專利名稱：具有噪聲成形高頻脈動的∑－△調(diào)制器控制的鎖相環(huán)的制作方法
領(lǐng)域本公開涉及能在無線通信系統(tǒng)設(shè)備中被實現(xiàn)的頻率合成器，尤其涉及頻率合成器的鎖相環(huán)(PLL)電路。
背景頻率合成器一般被實現(xiàn)在無線通信設(shè)備內(nèi)，所述無線通信設(shè)備發(fā)送和接收編碼的射頻(RF)信號。幾種不同的無線通信技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)，包括頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)以及多種擴頻技術(shù)。一用在無線通信中的公共擴頻技術(shù)是碼分多址(CDMA)信號調(diào)制，其中多種通信在擴頻射頻(RF)信號上被同時發(fā)送。一些已經(jīng)結(jié)合一個或多個無線通信技術(shù)的示例無線通信設(shè)備包括蜂窩無線電話、結(jié)合在可攜帶計算機內(nèi)的PCMCIA卡、裝備有無線通信能力的個人數(shù)字助理(PDA)等等。
無線通信設(shè)備的頻率合成器可以在RF信號接收和RF信號發(fā)送期間被使用。例如，在CDMA調(diào)制信號的RF信號接收期間，接收的RF信號通常被向下混至基帶信號，所述基帶信號能被轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。在向下混過程中，基準(zhǔn)波形由頻率合成器產(chǎn)生，并且用于將RF載波分量從接收信號中移除。基準(zhǔn)波形有時候被稱為本地振蕩器(LO)信號。將RF信號下混至基帶后，基帶信號通常經(jīng)過模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器以產(chǎn)生能被跟蹤及解調(diào)的數(shù)字值。例如，雷克接收機能被用于跟蹤和解調(diào)CDMA系統(tǒng)的多徑信號。幾種不同的CDMA結(jié)構(gòu)已經(jīng)被開發(fā)，諸如包括中頻(IF)部分和RF部分的外差結(jié)構(gòu)，以及不將RF信號首先轉(zhuǎn)換為IF信號而是直接將到來的RF信號轉(zhuǎn)換為基帶信號的零IF結(jié)構(gòu)。根據(jù)此結(jié)構(gòu)，任何數(shù)目的頻率合成器可以被實現(xiàn)以向混頻器提供基準(zhǔn)波形。
頻率合成器在RF信號傳輸期間被使用。這樣，基帶信號被向上混頻至RF。在上混頻過程期間，頻率合成器產(chǎn)生載波RF波形。接著，載波波形在被發(fā)送前與基帶信號混合。頻率合成器可以包括壓控振蕩器(VCO)，其頻率由鎖相環(huán)(PLL)控制和調(diào)節(jié)。PLL的時間基準(zhǔn)通常是高精度低頻率晶體振蕩器，諸如壓控溫度補償晶體振蕩器(VCTCXO)。
鎖相環(huán)(PLL)一般運行通過測量VCO的輸出頻率并且將閉環(huán)反饋提供到VCO的輸入信號。例如，分頻器能被用于按整數(shù)值分頻VCO的輸出信號。被分頻的值接著與較高精度的低頻定時基準(zhǔn)比較。調(diào)節(jié)施加于VCO的輸入電壓，從而使輸出收斂到期望值。
為了提高PLL中分辨率的量，電路被開發(fā)以產(chǎn)生平均的分?jǐn)?shù)分頻因子。例如，分頻器使用的分頻因子能由∑Δ(sigma-delta)調(diào)制器產(chǎn)生。這樣的PLL有時候被稱為∑Δ控制PLL。∑Δ調(diào)制器為每個循環(huán)迭代產(chǎn)生分頻因子，從而平均起來，分?jǐn)?shù)的分頻因子能在PLL中被表示。
為了避免∑Δ控制PLL中的重復(fù)周期，向∑Δ調(diào)制器引入偽隨機信號。偽隨機信號有時候被稱為高頻脈動或高頻脈動信號。引入高頻脈動信號有利于確?！痞ふ{(diào)制器不陷入極限循環(huán)，其中∑Δ調(diào)制器產(chǎn)生的分頻因子以循環(huán)模式開始重復(fù)。
摘要在一實施例中描述了用在無線通信設(shè)備中的頻率合成器。例如，頻率合成器可以包括振蕩器和∑Δ控制鎖相環(huán)(PLL)，所述鎖相環(huán)確定和控制頻率合成器的輸出頻率。
∑Δ控制PLL可以實現(xiàn)高頻脈動信號生成技術(shù)，所述技術(shù)能降低或消除平均頻率偏移(也稱為高頻脈動偏移)的引入。特別地，高頻脈動信號生成器可以從兩個或更多高頻脈動分量產(chǎn)生一高頻脈動信號。至少一個高頻脈動分量可以包括用在產(chǎn)生先前高頻脈動信號中的分量。
例如，產(chǎn)生高頻脈動信號可以包括產(chǎn)生新的高頻脈動分量以及將新的高頻脈動信號減去用在產(chǎn)生先前高頻脈動信號中的分量。以這種方式，基本可以避免平均頻率偏移的引入，因為每次引入新的高頻脈動分量，它都在后面的時鐘周期中被移除。
下面詳細描述的多種實施例和技術(shù)可以用硬件、軟件、固件或任何它們的組合實現(xiàn)。結(jié)合附圖和下面描述其它實施例的附加詳細說明。通過描述和附圖，以及權(quán)利要求書，其它特征、目標(biāo)和優(yōu)點將變得明顯。
附圖的簡要描述

圖1是實現(xiàn)RF信號接收的頻率合成器的無線通信設(shè)備的框圖。
圖2是實現(xiàn)RF信號發(fā)送的頻率合成器的無線通信設(shè)備的框圖。
圖3是示例性頻率合成器，諸如圖1或2中所示出。
圖4是耦合到高頻脈動信號生成器的示例性∑Δ調(diào)制器的框圖。
圖5是能形成∑Δ調(diào)制器的部分的示例性M-N累加器的框圖。
