專利名稱：使用對(duì)偶模數(shù)交錯(cuò)的鎖相環(huán)噪聲濾波的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎖相環(huán)(PLL)。
背景技術(shù)：
實(shí)際上，所有現(xiàn)代信號(hào)發(fā)生器和無(wú)線通信設(shè)備都廣泛使用PLL。圖1表示一種公知PLL。將基準(zhǔn)頻率fin應(yīng)用于相位或相位/頻率檢測(cè)器，其中將根據(jù)PLL的輸出頻率信號(hào)fout導(dǎo)出的反饋信號(hào)應(yīng)用于檢測(cè)器。檢測(cè)器生成一個(gè)誤差信號(hào)，利用環(huán)路濾波器過(guò)濾誤差信號(hào)。將環(huán)路濾波器的輸出信號(hào)應(yīng)用于電壓可控振蕩器(VCO)，后者生成輸出頻率信號(hào)fout。通常，一個(gè)可編程除以N計(jì)數(shù)器劃分輸出頻率信號(hào)fout，以生成一個(gè)應(yīng)用于檢測(cè)器的較低頻率信號(hào)。這樣，生成一個(gè)為基準(zhǔn)頻率若干倍的輸出頻率信號(hào)。通常用CMOS實(shí)現(xiàn)除以N計(jì)數(shù)器。
然而，在甚高頻(如蜂窩無(wú)線電話中使用的頻率)，很快超過(guò)最快速CMOS電路的速度能力。在本例中，通常使用對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子，其中一個(gè)分配模數(shù)(P)與另一個(gè)分配模數(shù)(P-1)之間的差值為1。在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，高速(如，ECL)對(duì)偶模數(shù)計(jì)數(shù)器后跟一個(gè)低速(如，CMOS)可編程計(jì)數(shù)器。低速計(jì)數(shù)器控制經(jīng)由模數(shù)控制信號(hào)MC，控制對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子中的哪個(gè)模數(shù)在給定時(shí)間內(nèi)有效。通過(guò)使用許多模數(shù)，獲得所有范圍內(nèi)的有效除數(shù)。
圖3表示此類電路的一種構(gòu)造，其中對(duì)偶計(jì)數(shù)器后跟一對(duì)低速(如，CMOS)可編程計(jì)數(shù)器。在圖3的電路中，基準(zhǔn)頻率和輸出頻率的關(guān)系為f＝N·fin＝(QP+R)fin＝((Q-R)P+R(P+1))fin其中Q為整除N/P的商，R為整除N/P的余數(shù)。值Q用于預(yù)置“十位”計(jì)數(shù)器(如此稱謂的原因在于其作用是乘以模數(shù)P)，而R用于預(yù)置“一位”計(jì)數(shù)器(其作用不是乘以模數(shù))。值Q必須大于等于值R。借助以上限制，為保證連續(xù)覆蓋使用以上電路的可能整數(shù)除數(shù)N而實(shí)現(xiàn)的最小標(biāo)度比通常為P(P-1)。
例如，假定使用10/11對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子(P＝10)，并且所需輸出頻率為基準(zhǔn)頻率的197倍。通過(guò)使用上述公式，Q可以為19，R可以為7。(注意，R＜P總是成立。)將以上各值預(yù)置到各計(jì)數(shù)器中。通過(guò)將一個(gè)非零值加載到R計(jì)數(shù)器中，在循環(huán)開(kāi)始時(shí)，將對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子設(shè)置為除以P+1。(由基準(zhǔn)頻率的倒數(shù)確定循環(huán)周期。)對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子的輸出對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)。當(dāng)R計(jì)數(shù)器為零時(shí)，停止計(jì)數(shù)，并將對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子設(shè)置為除以P。然后僅對(duì)Q計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)。圖4表示此類循環(huán)。當(dāng)Q計(jì)數(shù)器為零時(shí)，再次將初始值加載到計(jì)數(shù)器中，并且下一個(gè)循環(huán)開(kāi)始。
