專利名稱：包括鎖相環(huán)路和增量求和調(diào)制器的無線電發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供無線電遠(yuǎn)程通信中使用的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種適用于既可以采用恒定又可以采用不恒定包絡(luò)調(diào)制方案的移動式發(fā)射機(jī)使用的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)。
在移動通信市場上存在著一種朝著制造更小、更低成本設(shè)備的方向發(fā)展的趨勢，該設(shè)備具有實施多模式操作的能力，既支持恒定又支持非恒定包絡(luò)調(diào)制方案。這樣的設(shè)備多半是通過在硅柵上集成多個收發(fā)信機(jī)部分而獲取的，并且最好是在該集成電路內(nèi)包括多樣的電壓可控振蕩器(VCO)。然而，在硅柵上集成振蕩器很可能導(dǎo)致增加控制電壓靈敏度的不確定的允許誤差，并且在集成振蕩器中將很難測量這個靈敏度。通過利用一個具有可調(diào)的控制電壓增益的振蕩器也許可以克服這個問題，但是這樣的一個可變增益振蕩器將嚴(yán)重地?fù)p害合成器性能。
如上文提到的多模式操作指的是，具有既支持恒定又支持不恒定幅度包絡(luò)調(diào)制方案的能力。所有的調(diào)制方案可以在具有由調(diào)制矢量表示的載波的瞬時振幅和相位的被稱為星座圖的復(fù)合圖上表示。對于恒定包絡(luò)方案該圖的所有點(diǎn)將離中心是等距離的。但是，對于非恒定包絡(luò)調(diào)制系統(tǒng)會有趨近該圖中心的軌跡。該調(diào)制信號的相位將由該調(diào)制矢量與該圖中心的角度表示。這個角度的變化速率表示產(chǎn)生的調(diào)相信號的帶寬。隨調(diào)制矢量的軌跡趨近該中心、以上描述的角度的變化速率，因此對于恒定包絡(luò)方案調(diào)制帶寬將增加。
直到最近，大多數(shù)數(shù)字無線電通信設(shè)備使用等幅相位調(diào)制方案，諸如高斯最小移頻鍵控(以下簡稱GMSK)，以及頻率調(diào)制，諸如高斯移頻鍵控(以下簡稱GFSK)。就其發(fā)射機(jī)必要條件而言GFSK不是特別關(guān)鍵的，因此可能使用簡單的結(jié)構(gòu)(例如在發(fā)射的期間，以空閑的運(yùn)行方式使用具有發(fā)射振蕩器的合成的LO單環(huán)路PLL)。但是，與此相反，使用相位調(diào)制方案諸如GMSK的無線通信系統(tǒng)在發(fā)射結(jié)構(gòu)必要條件中總而言之是更精確的，因此簡單的GFSK發(fā)射結(jié)構(gòu)是不適合的。
為了提供適當(dāng)?shù)腉MSK收發(fā)信機(jī)，用于GMSK調(diào)制方案的初始發(fā)射結(jié)構(gòu)包括繼上變頻之后在IF調(diào)制到RF。這要求第一流的和有損耗的濾波器放置在發(fā)射機(jī)后面，保護(hù)RX頻帶防止噪音在該發(fā)射機(jī)的輸出端出現(xiàn)。依靠使用鎖相環(huán)的使用相位調(diào)制的恒定包絡(luò)無線電通信設(shè)備的后續(xù)演化，如在

圖1的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中所示，下面將更詳細(xì)地描述。
圖1示出一個如在專利US5511236中描述的現(xiàn)有技術(shù)上變頻環(huán)路調(diào)制器，而且它是目前遍及該行業(yè)被普遍使用的。Tx的輸出頻率由下面公式確定TXout=Flo1+Flo2·NlNr]]>這里Nr是基準(zhǔn)分頻器(3)的分頻比，以及Nl是IF分頻器(13)的分頻比。相位檢測器(4)確保分頻器輸出3和13保持在相同頻率上。為了驅(qū)動數(shù)字邏輯線路，來自基準(zhǔn)晶體Lo1的每個合成的第一(Lo1(9))和第二(Lo2(1))本機(jī)振蕩器信號，由一個電平調(diào)節(jié)器(2)變換為電平。Lo1(9)未在發(fā)射機(jī)輸出頻率上，因此對PA同步效應(yīng)不敏感，以及低帶寬大分頻比合成器一般地是在現(xiàn)有技術(shù)中使用，Lo1主要是設(shè)置成確定該輸出頻率。調(diào)制由模擬IQ調(diào)制器(12)在反饋環(huán)內(nèi)在IF上施加。IF被依次利用一個下轉(zhuǎn)換混頻器(8)產(chǎn)生。在調(diào)制以后，IF被送到在除法之后的相位檢測器。該相位檢測器經(jīng)由確定環(huán)路動態(tài)的環(huán)路濾波器(6)控制TX LO(7)。TX LO用于產(chǎn)生發(fā)射信號，該信號依次驅(qū)動功率放大器和天線。IF(10)濾波器消除殘余的混頻成分，以及調(diào)制后濾波器(11)消除來自調(diào)制器輸出的殘余信號。
必須有足夠的PLL頻帶寬度以無失真地傳送在(12)引進(jìn)的調(diào)制給TX振蕩器(7)。在該環(huán)路中存在很多的模擬階段，其中每個將降低該調(diào)制的相位精確度。響應(yīng)調(diào)制的PLL將增加額外的總體退化。最后的結(jié)果是一個具有在模擬組件上作為制造公差結(jié)果擴(kuò)展的高的剩余相位誤差。該P(yáng)LL是一個具有開環(huán)響應(yīng)的負(fù)反饋環(huán)路，由下面的公式確定Hol(s)=Kpd·LF(s)·Kvcos·1Nl]]>這里Kpd是相位檢測器增益，Kvco是vco控制信號增益，此后稱為Kvco，從屬于實際上的制造擴(kuò)展。大的設(shè)計余量必須允許確保鎖定時間，和滿足噪音目標(biāo)。這個結(jié)構(gòu)起一個對于在RX頻帶中的發(fā)射分量有效濾波器的作用，但是也具有很多值得注意的缺點(diǎn)。尤其是一些如下標(biāo)識的缺點(diǎn)a)由于多個模擬對誤差的影響，增大調(diào)制誤差；b)多個VCO的使用增加了材料消耗，銷售點(diǎn)終端屏幕以及頻率分配問題；c)具有低的基準(zhǔn)比較頻率的合成器的使用增加了切換時間；d)該結(jié)構(gòu)只限于恒定包絡(luò)方案；
