專利名稱：鎖相環(huán)同步電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電通信收發(fā)信機，具體涉及無線電通信收發(fā)信機中用于鎖相環(huán)(PLL)的相位同步電路和方法。


圖1舉例示出一種常規(guī)的無線電通信收發(fā)信機100(下文稱作“收發(fā)信機”)的方框圖。收發(fā)信機100能使一個移動的或便攜式用戶單元例如通過無線電通信系統(tǒng)(未示出)的射頻(RF)信道與基站(未示出)進行通信。然后，基站提供與陸線電話系統(tǒng)(未示出)和其它用戶單元通信。具有收發(fā)信機100的用戶單元例如是一個蜂窩無線電話機。
圖1的收發(fā)信機100通常包括天線101、雙工濾波器102、接收機103、發(fā)射機105、基準(zhǔn)頻率信號源107、接收機鎖相環(huán)頻率合成器108、發(fā)射機鎖相環(huán)頻率合成器109、處理器110、信息源106和信息宿104。
收發(fā)信機100中各方框的互連及其工作將在下文描述。天線101從基站接收射頻信號119。該射頻信號由雙工濾波器102濾波，在線111上產(chǎn)生經(jīng)濾波的射頻信號。雙工濾波器102提供頻率選擇，以分離出線111上接收的射頻信號機線113上發(fā)送的射頻信號。接收機103被耦合用于接收線111上得到的射頻信號，在工作時在線112上產(chǎn)生接收的基帶信號供信息宿104用?；鶞?zhǔn)頻率信號源107在線115上提供一個基準(zhǔn)頻率信號。接收機鎖相環(huán)頻率合成器108被耦合用以接收線115上的基準(zhǔn)頻率信號和數(shù)據(jù)總線118上的信息，在工作時在線116上產(chǎn)生一個接收機調(diào)諧信號，以使接收機103調(diào)諧到一個特定的射頻率信道上。同樣，發(fā)射機鎖相環(huán)頻率合成器109被耦合用以接收線115上的基準(zhǔn)頻率信號和數(shù)據(jù)總線118上的信息，在工作時在線117上產(chǎn)生一個發(fā)射機調(diào)諧信號，以使發(fā)射機105調(diào)諧在一個特定的射頻信道上。處理器110通過數(shù)據(jù)總線118控制接收機鎖相環(huán)頻率合成器108、發(fā)射機鎖相環(huán)頻率合成器109、接收機103和發(fā)射機105等的工作。信息源106在線114上產(chǎn)生一個基帶發(fā)射信號。發(fā)射機105被耦合用以接收線114上的基帶發(fā)射信號，在工作時在線113上產(chǎn)生射頻發(fā)送信號。雙工濾波器102對路113上的射頻發(fā)送信號濾波，然后作為射頻信號120由天線101發(fā)射出去。
蜂窩無線電話系統(tǒng)中的射頻信道例如包括有話音信道和信令信道，用以在基站與用戶單元之間發(fā)送和接收(下文稱作“收發(fā)”)信息。將話音信道被分配，用于收發(fā)話音信息。信令信道也稱為“控制信道”被分配，用于收發(fā)數(shù)據(jù)和信令信息。用戶單元通過這些信令信道得以訪問蜂窩無線電話系統(tǒng)，并被指配到一個話音信道；進而可與陸線電話系統(tǒng)通信。能夠在信令信道上收發(fā)寬帶的數(shù)據(jù)蜂窩無線電話系統(tǒng)中，信令信道的頻率間隔可以是話音信道頻率間隔的一個倍數(shù)。
在某些蜂窩無線電話系統(tǒng)中，收發(fā)信機100與基站在信令信道上間斷地收發(fā)信息。這樣一個系統(tǒng)例如來用交替的信令方法來同步間斷的信息。在此種型式的系統(tǒng)中，在整個時間內(nèi)保持完全加電的收發(fā)信機100在不接收信息時，調(diào)諧到信令信道，則會不必要地消耗收發(fā)信機的電池能量。為此，當(dāng)收發(fā)信機100不收發(fā)信息時，可使收發(fā)信機100的一部分?jǐn)嚯姡匝娱L電池的壽命。當(dāng)通信信號質(zhì)量足夠好而無需要再重復(fù)同一信息時，也可使收發(fā)信機100的一部分?jǐn)嚯?，以延長電池壽命。在收發(fā)信機100接收工作期間，對它間斷地加電和斷電，也即啟動和關(guān)閉，這稱為“不連續(xù)接收(DRX)的模式”。在DRX工作模式時，收發(fā)信機100的一部分電路快速地啟地和關(guān)閉可更加節(jié)省電池壽命。
圖2舉例示出應(yīng)用于圖1收發(fā)信機100的一種常規(guī)的鎖相環(huán)頻率合成器的方框圖。圖2的鎖相環(huán)頻率合成器的總體結(jié)構(gòu)對于接收機鎖相環(huán)頻率合成器108和發(fā)射機鎖相環(huán)頻率合成器109都是相同的。
圖2的鎖相環(huán)頻率合成器108或109通常包括一個基準(zhǔn)分頻器201(為了討論的目的)和一個鎖相環(huán)212。鎖相環(huán)212通常包括一個鑒相器202、一個環(huán)路濾波器203、一個壓控振蕩器204和一個環(huán)路分頻器205?；鶞?zhǔn)分頻器201接收線115上的基準(zhǔn)頻率信號。
