一种振荡器和使用这种振荡器的PLL电路

1.发明领域

本发明涉及一种例如可用于相位同步电路的可变频率振荡器和使 用这种振荡器的锁相环(PLL)电路。

2.相关技术描述

图1为激光打印机的一般配置的实例示图。

在激光打印机1中，通常采用光栅输出扫描方法。来自激光源2的激 光束LO由以预定速度旋转的多面镜3在一个预定范围内扫描，并会聚到 光敏鼓4上。这使光敏鼓4的一个带电部分曝光，从而将静电潜像记录到 光敏鼓4上，随后在纸上打印出来。

图2为由多面镜反射并进行周线扫描的激光束的路径示意图。在图2 中，实线A表示将图像传送到一个平面上，而曲线B表示等速扫描的路 径。

在激光打印机1内，激光束LO由以预定速度旋转的多面镜3扫描和会 聚到光敏鼓4的平面上时，由于多面镜的转速不变，光束经过光敏鼓4的 扫描速度和控制在一行上形成一个像素的点的频率比就不是不变的，从 而导致打印失真。

为了避免失真，图1的激光打印机1被配置成在从多面镜3到光敏鼓4 的光径上用了一个fθ透镜5等，并用这种光学系统使控制扫描速度和会 聚到光敏鼓4上的光束点的频率比不变。

然而，如上配置的激光打印机需要以超过使用fθ透镜的光学系统 的校正精度对激光束进行微调。这是通过精确控制对于产生时钟的PLL 电路中的时钟频率的微调来达到的。

图3为一个例如用于图1的激光打印机1的激光源2的时钟控制系统 内的一般PLL电路的配置实例的方框图。此外，图4A为给到这种PLL电路 上的基准信号的时序图，而图4B为PLL电路的输出时钟信号的时序图。

如图3所示，PLL电路6包括一个负反馈电路，它包括鉴相器(PD)61、 环路滤波器(LPF)62、压控振荡器(VCO)63和可编程计数器(PC)64。

鉴相器61将基准信号Sr和可编程计数器64的分频信号Sdv进行相位 比较，并按照相位差输出一个信号S61给环路滤波器62。

环路滤波器62按照来自鉴相器61的信号S61产生VCO 63的控制电压 Vc并将其输出给VCO 63。

VCO 63在按照环路滤波器62给出的控制电压Vc的频率上进行振荡， 产生一个频率为fop的时钟信号CLKop并将其输出给激光源和可编程计数 器64。

可编程计数器64对VCO 63的输出时钟信号CLKop的频率fop准确地进 行N分频(在这里，N＝24)，并输出一个频率为fop/N的分频信号Sdv给鉴相 器61。

在具有这样的配置的PLL电路6中(如图4A和图4B所示)，由于基准 信号Sr的频率fr是固定的，因此，以按照fop＝Nfr所计算的恒定频率fop与 基准信号Sr同步地产生输出时钟CLKop并将其提供给激光源2。

然而，即使激光打印机1采用了上述PLL电路6，它仍不能避免图5所 示的光学系统的位置偏差。

特别地，在彩色打印中，相同的位置由用于不同颜色的激光束扫 描，因此光学系统校正精度的误差直接显现为颜色偏差。

                          发明概要

本发明的一个目的是提供一种除控制信号之外还具有能控制频率 的调制功能的振荡器以及使用这种振荡器的PLL电路。

为了达到这个目的，按照本发明的第一方面，提供了一种以一个基 于控制信号的频率振荡的振荡器，这种振荡器包括一个通过向控制信号 添加一个调制信号而对频率进行调制的调制装置。

优选的是，调制装置的调制率由振荡频率与调制信号值之比控制。

更优选的是，调制信号值以数字方式给出。

按照本发明的第二方面，提供了一种包括其延迟值由一个反相器或 缓存器和一个控制信号控制的串联连接的多个延迟级、并通过反相形成 一个闭环的环型振荡器，这种环型振荡器包括一个通过向所述多个延迟 级中的一部分延迟级的控制信号添加一个调制信号来调制振荡频率的 调制装置。

优选的是，调制装置的调制率由振荡频率与调制信号值之比控制。

更为优选的是，调制信号值取为控制信号值的1/n，再被加权，以 便具有m个比特的可变范围。

按照本发明的第三方面，提供了一种PLL电路，这种PLL电路包括： 一个将输出信号的反馈信号和基准信号进行相位比较并输出表示相位 差的信号的鉴相器；一个接收鉴相器的输出信号并输出用来消除相位差 的控制信号的环路滤波器；以及一个以一个基于来自环路滤波器的控制 信号的频率振荡的振荡器，所述振荡器包括一个通过向控制信号添加一 个调制信号来对频率进行调制的调制装置。

