ic/VT (1)這里Vt26mv。
圖7A至7F表示各時(shí)刻的時(shí)序圖。圖7A所示的起動(dòng)控制信號(hào)PS代表用來(lái)控制包含振蕩電路7的PLL振蕩電路的間歇操作的信號(hào)。圖7B所示的信號(hào)RXON代表用來(lái)控制無(wú)線電接收機(jī)的間歇操作的信號(hào)。圖7C所示的信號(hào)OSC代表作為振蕩電路7的輸出的基準(zhǔn)振蕩信號(hào)。圖7D所示的信號(hào)TnQ代表基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器4提供給D觸發(fā)器9的分頻輸出信號(hào)。圖7E所示的信號(hào)D代表作為鎖定檢測(cè)器8的輸出信號(hào)的鎖定檢測(cè)信號(hào)。圖7F所示的信號(hào)DFFQ代表D-FF9的Q輸出信號(hào)。
當(dāng)信號(hào)PS如圖7A所示上升時(shí)(t0)，振蕩電路7被起動(dòng)。然后，振幅如圖9所示開(kāi)始增大。不久，振蕩進(jìn)入穩(wěn)定振蕩狀態(tài)。當(dāng)鎖定檢測(cè)器8檢測(cè)到PLL振蕩電路的鎖定而輸出圖7E所示的鎖定檢測(cè)信號(hào)D(t1)時(shí)，D觸發(fā)器9的Q輸出DFFQ就與圖7D所示時(shí)鐘信號(hào)TnQ的上升沿同步地從低電平L切換至高電平H。DFFQ的L和H信號(hào)用來(lái)控制圖6所示的電流源10。
首先說(shuō)明L電平的Q輸出DFFQ輸入至端子M的情形。此時(shí)，晶體管Q6處于導(dǎo)通狀態(tài)。電流I4于是流過(guò)電阻R4。電流I4用下式表示I4={VCC-VCE(Q6)-VBE(Q5)}/R4 (2)晶體管Q4和Q5構(gòu)成電流鏡電路。因此可得到下式I4I3(3)同樣地，晶體管Q3和Q2也構(gòu)成電流鏡電路，所以可得到下式I3I2(4)流過(guò)振蕩電路7的晶體管Q1的電流I0是流過(guò)作為負(fù)載的電阻R1的電流I1和晶體管Q2的集電極電流I2之和。因此可得到下式I0=I1+I2 (5)接著說(shuō)明H電平的Q輸出DFFQ輸入至端子M的情形。此時(shí)，晶體管Q6處于截止?fàn)顟B(tài)。因此I4是I4=0 (6)因此I2是I2=0 (7)所以流過(guò)振蕩電路7的晶體管Q1的電流I0是I0=I1 (8)這樣一來(lái)，Q輸出DFFQ為L(zhǎng)狀態(tài)時(shí)晶體管Q1的集電極電流I0比Q輸出DFFQ為H狀態(tài)時(shí)晶體管Q1的集電極電流大了I2。
如上所述，當(dāng)Q輸出DFFQ為L(zhǎng)狀態(tài)時(shí)，電流可表示如下電流=H→gm=H當(dāng)Q輸出DFFQ為H狀態(tài)時(shí)，電流可表示如下電流=L→gm=L以下描述Q輸出DFFQ的切換操作。從信號(hào)PS變成H狀態(tài)起到信號(hào)RXON變成H狀態(tài)止的時(shí)間段、即(t2-t0)被稱為起振容限。振蕩電路7必須在該起振容限內(nèi)起振，以便完成PLL振蕩電路的鎖定。
如果振蕩電路7起振迅速，則PLL振蕩電路就能夠迅速鎖定。為此，把互導(dǎo)gm定得較大，以便振蕩輸出的振幅盡可能快地達(dá)到基準(zhǔn)計(jì)數(shù)器4的分頻操作所必須的電平。
如果流過(guò)振蕩電路7的晶體管Q1的電流I0較大，則互導(dǎo)gm也較大。因此把Q輸出DFFQ的邏輯定為L(zhǎng)狀態(tài)。相反地，在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，互導(dǎo)gm被定得較小，以便把振蕩輸出保持在集電極飽和不會(huì)造成失真的電平上。如果流過(guò)振蕩電路7的晶體管Q1的電流I0較小，則互導(dǎo)gm也較小。為此，把Q輸出DFFQ的邏輯定為H狀態(tài)。
由于在振蕩開(kāi)始時(shí)的小信號(hào)特性，所以振蕩電路7處于A類操作狀態(tài)。在振蕩開(kāi)始之后，振蕩電路就處于C類操作狀態(tài)，直到PLL振蕩電路的鎖定狀態(tài)結(jié)束為止。然后，在PLL振蕩電路的鎖定狀態(tài)結(jié)束之后，振蕩電路7又處于A類操作狀態(tài)。