鎖相環(huán)頻率合成器108或109各方框的互連接在下文描述?；鶞?zhǔn)分頻器201被耦合用以接收線115上的基準(zhǔn)頻率信號和數(shù)據(jù)總線118上的信息，在工作時在線206上產(chǎn)生分頻的基準(zhǔn)頻率信號。鑒相器202被耦合用以接收線206上的分頻的基準(zhǔn)頻率信號和線209上的反饋信號，在工作時在線207上產(chǎn)生一個相位誤差信號。環(huán)路濾波器203被耦合用以接收相位誤差信號，在工作時在線208上產(chǎn)生已濾波信號。壓控振蕩器204被耦合用以接收線208上的已濾波信號，在工作時在線116或117上產(chǎn)生一個輸出頻率信號。環(huán)路分頻器205被耦合用以接收線116或117上的輸出頻率信號，在工作時在線209上產(chǎn)生反饋信號。環(huán)路分頻器205和基準(zhǔn)分頻器201被耦合用以接收數(shù)據(jù)總線118上的編程信息。
圖2的鎖相環(huán)頻率合成器108或109的工作過程在下文描述。鎖相環(huán)212是用以在線116或117上產(chǎn)生與線115上的基準(zhǔn)頻率信號相同步的輸出頻率信號的電路。當(dāng)線116或117上輸出頻率信號的頻率與線115上基準(zhǔn)頻率信號的頻率之間具有一個預(yù)定的頻率關(guān)系時，線116或117上的輸出頻率信號便同步于或“鎖定在”線115上的基準(zhǔn)頻率信號上。在鎖定的情況下，鎖相環(huán)212典型地提供線115上的基準(zhǔn)頻率信號與線116或117上的輸出頻率信號的一個恒定的相位差。該恒定相位差可取為任意所希望的值，包括零。一旦，這樣的信號的所希望的相位差出現(xiàn)偏離，也即一旦由于例如線115上基準(zhǔn)頻率信號的頻率發(fā)生變動，或經(jīng)由數(shù)據(jù)總線118來的鎖相環(huán)的可編程參數(shù)發(fā)生變動，而使線207上出現(xiàn)相位誤差，則鎖相環(huán)便調(diào)節(jié)線116或117上輸出頻率信號的頻率，驅(qū)動線207上的相位誤差值向恒定的相位差值前進。
根據(jù)線116或117上輸出頻率信號的頻率與線115上基準(zhǔn)頻率信號的頻率之間預(yù)定的頻率關(guān)系，可對鎖相環(huán)頻率合成器108或109進行分類為屬于至少兩種類別其中之一。第一類為分類為“整數(shù)分頻”的鎖相環(huán)頻率合成器，其中，線116或117上的輸出頻率信號與線路115上的基準(zhǔn)頻率信號之間其頻率關(guān)系為整數(shù)關(guān)系。第二類分類為“分?jǐn)?shù)分頻”的鎖相環(huán)頻率合成器，其中，線116或117上輸出頻率信號與線115上基準(zhǔn)頻率信號之間的頻率關(guān)系為一個有理的非整數(shù)，即由一個整數(shù)和一個分?jǐn)?shù)組成。
鎖相環(huán)的特性是環(huán)路帶寬。對于某些應(yīng)用場合，希望在一定條件下改變鎖相環(huán)的環(huán)路帶寬，例如，在線115上基準(zhǔn)頻率信號的頻率改變時，或在經(jīng)由數(shù)據(jù)總線118的鎖相環(huán)的可編程參數(shù)改變時。適當(dāng)?shù)馗淖儹h(huán)路帶寬有利于提供較短的鎖定時間、減小的噪聲和較小的假信號。
當(dāng)鎖相環(huán)頻率合成器應(yīng)用于DRX模式時，相位漂移會導(dǎo)致一個問題。因DRX模式的斷電部分期間鎖相環(huán)不起作用，故壓控振蕩器的相位相對于基準(zhǔn)頻率信號源的相位發(fā)生漂移。當(dāng)該鎖相環(huán)再加電啟動時，鎖相環(huán)的起作用，而使比相位漂移轉(zhuǎn)移到壓控振蕩器頻率的變化，以提供所需的相位調(diào)節(jié)。由于在達到鎖定之前這個誘發(fā)的頻率誤差也最終要被鎖相環(huán)的作用而消除，因而鎖相環(huán)需要額外的鎖定時間。如果鎖相環(huán)不鎖定，則收發(fā)信機不能接收到數(shù)據(jù)。為了保證在數(shù)據(jù)出現(xiàn)時使鎖相環(huán)己鎖定，收發(fā)信機應(yīng)早一些加電啟動鎖相環(huán)，以使鎖相環(huán)鎖定具有額外的時間。然而，在任何要被接收的數(shù)據(jù)出現(xiàn)之前鎖相環(huán)必須被加電啟動，因而會消耗功率，減少電池壽命。
先有技術(shù)提供一種解決方案是利用兩個鎖相環(huán)路使相位漂移減至最小。在加電啟動主鎖相環(huán)功能性方框之后，但在閉合主鎖相環(huán)中的環(huán)路之前，激勵一個輔助的鎖相環(huán)，它使基準(zhǔn)頻率信號源相位鎖定到主鎖相環(huán)壓控振蕩器。一旦基準(zhǔn)頻率信號源被鎖定到主鎖相環(huán)壓控振蕩器，輔助鎖相環(huán)便斷開，主鎖相環(huán)中的環(huán)路閉合。這個解決辦法確實對主鎖相環(huán)提供快速的鎖定時間，但這個解決辦法有缺點，對于輔助鎖相環(huán)要有顯著的附加硬件來將基準(zhǔn)頻率信號源相位鎖定到主鎖相環(huán)壓控振蕩器。此外，兩個環(huán)路的相位特性必須一致，否則在主鎖相環(huán)的環(huán)路閉合時在主鎖相環(huán)中依然存在一個相位誤差。
先有技術(shù)提供的另一個解決方案是在環(huán)路分頻器再加電啟動之后，在具第一個完整的分頻循環(huán)中修改環(huán)路分頻器的值。第二個以及隨后的分頻循環(huán)使用標(biāo)稱分頻值。這個解決辦法的缺點在于，由于一個分頻值對于供電和溫度的所有狀況來說不總是最佳的，所以需要一個單獨的反饋處理器，隨著環(huán)境情況變化來調(diào)整第一個循環(huán)的分頻值。