圖6和7是說明與本公開的原理一致的技術(shù)的流程圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述一般，本公開指向用在無線通信設(shè)備中的頻率合成器。頻率合成器包括振蕩器，諸如壓控振蕩器(VCO)和能確定和控制頻率合成器的輸出頻率的鎖相環(huán)(PLL)。PLL包括可變分頻器，所述分頻器用隨時間不同的整數(shù)值分頻VCO的輸出，從而分頻器的平均分頻因子是分?jǐn)?shù)值。VCO的被分頻輸出接著與較高精度的基準(zhǔn)頻率比較，從而能檢測VCO中的誤差并且調(diào)節(jié)VCO頻率。
PLL實現(xiàn)∑Δ調(diào)制器，以便產(chǎn)生隨時間變化的分頻因子。這樣的PLL有時候被稱為∑Δ控制PLL。∑Δ調(diào)制器為每個PLL的迭代產(chǎn)生不同的分頻因子，從而平均起來，分?jǐn)?shù)的分頻因子能在PLL中被表示?！痞ふ{(diào)制器接收表示分頻因子的分?jǐn)?shù)部分的分子及分母以及偽隨機信號，所述偽隨機信號有時候被稱為高頻脈動或高頻脈動信號?！痞ふ{(diào)制器可以累加這些值，以量化每個時鐘周期的分頻因子的分?jǐn)?shù)部分。高頻脈動信號的引入有助于確?！痞ふ{(diào)制器不陷入極限循環(huán)，其中∑Δ調(diào)制器產(chǎn)生的分頻因子以循環(huán)模式開始重復(fù)。
然而平均起來，高頻脈動信號的引入可以導(dǎo)致平均頻率偏移(這里也稱為高頻脈動偏移或平均高頻脈動值)的引入，所述頻率偏移破壞∑Δ控制PLL的有效性，尤其當(dāng)用在無線通信設(shè)備中時，所述無線設(shè)備按照碼分多址CDMA標(biāo)準(zhǔn)或需要高頻率精確度的其它標(biāo)準(zhǔn)運行。由于此原因，按照此公開的原理，向∑Δ調(diào)制器提供高頻脈動信號的高頻脈動信號生成器被配置用于產(chǎn)生具有近似為零的平均值的高頻脈動信號。
下面更加詳細顯示的高頻脈動信號生成器，從新產(chǎn)生的高頻脈動信號分量與用在先前時鐘周期中先前產(chǎn)生的高頻脈動信號分量之間的差別創(chuàng)建輸出信號。換言之，引入∑Δ調(diào)制器的高頻脈動信號包括至少兩個分量新的高頻脈動分量和被減的高頻脈動分量，所述被減的高頻脈動分量用來對消先前時鐘周期的新高頻脈動分量引入的偏移。以這種方式，能向∑Δ調(diào)制器提供高頻脈動信號以避免極限循環(huán)，在所述極限循環(huán)中，∑Δ調(diào)制器產(chǎn)生的分頻因子開始以循環(huán)模式開始重復(fù)。然而平均起來，有高頻脈動的引入造成的頻率偏移可以大致為零，因為每個新高頻脈動信號分量被引入之后，接著又在隨后的時鐘周期中被移除。以這樣的方式，∑Δ控制PLL的性能能在按照一個或多個CDMA標(biāo)準(zhǔn)或者諸如GSM(移動通信的全球系統(tǒng))這樣需要高頻率精確度的其它標(biāo)準(zhǔn)運行的系統(tǒng)中被實現(xiàn)。
圖1和2是分別是包含頻率合成器20A和20B的無線通信設(shè)備10的框圖。頻率合成器20A用于RF信號接收，而頻率合成器20B用于RF信號發(fā)送。頻率合成器20A、20B在結(jié)構(gòu)和操作上基本相似，而且在一些情況下可以是用于RF信號發(fā)送和接收的同一頻率合成器。頻率合成器20A和20B在這里被稱為頻率合成器20。無論它用在接收還是發(fā)送，頻率合成器20可以應(yīng)用下面示出的一個或多個技術(shù)，以改善無線通信設(shè)備10的操作。
圖1的框圖說明了實現(xiàn)零IF結(jié)構(gòu)的示例性無線通信設(shè)備(WCD)10，然而本揭示并不限于這一方面。在一零IF結(jié)構(gòu)中，WCD10直接將進入的RF信號轉(zhuǎn)換為基帶信號，特別地，不首先將RF信號轉(zhuǎn)換為中頻(IF)信號。然而可以理解，這里所描述的技術(shù)可以方便地被應(yīng)用于實現(xiàn)一個或多個頻率合成器的任何結(jié)構(gòu)。
WCD10包括接收得到的進入RF信號的天線12。例如，進入的RF信號可以包括從CDMA基站發(fā)送的碼分多址調(diào)制信號，盡管并不限于此方面。天線12接收的RF信號能由RF接收機14處理，例如，通過使此信號通過低噪放大器(LNA)和一個或多個濾波器。RF信號接著由下混器15下混到基站。特別地，下混器15接收頻率合成器20A產(chǎn)生的相關(guān)波形。頻率合成器20A可以實現(xiàn)∑Δ控制PLL，如這里所述，以控制具有提高的分辨率的輸出信號的頻率。特別地，所述∑Δ控制PLL基本上能消除高頻脈動偏移的引入，所述高頻脈動偏移否則影響頻率合成器20A的性能。
下混器15產(chǎn)生基帶信號，所述基帶信號被濾波，并且由模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器17采樣，以產(chǎn)生信號的相應(yīng)數(shù)字值。雷克接收機19可以接收數(shù)字值，以分離和跟蹤從不同源接收的信號，例如無線通信系統(tǒng)的不同基站。如所期望的，WCD10也可以包括附加組件，諸如濾波器、放大器和多種其它數(shù)字或模擬信號處理組件(未示出)。
圖2是WCD10的另一框圖，說明在RF信號傳輸期間被實現(xiàn)的組件。在圖2的示例中，基站發(fā)射機24可以產(chǎn)生基帶信號并將其轉(zhuǎn)交給上混器25。頻率合成器20B向上混器25提供載波RF波形。同樣，頻率合成器20B實現(xiàn)∑Δ控制PLL，以控制具有提高的分辨率和提高的精確度的輸出信號的頻率。頻率合成器20B與頻率合成器20A(圖1)基本相似，或者可以具有與用于信號接收的略微不同的結(jié)構(gòu)或操作。
上混器25將基帶信號混至RF載波上，并且將混合的RF信號傳送給放大器26用于縮放。放大器26可以包括一個或多個電壓增益放大器(VGA)、驅(qū)動器放大器(DA)以及功率放大器(PA)。一旦混合的RF信號已經(jīng)被充分放大或衰減，RF發(fā)射機28可以通過天線12從無線通信設(shè)備10發(fā)送RF信號。