优选的是，在所述振荡器中，由环路滤波器的控制信号控制一个第 二控制信号，并由这个第二控制信号控制频率。

按照本发明的第四方面，提供了一种PLL电路，这种PLL电路包括： 一个将输出信号的反馈信号和基准信号进行相位比较并输出表示相位 差的信号的鉴相器；一个接收鉴相器的输出信号并输出用来消除相位差 的控制信号的环路滤波器；以及一个以一个基于来自环路滤波器的控制 信号的频率振荡的振荡器；所述振荡器形成一个包括其延迟值由一个反 相器或缓存器和一个控制信号控制的串联连接的多个延迟级、并通过反 相形成一个闭环的环型，并且包括一个通过向所述多个延迟级中的一部 分延迟级的控制信号添加一个调制信号来调制振荡频率的调制装置。

按照本发明，由所述PLL电路得到的与基准同步信号同步的倍增时 钟在它的同步信号的频率上并不调制。

例如，PLL电路内的振荡器用例如作为数字值给出的调制率来调制 频率，以与环路滤波器的控制电压Vc相应的受调频率振荡，从而产生具 有受调频率的时钟信号。该时钟信号提供给光栅输出扫描系统的光源。

                          附图简述

从以下参照附图对优选实施例的说明中可以清楚地看到本发明的 这些及其他目的和特征。在这些附图中：

图1为激光打印机的一般配置的实例示图；

图2为由多面镜反射并对激光打印机内的周线进行扫描的激光束的 路径的示意图；

图3为用于图1的激光打印机的激光源的时钟控制系统中的一般PLL 电路的配置实例的方框图；

图4A为给到图3中的PLL电路上的基准信号的时序图，而图4B为PLL 电路的输出信号的时序图；

图5为说明激光打印机内的光学系统的位置偏差的示图；

图6为使用按照本发明的PLL电路的激光打印机的光栅输出扫描系 统的基本配置示意图；

图7为按照由实施例的PLL电路的配置实例方框图；

图8为作为普通型可变频率振荡器的环型振荡器的示图；

图9为说明按照本发明的被配置成添加一个电流的压控振荡器的配 置的示图；

图10为说明按照本发明的被配置成添加一个经加权的电流的压控 振荡器的配置的示图；

图11A为给到PLL电路上的基准信号Sr的时序图，图11B为图3中的没 有调制功能的PLL电路的输出时钟信号CLKop的时序图，图11C为当由图7 中的PLL电路调制时的输出时钟信号CLKopm的时序图，而图11D为对压控 振荡器进行调制的数字信号DGT的时序图；

图12为图6所示的激光打印机内的由多面镜反射并对周线进行扫描 的激光束的路径的示意图；以及

图13为具有调制功能的PLL电路的另一种配置实例的方框图。

                       优选实施例说明

以下，将参照附图对本发明的实施例进行说明。

图6为使用按照本发明的PLL电路的激光打印机的光栅输出扫描系 统的基本配置示意图。

如图6所示，光栅输出扫描系统的激光打印机100包括激光源101、 准直透镜102、圆柱透镜103、多面镜104、fθ透镜105、反射光学系统 106、光敏鼓107和时钟供给电路108。

激光源101向准直透镜102发射一个激光束LO，这个激光束LO受到与 以后要说明的由时钟供给电路108提供的频率受调时钟信号CLKopm同步的 预定调制操作。

准直透镜102将激从光源101发射的已调激光束LO转换成平行光并 将其发射给圆柱透镜103。

圆柱透镜103将由准直透镜102转换成平行光的激光束聚焦到多面 镜104的光反射面上。

多面镜104以预定速度旋转，它包括多个将来自圆柱透镜103的激光 束朝安装光敏鼓107的位置的相反方向反射的反光面。

fθ透镜105执行使得用于控制由多面镜104所反射的遵循预定光径 并会聚到光敏鼓107上的光束的扫描速度和点的频率比成为恒定的校 正，并向反射光学系统106发射光束。

反射光学系统106多次反射从fθ透镜105发射来的激光束，并将激 光束聚焦在光敏鼓107的预定范围内。

这种激光打印机100采用光栅扫描方法，由以预定速度旋转的多面 镜104和fθ透镜105将来自激光源101的激光束LO在预定范围内扫描，并 通过反射光学系统106将其聚焦到光敏鼓107上。因此，它使光敏鼓107 的一个带电部分曝光，从而将一个静电潜像记录到光敏鼓107上，随后 在纸上打印出来。