先有技術(shù)還提供又一種解決方案，是在基準(zhǔn)分頻器和環(huán)路分頻器被再加電啟動之后，但在閉合鎖相環(huán)中的環(huán)路之前，使基準(zhǔn)分頻器和環(huán)路分頻器復(fù)位。這種解決方案的缺點是，當(dāng)鎖相環(huán)斷電時，該方案對于壓控振蕩器相對基準(zhǔn)頻率信號源的相位漂移不能提供精確的校正。鑒此，因不精確的相位校正而使鎖相環(huán)還需要額外的鎖定時間。
先有技術(shù)提供的再一種解決方案是，當(dāng)鎖相環(huán)再加電啟動時，且在鎖相環(huán)中環(huán)路閉合之前，利用鑒相器的輸出來提供一個鎖相環(huán)的相位誤差指示。鎖相環(huán)中的環(huán)路的閉合通常是利用在鑒相器與環(huán)路濾波器之間的一個開關(guān)來完成的。該相位誤差指示用來選通時鐘信號給基準(zhǔn)頻率分頻器和可變頻率分頻器(環(huán)路分頻器)，以初始地相位鎖定該鎖相環(huán)。然而，這種解決方案的缺點是，對基準(zhǔn)頻率分頻器和可變頻率(環(huán)路)分頻器的時鐘信號的初始相位調(diào)整需要一段時間長度。這種解決方案的另一個缺點是，在初始相位調(diào)整完畢之后，當(dāng)使用上述開關(guān)使鎖相環(huán)中的環(huán)路閉合時，相位誤差被引進鎖相環(huán)。
據(jù)此，現(xiàn)在對于鎖相環(huán)需要一種改進的相位同步電路及其方法，它以最少的硬件和對鎖相環(huán)引入最小相位誤差為該鎖相環(huán)提供快速和精確的相位調(diào)整。
圖1示出一種常規(guī)的無線電通信收發(fā)信機的方框圖。
圖2示出圖1無線電通信收發(fā)信機內(nèi)使用的一種常規(guī)的鎖相環(huán)頻率合成器的方框圖。
圖3示出用于圖1中無線電通信收發(fā)信機內(nèi)的按照本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器的方框圖。
圖4示出圖3按照本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器的相位同步電路中數(shù)字信號的定時圖。
圖5示出圖3按照本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器的同步步驟流程圖。
圖6示出圖3按照本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器內(nèi)相位同步電路的一個電路實施例。
按照本發(fā)明，上述的對于鎖相環(huán)的需求，通過使用鎖相環(huán)的一種改進的相位同步電路及其方法就能實質(zhì)上得以滿足。分頻的基準(zhǔn)頻率信號和反饋信號之中的每一個都保持一種預(yù)定的狀態(tài)。響應(yīng)基準(zhǔn)頻率信號的相位起用分頻基準(zhǔn)頻率信號。確定基準(zhǔn)頻率信號與輸出頻率信號之間的相位關(guān)系。然后，響應(yīng)起用的分頻基準(zhǔn)頻率信號，起用反饋信號并確定相位關(guān)系。本發(fā)明有利于以最少的附加硬件和對鎖相環(huán)不引入相位誤差的情況下為鎖相環(huán)提供出快速、精確的相位同步。
參照圖3至圖6更全面地描述本發(fā)明，其中，圖3示出而在圖1的無線電通信收發(fā)信機中應(yīng)用的按照本發(fā)明的鎖相環(huán)頻率合成器的方框圖。圖3的鎖相環(huán)300的結(jié)構(gòu)除了具有一個新穎的裝置301及其有關(guān)的方法以外，其余部分基本上與先有技術(shù)的鎖相環(huán)212相同，并按同樣的狀態(tài)工作。為此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，上述的新穎的鎖相環(huán)300取代圖1收發(fā)信機100的接收機鎖相環(huán)頻率合成器108中或發(fā)射機鎖相環(huán)頻率合成器109中先有技術(shù)的鎖相環(huán)212。在鎖相環(huán)設(shè)計和應(yīng)用的領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能在無線電通信領(lǐng)域內(nèi)、外找到該新穎的鎖相環(huán)300的其它應(yīng)用。
新穎的鎖相環(huán)電路300通常包括一個鑒相器202、一個環(huán)路濾波器203、一個壓控振蕩器204、一個環(huán)路分頻器205和一個新穎的相位同步電路301。各別地說，鑒相器202、環(huán)路濾波器203、壓控振蕩器204和環(huán)路分頻器205是本領(lǐng)域公知的，因而除了便于理解本發(fā)明之外，無需再做進一步的討論。下面，參照圖3至圖6描述和示例本發(fā)明的新穎的相位同步電路301。
新穎的鎖相環(huán)300除了其內(nèi)的新穎的相位同步電路301之外例如可應(yīng)用Motorola公司的MC145170鎖相環(huán)頻率合成器和Motorola公司的MC 1648壓控振蕩器來實施。環(huán)路濾波器205例如可按照公知的濾波器設(shè)計技術(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)的電阻器和電容器來實施。