穩(wěn)定狀態(tài)下振蕩電路7的互導(dǎo)gm的大小應(yīng)使振蕩能夠繼續(xù)下去。必須在PLL振蕩電路鎖定完成之后將互導(dǎo)gm的值改變?yōu)槭拐袷庪娐纺軌驁?zhí)行A類操作所需的值，以便產(chǎn)生在小信號(hào)操作狀態(tài)下穩(wěn)定振蕩所需的負(fù)阻-Rn。
當(dāng)假定石英振蕩器的等效電阻是Re時(shí)，則在振蕩開(kāi)始時(shí)和在穩(wěn)定振蕩期間的振蕩條件表示如下振蕩開(kāi)始時(shí)， Re＜|-Rn| (9)穩(wěn)定振蕩期間，Re=|-Rn| (10)(Makoto Kanno、Kibun Cho和Yasuo Tsuzuki撰寫(xiě)的“分析和設(shè)計(jì)具有AGC的石英振蕩電路的方法”(電子協(xié)會(huì)，ECT-94-49))。
在振蕩開(kāi)始時(shí)，使振蕩電路7的負(fù)阻|-Rn|具有足夠大的值，即是石英振蕩器等效電阻Re的3至10倍。在穩(wěn)定振蕩期間，振蕩電路7的負(fù)阻|-Rn|等于石英振蕩器等效電阻Re就足夠。Techno出版的Shotaro Okano撰寫(xiě)的“石英頻率器件”對(duì)振蕩電路7的負(fù)阻|-Rn|有描述。
小信號(hào)操作時(shí)負(fù)阻-Rn表示如下-Rn=-gm/{ω2C2(C1+Cπ)} (11)這里C1和C2是電容三點(diǎn)式振蕩電路的負(fù)載電容，而Cπ是晶體管電容。負(fù)阻-Rn正比于gm，為了滿足等式(10)，把穩(wěn)定振蕩青況下互導(dǎo)gm值切換為等于振蕩開(kāi)始時(shí)的值的1/3至1/10。由于互導(dǎo)gm正比于流過(guò)振蕩電路晶體管Q1的電流I0，所以如果有以下等式(起振時(shí)的電流)/(鎖定完成后的電流)=3至10 (12)則互導(dǎo)gm的值就能夠使振蕩電路7在PLL振蕩電路鎖定完成之后執(zhí)行A類操作。
如上所述，本發(fā)明能夠在從時(shí)刻t0至?xí)r刻t2的起振容限期間內(nèi)，在PLL振蕩電路鎖定完成之后的時(shí)刻t1以數(shù)字方式改變互導(dǎo)gm。
振蕩電路7的晶體管Q1在時(shí)刻t0起動(dòng)A類操作，然后在從時(shí)刻t0至?xí)r刻t1的期間內(nèi)從A類操作轉(zhuǎn)換至C類操作，在從時(shí)刻t1至?xí)r刻t2的期間內(nèi)再?gòu)腃類操作返回A類操作。這樣就能夠在不降低起動(dòng)性能的情況下抑制穩(wěn)定狀態(tài)下的諧波分量噪聲的輻射和減小功耗。
以下參看圖12描述本發(fā)明第二實(shí)施例的PLL振蕩電路。
振蕩電路7由電阻R11至R13和晶體管Q11、Q12組成。電流源102由電阻R14、R15和晶體管Q13至Q16組成。晶體管Q16根據(jù)端子M的邏輯起開(kāi)關(guān)的作用。晶體管Q13至Q15組成電流鏡電路。還有，晶體管Q12和Q14也組成另一電流鏡電路。這一結(jié)構(gòu)通過(guò)減小流過(guò)振蕩電路7的晶體管Q11的電流I5就能夠切換互導(dǎo)gm。
當(dāng)電流源102的端子M處于低電平L時(shí)，晶體管Q16處于截止?fàn)顟B(tài)。因此該電流鏡的電流I8不流動(dòng)。這樣就沒(méi)有電流流過(guò)晶體管Q12。于是流過(guò)晶體管Q11的電流I5是I5=I6 (13)相反地，當(dāng)端子M處于高電平H時(shí)，晶體管Q16處于導(dǎo)通狀態(tài)。因此電流I8流過(guò)該電流鏡電路。這樣就使晶體管Q12導(dǎo)通，集電極電流I7流動(dòng)。流過(guò)晶體管Q12的電流I7分走了流過(guò)晶體管Q11的電流I5的一部分，所以可表示如下I5=I6-I7 (14)這樣一來(lái)，類似于圖6的電流源101，當(dāng)D觸發(fā)器9的Q輸出DEFQ處于低電平L時(shí)，電流可表示如下電流=H→gm=H當(dāng)Q輸出DEFQ處于高電平H時(shí)，電流可表示如下電流=L→gm=L以下參看圖13描述本發(fā)明第三實(shí)施例的PLL振蕩電路。