在以上電路中，用于控制對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子模數(shù)控制信號(hào)可能在基準(zhǔn)信號(hào)的頻帶內(nèi)產(chǎn)生大量噪聲，其原因在于模數(shù)信號(hào)的周期等于PLL基準(zhǔn)信號(hào)的周期。正如圖3所示，也許寄生電容將該噪聲耦合到VCO輸入，從而引起頻率波動(dòng)。另外，將該噪聲輸入到對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子中，會(huì)引起預(yù)引比例因子的輸入阻抗變化，導(dǎo)致VCO附近的頻率牽引。正如圖3中的虛線所示，為了減輕頻率牽引，可以緩沖到達(dá)對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子的VCO的輸出信號(hào)。上述緩沖處理增加了PLL的尺寸和復(fù)雜性。使用各種過(guò)濾策略來(lái)解決上述噪聲問(wèn)題。上述問(wèn)題的有效的、低成本的解決方案仍然是一個(gè)長(zhǎng)期存在的需要。

發(fā)明內(nèi)容
一般而言，本發(fā)明通過(guò)交錯(cuò)除法模數(shù)，在使用對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子的PLL內(nèi)實(shí)現(xiàn)噪聲傳播。在給定周期內(nèi)，不是連續(xù)計(jì)算“一位”和“十位”。而是交錯(cuò)一位和十位。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，對(duì)R計(jì)數(shù)加倍，然后在高狀態(tài)和低狀態(tài)之間反轉(zhuǎn)R計(jì)數(shù)器的輸出。(Q計(jì)數(shù)器保持不變。)在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，根據(jù)比率q∶r交錯(cuò)一位和十位。通過(guò)按上述方式交錯(cuò)模數(shù)，達(dá)到在更廣的頻率范圍內(nèi)傳播對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子的輸出信號(hào)產(chǎn)生的噪聲的目的。從而特別在基準(zhǔn)頻率的頻帶內(nèi)，大大降低預(yù)引比例因子噪聲電平。


通過(guò)連同附圖閱讀以下說(shuō)明，將更加理解本發(fā)明。其中附圖為圖1是使用除以N計(jì)數(shù)器的常規(guī)PLL的框圖；圖2是使用對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子的常規(guī)PLL的框圖；圖3是圖2所示電路的一種實(shí)現(xiàn)方式的詳細(xì)框圖；圖4是一個(gè)時(shí)序圖，表示圖2的PLL的操作；圖5表示根據(jù)本發(fā)明之某一實(shí)施方式的本發(fā)明的原理；圖6是根據(jù)本發(fā)明之某一方面的PLL的框圖；圖7是一個(gè)時(shí)序圖，表示圖6的PLL的操作；圖8是一個(gè)波形，表示使用常規(guī)PLL電路的噪聲電平；以及圖9是一個(gè)波形，表示使用本PLL電路的噪聲電平。
具體實(shí)施例方式
通過(guò)改變復(fù)雜化程度和復(fù)雜性，可以以各種方式應(yīng)用本發(fā)明的模數(shù)交錯(cuò)技術(shù)。圖5表示一種簡(jiǎn)單但有效的模數(shù)交錯(cuò)實(shí)現(xiàn)方式。在該實(shí)現(xiàn)方式中，保持Q計(jì)數(shù)和Q計(jì)數(shù)器不變。將R計(jì)數(shù)加倍，并反轉(zhuǎn)R計(jì)數(shù)器。例如，當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出保持低狀態(tài)達(dá)15個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)，R計(jì)數(shù)通常為15，則將該計(jì)數(shù)加倍為30。反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器輸出，即低狀態(tài)1個(gè)計(jì)數(shù)，高狀態(tài)1一個(gè)計(jì)數(shù)，低狀態(tài)1個(gè)計(jì)數(shù)等，而不是連續(xù)保持低狀態(tài)。總體結(jié)果與常規(guī)情況相同—再次參考上式，其目的是利用2R/2代替R。其區(qū)別在于，向上移動(dòng)模數(shù)控制信號(hào)的能譜，以遠(yuǎn)離PLL基準(zhǔn)頻率。如果需要的話，也可以對(duì)Q采取相同方法。一般而言，可以利用mR/m代替R(以及Q，如果需要的話)，其中m為預(yù)引比例因子的模數(shù)的數(shù)目。對(duì)于對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子，m＝2。
在其他結(jié)構(gòu)中，如果能夠在模數(shù)控制信號(hào)內(nèi)控制脈沖的分布，則是有利的?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6，該圖表示根據(jù)本發(fā)明之另一種實(shí)施方式的PLL電路的框圖。與圖2的PLL電路相比，通過(guò)分別增加一個(gè)r計(jì)數(shù)器和一個(gè)q計(jì)數(shù)器，修改R計(jì)數(shù)器和Q計(jì)數(shù)器。合成R計(jì)數(shù)器同時(shí)計(jì)算R個(gè)總計(jì)數(shù)r。合成Q計(jì)數(shù)器同時(shí)計(jì)算Q個(gè)總計(jì)數(shù)q。根據(jù)典型實(shí)施方式，該裝置的操作方式如下。