e)需要精細(xì)的頻率分配用于多頻帶工作；以及f)對于僅僅需要GFSK的多模式GFSK/GMSK設(shè)備增加復(fù)雜化。
關(guān)于在不恒定振幅包絡(luò)調(diào)制方案中使用現(xiàn)有的GMSK結(jié)構(gòu)，一種這樣的方法是分解基帶調(diào)制為幅度和相位分量。這指的是恒定包絡(luò)調(diào)制結(jié)構(gòu)可用于提供相位分量，以及一個單獨(dú)的幅度調(diào)制電路在TX輸出端使用。以這種方法，恒定包絡(luò)調(diào)制器可被用于雙模式恒定包絡(luò)/非恒定包絡(luò)系統(tǒng)中。但是，如先前描述的，如果目前使用的諸如上變頻環(huán)路的GMSK結(jié)構(gòu)被在多模式發(fā)射機(jī)中使用，對于不恒定包絡(luò)調(diào)制方案需要的增大調(diào)制帶寬可以代表一個重要的問題。如在圖1中實施的，該上變頻環(huán)路結(jié)構(gòu)要求PLL頻帶寬度大體上高于調(diào)制的頻帶寬度，因此規(guī)定了一個針對PLL嚴(yán)格的必要條件。
如在圖1中示出的使用一個上變頻環(huán)路的備選方案是或者回到初始混頻器直接上變頻結(jié)構(gòu)，或者提供一個調(diào)制可以支持增大調(diào)制帶寬的PLL的裝置。
一種這樣的選項是使用雙點(diǎn)調(diào)制。雙點(diǎn)調(diào)制的目的是使整個調(diào)制傳遞功能與PLL傳遞功能無關(guān)。在這種情況下，利用PLL頻帶寬度該調(diào)制帶寬是不受限制的，寬帶寬調(diào)制是可能的。現(xiàn)有技術(shù)的雙重調(diào)制Tx結(jié)構(gòu)在圖2中示出。
圖2示出一個如在US 4052672中公開的現(xiàn)有技術(shù)雙重調(diào)制TX結(jié)構(gòu)。在這種情況下，下轉(zhuǎn)換混頻器和第一本機(jī)振蕩器LO1通過利用分頻器(13)而被刪除了。
參考圖2，作為FM表示的調(diào)制從基帶信源(14)輸出，在徑直輸出到Tx振蕩器(7)控制輸入之前，由求和裝置(18)與PLL環(huán)路濾波器(6)的輸出求和。為了施加此作為由調(diào)制電荷泵(16)調(diào)相的信號給利用求和裝置(17)的相位檢測器輸出(5)，與調(diào)制信號相同的表示被施加于一個積分器(15)。目的是在17的輸出端徹底地消除調(diào)制的所有分量。
使用大的分頻比用于VCO分頻器(13)提高了固有噪聲電平，使使用窄的PLL頻帶寬度以滿足無線電數(shù)字通信系統(tǒng)需要的噪音和誤差矢量成為必需。
使用一個低環(huán)路帶寬需要針對使用這個結(jié)構(gòu)強(qiáng)加嚴(yán)格的限制，由于VCO(7)是處于與天線相同的頻率，因此實際上受拉力影響。同樣，該兩個調(diào)制輸入是利用模擬裝置施加的，因此受產(chǎn)品推廣影響，提出這個不適合的用于諸如要求精度的GMSK的調(diào)制方案。此外，相對于雙點(diǎn)調(diào)制，通常如果該調(diào)制不平等地施加在該環(huán)路中的兩個點(diǎn)，該調(diào)制的剩余分量可能受PLL的傳遞功能影響。該調(diào)制于是將遭受一些失真。另外，一個PLL合成器的普遍的問題是，PLL動態(tài)在PLL中的子區(qū)域的單獨(dú)增益參數(shù)常遭受大的允許偏差擴(kuò)展影響。這將損害噪聲特性和切換時間，其中兩者都是在現(xiàn)代的較高數(shù)據(jù)速率無線電通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵參數(shù)。
在另一個現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中，如果施加恒定包絡(luò)調(diào)制，通常在上變頻環(huán)路中使用的IQ調(diào)制器可以由相位調(diào)制器或者頻率調(diào)制器代替。如果使用相位調(diào)制，通過積分其可以主要被轉(zhuǎn)換為頻率調(diào)制。但是，在頻率調(diào)制器需要的精度中，在相位和頻率調(diào)制之間存在固有的差值。在GFSK的情況下，對頻率偏差的限制是通過使用的特定的傳輸標(biāo)準(zhǔn)的需要設(shè)置的，并且不是特別嚴(yán)格的。對于GMSK調(diào)制，該頻率偏差必須被精確地保持在四分之一數(shù)據(jù)速率水準(zhǔn)上，以防止大的相位誤差。如果使用相位調(diào)制，那么僅有數(shù)字技術(shù)可以在實踐中保證足夠的精度。上述情況也適用于諸如N-PSK或者W-CDMA的非恒定包絡(luò)方案，這里低相位誤差對保持低的誤差矢量大小是必不可少的。一種利用數(shù)字技術(shù)提供足夠的精度的已知的結(jié)構(gòu)在圖3中示出。
圖3示出如在US 4994768中公開的另一個現(xiàn)有技術(shù)調(diào)制結(jié)構(gòu)，它利用一個增量求和(delta-sigma)調(diào)制器作為在PLL內(nèi)的FM調(diào)制裝置。參考圖3，該Tx結(jié)構(gòu)由一個包括已經(jīng)在上文中對于圖1和2描述的同樣的方框(1)至(7)的合成器PLL環(huán)路組成，但是具有分頻器(13)的分頻比N在參考周期乘周期基礎(chǔ)上變化。該增量求和調(diào)制器(24)以在該領(lǐng)域公知的方式重復(fù)取樣和噪音造型該調(diào)制。從存儲器等等中提供一個可編程的恒量P(26)以最靠近的基準(zhǔn)頻率的整數(shù)倍數(shù)偏轉(zhuǎn)該分頻器，而且通過求和裝置(25)增加此至增量求和輸出。第二個可編程的恒量F(22)提供一個分?jǐn)?shù)的偏移給該調(diào)制，通過求和裝置(23)以選擇輸出信道。