在圖13所示的結(jié)構(gòu)中，振蕩電路7由電阻R22、R23和晶體管Q21至Q23組成。電流源103由電阻R24至R27和晶體管Q24至Q27組成。晶體管Q22和Q24以及Q23和Q26組成了電流鏡電路。因此振蕩電路7的負(fù)載是有源負(fù)載。流過(guò)振蕩電路7的電流和互導(dǎo)gm通過(guò)選擇晶體管的導(dǎo)通來(lái)進(jìn)行切換。
分別根據(jù)端子M和M′的邏輯使電流源103的晶體管Q25和Q27在導(dǎo)通和截止之間進(jìn)行切換。D觸發(fā)器9的Q和Q(橫)輸出分別傳送給端子M和M′。端子M和M′邏輯是彼此互補(bǔ)的。所以，當(dāng)晶體管Q25和Q27的任一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，該電流鏡就使振蕩電路7的有源負(fù)載晶體管Q22和Q23的任一個(gè)導(dǎo)通。
現(xiàn)在假定端子M處于低電平L而端子M′處于高電平H。這樣晶體管Q27導(dǎo)通。于是流動(dòng)的是電流鏡的電流I11，該電流I11還流過(guò)晶體管Q23。流過(guò)晶體管Q21集電極的電流I9是I9=I11(15)相反地，如果假定端子M處于高電平H而端子M′處于低電平L，則晶體管Q25導(dǎo)通，于是流動(dòng)的是電流鏡的基準(zhǔn)電流I10，該電流I10還流過(guò)晶體管Q22。這樣一來(lái)，流過(guò)晶體管Q21集電極的電流I9是I9=I10(16)如果電阻R24大于電阻R25，就可以根據(jù)與適用于圖6所示第一實(shí)施例中的電流源101的邏輯和適用于圖12所示第二實(shí)施例中的電流源102的邏輯相同的邏輯來(lái)切換互導(dǎo)gm。
該P(yáng)LL振蕩電路可應(yīng)用于圖所示的無(wú)線電設(shè)備。在這種情況下，用本發(fā)明的PLL振蕩電路代替普通PLL振蕩電路。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在PLL振蕩電路鎖定完成之后對(duì)振蕩電路的電流進(jìn)行了控制及切換，使起振時(shí)的互導(dǎo)gm不同于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的互導(dǎo)gm。這樣就能夠減小穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的諧波分量噪聲，但又不降低起振時(shí)的振蕩起振性能。
還有，根據(jù)本發(fā)明，由于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的電路電流比起振時(shí)的電路電流小，所以還能夠減小功耗。
權(quán)利要求
1．鎖相環(huán)(PLL)振蕩電路，包括一第一振蕩電路，產(chǎn)生第一頻率的振蕩信號(hào)，根據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)控制所述第一頻率；一鎖定檢測(cè)器，檢測(cè)所述振蕩信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位鎖定，產(chǎn)生鎖定檢測(cè)信號(hào)；以及一基準(zhǔn)振蕩電路，包括一石英振蕩元件，產(chǎn)生所述基準(zhǔn)信號(hào)，所述基準(zhǔn)振蕩電路的振蕩狀態(tài)根據(jù)所述鎖定檢測(cè)信號(hào)來(lái)控制。
2．權(quán)利要求1的PLL振蕩電路，其中所述基準(zhǔn)振蕩電路包括振蕩產(chǎn)生一第二信號(hào)的一振蕩電路；分頻所述第二信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述基準(zhǔn)信號(hào)的一分頻器；以及一控制電路，該控制電路響應(yīng)一起動(dòng)信號(hào)控制所述振蕩電路，使之以第一互導(dǎo)進(jìn)行振蕩，響應(yīng)所述鎖定檢測(cè)信號(hào)控制所述振蕩電路，使之以比所述第一互導(dǎo)小的第二互導(dǎo)進(jìn)行振蕩。