圖3是按照示例性實施例的頻率合成器20的更詳細的框圖。頻率合成器20分別對應(yīng)于圖1和2中示出的合成器20A或20B的任何一個。如圖3中所示，頻率合成器20可以包括振蕩器，諸如與∑Δ控制PLL31互動的壓控振蕩器(VCO)30。例如，PLL31可以通過控制應(yīng)用于VCO30的輸入控制電壓而提供VCO30的輸出頻率的模擬閉環(huán)控制。PLL31可以包括幾個組件，包括例如可變分頻器32、相位檢測器34、環(huán)路濾波器36以及電荷泵38。另外，PLL31可以包括向∑Δ調(diào)制器35提供高頻脈動信號的高頻脈動信號生成器37?！痞ふ{(diào)制器35能為每個時鐘周期產(chǎn)生可變分頻器32使用的整數(shù)值。從∑Δ調(diào)制器被提供到可變分頻器32的整數(shù)除法因子序列能用于表示包括分?jǐn)?shù)部分的平均分頻因子。
可變分頻器32能通過∑Δ調(diào)制器35提供的整數(shù)值縮放VCO30的輸出頻率，從而相位檢測器34能確定參考頻率41和縮放的VCO輸出之間的頻率差。通過示例，參考頻率41可以由溫度補償晶體振蕩器(TCXO)提供，所述TCXO與VCO30相比是高精確度低頻率的振蕩器。一旦相位檢測器34已經(jīng)確定縮放的VCO頻率和參準(zhǔn)頻率之間的頻率差，頻率差能由濾波器36濾波。濾波器36可以包括低通濾波器，并且可以計及頻率中分?jǐn)?shù)的尖峰信號，當(dāng)可用分頻器32在分頻因子之間切換時引入所述尖峰信號。
環(huán)濾波器36應(yīng)該被選擇以具有等于或大于∑Δ調(diào)制器35的階數(shù)的階數(shù)。特別地，如果∑Δ調(diào)制器35是如下面詳細示出的二階∑Δ調(diào)制器，則選擇二階環(huán)路濾波器36。同樣，如果∑Δ調(diào)制器35是三階∑Δ調(diào)制器，則選擇三階環(huán)路濾波器36。電荷泵38接收表示VCO30的輸出中檢測的頻率誤差的信號，并且按照需要調(diào)節(jié)到VCO30的輸入電壓，或者增加或者減小VCO30的振蕩頻率。
可變的分頻器32通過隨時間變化的不同整數(shù)值來分頻VCO30的輸出，從而分頻器的平均分頻因子是分?jǐn)?shù)值。換言之，可變分頻器在兩個或多個分頻因子之間周期性地切換，從而達到提高的分辨率。例如，如果期望的分頻因子是10.2(10又1/5)，則可變分頻器32可以在分頻因子11和分頻因子10之間切換，從而隨時間的平均分頻因子大致等于10.2。
特別地，為了達到期望的分頻因子10.2，可變分頻器32可以通過分頻因子10分頻四個周期，然后使用分頻因子11分頻一個周期。那樣，在五個周期后，在平均分頻因子將為(10*4+11)/5＝10.2?！痞ふ{(diào)制器35可以接收整數(shù)值10以及分?jǐn)?shù)的分子1和分?jǐn)?shù)的分母5，并且能產(chǎn)生整數(shù)序列，以便被提供給可變分頻器，在平均起來產(chǎn)生分頻因子10又1/5。另外，高頻脈動信號生成器37能向∑Δ調(diào)制器35提供高頻脈動信號，以提高平均期望的分頻因子的整數(shù)序列的隨機性。而且，高頻脈動信號生成器37可以噪聲成形高頻脈動信號，從而被引入∑Δ調(diào)制器35之后與高頻脈動信號相關(guān)的傳遞函數(shù)為1。換言之，高頻脈動信號生成器37的傳遞函數(shù)能為∑Δ調(diào)制器35內(nèi)累加器的傳遞函數(shù)的逆，從而于高頻脈動信號相關(guān)的總傳遞函數(shù)為1。
可變分頻器32可以使用多種不同的硬件配置實現(xiàn)，硬件配置包括乘法器電路、除法器電路、移位寄存器、計數(shù)器等等。在一配置中，分頻器32包括對振蕩器脈沖的前沿和后沿計數(shù)，并且每次檢測到整數(shù)個脈沖時提供一信號，而且可以按照提供到∑Δ調(diào)制器35的輸入而隨時間切換。
在一些情況下，另一分頻器(未示出)也可以被實現(xiàn)以分頻參考頻率41。那樣，附加的分頻器可以相似于可變分頻器32，可能從另一∑Δ調(diào)制器接收信號，所述∑Δ調(diào)制器被耦合到另一高頻脈動信號生成器。換言之，這里所描述的原理可以被延伸與其它分頻器一起使用，后者可能是引入高頻脈動信號有用的其它電路。
圖4是耦合到高頻脈動信號生成器37的示例性∑Δ調(diào)制器35的框圖。這樣的實現(xiàn)是示例性的，本公開中示出的功能也使用查找表(LUT)或者可備選的累加器配置被實現(xiàn)。另外，盡管∑Δ調(diào)制器35為例示為二階∑Δ調(diào)制器，本公開的原理能被延伸用于高階∑Δ調(diào)制器。
一般，∑Δ調(diào)制器35接收值L、M和N，它們量化將被平均產(chǎn)生的期望的分?jǐn)?shù)分頻因子，由可變分頻器32所應(yīng)用。L表示期望的分頻因子的整數(shù)部分，M表示期望的分頻因子的分?jǐn)?shù)部分的分子，以及N表示期望的分頻因子的分?jǐn)?shù)部分的分母。例如，如果期望的分頻因子為10又5/6(10.833333)，則L＝10，M＝5，以及N＝6。L、M和N的值可以是常數(shù)或者可調(diào)節(jié)，并且可以被編程進∑Δ調(diào)制器35中，或者被提供作為操作期間的輸入。
∑Δ調(diào)制器35接收L、M以及N的值，處理幾個時鐘周期上的值，并且每個時鐘周期將控制信號44輸出到可變分頻器43。控制信號44可以是整數(shù)分頻因子，所述因子隨每個時鐘周期而變化，從而平均分頻因子基本上等于期望的分頻因子。例如，如果L＝10，M＝5，以及N＝6，則∑Δ調(diào)制器35可以在六個時鐘周期上輸出控制信號，其中時鐘周期中五個的控制信號表示分頻因子11，而六個時鐘周期中一個的控制信號表示分頻因子10。從而，在六個時鐘周期上，被提供到可變分頻器32的平均分頻因子將為(11*5+10)/6＝10.833333，即10又5/6。另外，高頻脈動信號的引入基本上能隨機化平均期望的分頻因子的分頻因子序列。序列的隨機化被期望以確?！痞ふ{(diào)制器不以循環(huán)方式產(chǎn)生分頻因子。