該合成器的瞬時頻率由下面的等式確定Fsynth(t)=fmod(t)+(F2w+P)fref]]>這里w是在增量求和部分中的運(yùn)算單元的總線寬度。該增量總和調(diào)制方法的優(yōu)點(diǎn)是1)該調(diào)制是在數(shù)字域中施加，因此精度是隱含在過程中。
2)對于N可以使用低的分頻比，因此基本上減少了對于合成器輸出影響的該相位檢測器和分頻器噪聲。
3)使用噪聲整形導(dǎo)致量子化噪音超出環(huán)路帶寬。
4)雖然量子化噪音可能存在和圍繞在發(fā)射信道中，該電平被完全地確定，因此不受制造擴(kuò)展的影響。
當(dāng)使用GMSK或者非恒量包絡(luò)方案的時候，使用增量求和調(diào)制器允許足夠的精度以保證低的誤差。本發(fā)明的一個基本的特征是，其應(yīng)用是由增量求和調(diào)制器的精度性能組成，如稍后將變得清晰可見的。
使用增量求和調(diào)制方法的缺點(diǎn)僅僅是i)如上所述對于上變頻環(huán)路存在針對PLL環(huán)路帶寬的下限，高的PLL頻帶寬度可能導(dǎo)致在TX輸出端過度的相鄰信道輻射；和ii)由于分量公差，該P(yáng)LL仍然受到在環(huán)路帶寬中大的變化的影響。然而，注意到增量求和調(diào)制器的使用確實保證對于調(diào)制的低頻信息含量的精度。
圖4示出另一個克服上述兩個問題的現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)，并且其在US 5729182中公開。注意在下面的討論中，相同的參考數(shù)字用于涉及相同的特征，這些特征與先前參考圖1、2和3描述的那些結(jié)構(gòu)是通用的。
參考圖4，如同在圖2示出的結(jié)構(gòu)一樣，積分器(15)提供一個調(diào)制，其利用調(diào)制電荷泵(16)在求和裝置(17)減去調(diào)制振蕩器(7)的影響。這描述了一種具有模擬內(nèi)插法的簡化分?jǐn)?shù)N調(diào)制。當(dāng)相位軌跡大于2*π范圍的時候，分頻器N(13)或者遞增或者遞減，以取消或者增加一個vco相位周期給VCO分頻器。為了跟蹤調(diào)制路徑的調(diào)整，以及在PLL中求剩余的最小值，該調(diào)制服從于作為PLL同樣的傳遞功能，并且這兩個在相關(guān)器(20)中通過乘法相關(guān)。如果VCO增益(Kvco)太大，該P(yáng)LL將具有與施加通過PLL傳遞功能濾波器(19)濾波的調(diào)制同相的調(diào)制剩余，并且從相關(guān)器(20)產(chǎn)生一個正相關(guān)值。如果VCO調(diào)制太低，在相關(guān)器(20)的波形將反相，并且產(chǎn)生一個負(fù)相關(guān)。因此，來自相關(guān)器(20)的輸出可以用于或者遞增或者遞減在21中的增益控制器的調(diào)整。在先前的結(jié)構(gòu)上這是一個主要的改進(jìn)，其中PLL環(huán)路帶寬/調(diào)制帶寬鏈路不再強(qiáng)制。因此，PLL環(huán)路帶寬可以選擇以給出在建立時間和相位檢測器/分頻器噪聲成分之間最佳的交替使用。US 5729182也提到從增量求和施加調(diào)制的可能性，但是沒有指出為了確保調(diào)制的精度如何使用該增量求和。如果不使用增量求和，可能需要或者模擬內(nèi)插法或者調(diào)制的某種形式。在模擬內(nèi)插法的情況下，為了獲取分?jǐn)?shù)的N調(diào)制的精度，經(jīng)比較久的時間周期必須獲得相關(guān)。因此，確保相關(guān)器正確操作的必由之路是以濾波器(19)鏡像PLL響應(yīng)。
即使鑒于如上所述相關(guān)方法的上述優(yōu)點(diǎn)，下面的主要問題仍然留存在現(xiàn)有技術(shù)中i)該P(yáng)LL響應(yīng)必須由濾波器(19)鏡像。該P(yáng)LL和其鏡像的響應(yīng)兩者都仍然受如以上討論的生產(chǎn)擴(kuò)展的影響，并且對于不同的頻帶、操作方式等等可能需要進(jìn)一步改變。以濾波器19跟蹤代表主要的實際問題，尤其是如果該發(fā)射機(jī)要集成的話；ii)從相關(guān)器輸入消除直流實際上需要包括一個模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的附加的電路；iii)在VCO增益中的擴(kuò)展將引起在PLL動態(tài)中的擴(kuò)展，它將對來自分頻器和檢測器的PLL建立時間/噪聲成分具有不利影響。這是由于在PLL開環(huán)相位余量中的不確定性，增加閉環(huán)噪聲峰值和延長PLL步進(jìn)響應(yīng)時間。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠高標(biāo)準(zhǔn)地集成，供高度集成的收發(fā)信機(jī)之用的發(fā)射機(jī)電路裝置。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種發(fā)射機(jī)電路裝置，它允許可重復(fù)的調(diào)制精度，以及它允許容納在無線電通信系統(tǒng)中使用多種的調(diào)制格式。
