專利名稱：鎖相環(huán)頻率產(chǎn)生電路以及使用該電路的接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎖相環(huán)(PLL)頻率產(chǎn)生電路以及使用該電路的接收器。本發(fā)明特別用于低能耗設(shè)備，但不專用于低能耗設(shè)備，例如用于計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中的用電池工作的無線設(shè)備、安全設(shè)備、恒溫器、低功率個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、遙測(cè)系統(tǒng)、用電池工作的網(wǎng)絡(luò)接口，例如藍(lán)牙和無線以太網(wǎng)，以及例如尋呼機(jī)和移動(dòng)電話這樣的個(gè)人通信設(shè)備。
背景技術(shù)：
在低功率無線設(shè)備中的一個(gè)問題是需要為活動(dòng)性而頻繁地檢查無線信道。頻率合成器通常被用于產(chǎn)生本機(jī)振蕩頻率，其在接收器中提供信道選擇。
小的信道間隔是在頻率合成器中用低的比較頻率獲得的。低的比較頻率規(guī)定用于環(huán)路濾波器的最大頻率響應(yīng)。這反過來限制頻率合成器的穩(wěn)定速度。為活動(dòng)性檢查信道所需的能量的大部分被用于等待頻率合成器穩(wěn)定。啟動(dòng)該振蕩器并且等待它穩(wěn)定在正確的頻率需要比該接收器用于確定是否存在信號(hào)所需的時(shí)間還要長(zhǎng)的時(shí)間。用于減少鎖定時(shí)間的現(xiàn)有技術(shù)包括可切換的環(huán)路濾波器，其中在快速穩(wěn)定的短時(shí)間周期之后，環(huán)路濾波器的特性被改變，以給出低的相位噪聲，并且比較頻率高于信道間隔合存器環(huán)路的N分頻合成器被快速地穩(wěn)定。
發(fā)明的公開本發(fā)明的一個(gè)目的是減少在頻率產(chǎn)生電路中的鎖定時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，在此提供一種鎖相環(huán)(PLL)頻率產(chǎn)生電路，其中包括粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置、精確信號(hào)產(chǎn)生裝置、信號(hào)合并裝置，其具有分別連接到粗略和精確信號(hào)產(chǎn)生裝置的輸出端的輸入端以及預(yù)定頻率的輸出端，該預(yù)定頻率包括由粗略和精細(xì)信號(hào)產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的信號(hào)的和。
在該頻率產(chǎn)生的電路的一個(gè)實(shí)施例中，在高電流消耗并且快速穩(wěn)定的粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置之前，低電流消耗并且緩慢穩(wěn)定的精確信號(hào)產(chǎn)生裝置被提前充分地供電，這兩個(gè)電路同時(shí)獲得充分地鎖定。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，在此提供一種接收器，其中包括用于射頻信號(hào)的輸入端，一個(gè)降頻轉(zhuǎn)換電路級(jí)，其具有連接到射頻輸入端的第一輸入端，連接到本機(jī)振蕩信號(hào)的來源的第二輸入端，以及用于降頻轉(zhuǎn)換信號(hào)的一個(gè)輸出端，本機(jī)振蕩信號(hào)的來源包括粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置、精確信號(hào)產(chǎn)生裝置以及信號(hào)合并裝置，其具有分別連接到粗略和精確信號(hào)產(chǎn)生裝置的輸入端以及用于本機(jī)振蕩信號(hào)的輸出端，該本機(jī)振蕩信號(hào)由粗略和精確信號(hào)產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的信號(hào)的和。