新穎的鎖相環(huán)300的工作情況如下所述。新穎的鎖相環(huán)300響應(yīng)基準(zhǔn)頻率信號115，產(chǎn)生出輸出頻率信號116或117。輸出頻率信號116或117以及基準(zhǔn)頻率信號115各自的特征是頻率和相位。輸出頻率信號116或117的頻率比基準(zhǔn)頻率信號115的頻率高些?；鶞?zhǔn)頻率信號115由基準(zhǔn)頻率分頻器201分頻，產(chǎn)生分頻的基準(zhǔn)頻率信號206；輸出頻率信號116或117由環(huán)路分頻器205分頻，產(chǎn)生反饋信號209。一個相位誤差指示表明基準(zhǔn)頻率信號115的相位與輸出頻率信號116或117的相位之間的相位差。鎖相環(huán)300工作時響應(yīng)相位誤差207的周期性指示來減小該相位誤差。鎖相環(huán)300響應(yīng)請求信號302，具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。請求信號302的出現(xiàn)在時間上不與相位誤差周期性指示信號207同步。
相位誤差207的指示表明基準(zhǔn)頻率信號115的相位與輸出頻率信號116或117的相位之間的相位差。相位誤差指示207可以鑒相器202產(chǎn)生，并可能具有可調(diào)脈沖寬度的數(shù)字信號形式。
相位誤差207的周期性指示信號出現(xiàn)的頻度，平均地說，與分頻的基準(zhǔn)頻率信號206相同。當(dāng)相位誤差的207的指示有效時，該相位誤差信息耦合到環(huán)路濾波器203上。
在優(yōu)選實施例中，鎖相環(huán)300的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)分別是鎖相環(huán)300的啟動狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)。在優(yōu)選實施例中，請求信號302由處理器110產(chǎn)生，用以指示無線電收發(fā)信機100工作中所希望的鎖相環(huán)狀態(tài)。請求信號302可以在鎖相環(huán)300工作期間的任何時間到達，包括相位誤差207的指示有效的時候。
新穎的相位同步電路301與常規(guī)的鎖相環(huán)回路212之間的互連構(gòu)成新穎的鎖相環(huán)300的情況如下所述。相位同步電路301被耦合用以接收線206上的分頻的基準(zhǔn)頻率信號、線209上的反饋信號、線116或117上的輸出頻率信號、線115上的基準(zhǔn)頻率信號、線207上的相位誤差指示信號、以及線302上的請求信號。新穎的相位同步電路301在線309上產(chǎn)生一個鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號，在線303上產(chǎn)生一個同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號，以及在線304上產(chǎn)生一個同步的反饋信號。
該相位同步電路301還包括鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305、信號檢測器307、定時控制電路308、邏輯電路316和復(fù)位電路306。各別地說，鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305、信號檢測器307、定時控制電路308、邏輯電路316和復(fù)位電路306都是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)公知的，因而除了可能必需的以便于理解本發(fā)明的內(nèi)容之外，這里無需贅述。本發(fā)明認(rèn)為鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305、信號檢測器307、定時控制電路308、邏輯電路316和復(fù)位電路306的組合是新穎的單元，下文將作進一步的詳細(xì)說明。
鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305、信號檢測器307、定時控制電路308、邏輯電路316和復(fù)位電路306例如可采用標(biāo)準(zhǔn)的邏輯單元來實施。按照公知的邏輯設(shè)計技術(shù)，這類邏輯單元例如可包括MotorolaMC74HC00與非門、Motorola MC74HC02或非門和MotorolaMC74HC74 D型觸發(fā)器。圖6示例出圖3所示的按照本發(fā)明優(yōu)選實施例中鎖相環(huán)300內(nèi)的相位同步電路301的一個電路實施例。
下面描述新穎的相位同步電路301內(nèi)各方框之間的互連。鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305被耦合用來接收請求信號302、相位誤差指示207和第一復(fù)位信號311，在工作時產(chǎn)生置位信號310和鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號309。該鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號309控制鎖相環(huán)的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)。
信號檢測器307被耦合用來接收請求信號302、輸出頻率信號116或117、基準(zhǔn)頻率信號115、以及置位信號310，在工作時分別產(chǎn)生第二和第三復(fù)位信號314和315。置位信號310使信號檢測器307作好檢測請求信號302的第一狀態(tài)的準(zhǔn)備。定時控制電路308被耦合用來分別接收第二和第三復(fù)位信號314和315以及置位信號310，在工作時分別產(chǎn)生第一和第二定時信號312和313。置位信號310使第一和第二定時信號312和313之每一個分別保持于一種預(yù)定狀態(tài)上，而第二和第三復(fù)位信號314和315分別使第一和第二定時信號312和313脫離它們各自的預(yù)定狀態(tài)。