在圖4中示出的配置中，∑Δ調(diào)制器35包括一階M-N累加器46和二階M-N累加器47。M-N累加器46和47并行運行。特別地，M-N累加器46執(zhí)行累加以量化分頻因子M/N的分?jǐn)?shù)部分，而且M-N累加器47執(zhí)行另一累加以量化于M-N累加器46產(chǎn)生的結(jié)果相關(guān)的誤差。對于每個時鐘周期，組合器48將值L加入由M-N累加器產(chǎn)生的值以及對于那個時鐘周期M-N累加器47產(chǎn)生的值，并且從控制信號中減去前一時鐘周期M-N累加器47產(chǎn)生的值。以這種方式，合成器48產(chǎn)生每個時鐘周期的控制信號44。時鐘寄存器49(有時稱為觸發(fā)器)能被用于存儲每個時鐘周期的M-N累加器47的輸出，從而能在隨后的時鐘周期由組合器48減去。
為了隨機化由∑Δ調(diào)制器35產(chǎn)生的控制信號的每個不同序列，高頻脈動信號能被引入M-N累加器46、47。例如，如果期望六個時鐘周期序列的控制信號包括對應(yīng)于分頻因子11的五個信號以及對應(yīng)于分頻因子10的一個控制信號，則不期望以重復(fù)方式產(chǎn)生此序列。相反，頻率合成器20的操作能通過隨機化六個時鐘周期序列，從而可變分頻其32應(yīng)用的分頻因子不陷入循環(huán)極限循環(huán)。
由于此原，高頻脈動信號生成器37能被用于產(chǎn)生應(yīng)用在∑Δ調(diào)制器35中的高頻脈動信號。∑Δ調(diào)制器35可以包括與門51A和51B，當(dāng)期望使用高頻脈動信號生成器37產(chǎn)生的高頻脈動信號時所述與門接收使能信號(EN1和EN2)。
高頻脈動信號生成器37尤其被設(shè)計用于以更大改進頻率合成器20的操作的方式產(chǎn)生高頻脈動信號。特別地，高頻脈動信號生成器產(chǎn)生高頻脈動信號，所述高頻脈動信號平均加起來大致為零值。因此，高頻脈動信號生成器37基本上避免向頻率合成器20引入頻率偏移(高頻脈動偏移)。
例如，高頻脈動信號生成器37可以通過組合兩個高頻脈動分量而創(chuàng)建每個高頻脈動信號。第一高頻脈動對應(yīng)于被加在先前時鐘周期中的先前高頻脈動信號的高頻脈動分量，而第二高頻脈動分量包括新產(chǎn)生的高頻脈動分量。例如，每個時鐘周期，線性反饋移位寄存器(LSFR)53能產(chǎn)生新的高頻脈動分量。減法器54將LSFR53在先前時鐘周期中產(chǎn)生的高頻脈動分量從新的高頻脈動分量中減去。時鐘寄存器55能被用于存儲每個時鐘周期的LSFR53的輸出，從而它在生成隨后的時鐘周期的高頻脈動信號期間被減。按照期望，延時量也可以被調(diào)節(jié)。換言之，從新的高頻脈動分量減去的先前高頻脈動分量對應(yīng)于產(chǎn)生新的高頻脈動分量前的X時鐘周期產(chǎn)生的分量，其中X是整數(shù)。
每個新的高頻脈動分量被加，以產(chǎn)生高頻脈動信號，同一分量在隨后的時鐘周期中被減，以對平均高頻脈動值上的分量的效果取反，所述平均高頻脈動值即引入頻率合成器20的高頻脈動偏移。換言之，高頻脈動信號生成器37通過將第二脈動分量減去第一脈動分量而產(chǎn)生第一脈動信號，且在隨后時鐘周期高頻脈動信號生成器37通過將第三高頻脈動分量減去第二高頻脈動分量而產(chǎn)生第二高頻脈動信號。從而，在平均高頻脈動值上第一高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第二高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果取消。
同樣，高頻脈動信號生成器37通過將第四高頻脈動分量減去第三高頻脈動分量而產(chǎn)生第三高頻脈動信號。在平均高頻脈動值上第二高頻脈動信號的第三高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第三高頻脈動信號的第三高頻脈動分量的效果取消。另外，高頻脈動信號生成器37通過將第五高頻脈動分量減去第四高頻脈動分量而產(chǎn)生第四高頻脈動信號。以此方式，在平均高頻脈動值上第三高頻脈動信號的第四高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第四高頻脈動信號的第四高頻脈動分量的效果取消。因此，引入高頻脈動信號的總效果可以被隨后引入其他高頻脈動信號的取消。當(dāng)使用一時鐘周期的延時的時候，隨著每個經(jīng)過的周期，只有最近增加的新高頻脈動分量促使偏移。較大的延時可以導(dǎo)致促使任何給定實例處的偏移的兩個或更多高頻脈動分量。然而在任何情況下，在平均偏移能被認(rèn)為大致為零，因為高頻脈動信號的引入是隨后引入其他高頻脈動信號的取消。
圖4中說明的配置的另一優(yōu)點是，與高頻脈動信號的生成相關(guān)的傳遞函數(shù)是與分頻因子的生成相關(guān)的傳遞函數(shù)的逆。更具體地講，與高頻脈動信號生成器37相關(guān)的傳遞函數(shù)是與M-N累加器46、47相關(guān)的傳遞函數(shù)的逆。在圖4的說明的示例中，高頻脈動信號生成器37的傳遞函數(shù)是(1-Z-1)，而M-N累加器46、47的傳遞函數(shù)是1/(1-Z-1)。通過將傳遞函數(shù)配置為另一個的逆，高頻脈動生成器37和∑Δ調(diào)制器35的集體傳遞函數(shù)大致等于一，即單一傳遞函數(shù)。因此，于引入高頻脈動信號相關(guān)的總傳遞函數(shù)為一。