时钟供给电路108具有一个PLL电路。这个PLL电路包括一个用于由 控制信号来控制其频率的可变频率振荡器，并且具有除控制信号之外还 能控制频率的调制功能。这种调制功能由振荡频率与控制信号值之比控 制。该电路产生经受此调制操作的时钟信号CLKopm并将其提供给激光源 101。

图7为按照本实施例的PLL电路的配置实例方框图。

如图7所示，PLL电路108A由一个负反馈电路组成，包括鉴相器 (PD)1081、环路滤波器(LPF)1082、具有调频功能的压控振荡器 (VCO)1083和可编程计数器(PC)1084。

鉴相器1081将基准信号Sr和来自可编程计数器1084的分频信号Sdv 进行相位比较，并按照相位差输出一个信号S1081给环路滤波器1082。

环路滤波器1082按照信号S1081产生压控振荡器1083的控制电压Vc 并将其输出给压控振荡器1083。

VCO 1083包括一个数/模转换器(DAC)1085，通过用由DAC 1085以模 拟值给出的调制率按照环路滤波器1082的控制电压Vc调制频率来进行振 荡，以便产生一个频率为fopm的时钟信号CLKopm并将其输出给激光源101 和可编程计数器1084。

可编程计数器1084对VCO 1083的输出受调时钟信号CLKopm的频率 fopm准确地进行N分频(在这里，N＝24)，并输出一个频率为fopm/N的分频 信号Sdv给鉴相器1081。

以下将详细说明实现按照本发明的可变频率振荡器的VCO。

图8示出了一个作为一般可变频率振荡器的环型振荡器。如图8所 示，环型振荡器200包括多个(图8中为三个)串联在一个环中的反相器 INV201至INV203以及电流源I201至I203。

环型振荡器200的振荡频率由三个参数Va、Cl和、Ic确定，其中Va 为反相器的输出振幅，Cl为加到反相器输出端上的负载电容，而Ic为控 制电流。

输出时钟CLKop的频率fop由反相器的级数确定，但是有由下式(1)表 示的关系：

fop∝Ic/C1Va                                     (1)

在接收控制电流Ic作为直接输入时，这种可变频率振荡器称为电流 控制振荡器(ICO)，而在接收控制电压Vc作为输入并控制Ic时称为压控振 荡器(VCO)。例如，在VCO中，控制电压Vc控制输出频率fop。

考虑如图9所示的情况，其中，与由控制电压Vc确定的控制电流Ic无 关，来自电流源I204的与ΔIc成正比的附加电流ΔI通过开关201被添加给 流向VCO 200A的控制电流Ic，并得到频率为fopm的受调时钟CLKopm输出。

在这种情况下，以与以上所说明的相同的方式，频率和C、V和Ic 变成与上式(1)中的相同，因此根据以上式(1)有以下比例关系：

Ic∶(Ic+ΔI)∝fop∶fopm+Δf                   (2)

如以上所说明的那样，整体来看，与图8所示情况中的CLKop相比较， 通过给控制电流Ic增加固定的电流ΔI，可以提高或降低输出时钟CLKopm 的频率。

图9所示的VCO 200A可以被用作本实施例的VCO 1083。

在这种情况下，输出时钟CLKopm提高或降低恒定的频率比。

当可以得到作为一个正值或负值的附加电流ΔI时，它可以被分别用 来提高频率或降低频率。

为了进一步改善可控性，除给控制电流Ic添加固定电流ΔI之外，本 实施例的VCO 1083(200B)还可以被配置成一个如图10所示的DAC(数字/ 模拟转换器)，其将控制电流Ic除以n(n可以是任何数)，对这些附加电 流加权以便给出m比特的可变范围(1/2，1/4，1/8，...，1/2m)，再由开关SW 202至205通断附加电流。

在图10中，I205表示附加电流为Ic/2n的电流源，I206是附加电流为 Ic/4n的电流源，I207是附加电流为Ic/8n的电流源，......I208是附加电 流为Ic/mn的电流源。

在VCO 200B中，输入给DAC 1085的m比特输入数字码d的附加电流 由下式给出，并且可以增加最大为Ic/n的电流ΔI。

ΔI＝Ic·d/n2m                      (3)

在定义了频率的调制率α＝(Δfopm-Δfop)/Δfop时，频率的调制率α不取 决于输出时钟信号的振荡频率fop，并且保持以下关系

α＝kd                              (4)