為了滿足上述目的，以及提供不須微調(diào)的精度調(diào)制，本發(fā)明利用一種增量求和調(diào)制器和2點(diǎn)調(diào)制。為了限制PLL的頻帶寬度，必須使用輔助的模擬調(diào)制，這必須被校準(zhǔn)以與增量求和調(diào)制相配。校準(zhǔn)調(diào)制的環(huán)路的微調(diào)是通過壓控振蕩器靈敏度的校正實現(xiàn)的，以通過將在PLL中的殘余調(diào)制與調(diào)制信號輸入相關(guān)而調(diào)制。理論上，該調(diào)制應(yīng)該利用隨PLL響應(yīng)編程的濾波器進(jìn)行濾波。但是，由于PLL響應(yīng)在初始PLL鎖定時不會知道，該調(diào)制相關(guān)環(huán)路尤其可以設(shè)計成無需知道PLL響應(yīng)而能工作。調(diào)制相關(guān)器的動作微調(diào)該調(diào)制和PLL環(huán)路帶寬，而不會妨礙該發(fā)射機(jī)的正常運(yùn)行。
鑒于以上所述，按照本發(fā)明提供一種發(fā)射機(jī)電路裝置，包括一個鎖相環(huán)路和一個可控制的分頻器，鎖相環(huán)路包括串聯(lián)設(shè)置的一個相位檢測器裝置、一個求和裝置以及一個壓控振蕩器，分頻器設(shè)置成反饋一個壓控振蕩器的輸出給相位檢測器的一個輸入；以及一個基帶調(diào)制信源，設(shè)置對應(yīng)于要發(fā)射的信息產(chǎn)生一個調(diào)制信號；所述發(fā)射機(jī)電路裝置其特征在于進(jìn)一步提供了一個調(diào)制相關(guān)電路裝置，設(shè)置成接收所述調(diào)制信號，并且在鎖相環(huán)路中以殘余調(diào)制相關(guān)所述信號，產(chǎn)生一個或多個調(diào)制校正信號；一個增量求和調(diào)制器裝置，設(shè)置成接收所述調(diào)制信號，并且從中產(chǎn)生一個增量求和控制信號；以及一個調(diào)制幅度調(diào)整裝置，設(shè)置成接收調(diào)制信號和調(diào)制校正信號，并且響應(yīng)于此以調(diào)整調(diào)制信號的幅度；其中為了調(diào)制該壓控振蕩器，該調(diào)整的調(diào)制信號被在求和裝置施加于鎖相環(huán)路，產(chǎn)生一個調(diào)制的RF輸出信號；以及為了控制它的分頻比，該增量求和控制信號被施加于可控制的分頻器，借此可控制的分頻器起大體上消除來自在相位檢測器的輸入調(diào)制的RF輸出信號的調(diào)制的作用。
此外，本發(fā)明也提供一種用于在鎖相環(huán)路中產(chǎn)生一個調(diào)制的RF輸出信號的方法，該鎖相環(huán)路包括串聯(lián)設(shè)置的一個相位檢測器，一個求和裝置以及一個壓控振蕩器，以及可控制的分頻器安排以反饋一個壓控振蕩器的輸出給相位檢測器的一個輸入，該方法包括步驟對應(yīng)于要發(fā)射的信息產(chǎn)生一個調(diào)制信號；以及其特征在于進(jìn)一步包括步驟在增量求和調(diào)制器中從調(diào)制信號產(chǎn)生一個增量求和控制信號；施加該調(diào)制信號給求和裝置，以調(diào)制壓控振蕩器，以產(chǎn)生作為所述振蕩器輸出的調(diào)制RF輸出信號；為了控制其分頻比，施加該增量求和控制信號給可控制的分頻器；
在可控制的分頻器中按照分頻器的分頻比分頻該調(diào)制的RF輸出信號；在鎖相環(huán)路中用該調(diào)制信號相關(guān)殘余調(diào)制，該相關(guān)的結(jié)果被用于產(chǎn)生一個調(diào)制校正信號；以及響應(yīng)調(diào)制校正信號，調(diào)整施加于求和裝置的調(diào)制信號；其中所述分頻步驟基本上在相位檢測器的輸入端從RF輸出信號中消除調(diào)制。
該發(fā)射機(jī)電路裝置最好是進(jìn)一步包括一個設(shè)置成產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率信號的基準(zhǔn)頻率信源，該相位檢測器裝置被設(shè)置成在第二輸入端接收所述基準(zhǔn)頻率信號，以及比較基準(zhǔn)頻率信號與來自可控制的分頻器的輸出RF信號，對應(yīng)于在其間的相對相位誤差產(chǎn)生一個相位誤差信號。在一個優(yōu)選實施例中，該相位檢測器裝置進(jìn)一步包括一個電荷泵，響應(yīng)檢測的相位誤差，設(shè)置成提供一定量的電荷，以及進(jìn)一步提供電荷泵調(diào)整裝置，設(shè)置成控制電荷泵以調(diào)整在其中產(chǎn)生的相位誤差信號的幅度，該電荷泵定標(biāo)裝置響應(yīng)由調(diào)制相關(guān)電路裝置產(chǎn)生的電荷泵校正信號。電荷泵的控制進(jìn)一步在鎖相環(huán)路中提供殘余調(diào)制的控制，從而允許可以更準(zhǔn)確地統(tǒng)調(diào)的雙點(diǎn)調(diào)制。
在一個優(yōu)選實施例中，該調(diào)制相關(guān)電路裝置進(jìn)一步包括一個設(shè)置成從相位檢測器裝置接收相位誤差信號的微分器，并且對該信號求微分以給出一個頻率偏差信號。此外，一個高通濾波器設(shè)置成從基帶調(diào)制信源接收調(diào)制信號，濾波該調(diào)制信號以消除所有的低頻分量，以及該濾波的調(diào)制信號經(jīng)由一個相關(guān)器輸出一個主控制信號，相關(guān)器相關(guān)該濾波的調(diào)制信號與頻率偏差信號。然后進(jìn)一步提供控制信號產(chǎn)生裝置，設(shè)置成接收該主控制信號，并且產(chǎn)生至少用于控制調(diào)制幅度調(diào)整裝置的調(diào)制校正信號。在包括電荷泵調(diào)整裝置的優(yōu)選實施例中，該控制信號產(chǎn)生裝置也產(chǎn)生一個電荷泵校正信號，它控制電荷泵以調(diào)整在其中產(chǎn)生的該相位誤差信號。插入一個高通濾波器的本優(yōu)選實施例的調(diào)制相關(guān)電路裝置的一個優(yōu)點(diǎn)是，僅通過相關(guān)高的頻率，對鎖相環(huán)路頻帶寬度的影響被基本上降低，并且與需要長序列的調(diào)制相比較，該相關(guān)器將更迅速地校正誤差，以這種方法，可以獲得雙點(diǎn)調(diào)制更有效的調(diào)準(zhǔn)。