3．權(quán)利要求2的PLL振蕩電路，當(dāng)所述振蕩電路以所述第一互導(dǎo)進(jìn)行振蕩時(shí)，所述振蕩電路的負(fù)阻的絕對(duì)值是所述石英振蕩元件等效電阻的3到10倍，而當(dāng)所述振蕩電路以所述第二互導(dǎo)進(jìn)行振蕩時(shí)，所述振蕩電路的負(fù)阻的絕對(duì)值等于所述石英振蕩元件的等效電阻。
4．權(quán)利要求2或3的PLL振蕩電路，其中所述振蕩電路包括所述石英振蕩元件；利用所述石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管；以及與所述振蕩晶體管并聯(lián)設(shè)置的、被一控制信號(hào)起動(dòng)的一控制晶體管，其中所述控制電路響應(yīng)所述鎖定檢測(cè)信號(hào)向所述控制晶體管輸出所述控制信號(hào)，減小所述振蕩晶體管的集電極電流，使得所述振蕩晶體管以減小了的集電極電流繼續(xù)執(zhí)行振蕩操作。
5．權(quán)利要求2或3的PLL振蕩電路，其中所述振蕩電路包括所述石英振蕩元件；利用所述石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管；被第一控制信號(hào)起動(dòng)的第一控制晶體管；以及被第二控制信號(hào)起動(dòng)的第二控制晶體管，其中所述控制電路響應(yīng)所述起動(dòng)信號(hào)向所述第一控制晶體管輸出所述第一控制信號(hào)，使所述第一控制晶體管流動(dòng)第一電流作為所述振蕩晶體管的集電極電流，響應(yīng)所述鎖定檢測(cè)信號(hào)向所述第二控制晶體管輸出所述第二控制信號(hào)，使所述第二控制晶體管流動(dòng)第二電流作為所述振蕩晶體管的集電極電流，所述第二電流比所述第一電流小，所述振蕩晶體管以第二電流繼續(xù)執(zhí)行振蕩操作。
6．權(quán)利要求2或3的PLL振蕩電路，其中所述振蕩電路包括所述石英振蕩元件；利用所述石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管，其中所述控制電路響應(yīng)所述起動(dòng)信號(hào)控制所述振蕩晶體管執(zhí)行A類操作、然后執(zhí)行C類操作，響應(yīng)所述鎖定檢測(cè)信號(hào)控制所述振蕩晶體管執(zhí)行所述A類操作。
7．控制使用石英振蕩元件的振蕩電路的振蕩的方法，包括以下步驟響應(yīng)第一信號(hào)起動(dòng)振蕩；增大所述振蕩的振幅；和在從所述第一信號(hào)起的一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)響應(yīng)第二信號(hào)減小所述振蕩的所述振幅。
8．權(quán)利要求7的方法，在該方法中，所述振蕩電路在所述起動(dòng)步驟和所述增大步驟中的互導(dǎo)比其在所述減小步驟中的互導(dǎo)大。
9．權(quán)利要求7的方法，在該方法中，所述振蕩電路包括利用所述石英振蕩元件執(zhí)行振蕩的一振蕩晶體管，其中所述起動(dòng)步驟和所述增大步驟包括向所述振蕩晶體管提供第一集電極電流的步驟，所述減小步驟包括向所述振蕩晶體管提供第二集電極電流的步驟，所述第二集電極電流比所述第一集電極電流小。
10．權(quán)利要求7的方法，在該方法中，所述振蕩電路包括利用所述石英振蕩元件執(zhí)行振蕩的一振蕩晶體管，其中所述振蕩晶體管在所述起動(dòng)步驟中執(zhí)行A類操作，在所述增大步驟中執(zhí)行C類操作，在所述減小步驟中執(zhí)行A類操作。
11．一振蕩電路，包括具有一石英振蕩元件、振蕩產(chǎn)生第一振蕩信號(hào)的一振蕩部分；一控制部分，響應(yīng)第一定時(shí)信號(hào)控制所述振蕩部分以第一互導(dǎo)進(jìn)行振蕩，響應(yīng)第二定時(shí)信號(hào)控制所述振蕩部分以比第一互導(dǎo)小的第二互導(dǎo)進(jìn)行振蕩，所述第二定時(shí)信號(hào)在從所述第一定時(shí)信號(hào)起的一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)被產(chǎn)生。