或者，在其他配置中，高頻脈動信號生成器37的傳遞函數(shù)可以是(1-Z-1)2，例如，如果MN累加器的傳遞函數(shù)為1/(1-Z-1)2。一般，高頻脈動信號生成器37的傳遞函數(shù)可以是1/(1-Z-k)n，其中k和n是整數(shù)。在任何情況下，傳遞函數(shù)高頻脈動信號生成器37能被選擇為M-N累加器46、47的傳遞函數(shù)的逆，從而于引入高頻脈動信號相關(guān)的總傳遞函數(shù)為一，即單位傳遞函數(shù)。
圖5是說明M-N累加器46和47的示例性配置的框圖。如所示出，累加器46在M的步驟中累加(加高頻脈動)，直到累加值大于N。同樣，引入高頻脈動能隨機化∑Δ調(diào)制器35產(chǎn)生的分頻因子序列。
隨著每個時鐘周期，M的另一值被累加。如果累加值沒超過N(按照溢出信號63的值所定義)，則零值被量化為輸出65。更具體地講，減法器64將輸入值N(對應(yīng)于期望的分頻因子的分?jǐn)?shù)部分的分母)從加法器66的結(jié)果(對應(yīng)于M的增量中的當(dāng)前累加)中減去。如果N大于當(dāng)前累加，則減法器64產(chǎn)生溢出信號1，所述信號被取消以產(chǎn)生輸出65。另外，溢出信號63由乘法器67用來選擇當(dāng)前累加以更新寄存器68。寄存器68的內(nèi)容接著在隨后的時鐘周期中與值M相加。通過示例，減法器64可以通過檢驗減法器結(jié)果的兩分量的最高有效位比特而很快地產(chǎn)生溢出信號63。
溢出信號63用于量化分頻因子的分?jǐn)?shù)部分。只要N大于累加值(在M的步驟中被累加)，信號63為1，然后通過取消器69將信號63取消以產(chǎn)生分頻因子的分?jǐn)?shù)部分的零量化值。然而，只要累加值超過N，信號63就變?yōu)?，通過取消器69將信號63取消以產(chǎn)生分頻因子的分?jǐn)?shù)部分的1的量化。再次參考圖4，M-N累加器46的輸出被加在分頻因子(L)的整數(shù)部分，以產(chǎn)生控制信號44。
M-N累加器47以與上述M-N累加器47的操作相似的方式操作。特別地，組合器76操作類似于組合器66，減法器74操作類似于減法器64，乘法器77操作類似于乘法器67，寄存器78操作類似于寄存器68，溢出信號73以與產(chǎn)生溢出信號63相似的方式被產(chǎn)生，以及取消器79操作類似于取消器69。
然而，不像接收輸入M的M-N累加器46，二階M-N累加器47接收累加器46的乘法器67的輸出作為輸入，累加器46的乘法器67的輸出也表示每個時鐘周期與量化累加器46的輸出信號65相關(guān)的誤差。因此，M-N累加器47用于糾正二階量化效果。如圖4中所說明，二階M-N累加器47的輸出75由組合器48加到控制信號44，而且也存儲在寄存器49中以便在下一時鐘周期中由組合器48減去。按照期望，甚至更高階的M-N累加器也能被加入以提供由∑Δ調(diào)制器35產(chǎn)生的分頻因子的更高精度?；蛘?，相似于M-N累加器46和47的輸出可以使用用于量化隨時鐘周期序列上的輸入變量的一個或多個查找表來產(chǎn)生，以定義平均起來期望的分?jǐn)?shù)分頻因子。
圖6是說明與本公開的原理一致的技術(shù)的流程圖。如所示出的，鎖相環(huán)31的高頻脈動信號生成器37產(chǎn)生高頻脈動信號(81)，從而在鎖相環(huán)31的幾個迭代過程上高頻脈動偏移大致等于零。∑Δ調(diào)制器35接收噪聲成形高頻脈動信號以及表示將要被產(chǎn)生的分頻因子的值，并且產(chǎn)生經(jīng)噪聲成形(82)的輸出。特別地，∑Δ調(diào)制器35的輸出可以被噪聲成形，從而與M-N累加器46、47相關(guān)的傳遞函數(shù)是與高頻脈動信號生成器37相關(guān)的傳遞函數(shù)的逆。可變分頻器32應(yīng)用∑Δ調(diào)制器35的輸出以選擇分頻比(83)，并且通過分頻比分頻振蕩器30的輸出(84)。相位檢測器34比較從可變分頻器32接收的分頻值與基準(zhǔn)頻率41，以檢測與振蕩器30相關(guān)聯(lián)的頻率誤差和/或相位誤差(85)。環(huán)路濾波器36濾波相位檢測器34產(chǎn)生的誤差信號(86)，并且應(yīng)用該電壓的錯誤信號，以調(diào)節(jié)壓控振蕩器30的輸出(87)。而且，電荷泵38可以被用于基于誤差信號創(chuàng)建到壓控振蕩器30的期望的輸入電壓。
該過程可以在頻率合成器20的操作期間以閉環(huán)方式繼續(xù)，從而改進合成器20的頻率合成。特別地，頻率合成過程能通過使用從兩個或多個高頻脈動分量產(chǎn)生的高頻脈動信號而被改進，從而由高頻脈動信號生成器37引入的平均高頻脈動偏移大致為零。
圖7是說明與本公開的原理一致的技術(shù)的流程圖。如所示出的，鎖相環(huán)31的高頻脈動信號生成器37通過將新的高頻脈動分量X從先前產(chǎn)生的高頻脈動分量X-n中減去而產(chǎn)生高頻脈動信號(91)。整數(shù)n可以對應(yīng)于時鐘周期延時，而且可以被選擇為1或更大。如果n＝1，則每個新的高頻脈動信號包括被減分量，所述被減分量對應(yīng)于前一刻的高頻脈動信號的分量，即先前時鐘周期中產(chǎn)生的高頻脈動信號。如果n＝2，則每個新的高頻脈動信號包括被減分量，所述被減分量對應(yīng)于新的高頻脈動信號之前兩個時鐘周期產(chǎn)生的高頻脈動信號的分量，等等。
在高頻脈動信號生成器37產(chǎn)生高頻脈動信號(91)之后，∑Δ調(diào)制器35使用高頻脈動信號產(chǎn)生PLL的分頻因子(92)。∑Δ調(diào)制器35可以接收高頻脈動信號以及表示將被產(chǎn)生的分頻因子的值，并且基于這些輸入產(chǎn)生分頻因子。此過程可以循環(huán)方式繼續(xù)，以產(chǎn)生PLL的隨后迭代的分頻因子(如93的是支路所示)。值X被說明為隨每個迭代而遞增(94)，以說明每個經(jīng)過的時鐘周期產(chǎn)生新的高頻脈動分量。