本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是，該鎖相環(huán)路僅由具有基準(zhǔn)和發(fā)射機(jī)振蕩器的單個環(huán)路組成。這是因為一個集成的VCO在調(diào)諧電壓靈敏度中很可能受到相當(dāng)大的允許偏差不確定性，以及使用單個環(huán)路可以減小這樣的不確定性的影響。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是，通過允許使用調(diào)制帶寬大于PLL頻帶寬度，本發(fā)明可以用于提供非恒定包絡(luò)調(diào)制模式的相位調(diào)制的分量。
這可以以與GFSK合成器相比較復(fù)雜化的水平來實現(xiàn)，從而允許一個結(jié)構(gòu)能夠獲取低成本多模式工作。
從下面僅通過舉例以及參考伴隨的附圖呈現(xiàn)的一個特別的優(yōu)選實施例的描述中，本發(fā)明的更多的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯，其中相同的部分由相同的參考數(shù)字表示，并且其中圖1是一個現(xiàn)有技術(shù)上變頻環(huán)路結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是一個現(xiàn)有技術(shù)雙點(diǎn)調(diào)制結(jié)構(gòu)的框圖；圖3是另一個現(xiàn)有技術(shù)用于補(bǔ)償VCO增益變化的結(jié)構(gòu)；圖4是包括一個增量求和調(diào)制器的另一個現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)；圖5是按照本發(fā)明優(yōu)選實施例的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)；
圖6是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的調(diào)制校正電路的一部分的方框圖；以及圖7是按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例的調(diào)制校正電路的另一部分的方框圖。
現(xiàn)在將參考圖5描述本發(fā)明的一個特別的優(yōu)選實施例。
與先前參考圖3和4討論的現(xiàn)有技術(shù)一樣，從圖5中，很明顯本發(fā)明共用一個公共基礎(chǔ)。尤其是，基準(zhǔn)振蕩器1給限幅器2(可選擇的)提供一個基準(zhǔn)頻率信號，限幅器2限制該基準(zhǔn)信號并且饋送該信號給分頻器3(也是可選擇的)，分頻器3然后輸出該基準(zhǔn)信號至相位和頻率檢測器4，該相位和頻率檢測器4形成為本發(fā)明的鎖相環(huán)路的一部分。該相位和頻率檢測器4接收從分頻器13輸出的以調(diào)制信號的形式的第二輸入，其中響應(yīng)來自增量求和調(diào)制器24的控制信號的分頻比是可編程的。該分頻器13對應(yīng)于本發(fā)明的第一個調(diào)制點(diǎn)裝置。到分頻器13的輸入是從環(huán)路發(fā)射機(jī)本地振蕩器(TXLO)7的輸出中獲得的，該環(huán)路發(fā)射機(jī)本地振蕩器7是一個壓控振蕩器。相位和頻率檢測器4檢測在基準(zhǔn)頻率和來自分頻器13的輸出信號之間的相對相位差值，并且輸出一個相位誤差信號給電荷泵5。電荷泵5調(diào)整用于饋給作為低通濾波器配置的環(huán)路濾波器6的信號，該低通濾波的信號然后被饋給對應(yīng)于本發(fā)明的第二調(diào)制點(diǎn)裝置的求和裝置18。
鎖相環(huán)路的調(diào)制被從調(diào)制信源14提供，調(diào)制信源14經(jīng)調(diào)制幅度調(diào)整裝置21直接提供頻率調(diào)制給求和裝置18，以及通過增量求和調(diào)制器24提供頻率調(diào)制給分頻器13。尤其是，來自調(diào)制信源14的調(diào)制輸出被首先在加法器23中與分?jǐn)?shù)的偏移量常數(shù)F求和，總和被送到增量求和調(diào)制器24，其輸出然后被在加法器25中與可編程的基準(zhǔn)偏移量P進(jìn)一步求和。這個進(jìn)一步求和的輸出然后被作為增量求和控制信號送到分頻器13，以提供針對鎖相環(huán)路的第一個調(diào)制點(diǎn)。
將圖5的框圖與現(xiàn)有技術(shù)圖3的框圖相比較，很明顯圖5在調(diào)制幅度調(diào)整裝置21的設(shè)備以及利用電荷泵調(diào)整裝置27的設(shè)備方面不同，電荷泵調(diào)整裝置27配置成調(diào)整從電荷泵5輸出的相位誤差信號。調(diào)制調(diào)整裝置21響應(yīng)一個輸入信號Ka以控制施加的調(diào)整，并且類似地電荷泵調(diào)整裝置27響應(yīng)一個控制輸入信號Ipa以控制施加于相位誤差信號的調(diào)整。信號Ka和Ipa是由本發(fā)明的調(diào)制校正電路產(chǎn)生的，在下面將更詳細(xì)地描述。
由上所述接下去，現(xiàn)在將討論如何保持對于調(diào)制短系列(即HF分量)的精度，以及如何從動態(tài)的環(huán)路中消除VCO增益(Kvco)擴(kuò)展。