美國(guó)專利說明書3,588,732號(hào)中公開一種頻率合成器，其中兩個(gè)鎖相環(huán)(PLL)，其從一個(gè)公共穩(wěn)定的較高頻率源推導(dǎo)出它們的參考頻率，該較高頻率源保證通過對(duì)公共頻率分頻所獲得的參考頻率被鎖相。所選擇的分頻器使得兩個(gè)參考頻率相差相對(duì)較小量的頻率值，例如100Hz。所述電路不同于根據(jù)本發(fā)明所做的頻率產(chǎn)生頻率之處在于來自兩個(gè)鎖相環(huán)的輸出頻率不被相加，以提供輸出頻率。兩個(gè)鎖相環(huán)中的一個(gè)的VCO(壓控振蕩器)產(chǎn)生被提供到應(yīng)用設(shè)備的輸出頻率，并且還把該頻率提供到信號(hào)合并器的第一非反相輸入端。兩個(gè)鎖相環(huán)中的第二個(gè)的VCO被提供到該信號(hào)合并器的反相輸入端，使得兩個(gè)VCO頻率之間的差被提供到兩個(gè)鎖相環(huán)的第一個(gè)的分頻器，這保證其VCO能夠提供小增量數(shù)值的頻率級(jí)。在所述頻率合成器中，在此沒有公開具有可以在不同時(shí)間供電的獨(dú)立精確和粗略鎖相環(huán)電路。
美國(guó)專利說明書5,422,604號(hào)公開一種頻率合成器，其中包括第一和第二鎖相環(huán)合成器，其輸出被合并。為了在改變頻率時(shí)減小不需要的振蕩，第一和第二鎖相環(huán)合成器被操作為使得在兩個(gè)電路級(jí)工作中產(chǎn)生頻率改變量Δf。在第一電路級(jí)中，第一鎖相環(huán)合成器使其頻率f1被Δf所增加變?yōu)?f1+Δf)，并且第二鎖相環(huán)合成器的頻率f2保持不變。在第二電路級(jí)中，第一鎖相環(huán)合成器的頻率被減小Δf再次變?yōu)閒1，并且第二鎖相環(huán)合成器頻率被增加Δf，變?yōu)?f2+Δf)。該引用文獻(xiàn)中沒有公開提供了能夠在不同時(shí)間被供電的粗略和精確鎖相環(huán)頻率合成器，使得它們能夠基本上同時(shí)獲得鎖定。
附圖簡(jiǎn)述下面將通過例子參照附圖描述本發(fā)明，其中

圖1為具有已知本機(jī)振蕩電路的超外差接收器的方框示意圖，圖2為時(shí)間T與表示由圖1中所示的接收器所消耗的電流的電流消耗I之間關(guān)系的曲線圖，圖3為具有根據(jù)本發(fā)明所制成的本機(jī)振蕩電路的零-IF(或者基帶)接收器的方框示意圖，以及圖4為時(shí)間T與表示由圖3中所示的接收器所消耗的電流的電流消耗I之間的曲線圖。
在圖中相同的參考標(biāo)號(hào)被用于表示相應(yīng)的特征執(zhí)行本發(fā)明的方式為了便于描述，參照使用鎖相環(huán)(PLL)頻率產(chǎn)生電路作為用于無線接收器的本機(jī)振蕩器，該接收器可以是超外差或者零-IF接收器，但是應(yīng)當(dāng)知道該頻率產(chǎn)生電路可以用于其它適當(dāng)?shù)膽?yīng)用設(shè)備。
參見圖1，無線接收器包括連接到射頻放大器12的天線10，該射頻放大器連接到由被提供本機(jī)振蕩器LO的混頻器14所構(gòu)成的超外差式降頻轉(zhuǎn)換電路級(jí)。濾波器16被用于從混頻的結(jié)果中選擇所需的IF(中頻)信號(hào)。解調(diào)器18被用于從在濾波器16的輸出端的IF信號(hào)恢復(fù)調(diào)制信號(hào)。
本機(jī)振蕩器LO是常規(guī)的PLL頻率合成器，其中包括響應(yīng)在其輸入端22上的控制電壓提供本機(jī)振蕩信號(hào)fLO的VCO 20。VCO 20的輸出被提供到分頻器24，其用除數(shù)N分頻該頻率fLO。分頻器24的輸出端連接到相位比較器(PC)28的一個(gè)輸入端26。穩(wěn)定參考頻率源30連接到相位比較器28的第二輸入端32。表示在相位比較器的輸入端28和32的信號(hào)之間的頻率差的輸出被提供到一個(gè)低通濾波器34，其積分在輸入端的信號(hào)，以提供施加到VCO 20的輸入端22的控制電壓。
LO電路的操作是眾所周知的，并且相應(yīng)地不對(duì)其進(jìn)行描述。