正如在現(xiàn)有技術(shù)電路中那樣，通過(guò)將一個(gè)非零值加載到R計(jì)數(shù)器中，在循環(huán)開(kāi)始時(shí)，將對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子設(shè)置為除以P+1。對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子的輸出對(duì)兩個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)。當(dāng)r計(jì)數(shù)器為零時(shí)，R計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，并將對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子設(shè)置為除以P。然后僅對(duì)Q計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)。當(dāng)q計(jì)數(shù)器為零時(shí)，再次將初始值r和q加載到計(jì)數(shù)器中，并且下一個(gè)子循環(huán)開(kāi)始。在最后一個(gè)子循環(huán)期間，R計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零，此后Q計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零。圖7表示上述操作，其中(R，r)＝(7，1)且(Q，q)＝(8，1)。請(qǐng)注意，r和q無(wú)需為1，其唯一要求是R≤Q，r≤R，且q≤Q。(r＝R且q＝Q表示常規(guī)操作方法。)通過(guò)比較圖8和圖9，可以觀察本發(fā)明的模數(shù)交錯(cuò)技術(shù)的噪聲傳播效果。圖8表示根據(jù)圖3和圖4的傳統(tǒng)模數(shù)控制設(shè)置的模數(shù)控制線上存在的信號(hào)的能量。除零赫茲外，第一個(gè)噪聲峰值的噪聲容限約為-5dbm。圖9表示根據(jù)圖6和圖7的本發(fā)明模數(shù)控制設(shè)置的模數(shù)控制線上存在的信號(hào)的能量。除零赫茲外，第一個(gè)噪聲峰值的噪聲容限約為-25dbm。因此，本例將基準(zhǔn)頻率的模數(shù)控制信號(hào)的噪聲降低20dB，這大大減輕了現(xiàn)有技術(shù)中遇到的噪聲問(wèn)題。請(qǐng)注意，該方法并不需要任何附加元件或額外的過(guò)濾處理。因此，本質(zhì)上不會(huì)增加體現(xiàn)本發(fā)明的PLL電路的成本。另外，可以放松或取消VCO輸出信號(hào)的緩沖處理要求。另外請(qǐng)注意，可以將以上交錯(cuò)處理輕易擴(kuò)展到諸如3模數(shù)和4模數(shù)預(yù)引比例因子之類的高階多模預(yù)引比例因子處理。
一般技術(shù)人員可以理解，可以以其他特定方式體現(xiàn)本發(fā)明而并不背離其實(shí)質(zhì)和本質(zhì)特征。因此，無(wú)論從那一點(diǎn)來(lái)看，所公開(kāi)的實(shí)施方式都是說(shuō)明性的，而不是限制性的。由附屬權(quán)利要求書而不是由上述說(shuō)明定義本發(fā)明的范圍，并且權(quán)利要求書包含其等價(jià)含義和范圍內(nèi)的所有更改。
權(quán)利要求
1.一種操作具有至少一個(gè)模數(shù)P并且通過(guò)計(jì)算所應(yīng)用的頻率信號(hào)之躍遷進(jìn)行控制的多模數(shù)預(yù)引比例因子的方法，包括確定除法操作N/P的至少一個(gè)整數(shù)部分Q和一個(gè)余數(shù)部分R，其中所需輸出頻率為輸入基準(zhǔn)頻率的N倍；在至少一部分模數(shù)控制信號(hào)中，在高狀態(tài)和低狀態(tài)之間交替模數(shù)控制信號(hào)，以至在給定狀態(tài)內(nèi)模數(shù)控制信號(hào)保存的最大計(jì)數(shù)小于R。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括對(duì)每個(gè)計(jì)數(shù)均在各狀態(tài)之間反轉(zhuǎn)模數(shù)控制信號(hào)。
3.一種多模數(shù)預(yù)引比例因子和有關(guān)控制電路，通過(guò)計(jì)算所應(yīng)用的頻率信號(hào)的躍遷進(jìn)行操作，包括第一計(jì)數(shù)器，包括用于存儲(chǔ)第一預(yù)置計(jì)數(shù)和用于計(jì)算所應(yīng)用頻率之躍遷的裝置；以及第二計(jì)數(shù)器，包括用于存儲(chǔ)第二預(yù)置計(jì)數(shù)和用于計(jì)算所應(yīng)用頻率之躍遷的裝置；其中在計(jì)算預(yù)置計(jì)算期間，至少一個(gè)計(jì)數(shù)器生成一個(gè)躍遷許多次的輸出信號(hào)。