為了實現(xiàn)上述的效果，表示為瞬時頻率偏差的調(diào)制經(jīng)調(diào)整裝置(21)被同時施加于TX LO(7)。由控制裝置Ipa從相同的調(diào)準(zhǔn)控制信號推導(dǎo)出的電荷泵電流也被電荷泵調(diào)整裝置(27)改變。以此方式，如果Kvco溢出，F(xiàn)M偏差信號和電荷泵信號可以被調(diào)整以補(bǔ)償。這樣的結(jié)構(gòu)不僅導(dǎo)致校正的調(diào)制，而且PLL的動態(tài)主要單獨(dú)受絕對電荷泵電流變化的影響，并且與在Kvco中的擴(kuò)展無關(guān)。
現(xiàn)在將描述PLL調(diào)準(zhǔn)控制電壓的導(dǎo)出這是為了消除對PLL動態(tài)的依賴而設(shè)計的。本發(fā)明被設(shè)計成對于數(shù)據(jù)速率大于PLL帶寬的情況最有效。通過僅相關(guān)高的頻率，對PLL帶寬的影響被基本上降低了，并且與如果需要長序列的調(diào)制相比較，該相關(guān)器將更迅速地校正誤差。這將減少對于用于VCO增益調(diào)整值的存儲器裝置的需要量。為了實現(xiàn)這些，本發(fā)明試圖利用所有的裝置實施高通濾波器和反轉(zhuǎn)門的使用，以提取調(diào)制的高頻成分，與使用一個重復(fù)取樣增量求和調(diào)制器一起使調(diào)制的高頻成分以高精度施加于PLL和相關(guān)器，因此盡管僅使用總的調(diào)制輸入的一部分，保持了調(diào)制調(diào)整的精度。
作為在圖(6)中舉例說明的下列描述適用于舉例來說本發(fā)明的優(yōu)選實施例，雖然備選方案實施例是可能的，并且對那些本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。但是，在目前的優(yōu)選實施例中，為了獲得調(diào)準(zhǔn)控制信號Ka和Ipa，調(diào)制的瞬時頻率偏差經(jīng)一個高通濾波器(31)被施加于乘法器(29)的一個輸入端，乘法器(29)是作為相關(guān)器實施的，高通濾波器(31)消除調(diào)制的低頻分量。濾波保證僅調(diào)制的高頻分量被施加于相關(guān)裝置，相關(guān)裝置較少受到PLL動態(tài)的影響。電荷泵輸出(5)是表示在PLL中的相位誤差。這些被在微分器(27)中求微分，以轉(zhuǎn)換其為頻率誤差，并且這些同時提供消除在環(huán)路內(nèi)任何DC偏移量的功能。微分器(27)的輸出通過低通濾波器(28)被施加在乘法器(29)的第二輸入端上，以消除增量求和(24)噪音波形的成分。在相關(guān)器乘法器(29)之后，提供了一個電子開關(guān)(gate)(32)，每當(dāng)出現(xiàn)位反轉(zhuǎn)時其關(guān)閉。當(dāng)出現(xiàn)位重復(fù)的時候，這些很可能受到PLL動態(tài)的影響，因此該電子開關(guān)被打開以阻止它們降低相關(guān)器的有效性。另外，該電子開關(guān)還可以安置在33和34，虛線示出的這些方框表示可選擇的這些位置。此外，在調(diào)制器的輸出端提供了一位延遲(35)，以幫助反轉(zhuǎn)電子開關(guān)的定時。
取決于哪一個最便利，所有的這些功能可以以或者數(shù)字或者模擬方式實施。例如，相關(guān)器濾波器(30)的輸出可以被施加于如圖7所示的一對比較器(36、37)，取決于在相關(guān)中誤差的方向，它或者遞增或者遞減計數(shù)器(38)。這個計數(shù)器僅僅是實施可被用于本發(fā)明積分器的一個方法，以及一個備選裝置是使用標(biāo)準(zhǔn)的模擬或者開關(guān)電容器集成裝置，該選擇通過是否使用硅面積或者啟動時間是優(yōu)選的而設(shè)置。這個向上/向下計數(shù)器通過一個低分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)(34)被轉(zhuǎn)換為一個模擬電壓。該DAC提供調(diào)制校正信號Ka給調(diào)制調(diào)整裝置(21)，以及提供電荷泵校正信號Ipa給電荷泵調(diào)整裝置(27)?？刂菩盘柕恼麄€結(jié)果將調(diào)整施加于VCO調(diào)制的幅度，使得VCO的調(diào)制，以及由于增量求和調(diào)制器在相位檢測器的輸入端互相抵消。以這種方式，獲得一種自動調(diào)整PLL。
從上述的討論中將清晰可見，本發(fā)明綜合了不同的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以給出一個產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的新的組合。但是，除了新的組合之外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)包括兩個在任何有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域中未發(fā)現(xiàn)的附加的特點(diǎn)。這兩個特征是i)使用頻率而不是相位誤差驅(qū)動校正功能；以及ii)使用反轉(zhuǎn)電子開關(guān)。
關(guān)于第一個特征，相位檢測器的輸出被求微分，因此給出瞬時頻率誤差而不是相位誤差。這能夠從相位檢測器的輸出中消除DC偏移量。另一個優(yōu)點(diǎn)是對于所有的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，與可以是沒有限制的相位相反，調(diào)制信號的頻率范圍必須保持在嚴(yán)格限制之內(nèi)。因此，頻率誤差信號具有較好限定的幅度。這改善了相關(guān)器的工作。