已經(jīng)描述了幾個實施例，例如∑Δ控制PLL已經(jīng)被描述，它是實現(xiàn)能降低或消除高頻脈動偏移的引入的一種高頻脈動信號生成技術(shù)。不過，可以進行多個修改而不超出本公開的范圍。例如，∑Δ調(diào)制器可以使用存儲在存儲器中的查找表而被實現(xiàn)，而非使用如圖4和5中示出的M-N累加器。另外，更高階∑Δ調(diào)制器可以被使用，而非如圖4中說明的二階∑Δ調(diào)制器。例如，三階M-N累加器能被加入，或者，將三階精度加到∑Δ調(diào)制器的一組查找表可以被使用。也能代表甚至更高階，盡管例如四階或更高階的累加器引入的精確度增加程度相對較小。
同樣，可以在除無線通信設(shè)備的其他設(shè)備中實現(xiàn)多個上述技術(shù)之一。而且，相同或相似的技術(shù)可以結(jié)合振蕩器而非壓控振蕩器使用。例如，相似的技術(shù)可以被用于調(diào)節(jié)當(dāng)前壓控振蕩器，等等。此外，盡管多個實施例的多個細節(jié)方面以及被描述為使用硬件實現(xiàn)，相同或相似的技術(shù)可以使用軟件、固件或者硬件、軟件及固件的多種組合實現(xiàn)。因此，這些和其他實施例在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一方法包括從兩個或更多高頻脈動分量產(chǎn)生高頻脈動信號，至少一個高頻脈動分量包括用在產(chǎn)生先前高頻脈動信號中的分量；以及產(chǎn)生分頻因子，用在至少部分基于產(chǎn)生的高頻脈動信號的頻率合成器的鎖相環(huán)中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生高頻脈動信號包括從新的高頻脈動分量中減去用在產(chǎn)生先前高頻脈動信號中的高頻脈動分量。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將產(chǎn)生高頻脈動信號與從先前高頻脈動信號的生成分隔開整數(shù)個時鐘周期。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過累加產(chǎn)生的高頻脈動信號與輸入信號來產(chǎn)生分頻因子以量化產(chǎn)生的分頻因子的分?jǐn)?shù)部分，所述輸入信號表示平均分頻因子的分?jǐn)?shù)部分。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生分頻因子還包括將分頻因子的經(jīng)量化分?jǐn)?shù)部分與分頻因子的非分?jǐn)?shù)部分相加。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，與產(chǎn)生高頻脈動信號相關(guān)聯(lián)的傳遞函數(shù)是與累加產(chǎn)生的高頻脈動信號和輸入信號相關(guān)的傳遞函數(shù)的逆。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括按分頻因子分頻與頻率合成器相關(guān)的壓控振蕩器的振蕩信號。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括比較被分頻的振蕩信號與基準(zhǔn)頻率以及基于比較對壓控振蕩器的輸入電壓調(diào)整。
9.一方法包括通過將第二高頻脈動分量減去第一高頻脈動分量而產(chǎn)生第一高頻脈動信號；以及通過將第三高頻脈動分量減去第二高頻脈動分量而產(chǎn)生第二高頻脈動信號，從而平均高頻脈動值上第一高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第二高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果取消。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括通過將第四高頻脈動分量減去第三高頻脈動分量而產(chǎn)生第三高頻脈動信號，從而平均高頻脈動值上第二高頻脈動信號的第三高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第三高頻脈動信號的第三高頻脈動分量的效果取消。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括通過將第五高頻脈動分量減去第四高頻脈動分量而產(chǎn)生第四高頻脈動信號，從而平均高頻脈動值上第三高頻脈動信號的第四高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第四高頻脈動信號的第四高頻脈動分量的效果取消。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括產(chǎn)生用在頻率同步器的鎖相環(huán)中的分頻因子，其中產(chǎn)生分頻因子包括應(yīng)用產(chǎn)生的高頻脈動信號；以及應(yīng)用頻率同步器的鎖相環(huán)中的分頻因子。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生第一高頻脈動信號之后，整數(shù)個時鐘周期上產(chǎn)生第二高頻脈動信號。
14.一頻率合成器包括振蕩器；以及鎖相環(huán)，控制振蕩器的振蕩信號的頻率，所述鎖相環(huán)包括高頻脈動信號生成器，從兩個或更多高頻脈動分量產(chǎn)生高頻脈動信號，至少一個高頻脈動分量包括了在產(chǎn)生先前的高頻脈動分量中所用的分量；調(diào)制器，至少基于產(chǎn)生的高頻脈動信號產(chǎn)生分頻因子；以及分頻器，應(yīng)用分頻因子。
15.如權(quán)利要求14所述的頻率合成器，其特征在于，高頻脈動信號生成器通過將新的高頻脈動分量減去用在產(chǎn)生先前高頻脈動信號中的分量而產(chǎn)生高頻脈動信號。