復(fù)位電路306被耦合用來分別地接收請求信號302及第一和第二定時信號312和313，在其工作時產(chǎn)生第一復(fù)位信號311。該第一復(fù)位信號311使鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305做好檢測請求信號的第二狀態(tài)的準(zhǔn)備。
邏輯電路316被耦合用來分別地接收第一和第二定時信號312和313、分頻的基準(zhǔn)頻率信號206和反饋信號209，在其工作時產(chǎn)生同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號303和同步的反饋信號304。第一定時信號312與分頻的基準(zhǔn)頻率信號206相組合，以產(chǎn)生同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號303。第二定時信號313與反饋信號209相組合，以產(chǎn)生同步的反饋信號304。
下文描述新穎的相位同步電路301的總體工作情況。按照本發(fā)明，鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305、邏輯電路316、復(fù)位電路306及其有關(guān)方法都是用以控制鎖相環(huán)的狀態(tài)，使分頻的基準(zhǔn)頻率信號206和反饋信號209保持于預(yù)定的狀態(tài)。定時控制電路308、信號檢測器307、邏輯電路316及其有關(guān)方法用以對分頻的基準(zhǔn)頻率信號206提供定時控制。信號檢測器307及其有關(guān)方法用以確定基準(zhǔn)頻率信號115與輸出頻率信號116或117之間的相對相位。定時控制電路308、信號檢測器307、邏輯電路316及其有關(guān)方法用以對反饋信號209提供定時控制。關(guān)于新穎的相位同步電路301的工作更為詳細(xì)的說明將參照圖4和圖5予以說明。
新穎的相位同步電路301的用途是在其第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間工作時，使引入進鎖相環(huán)的相位誤差最小。新穎的相位同步電路301能便利地使分頻的基準(zhǔn)頻率信號206與反饋信號209實現(xiàn)相位同步，從而當(dāng)鎖相環(huán)300從其第二狀態(tài)切換到第一狀態(tài)之后，可使該鎖相環(huán)300達到一種鎖定情況所需的時間最小。
新穎的相位同步電路301用消除了先有技術(shù)中鑒相器與環(huán)路濾波器之間的開關(guān)和應(yīng)用了鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305來控制鎖相環(huán)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的定時，故有利地使引入鎖相環(huán)的相位誤差最小。此外，新穎的相位同步電路301由于調(diào)整分頻的基準(zhǔn)頻率信號206和反饋信號209的初始相位而使得鎖相環(huán)300一旦工作在第一狀態(tài)時能立即完成相位誤差的精確測量，從而有利地使鎖相環(huán)300達到一種鎖定狀態(tài)所需的時間最小。當(dāng)鎖相環(huán)300鎖定時，初始相位調(diào)整便跟隨分頻的基準(zhǔn)頻率信號206和反饋信號209的固有特性，再生出事件的順序。
在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，可以在新穎的相位同步電路301與常規(guī)的鎖相環(huán)212之間實施另外的可替代的互連，以組成新穎的鎖相環(huán)300。鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305可以另一種可替代的形式被耦合用來接收分頻的基準(zhǔn)頻率信號206和反饋信號209，而不接收相應(yīng)誤差指示207，確定另一種形式的相位誤差指示。鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號309可以另一種可替代的方式被耦合到鎖相環(huán)300的其它單元上，以按照公知的設(shè)計技術(shù)來控制鎖相環(huán)300。例如，鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號309還可以控制一個預(yù)定標(biāo)器(未示出)。