这里，k是为输入码d确定调制率的系数。这是由根据上面式(1)和 电流比n的关系而得到的获得振荡频率fop的比例关系确定的。

如以上所说明的那样，按照本实施例的VCO 1083的独特特性是调频 的调制率可以由输入给DAC的数字码d表示。

在制定与基准信号同步的调制模式时，可以获得与基准信号同步的 具有调频特性的PLL电路。

当在图2中的角速度改变时，同步信号的周期改变，然而，在本实 施例中，VCO的调制不是按照振荡频率而是按照它的比改变，因此不需 要单独制定与时钟频率相应的调制模式。

结果，在本实施例中，在通过用一个具有图10中的调频DAC配置一 个如图7所示的PLL电路108A来调制频率时，在输入一个数字信号DGT用 来通过在基准信号的一个周期时间内改变用于调制的数字码而进行与 基准信号Sr同步的调制时，无论控制代码的平均值如何都可以在这种 PLL机制中获得稳定的锁定状态。

图11A为加到PLL电路上的基准信号Sr的时序图，图11B为图3中的没 有调制功能的PLL电路的输出时钟信号CLKop的时序图，图11C为受图7中 的PLL电路调制的输出时钟信号CLKopm的时序图，而图11D为对VCO进行调 制的数字信号DGT的时序图。

也就是说，图11A和图11B示出了在用普通VCO配置PLL电路时基准信 号Sr和同步时钟的关系。

此外，图11A、图11C和图11D示出了在用具有如图10所示的调制DAC 的VCO 200B输入一个数字信号DGT以对VCO进行调制时的基准信号Sr、数 字输入信号和受调输出时钟CLKopm的关系。

在任何情况下，基准信号内的同步时钟的总数都是24。这与可编程 计数器(PC)的值N＝24完全相等。

在本实施例中，如图11D所示，对VCO进行调制的数字信号DGT在基 准信号Sr的一个同步周期内每8个时钟间隔一段共三段阶越地改变频 率。

具体地说，在本实施例中，将一个扫描周期分成三段，最大的第一 数字值d0给第一段t1(从扫描开始到过了预定时间)，最小的第二数字值 d1给从第一段t1后继续的第二段t2(近似为扫描周期的中心段)，而第一 和第二数字值的中间值d2给从第二段t2后继续的第三段t3(直到扫描周 期结束)。

VCO 1083内的调制度(率)在所给出的调制数字信号DGT值变大时变 大，如图11C所示。

也就是说，按照本实施例的VCO 1083能与基准信号同步地对振荡频 率进行调制。

注意，在本实施例中，通过将与由PLL电路得到的基准信号同步调 制的倍增时钟除以倍数得到的信号由于PLL的操作完全与基准信号同 步。

以下将结合图11A、图11C、图11D和图12说明以上配置的操作情况。

注意，图12为图6所示的激光打印机内的在多面镜上反射并在一条 周线上扫描的激光束的路径的示意图。

首先，将最大的第一数字值d0作为在第一段时间t1内的调制数字信 号DGT给构成时钟供给电路108的PLL电路108A的VCO 1083的DAC 1085。

在PLL电路108A内，由鉴相器1081将基准信号Sr和来自可编程计数 器1084的分频信号Sdv进行相位比较，并将按照相位差的信号S1081输出 给环路滤波器1082。

在环路滤波器1082内，按照来自鉴相器1081的信号S1081产生VCO 1083的控制电压Vc并将其输出给VCO 1083。

在VCO 1083内，用由DAC 1085以模拟值给出的调制率调制频率，如 图11c所示，VCO开始以按照来自环路滤波器1082的控制电压Vc的调制频 率f0振荡。于是，产生频率为f0(fop)的时钟信号CLKopm并将其输出给激 光源101和可编程计数器1084。

此外，在可编程计数器1084内，将VCO 1083的输出调制时钟信号 CLKopm的频率fopm准确地除以N，并将频率为fopm/N的分频信号Sdv输出给鉴 相器1081。

在接收具有受调频率f0的时钟信号CLKopm的激光源101内，发射受到 与时钟信号CLKopm同步的预定调制操作的激光束LO。如图6所示，来自激 光源101的激光束由准直透镜102变为平行光后被会聚到圆柱透镜103 上，再被聚焦到多面镜104的一个反光面上。

在多面镜104内，它的反光面1041将来自圆柱透镜103的激光束向安 排光敏鼓107的位置相反方向反射。结果，由以预定速度旋转的多面镜 104和fθ透镜105将来自激光源101的激光束LO在预定范围内扫描，并通 过反射光学系统106将所述光束照射到光敏鼓107上一个端部部分的预 定区域。