16.如權(quán)利要求14所述的頻率合成器，其特征在于，調(diào)制器通過累加產(chǎn)生的高頻脈動信號與輸入信號來產(chǎn)生分頻因子以量化產(chǎn)生的分頻因子的分?jǐn)?shù)部分，所述輸入信號表示平均分頻因子的分?jǐn)?shù)部分。
17.如權(quán)利要求16所述的頻率合成器，其特征在于，調(diào)制器還通過將分頻因子的經(jīng)量化分?jǐn)?shù)部分與分頻因子的非分?jǐn)?shù)部分相加而產(chǎn)生分頻因子。
18.如權(quán)利要求16所述的頻率合成器，其特征在于，與產(chǎn)生高頻脈動信號相關(guān)的傳遞函數(shù)是與累加產(chǎn)生的高頻脈動信號和輸入信號相關(guān)的傳遞函數(shù)的逆。
19.如權(quán)利要求14所述的頻率合成器，其特征在于，分頻器通過按分頻因子分頻振蕩器的振蕩信號而應(yīng)用鎖相環(huán)中的分頻因子。
20.如權(quán)利要求19所述的頻率合成器，其特征在于，鎖相環(huán)還包括相位檢測器，比較被分頻的振蕩信號與基準(zhǔn)頻率；環(huán)路濾波器，濾波比較的結(jié)果；以及電荷泵，基于比較的結(jié)果將輸入電壓應(yīng)用于壓控振蕩器。
21.頻率合成器包括振蕩器；以及鎖相環(huán)，控制振蕩器的振蕩信號的頻率，所述鎖相環(huán)包括高頻脈動信號生成器，通過將第二高頻脈動分量減去第一高頻脈動分量而產(chǎn)生第一高頻脈動信號，以及通過將第三高頻脈動分量減去第二高頻脈動分量而產(chǎn)生第二高頻脈動信號，從而在平均高頻脈動值上第一高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第二高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果取消。
22.如權(quán)利要求21所述的頻率合成器，其特征在于，高頻脈動信號生成器通過將第四高頻脈動分量減去第三高頻脈動分量而產(chǎn)生第三高頻脈動信號，從而在平均高頻脈動值上第二高頻脈動信號的第三高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第三高頻脈動信號的第三高頻脈動分量的效果取消。
23.如權(quán)利要求22所述的頻率合成器，其特征在于，高頻脈動信號生成器通過將第五高頻脈動分量減去第四高頻脈動分量而產(chǎn)生第四高頻脈動信號，從而平均高頻脈動值上第三高頻脈動信號的第四高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第四高頻脈動信號的第四高頻脈動分量的效果取消。
24.如權(quán)利要求23所述的頻率合成器，其特征在于，鎖相環(huán)還包括調(diào)制器，產(chǎn)生分頻因子，其中調(diào)制器在產(chǎn)生分頻因子期間應(yīng)用產(chǎn)生的高頻脈動信號；以及分頻器，應(yīng)用所述分頻因子。
25.無線通信設(shè)備包括頻率合成器，包括振蕩器和鎖相環(huán)，所述鎖相環(huán)控制振蕩器的振蕩信號的頻率，其中鎖相環(huán)包括高頻脈動信號生成器，從兩個或更多高頻脈動分量產(chǎn)生高頻脈動信號，至少一個高頻脈動分量包括用在產(chǎn)生先前的高頻脈動分量中的分量；調(diào)制器，至少部分基于產(chǎn)生的高頻脈動信號產(chǎn)生分頻因子；以及分頻器，將分頻因子應(yīng)用于頻率合成器的頻率鎖相環(huán)中；以及混頻器，使用振蕩器的振蕩信號混合波形。
26.如權(quán)利要求25所述的無線通信設(shè)備，其特征在于，高頻脈動信號生成器通過將新的高頻脈動分量減去用在產(chǎn)生先前高頻脈動信號中的分量而產(chǎn)生高頻脈動信號，以及所述調(diào)制器通過累加產(chǎn)生的高頻脈動信號與輸入信號來產(chǎn)生分頻因子以量化產(chǎn)生的分頻因子的分?jǐn)?shù)部分，所述輸入信號表示平均分頻因子的分?jǐn)?shù)部分。
27.如權(quán)利要求25所述的無線通信設(shè)備，還包括接收機，所述接收機接收RF波形，其中混頻器使用頻率合成器產(chǎn)生的振蕩信號將接收的RF波形下混頻到基站信號。
28.如權(quán)利要求25所述的無線通信設(shè)備，還包括發(fā)射機，所述發(fā)射機發(fā)送波形，其中混頻器通過將基帶信號調(diào)制到頻率合成器產(chǎn)生的振蕩器信號上而混合波形，以創(chuàng)建傳輸前的波形。
29.如權(quán)利要求25所述的無線通信設(shè)備，其特征在于，設(shè)備從下述組中選擇，所述組由以下組成個人數(shù)字助理、膝上計算機、桌上計算機、蜂窩無線電話以及衛(wèi)星無線電話。
30.無線通信系統(tǒng)包括頻率合成器，包括振蕩器和鎖相環(huán)，所述鎖相環(huán)控制振蕩器的振蕩信號的頻率，其中鎖相環(huán)包括高頻信號生成器，它通過將第二高頻脈動分量減去第一高頻脈動分量而產(chǎn)生第一高頻脈動信號，以及通過將第三高頻脈動分量減去第二高頻脈動分量而產(chǎn)生第二高頻脈動信號，從而在平均高頻脈動值上第一高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第二高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果取消；以及混頻器，使用振蕩器的振蕩信號混合波形。
31.如權(quán)利要求30所述的無線通信設(shè)備，還包括接收機，所述接收機接收RF波形，其中混頻器使用頻率合成器產(chǎn)生的振蕩信號將接收的RF波形下混頻到基站信號。