圖3的鎖相環(huán)300還可象本領(lǐng)域內(nèi)公知的那樣包括一個電荷泵和一個預(yù)定標(biāo)器(這兩者均未示出)。預(yù)定標(biāo)器可以應(yīng)用在線116或117上反饋通路中的壓控振蕩器204與環(huán)路分頻器205之間，以使分頻比高些的環(huán)路分頻器205從壓控振蕩204上接收較高的輸入頻率。電荷泵可以應(yīng)用在鑒相器202的輸出，以使鎖相環(huán)300提供出高的直流環(huán)路增益。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，鎖相環(huán)的狀態(tài)由鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305、邏輯電路316和復(fù)位電路306控制。置位信號310使信號檢測器307和定時控制電路308準(zhǔn)備好在請求信號改變狀態(tài)時的下一步動作。此外，第一復(fù)位信號311和置位信號310對相位同步電路301內(nèi)電路單元的工作狀態(tài)作出通知。相位同步電路301內(nèi)電路單元的工作狀態(tài)和相位誤差指示207有利于提供鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號309的定時控制，使得鎖相環(huán)300能在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間切換，且不在鎖相環(huán)300中引入相位誤差。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，基準(zhǔn)頻率信號115與輸出頻率信號116或117的相對相位的檢測和調(diào)整由信號檢測器307、定時控制電路308和邏輯電路316非?？焖俚赝瓿伞Ｔ诨鶞?zhǔn)頻率信號115和輸出頻率信號116或117被檢測到之后，信號檢測器307便利地檢測出基準(zhǔn)頻率信號115的相位，并在輸出頻率信號116或117的半個時間周期之內(nèi)確定出基準(zhǔn)頻率信號115與輸出頻率信號116或117之間的相對相位。當(dāng)確定出相對相位之后，在基準(zhǔn)頻率信號115的一個周期之內(nèi)環(huán)路分頻器205和基準(zhǔn)分頻器201兩者都被加電啟動。另一個優(yōu)點是，第二和第三復(fù)位信號314和315在定時控制電路308內(nèi)分別精確地調(diào)整同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號303和同步的反饋信號304的初始相位，以在后繼的鎖相環(huán)運行中產(chǎn)生出精確的相位誤差指示。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施例，由定時控制電路308對同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號303和同步的反饋信號304提供出定時控制。第一定時信號312由置位信號310置位，由第二復(fù)位信號314復(fù)位。第二定時信號313由置位信號310置位，由第三復(fù)位信號315復(fù)位。該定時控制電路308便利地使同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號303和同步的反饋信號304保持相位信息的隔離。
圖4示出按照本發(fā)明的圖3鎖相環(huán)頻率合成器300中相位同步電路301內(nèi)的一些數(shù)字信號的定時圖。該定時圖中包括有相位誤差指示207、請求信號302、鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號309、基準(zhǔn)頻率信號115、分頻的基準(zhǔn)頻率信號206、同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號303、輸出頻率信號116或117、反饋信號209、以及同步的反饋信號304。
請求信號302有一個上升沿401和一個下降沿406。鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號309有一個上升沿404和一個下降沿405。基準(zhǔn)頻率信號115有上升沿408和409。分頻的基準(zhǔn)頻率信號206有一個上升沿402。同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號303有一個上升沿414和一個下降沿412。輸出頻率信號116或117有上升沿407、410和411。反饋信號209有一個上升沿403。同步的反饋信號304有一個上升沿415和一個下降沿413。
當(dāng)相位誤差指示信號207為高電平時，鎖相環(huán)300響應(yīng)一個相位誤差調(diào)整。當(dāng)請求信號302為低電平時，鎖相環(huán)300請求運用于加電啟動狀態(tài)。當(dāng)請求信號為高電平時，鎖相環(huán)300請求運用于斷電關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號309為低電平時，鎖相環(huán)300工作于加電啟動狀態(tài)。當(dāng)鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號309為高電平時，鎖相環(huán)300工作于斷電關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號303為高電平時，基準(zhǔn)分頻器201處于復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號303為低電平時，基準(zhǔn)分頻器201能啟動工作。當(dāng)同步的反饋信號304為高電平時，環(huán)路分頻器205處于復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)同步的反饋信號304為低電平時，環(huán)路分頻器205能啟動工作。