這種類型的接收器的一個(gè)特殊應(yīng)用是在遙測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)終端單元。這種單元一般按照頻率間隔開啟接收器，以檢查無線信道的通信量，并且特別用于被發(fā)送給它的點(diǎn)到點(diǎn)信息。頻率開啟和關(guān)閉在本領(lǐng)域內(nèi)中稱為“檢錯(cuò)法”。
參見圖2，為了開啟接收器，需要對(duì)本機(jī)振蕩器LO供電，并且等待它穩(wěn)定在正確的頻率，時(shí)間周期t0至t1。該操作需要比接收器確定是否存在信號(hào)所需的時(shí)間，時(shí)間周期t1至t2，更長(zhǎng)，并且如果不存在信號(hào)則再次斷電。
圖3中所示的零-IF(或者基帶)接收器包括連接到RF放大器12的天線，其輸出端連接到由一個(gè)節(jié)點(diǎn)13所表示的信號(hào)分離器。節(jié)點(diǎn)13連接到正交相關(guān)混頻器14、15的信號(hào)輸入端。從本機(jī)振蕩器LO所獲得的本機(jī)振蕩信號(hào)fLO被提供到混頻器15的本機(jī)振蕩器的輸入端，并且通過一個(gè)90度相移器19提供到混頻器15的本機(jī)振蕩器輸入端。來自各個(gè)混頻器14、15的混頻的結(jié)果被提供到低通濾波器16、17，其選擇差分或零-IF結(jié)果信號(hào)。解調(diào)器18連接到低通濾波器16、17，以提取調(diào)制信號(hào)。
本機(jī)振蕩器LO包括兩個(gè)可獨(dú)立控制的鎖相環(huán)頻率合成器FS1和FS2，其輸出頻率被在圖像排斥混頻器36中合并以形成本機(jī)振蕩信號(hào)fLO。
鎖相環(huán)頻率合成器FS1是運(yùn)行在信道頻率或者接近信道頻率的相對(duì)較高電流消耗的電路，并且作為一個(gè)粗略振蕩器。其被限制為在大的頻率級(jí)調(diào)諧，這允許采用高頻合成器比較頻率。這將導(dǎo)致大的環(huán)路帶寬和快速的穩(wěn)定時(shí)間。
鎖相環(huán)頻率合成器FS1包括參考振蕩器30，其產(chǎn)生耦合到相位比較器28的輸入端32的高比較頻率。相位比較器28的輸出端連接到一個(gè)低通濾波器34，其把緩慢改變的控制電壓提供到一個(gè)VCO 20。VCO 20的輸出端連接到圖像排斥混頻器36的輸入端38以及N倍分頻24的輸入端。分頻器24的輸出端連接到相位比較器28的輸入端26，從而完成該鎖相環(huán)。
鎖相環(huán)頻率合成器FS2是運(yùn)行在相對(duì)較低頻率的相對(duì)較低電流消耗的電路，并且作為一個(gè)精確振蕩器。它被限制為在小的頻率級(jí)調(diào)協(xié)，從而給出較慢的環(huán)路穩(wěn)定時(shí)間。
鎖相環(huán)頻率合成器FS2包括產(chǎn)生耦合到相位比較器29的輸入端33的低比較頻率。相位比較器29的輸出端連接到一個(gè)低通濾波器35，其把控制電壓提供給VCO 21。 VCO 21的輸出端連接到圖像排斥混頻器36的輸入端39以及連接到M倍分頻器25的輸入端。分頻器25的輸出端連接到相位比較器29的輸入端27，從而完成該鎖相環(huán)。
VCO 20、21的輸出被在圖像排斥混頻器36中混頻，并且合成結(jié)果給出所需的本機(jī)振蕩頻率fLO。由于粗略和精確頻率被相加，因此可以選擇任何信道頻率。
更特別地為了獲得一個(gè)所需頻率fLO。必須設(shè)置該分頻器24、25的除數(shù)因子N、M。除數(shù)因子N被選擇為把VCO 20調(diào)諧到參考振蕩器30的頻率的最接近倍數(shù)，其低于所需頻率，例如為了使用參考頻率(或者比較頻率)80MHz產(chǎn)生2438.5MHz的所需頻率，N必須被設(shè)置為具有數(shù)值30，從而把粗略的VCO 20調(diào)諧到2400MHz。
2438.5MHz的所需頻率與來自鎖相環(huán)頻率合成器FS1的粗略頻率之間的差必須為來自參考振蕩器31的低比較頻率，例如500kHz，的倍數(shù)。分頻器25的除數(shù)因子M被設(shè)置為數(shù)值77，以使得精確VCO 21調(diào)諧到38.5MHz。
圖像排斥混頻器(image reject mixer)36把2400MHz和38.5MHz的粗略和精確加在一起，以給出2438.5MHz的所需頻率fLO。