在这种情况下，激光束扫描过由图12中T1所示的范围。

接着，将最小的第二数字值d1作为在第二段时间t2内的调制数字信 号DGT给构成时钟供给电路108的PLL电路108A的VCO 1083的DAC 1085。

在PLL电路的VCO 1083内，用由DAC 1085以模拟值给出的调制率调 制频率，如图11C所示，VCO开始以一个比与来自环路滤波器1082的控制 电压Vc相应的f0低的调制频率f1振荡。于是，产生具有低频率f1(fopm) 的时钟信号CLKopm并将其输出给激光源101和可编程计数器1084。

在接收具有受调频率f1的时钟信号CLKopm的激光源101内，发射受到 与时钟信号CLKopm同步的预定调制操作的激光束LO。来自激光源101的激 光束LO由准直透镜102变为平行光后由圆柱透镜103会聚，并被聚焦到多 面镜104的反光面上。

在多面镜104内，它的反光面1041将来自圆柱透镜103的激光束向安 排光敏鼓107的位置的相反方向反射。结果，由以预定速度旋转的多面 镜104和fθ透镜105将来自激光源101的激光束LO在预定范围内扫描，并 通过反射光学系统106将所述光束照射到光敏鼓107上的靠近中心区 域。

在这种情况下，激光束扫过由图12中的T2所示范围。

接着，将中间的第三数字值d2作为在第三段时间t3内的调制数字信 号DGT提供给构成时钟供给电路108的PLL电路108A的VCO 1083的DAC 1085。

在PLL电路的VCO 1083内，用由DAC 1085以模拟值给出的调制率调 制频率，如图11C所示，VCO开始以一个比与来自环路滤波器1082的控制 电压Vc相应的f1高的调制频率f2振荡。于是，产生具有频率f2(fopm)的 时钟信号CLKopm并将其输出给激光源101和可编程计数器1084。

在接收具有受调频率f2的时钟信号CLKopm的激光源101内，发射受到 与时钟信号CLKopm同步的预定调制操作的激光束LO。来自激光源101的激 光束LO由准直透镜102变为平行光后由圆柱透镜103会聚，并被聚焦到多 面镜104的反光面上。

在多面镜104内，它的反光面1041将来自圆柱透镜103的激光束向安 排光敏鼓107的位置的相反方向反射。结果，由以预定速度旋转的多面 镜104和fθ透镜105将来自激光源101的激光束LO在预定范围内扫描，并 通过反射光学系统106将所述光束照射到光敏鼓107上另一个端部的剩 余部分。

在这种情况下，激光束扫过由图12中的T3所示的范围。

如以上所述，按照本发明，通过用包括DAC 1085的VCO 1083配置一 个PLL电路、在按照来自环路滤波器1082的控制电压Vc、用由DAC 1085 作为模拟值给出的调制率调制频率后开始振荡、以及产生频率为fopm的 时钟信号CLKopm并将其提供给激光源101，很容易就可以配置一个能数字 调制时钟周期的可变频率振荡器，而且很容易在保持PLL同步的同时执 行在同步周期内的频率调制。

此外，由于VCO由作为模拟量的电压控制，因此对于从外部用软件 进行数字控制来说DAC是必需的，但在本实施例中DAC是内建于VCO内 的。调制量因此可以实际上作为数字值被处理。此外还可以使DAC具有 调制功能和振荡频率比例功能。

注意，在本实施例中，虽然以激光打印机作为一个例子进行说明， 但本发明显然并不局限于此，而是可以用于需要频率调制的任何应用。 作为除了激光打印机之外的用途，值得提到的还有例如可以用于数字复 印机、电子枪被水平扫描的视频设备、液晶投影仪等。

此外，以上实施例被配置成通过用数字值经由DAC控制调制度来调 制VCO的振荡频率，但也可以用其他方式配置。

为了用其他配置在PLL电路108B的同步周期内调制振荡频率，例如 如图13所示，可以提供一个新的用于添加调制控制电压信号SVc的输入 路径和一个用于产生附加信号给VCO 1083的控制电压Vc的输入系统的电 路1086。

注意，在PLL电路108B内，由于控制电压Vc改变的绝对值实际上成 为振荡频率改变的绝对值，因此VCO 1083的振荡频率越高，改变显得越 小，相反，振荡频率越低改变显得越大。

因此，为了保持这个比例恒定，优选的是提供一个按照控制电压Vc 控制改变电压的电路。

注意，以上所说明的实施例只是为了使本发明更容易理解，而不是 对本发明的限制。因此，以上实施例中所公开的各个元件包括属于本发 明技术领域的所有设计变型和等效物。

                       发明背景