在時間t0時刻，請求信號302為低電平，鎖相環(huán)300運用于加電啟動狀態(tài)。
在時間t1時刻，請求信號302轉(zhuǎn)換到高電平狀態(tài)。由于上升沿401發(fā)生于相位誤差指示207為低電平期間，所以鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305在上升沿404時刻使鎖相環(huán)300斷電關(guān)閉。
在時間t2時刻，當(dāng)上升沿402和403兩者都到達之后，鎖相環(huán)300運行于斷電關(guān)閉狀態(tài)。同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號303和同步的反饋信號304兩者都保持于高電平狀態(tài)，故在時間t2時刻輸出頻率信號116或117轉(zhuǎn)入關(guān)斷狀態(tài)。
在時間t3時刻，鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305使鎖相環(huán)300在響應(yīng)于下降沿406的下降沿405處加電啟動。在檢測到上升沿407之后，信號檢測器307便檢測出上升沿408。
在時間t4時刻，對上升沿408的檢知使得基準(zhǔn)分頻器201在時間t6的上升沿409處被加電啟動。當(dāng)檢知上升沿408之后，信號檢測器307又尋找最緊靠的輸出頻率信號116或117的上升沿，并使得環(huán)路分頻器205在輸出頻率信號116或117的次一個上升沿處被加電啟動。在所示的定時圖中，輸出頻率信號116或117的最緊靠的上升沿是上升沿410。所以，環(huán)路分頻器在上升沿411處被加電啟動。
在時間t5時刻，環(huán)路分頻器205被加電啟動。下降沿413響應(yīng)于該上升沿411。鎖相環(huán)300在基準(zhǔn)分頻器201和環(huán)路分頻器205兩者都加電啟動之后接續(xù)其正常的加電啟動運行模式。
在時間t6時刻，基準(zhǔn)分頻器201被加電啟動。下降沿412響應(yīng)于上升沿409。當(dāng)鎖相環(huán)300鎖定于正常的鎖相環(huán)運行狀態(tài)下時，t5與t6之間的時間差密切地類同于使環(huán)路分頻器205加電啟動與使基準(zhǔn)分頻器201加電啟動之間的時間差。所以，借助于在時間t7上分頻的基準(zhǔn)頻率信號206和反饋信號209到達時間的差別，可精確地測量出相位誤差。
在時間t7時刻，所示的上升沿414的到達稍早于上升沿415的到達，這指明了一個相位誤差。在時間t7與t8之間誤差指示207為高電平，指明有相位誤差。如果在時間t7與t8之間請求信號302變?yōu)楦唠娖?，將置之不顧，直到時間t8之后。
在時間t8時刻，相位誤差指示207成低電平。
圖5示出按照本發(fā)明的圖3中鎖相環(huán)頻率合成器的同步步驟流程圖。該流程圖開始于步驟501。
在步驟502，鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305檢測出請求信號302的狀態(tài)。如果請求信號302的狀態(tài)為高電平，流程圖前進到步驟503。
在步驟503，鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305和邏輯電路316使分頻的基準(zhǔn)頻率信號206和反饋信號209保持于預(yù)定的狀態(tài)上。分頻的基準(zhǔn)頻率信號206和反饋信號209將保持于該預(yù)定的狀態(tài)上，直至請求信號的狀態(tài)變?yōu)榈碗娖健Ｈ绻埱笮盘柕臓顟B(tài)為低電平，流程圖前進到步驟504。
在步驟504，響應(yīng)基準(zhǔn)頻率信號115的相位，起用分頻的基準(zhǔn)頻率信號206。
在步驟505，確定出基準(zhǔn)頻率信號115與輸出頻率信號116和117之間的相位關(guān)系。
在步驟506，響應(yīng)起用分頻的基準(zhǔn)頻率信號206和確定的相位關(guān)系，由定時控制電路308和邏輯電路316起用反饋信號209。
據(jù)此，本發(fā)明為鎖相環(huán)300提供了一個相位同步電路及其方法。本發(fā)明由于消除了先有技術(shù)中鑒相器與環(huán)路濾波器之間一個開關(guān)，因而在鎖相環(huán)300在兩種工作狀態(tài)之間切換時，引入進鎖相環(huán)300的相位誤差能做到最小。鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路305和復(fù)位電路306控制鎖相環(huán)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的定時。此外，新穎的相位同步電路301由于分頻的基準(zhǔn)頻率信號206和反饋信號209的初始相位同步，因而有利于把實現(xiàn)鎖相環(huán)300達到鎖定狀態(tài)所需的時間減到最小。于是，當(dāng)鎖相環(huán)300加電啟動之后，能立即完成相位誤差的精確確定。采用本發(fā)明，先有技術(shù)方面相位調(diào)整不精確的問題，由于環(huán)路開關(guān)使相位誤差引入鎖相環(huán)300的問題，以及要顯著的附加硬件的問題，都基本上解決了。