控制器42連接到鎖相環(huán)頻率合成器FS1和FS2，以控制它們的通電和斷電，以節(jié)省電能。
參見圖4，控制器42首先在時(shí)間t0對(duì)鎖相環(huán)頻率合成器FS2通電，并且它開始獲得相位鎖定。在時(shí)間t3，鎖相環(huán)頻率合成器FS1被通電，并且因?yàn)樗哂休^高的環(huán)路帶寬，因此它快速獲得相位鎖定。在時(shí)間t4，頻率合成器FS1和FS2已經(jīng)獲得鎖定，并且接收器被啟動(dòng)來“查找”該信道。如果沒有用于接收器的信號(hào)，則它在時(shí)間t2斷電。
比較在圖2和4中的曲線圖下方的面積，由圖3中所示的頻率產(chǎn)生裝置消耗較少的電流。下文的表格小結(jié)給出能量節(jié)約的一個(gè)例子，其可以從在2.4GHz ISM頻帶中的一個(gè)應(yīng)用設(shè)備獲得。圖3的頻率產(chǎn)生裝置估計(jì)比圖1的常規(guī)頻率合成器給出72％的能量節(jié)省。



在本說明書和權(quán)利要求中，在一個(gè)部件之前的詞“一個(gè)”不排除存在多個(gè)這種部件。另外，“包括”這個(gè)詞不排除存在未列出的其它部件或步驟。
從本公開文獻(xiàn)的閱讀中，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)技術(shù)人員將有其它顯而易見的變型。這種變型可能涉及在頻率產(chǎn)生電路及其部件的設(shè)計(jì)、制造和使用中已知的其它特征，并且可能被用于取代或者補(bǔ)充在此已經(jīng)描述的特征。
工業(yè)應(yīng)用性低功耗的無線設(shè)備，例如尋呼機(jī)和移動(dòng)電話以及其所用的集成電路。
權(quán)利要求
1．一種鎖相環(huán)(PLL)頻率產(chǎn)生電路包括粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置、精確信號(hào)產(chǎn)生裝置、信號(hào)合并裝置，其具有分別連接到粗略和精確信號(hào)產(chǎn)生裝置的輸出端的輸入端以及預(yù)定頻率的輸出端，該預(yù)定頻率包括由粗略和精細(xì)信號(hào)產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的信號(hào)的和。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相環(huán)頻率產(chǎn)生電路，其特征在于該粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置包括包含提供一個(gè)輸出頻率的第一壓控振蕩器(VCO)的第一鎖相環(huán)頻率合成器、連接到第一VCO輸出端的第一頻率擴(kuò)縮器、用于把第一擴(kuò)縮器的輸出與第一參考頻率相比較的第一相位比較器，第一相位比較器的輸出提供用于調(diào)諧第一VCO的控制信號(hào)，以及第一參考頻率的頻率與第一擴(kuò)縮器的分頻比率一同被選擇，以使得第一VCO在信號(hào)合并裝置的輸出端產(chǎn)生低于預(yù)定頻率的第一參考頻率的最接近倍頻的一個(gè)頻率。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎖相環(huán)頻率產(chǎn)生電路，其特征在于精確信號(hào)產(chǎn)生裝置包括包含提供一個(gè)輸出頻率的第二壓控振蕩器(VCO)的第二鎖相環(huán)頻率合成器、連接到第二VCO輸出端的第二頻率擴(kuò)縮器、用于把第二擴(kuò)縮器的輸出與第二參考頻率相比較的第二相位比較器，第二相位比較器的輸出提供用于調(diào)諧第二VCO的控制信號(hào)，以及第二參考頻率的頻率與第二擴(kuò)縮器的分頻比率一同被選擇，以提供等于預(yù)定頻率與粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置的頻率之間的頻率差的第二參考頻率的倍頻。