32.如權(quán)利要求30所述的無線通信設(shè)備，還包括發(fā)射機，所述發(fā)射機發(fā)送波形，其中混頻器通過將基帶信號調(diào)制到頻率合成器產(chǎn)生的振蕩器信號上而混合波形，以創(chuàng)建傳輸前的波形。
33.一裝置包括第一組數(shù)字電路，從兩個或更多高頻脈動分量產(chǎn)生高頻脈動信號，至少一個高頻脈動分量包括了在產(chǎn)生先前高頻脈動分量中所用的分量；第二組數(shù)字電路，至少部分基于產(chǎn)生的高頻脈動信號產(chǎn)生分頻因子；以及第三組數(shù)字電路，將分頻因子應(yīng)用于頻率合成器的頻率鎖相環(huán)中。
34.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，第一組數(shù)字電路通過將新的高頻脈動分量減去用在產(chǎn)生先前高頻脈動信號中的分量而產(chǎn)生高頻脈動信號。
35.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，第二組電路通過累加產(chǎn)生的高頻脈動信號與輸入信號來產(chǎn)生分頻因子以量化產(chǎn)生的分頻因子的分?jǐn)?shù)部分，所述輸入信號表示平均分頻因子的分?jǐn)?shù)部分。
36.如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，第二組電路還通過將分頻因子的經(jīng)量化分?jǐn)?shù)部分與分頻因子的非分?jǐn)?shù)部分相加而產(chǎn)生分頻因子。
37.如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，與產(chǎn)生高頻脈動信號相關(guān)的傳遞函數(shù)是與累加產(chǎn)生的高頻脈動信號和輸入信號相關(guān)的傳遞函數(shù)的逆。
38.一裝置包括數(shù)字電路被配置用于通過將第二高頻脈動分量減去第一高頻脈動分量而產(chǎn)生第一高頻脈動信號；以及通過將第三高頻脈動分量減去第二高頻脈動分量而產(chǎn)生第二高頻脈動信號，從而在平均高頻脈動值上第一高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第二高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果取消。
39.如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，數(shù)字電路還被配置用于通過將第四高頻脈動分量減去第三高頻脈動分量而產(chǎn)生第三高頻脈動信號，從而在平均高頻脈動值上第二高頻脈動信號的第三高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第三高頻脈動信號的第三高頻脈動分量的效果取消。
40.如權(quán)利要求39所述的裝置，其特征在于，數(shù)字電路還被配置用于通過將第五高頻脈動分量減去第四高頻脈動分量而產(chǎn)生第四高頻脈動信號，從而在平均高頻脈動值上第三高頻脈動信號的第四高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第四高頻脈動信號的第四高頻脈動分量的效果取消。
41.一頻率合成器，包括振蕩器；以及用于控制振蕩器的振蕩信號頻率的裝置，其中用于控制的裝置包括用于從兩個或更多高頻脈動分量產(chǎn)生高頻脈動信號的裝置，至少一個高頻脈動分量包括了在產(chǎn)生先前高頻脈動分量中所用的分量；用于至少部分基于產(chǎn)生的高頻脈動信號產(chǎn)生分頻因子的裝置；以及用于應(yīng)用分頻因子的裝置。
42.如權(quán)利要求41所述的頻率合成器，其特征在于，用于產(chǎn)生高頻脈動信號的裝置包括用于產(chǎn)生新的脈動分量的裝置，以及用于將新的高頻脈動分量減去用在產(chǎn)生先前高頻脈動信號中所用的分量的裝置。
43.一頻率合成器，包括振蕩器；以及用于控制振蕩器的振蕩信號頻率的裝置，其中用于控制的裝置包括裝置用于，通過將第二高頻脈動分量減去第一高頻脈動分量而產(chǎn)生第一高頻脈動信號；以及裝置用于，通過將第三高頻脈動分量減去第二高頻脈動分量而產(chǎn)生第二高頻脈動信號，從而在平均高頻脈動值上第一高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果被平均高頻脈動值上的第二高頻脈動信號的第二高頻脈動分量的效果取消。
44.如權(quán)利要求43所述的頻率合成器，其特征在于，用于控制的裝置還包括用于至少部分基于產(chǎn)生的高頻脈動信號產(chǎn)生分頻因子的裝置；用于應(yīng)用分頻因子以分頻振蕩器的振蕩信號的裝置；用于基于被分頻的振蕩信號和基準(zhǔn)頻率的比較而檢測振蕩信號中的頻率誤差的裝置；以及用于基于比較調(diào)節(jié)到振蕩器的輸入的裝置。
45.一方法包括產(chǎn)生一系列應(yīng)用在鎖相環(huán)中的高頻脈動信號；以及選擇高頻脈動信號，從而鎖相環(huán)中引入的平均高頻脈動值大致為零。
全文摘要
本公開指向用在無線通信設(shè)備中的頻率合成器。所述頻率合成器包括振蕩器，諸如壓控振蕩器(VCO)和∑Δ受控鎖相環(huán)(PLL)，所述PLL確定和控制頻率合成器的輸出頻率。∑Δ受控PLL可以實現(xiàn)能降低或消除平均頻率偏移的引入的高頻抖動信號生成技術(shù)。
文檔編號H03L7/197GK1650523SQ03809876
公開日2005年8月3日 申請日期2003年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月12日
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