關(guān)于第二個特征，使用反轉(zhuǎn)電子開關(guān)消除對調(diào)制的低頻分量的依賴。這消除對PLL的環(huán)路BW的操作的依賴，因此簡化了組件選擇。此外，這將加速校正處理，因此減小存儲系數(shù)需要量。
本發(fā)明的最后結(jié)果是一個發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu)，它的動態(tài)是由在電荷泵電流中的擴(kuò)展和環(huán)路濾波器值確定的，其擴(kuò)展大體上小于VCO增益擴(kuò)展，尤其是如果該振蕩器是被集成的。因此，本發(fā)明代表在目前工藝水平上很大的改善，并且提供了其多個優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射機(jī)電路裝置包括一個鎖相環(huán)路和一個可控制的分頻器，鎖相環(huán)路包括串聯(lián)設(shè)置的一個相位檢測器裝置、一個求和裝置以及一個壓控振蕩器，分頻器設(shè)置成反饋壓控振蕩器的輸出給相位檢測器的輸入；和一個基帶調(diào)制信源，設(shè)置成對應(yīng)于要發(fā)射的信息產(chǎn)生一個調(diào)制信號；所述發(fā)射機(jī)電路裝置其特征在于進(jìn)一步提供了一個調(diào)制相關(guān)電路裝置，設(shè)置成接收所述調(diào)制信號，并且在鎖相環(huán)路中將所述信號與殘余調(diào)制相關(guān)以產(chǎn)生一個或多個調(diào)制校正信號；一個增量求和調(diào)制器裝置，設(shè)置成接收所述調(diào)制信號，并且從中產(chǎn)生一個增量求和控制信號；以及一個調(diào)制幅度調(diào)整裝置，設(shè)置成接收調(diào)制信號和調(diào)制校正信號，并且作為響應(yīng)調(diào)整調(diào)制信號的幅度；其中為了調(diào)制該壓控振蕩器，該調(diào)整的調(diào)制信號在求和裝置處被施加于鎖相環(huán)路，以產(chǎn)生一個調(diào)制的RF輸出信號；以及為了控制其分頻比，該增量求和控制信號被施加于可控制的分頻器，借此可控制的分頻器基本上消除來自在相位檢測器的輸入調(diào)制的RF輸出信號的調(diào)制。
2.按照權(quán)利要求1的發(fā)射機(jī)電路裝置，進(jìn)一步包括一個設(shè)置成產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率信號的基準(zhǔn)頻率信源，所述相位檢測器裝置被設(shè)置成在第二輸入端接收所述基準(zhǔn)頻率信號，以及對應(yīng)于在基準(zhǔn)頻率信號和輸出RF信號之間的相對相位誤差產(chǎn)生一個相位誤差信號。
3.按照權(quán)利要求2的發(fā)射機(jī)電路裝置，其中所述相位檢測器裝置進(jìn)一步包括一個相位誤差檢測裝置，設(shè)置成檢測所述基準(zhǔn)頻率信號和所述輸出RF信號的相對相位；和一個電荷泵，設(shè)置成響應(yīng)該檢測的相位誤差以產(chǎn)生所述相位誤差信號。
4.按照權(quán)利要求3的發(fā)射機(jī)電路裝置，進(jìn)一步包括一個電荷泵調(diào)整裝置，設(shè)置成控制該電荷泵以調(diào)整在其中產(chǎn)生的相位誤差信號的幅度，所述電荷泵調(diào)整裝置響應(yīng)由所述調(diào)制相關(guān)電路裝置產(chǎn)生的電荷泵校正信號。
5.按照權(quán)利要求2至4中任一個所述的發(fā)射機(jī)電路裝置，進(jìn)一步包括一個低通環(huán)路濾波器，設(shè)置成接收所述相位誤差信號，以及輸出一個濾波的相位誤差信號給所述求和裝置作為給所述裝置的輸入。
6.按照先前的權(quán)利要求中任何一個的發(fā)射機(jī)電路裝置，進(jìn)一步包括至少一個存儲裝置，設(shè)置成存儲一個可編程的基準(zhǔn)乘法器常數(shù)P和一個可編程的分頻率偏差移量常數(shù)F；第一加法器，設(shè)置成求和調(diào)制信號和常數(shù)F，并且輸出該結(jié)果給增量求和調(diào)制器；以及第二加法器，設(shè)置成求和增量求和調(diào)制器的輸出和常數(shù)P以給出增量求和控制信號。
7.按照先前的權(quán)利要求中任何一個的發(fā)射機(jī)電路裝置，其中所述調(diào)制相關(guān)電路裝置進(jìn)一步包括一個微分器，設(shè)置成接收相位誤差信號，并且求所述信號的微分以對應(yīng)于在鎖相環(huán)路中的殘余調(diào)制給出一個頻率偏差信號；一個高通濾波器，設(shè)置成接收來自所述基帶調(diào)制信源的調(diào)制信號，以及濾波所述調(diào)制信號以消除所有的低頻分量；一個相關(guān)器，設(shè)置成接收所述頻率偏差信號和所述濾波的調(diào)制信號，以及輸出一個主控制信號；以及控制信號產(chǎn)生裝置，設(shè)置成接收所述主控制信號，并且響應(yīng)于此產(chǎn)生至少所述調(diào)制校正信號。
8.按照權(quán)利要求7的發(fā)射機(jī)電路裝置，其中所述控制信號產(chǎn)生裝置響應(yīng)所述主控制信號也產(chǎn)生所述電荷泵校正信號。
9.按照權(quán)利要求7或者8的發(fā)射機(jī)電路裝置，其中所述調(diào)制相關(guān)電路裝置進(jìn)一步包括一個延遲裝置，設(shè)置成在被饋給所述高通濾波器之前施加1位延遲給來自所述基帶調(diào)制信源的所述調(diào)制信號輸出；和一個設(shè)置在所述相關(guān)器和所述控制信號產(chǎn)生裝置之間的開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置被進(jìn)一步設(shè)置為響應(yīng)從所述基帶調(diào)制信源輸出的反轉(zhuǎn)信號而操作，其中當(dāng)所述反轉(zhuǎn)信號指示一位重復(fù)已經(jīng)發(fā)生的時所述開關(guān)裝置打開，以及當(dāng)所述反轉(zhuǎn)信號指示一位反轉(zhuǎn)已經(jīng)發(fā)生的時所述開關(guān)裝置關(guān)閉。