4．根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中所述的鎖相環(huán)頻率產(chǎn)生電路，其特征在于控制裝置用于充分地在對(duì)粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置通電之前對(duì)精確信號(hào)產(chǎn)生裝置供電，使得它們基本上同時(shí)地獲得鎖定。
5．一種接收器，其中包括用于射頻信號(hào)的輸入端、具有連接到射頻輸入端的第一輸入端的降頻轉(zhuǎn)換電路級(jí)、連接到本機(jī)振蕩信號(hào)的來源的第二輸入端、以及用于降頻轉(zhuǎn)換信號(hào)的一個(gè)輸出端，本機(jī)振蕩信號(hào)的來源包括粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置、精確信號(hào)產(chǎn)生裝置以及具有分別連接到粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置和精確信號(hào)產(chǎn)生裝置的輸出端的輸入端以及用于本機(jī)振蕩信號(hào)的輸出端，本機(jī)振蕩信號(hào)包括由粗略和精確產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的信號(hào)之和。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的接收器，其特征在于該粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置包括包含提供一個(gè)輸出頻率的第一壓控振蕩器(VCO)的第一鎖相環(huán)頻率合成器、連接到第一VCO輸出端的第一頻率擴(kuò)縮器、用于把第一擴(kuò)縮器的輸出與第一參考頻率相比較的第一相位比較器，第一相位比較器的輸出提供用于調(diào)諧第一VCO的控制信號(hào)，以及第一參考頻率的頻率與第一擴(kuò)縮器的分頻比率一同被選擇，以使得第一VCO在信號(hào)合并裝置的輸出端產(chǎn)生低于預(yù)定頻率的第一參考頻率的最接近倍頻的一個(gè)頻率。
7．根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的接收器，其特征在于精確信號(hào)產(chǎn)生裝置包括包含提供一個(gè)輸出頻率的第二壓控振蕩器(VCO)的第二鎖相環(huán)頻率合成器、連接到第二VCO輸出端的第二頻率擴(kuò)縮器、用于把第二擴(kuò)縮器的輸出與第二參考頻率相比較的第二相位比較器，第二相位比較器的輸出提供用于調(diào)諧第二VCO的控制信號(hào)，以及第二參考頻率的頻率與第二擴(kuò)縮器的分頻比率一同被選擇，以提供等于本機(jī)振蕩頻率與粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置的頻率之間的頻率差的第二參考頻率的倍頻。
8．根據(jù)權(quán)利要求5、6或7中所述的接收器，其特征在于控制裝置用于充分地在對(duì)粗略信號(hào)產(chǎn)生裝置通電之前對(duì)精確信號(hào)產(chǎn)生裝置供電，使得它們基本上同時(shí)地獲得鎖定。
全文摘要
一種頻率產(chǎn)生電路包括第一精確PLL頻率合成電路(FS2),其消耗較低電流并且緩慢穩(wěn)定,第二粗略PLL頻率合成電路(FS1),其消耗較大電流并且快速穩(wěn)定,以及一個(gè)信號(hào)合并電路(36),用于把第一和第二頻率合成電路的輸出相加合并,以提供最終的輸出頻率。在第二頻率合成電路之前,第一頻率合成電路被充分地供電,使得它們基本上同時(shí)獲得鎖定。整體電流消耗將小于當(dāng)單個(gè)PLL頻率合成器被用于產(chǎn)生最終頻率的情況。
文檔編號(hào)H03L7/08GK1322403SQ00802044
公開日2001年11月14日 申請(qǐng)日期2000年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月24日
發(fā)明者P·R·馬沙 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司