12．權(quán)利要求11的振蕩電路，在該振蕩電路中，當(dāng)所述振蕩部分以所述第一互導(dǎo)進(jìn)行振蕩時(shí)，所述振蕩部分的負(fù)阻的絕對(duì)值是所述石英振蕩元件等效電阻的3到10倍，而當(dāng)所述振蕩部分以所述第二互導(dǎo)進(jìn)行振蕩時(shí)，所述振蕩部分的負(fù)阻的絕對(duì)值等于所述石英振蕩元件的等效電阻。
13．權(quán)利要求11或12的振蕩電路，其中所述振蕩部分包括利用所述石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管；和與所述振蕩晶體管并聯(lián)設(shè)置的、被一控制信號(hào)起動(dòng)的一控制晶體管，其中所述控制部分響應(yīng)所述第二定時(shí)信號(hào)向所述控制晶體管輸出控制信號(hào)，以減小所述振蕩晶體管的集電極電流，使得所述振蕩晶體管以減小了的集電極電流繼續(xù)執(zhí)行振蕩操作。
14．權(quán)利要求11或12的振蕩電路，其中所述振蕩部分包括利用所述石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管；被第一控制信號(hào)起動(dòng)的第一控制晶體管；和被第二控制信號(hào)起動(dòng)的第二控制晶體管，其中所述控制部分響應(yīng)所述第一定時(shí)信號(hào)向所述第一控制晶體管輸出所述第一控制信號(hào)，使所述第一控制晶體管流動(dòng)第一電流作為所述振蕩晶體管的集電極電流，響應(yīng)所述第二定時(shí)信號(hào)向所述第二控制晶體管輸出所述第二控制信號(hào)，使所述第二控制晶體管流動(dòng)第二電流作為所述振蕩晶體管的集電極電流，所述第二電流比所述第一電流小，所述振蕩晶體管以第二電流繼續(xù)執(zhí)行振蕩操作。
15．權(quán)利要求11或12的振蕩電路，其中所述振蕩部分包括利用所述石英振蕩元件執(zhí)行振蕩操作的一振蕩晶體管，其中所述控制部分響應(yīng)所述起動(dòng)信號(hào)控制所述振蕩晶體管執(zhí)行A類操作、然后執(zhí)行C類操作，響應(yīng)所述鎖定檢測(cè)信號(hào)控制所述振蕩晶體管執(zhí)行所述A類操作。
16．權(quán)利要求11的振蕩電路，其中所述振蕩部分被應(yīng)用于鎖相環(huán)(PLL)振蕩電路，并且其中所述第一定時(shí)信號(hào)是起動(dòng)信號(hào)，所述第二定時(shí)信號(hào)是表示所述PLL電路鎖定狀態(tài)的鎖定檢測(cè)信號(hào)。
17．權(quán)利要求16的振蕩電路，其中所述PLL電路被應(yīng)用于無(wú)線電設(shè)備。
全文摘要
鎖相環(huán)(PLL)振蕩電路包括第一振蕩電路(1、2、3、5、6)、鎖定檢測(cè)器(8)和基準(zhǔn)振蕩電路(4、7、9、10)。該第一振蕩電路產(chǎn)生具有第一頻率的振蕩信號(hào),并根據(jù)基準(zhǔn)信號(hào)控制該第一頻率。該鎖定檢測(cè)器檢測(cè)該振蕩信號(hào)和該基準(zhǔn)信號(hào)之間的相位鎖定,產(chǎn)生鎖定檢測(cè)信號(hào)。該基準(zhǔn)振蕩電路包括一石英振蕩元件,產(chǎn)生該基準(zhǔn)信號(hào)。該基準(zhǔn)振蕩電路的振蕩狀態(tài)根據(jù)該鎖定檢測(cè)信號(hào)來(lái)控制。
文檔編號(hào)H03L7/18GK1237034SQ9910754
公開(kāi)日1999年12月1日 申請(qǐng)日期1999年4月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月17日
發(fā)明者吉岡健治 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社