4.一種操作多模數(shù)預(yù)引比例因子的方法，包括以周期為基礎(chǔ)控制至少一個(gè)第一模數(shù)和第二模數(shù)之間的選擇，以至在該周期期間，預(yù)引比例因子在該周期的第一部分中用第一模數(shù)除以所應(yīng)用的頻率信號(hào)，而在該周期的第二部分中用第二模數(shù)除以所應(yīng)用的頻率信號(hào)；以及以子周期為基礎(chǔ)控制至少一個(gè)第一模數(shù)和第二模數(shù)之間的選擇，以至在該子周期期間，預(yù)引比例因子在該子周期的第一部分中用第一模數(shù)除以所應(yīng)用的頻率信號(hào)，而在該子周期的第二部分中用第二模數(shù)除以所應(yīng)用的頻率信號(hào)。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述周期包括許多子周期。
6.一種操作鎖相環(huán)的方法，鎖相環(huán)接收一個(gè)基準(zhǔn)頻率并生成一個(gè)輸出頻率，該鎖相環(huán)包括一個(gè)多模數(shù)預(yù)引比例因子，該方法包括以下步驟確定所需輸出頻率的周期的第一部分，由輸入頻率的倒數(shù)定義周期，在第一部分內(nèi)使用第一模數(shù)，并確定該周期的第二部分，在第二部分內(nèi)使用第二模數(shù)；以及控制以上模數(shù)，以致在一個(gè)周期內(nèi)多次改變模數(shù)，從而獲得所需輸出頻率。
7.一種用于多模數(shù)預(yù)引比例因子的控制電路，包括一個(gè)第一計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器同時(shí)計(jì)算R個(gè)總計(jì)數(shù)r；一個(gè)第二計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器同時(shí)計(jì)算Q個(gè)總計(jì)數(shù)q；以及一個(gè)控制電路，該電路依次重復(fù)選擇用于r計(jì)數(shù)的第一模數(shù)和用于q計(jì)數(shù)的第二模數(shù)。
8.一種鎖相環(huán)，包括一個(gè)基準(zhǔn)頻率信號(hào)；一個(gè)與基準(zhǔn)頻率信號(hào)相連的檢測(cè)器；一個(gè)與檢測(cè)器的輸出信號(hào)相連的環(huán)路濾波器；一個(gè)與環(huán)路濾波器的輸出信號(hào)相連的可控振蕩器，可控振蕩器生成一個(gè)輸出頻率；以及一個(gè)頻率除法電路，該電路響應(yīng)輸出頻率信號(hào)，生成一個(gè)應(yīng)用于檢測(cè)器反饋信號(hào)，該頻率除法電路包括一個(gè)多模數(shù)預(yù)引比例因子；一個(gè)第一計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器同時(shí)計(jì)算R個(gè)總計(jì)數(shù)r；一個(gè)第二計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器同時(shí)計(jì)算Q個(gè)總計(jì)數(shù)q；以及一個(gè)控制電路，該電路依次重復(fù)選擇用于r計(jì)數(shù)的第一模數(shù)和用于q計(jì)數(shù)的第二模數(shù)。
全文摘要
一般而言,本發(fā)明通過(guò)交錯(cuò)除法模數(shù),在使用對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子的PLL內(nèi)實(shí)現(xiàn)噪聲傳播。在給定周期內(nèi),不是連續(xù)計(jì)算“一位”和“十位”。而是交錯(cuò)一位和十位。在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中,對(duì)R計(jì)數(shù)加倍,然后在高狀態(tài)和低狀態(tài)之間反轉(zhuǎn)R計(jì)數(shù)器的輸出。(Q計(jì)數(shù)器保持不變。)在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中,根據(jù)比率q∶r交錯(cuò)一位和十位。通過(guò)按上述方式交錯(cuò)模數(shù),達(dá)到在更廣的頻率范圍內(nèi)傳播對(duì)偶模數(shù)預(yù)引比例因子的輸出信號(hào)產(chǎn)生的噪聲的目的。從而特別在基準(zhǔn)頻率的頻帶內(nèi),大大降低預(yù)引比例因子噪聲電平。
文檔編號(hào)H03L7/197GK1371549SQ00812059
公開(kāi)日2002年9月25日 申請(qǐng)日期2000年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月29日
發(fā)明者布賴恩·桑德, 小厄爾·W·麥丘恩 申請(qǐng)人:特羅皮亞恩公司