10.按照權(quán)利要求7或者8的發(fā)射機(jī)電路裝置，其中所述調(diào)制相關(guān)電路進(jìn)一步包括一個延遲裝置，設(shè)置在被饋給所述高通濾波器之前施加1位延遲給從所述基帶調(diào)制信源裝置輸出的所述調(diào)制信號；設(shè)置在所述相位檢測器裝置和所述微分器之間的第一開關(guān)裝置；以及設(shè)置在所述延遲裝置的輸出和所述高通濾波器的輸入之間的第二開關(guān)裝置；其中所述第一和第二開關(guān)裝置被進(jìn)一步設(shè)置為響應(yīng)從所述基帶調(diào)制信源輸出的反轉(zhuǎn)信號而操作，其中當(dāng)所述反轉(zhuǎn)信號表示一位重復(fù)已經(jīng)發(fā)生的時候，所述第一和第二開關(guān)裝置打開，以及當(dāng)所述反轉(zhuǎn)信號表示一位反轉(zhuǎn)已經(jīng)發(fā)生的時候，所述第一和第二開關(guān)裝置關(guān)閉。
11.按照權(quán)利要求7至10中任何一個的發(fā)射機(jī)電路裝置，其中所述調(diào)制相關(guān)電路裝置進(jìn)一步包括一個設(shè)置在所述微分器的輸出和所述相關(guān)器的輸入之間的低通濾波器以低通濾波所述頻率偏差信號。
12.按照權(quán)利要求7至11中任何一個的發(fā)射機(jī)電路裝置，其中所述調(diào)制相關(guān)電路包括一個設(shè)置在到所述控制信號產(chǎn)生裝置輸入端的第二低通濾波器以低通濾波所述主控制信號。
13.按照權(quán)利要求7至12中任何一個的發(fā)射機(jī)電路裝置，其中所述控制信號產(chǎn)生裝置包括第一比較器，設(shè)置成比較一個參考值a與主控制信號，并且當(dāng)所述主控制信號是大于(+a)的時候，輸出一個第一結(jié)果信號；第二比較器，設(shè)置成比較所述參考值a與該主控制信號，并且當(dāng)所述主控制信號是小于(-a)的時候，輸出一個第二結(jié)果信號；一個計數(shù)器，設(shè)置成響應(yīng)所述第一結(jié)果信號遞減，以及響應(yīng)所述第二結(jié)果信號遞增；以及一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)，設(shè)置成產(chǎn)生一個表示所述計數(shù)器值的模擬信號；其中所述調(diào)制校正信號源自于所述DAC的模擬輸出。
14.按照權(quán)利要求13的發(fā)射機(jī)電路裝置，其中所述電荷泵校正信號源自于所述DAC的輸出。
15.按照權(quán)利要求7至14中任何一個的發(fā)射機(jī)電路裝置，其中所述高通濾波器、所述低通濾波器以及所述第二低通濾波器每個分別是數(shù)字、模擬或開關(guān)式電容濾波器中任何一個。
16.按照先前的權(quán)利要求中任何一個的發(fā)射機(jī)電路裝置，其中所述發(fā)射機(jī)電路裝置提供一個相位調(diào)制的輸出。
17.一種在上文中參考附圖描述的發(fā)射機(jī)電路裝置。
18.一種用于在鎖相環(huán)路中產(chǎn)生一個調(diào)制的RF輸出信號的方法，該鎖相環(huán)路包括串聯(lián)設(shè)置的一個相位檢測器，一個求和裝置以及一個壓控振蕩器，以及配置成可控制的分頻器反饋一個壓控振蕩器的輸出給相位檢測器的一個輸入，該方法包括步驟對應(yīng)于要發(fā)射的信息產(chǎn)生一個調(diào)制信號；并且其特征在于進(jìn)一步包括步驟在增量求和調(diào)制器中利用調(diào)制信號產(chǎn)生一個增量求和控制信號；施加該調(diào)制信號給求和裝置，以調(diào)制壓控振蕩器來產(chǎn)生作為所述振蕩器的輸出的調(diào)制的RF輸出信號；為了控制其分頻比，施加該增量求和控制信號給可控制的分頻器；在可控制的分頻器中按照分頻器的分頻比分頻該調(diào)制的RF輸出信號；在鎖相環(huán)路中將該調(diào)制信號與殘余調(diào)制相關(guān)，該相關(guān)的結(jié)果被用于產(chǎn)生一個調(diào)制校正信號；以及響應(yīng)調(diào)制校正信號，調(diào)整施加于求和裝置的調(diào)制信號；其中所述分頻步驟基本上在相位檢測器的輸入端從RF輸出信號中消除調(diào)制。
全文摘要
基于鎖相環(huán)路結(jié)構(gòu)的發(fā)射機(jī)電路結(jié)構(gòu),它使用一種以2點(diǎn)調(diào)制的增量求和調(diào)制器。為了限制該P(yáng)LL的頻帶寬度,采用輔助的模擬調(diào)制,它要求以德耳塔西格瑪調(diào)制調(diào)整。調(diào)制的調(diào)準(zhǔn)是通過PLL壓控振蕩器靈敏度的校正實現(xiàn)的,通過在PLL中的殘余調(diào)制與調(diào)制信號輸入相關(guān)而調(diào)制。調(diào)制相關(guān)器的動作微調(diào)該調(diào)制和PLL環(huán)路帶度,沒有妨礙該發(fā)射機(jī)的正常運(yùn)行,并且允許使用的調(diào)制帶寬大于PLL頻帶寬度。
文檔編號H03L7/197GK1387717SQ0081443
公開日2002年12月25日 申請日期2000年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月22日
發(fā)明者馬丁·威爾遜 申請人:凱迪斯設(shè)計系統(tǒng)公司