雖然，參照對示例性的實施例已闡述了本發(fā)明，但這不意味將本發(fā)明限制在這些具體的實施例上。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員懂得對此可作出變動和修改，但偏離不開本文所附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于鎖相環(huán)(PLL)的相位同步電路，響應(yīng)一個基準(zhǔn)頻率信號，產(chǎn)生一個輸出頻率信號，該輸出頻率信號和基準(zhǔn)頻率信號的特性是頻率和相位，基準(zhǔn)頻率信號的頻率被分頻，產(chǎn)生一個分頻的基準(zhǔn)頻率信號，輸出頻率信號被分頻，產(chǎn)生一個反饋信號，一個相位誤差指明了基準(zhǔn)頻率信號的相位與輸出頻率信號的相位差，該鎖相環(huán)工作，響應(yīng)相位誤差的周期性指示，減小此相位誤差，鎖相環(huán)響應(yīng)一個請求信號，具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，該請求信號的出現(xiàn)在時間上不與相位誤差的周期性指示同步，其特征在于，該鎖相環(huán)的相位同步電路包括一個鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路，被耦合用以接收請求信號、相位誤差周期性指示和第一復(fù)位信號，在其工作時產(chǎn)生一個置位信號和一個鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號；一個信號檢測器，被耦合用以接收請求信號、輸出頻率信號、基準(zhǔn)頻率信號和置位信號，在其工作時產(chǎn)生第二和第三復(fù)位信號；一個定時控制電路，被耦合用以接收第二和第三復(fù)位信號以及置位信號，在其工作時產(chǎn)生第一和第二定時信號；一個復(fù)位電路，被耦合用以接收請求信號及第一和第二定時信號，在其工作時產(chǎn)生第一復(fù)位信號；一個邏輯電路，被耦合用以接收第一和第二定時信號、分頻的基準(zhǔn)頻率信號和反饋信號，在其工作時產(chǎn)生同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號和同步的反饋信號。
2.按照權(quán)利要求1的相位同步電路，其特征在于，鎖相環(huán)狀態(tài)控制信號控制鎖相環(huán)的第一和第二狀態(tài)。
3.按照權(quán)利要求1的相位同步電路，其特征在于，置位信號使信號檢測器準(zhǔn)備檢測請求信號的第一狀態(tài)。
4.按照權(quán)利要求1的相位同步電路，其特征在于，置位信號使第一和第二定時信號之每一個保持于預(yù)定狀態(tài)，又其中，第二和第三復(fù)位信號分別使第一和第二定時信號脫離它們各自的預(yù)定狀態(tài)。
5.按照權(quán)利要求1的相位同步電路，其特征在于，第一復(fù)位信號使鎖相環(huán)狀態(tài)控制電路準(zhǔn)備檢測請求信號的第二狀態(tài)。
6.按照權(quán)利要求1的相位同步電路，其特征在于，第一定時信號和分頻的基準(zhǔn)頻率信號相組合，以產(chǎn)生同步的分頻基準(zhǔn)頻率信號，又其中，第二定時信號和反饋信號相組合，以產(chǎn)生同步的反饋信號。
7.在響應(yīng)一個基準(zhǔn)頻率信號、產(chǎn)生一個輸出頻率信號的鎖相環(huán)(PLL)中，輸出頻率信號和基準(zhǔn)頻率信號的特征是頻率和相位，輸出頻率信號的頻率比基準(zhǔn)頻率信號高些，基準(zhǔn)頻率信號的頻率被分頻，產(chǎn)生出分頻的基準(zhǔn)頻率信號，輸出頻率信號的頻率被分頻，產(chǎn)生出反饋信號，一種用以使分頻的基準(zhǔn)頻率信號的相位與反饋信號的相位同步的方法，其特征在于包括以下步驟(a)使分頻的基準(zhǔn)頻率信號和反饋信號保持在各自的預(yù)定的狀態(tài)上；(b)響應(yīng)基準(zhǔn)頻率信號的相位，起用分頻的基準(zhǔn)頻率信號；(c)確定基準(zhǔn)頻率信號與輸出頻率信號之間的相位關(guān)系；(d)響應(yīng)起用分頻的基準(zhǔn)頻率信號和確定的相位關(guān)系，起用反饋信號。
8.按照權(quán)利要求7的方法，其特征在于，當(dāng)鎖相環(huán)處于第一狀態(tài)時該方法執(zhí)行步驟(a)，當(dāng)鎖相環(huán)處于第二狀態(tài)時該方法執(zhí)行步驟(b)、(c)和(d)。
全文摘要
一種用于鎖相環(huán)(300)的改進的相位同步電路(301)及其方法。分頻的基準(zhǔn)頻率信號和反饋信號保持在各自的預(yù)定狀態(tài)上。響應(yīng)基準(zhǔn)頻率信號(115)的相位，起用分頻的基準(zhǔn)頻率信號(206)。確定出基準(zhǔn)頻率信號(115)與輸出頻率信號(116或117)之間的相位關(guān)系。響應(yīng)起用分頻的基準(zhǔn)頻率信號和確定的相位關(guān)系，起用反饋信號。本發(fā)明有利于在最少的附加電路硬件和不在鎖相環(huán)路中引入相位誤差的情況下，為鎖相環(huán)路(300)提供一種快速且精確的相位同步。
文檔編號H03L7/18GK1116466SQ94190898
公開日1996年2月7日 申請日期1994年10月14日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月9日
發(fā)明者杰尼·漢·科西克, 斯蒂芬·F·吉爾利格 申請人:摩托羅拉公司