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频率合成

阅读:811发布:2020-05-11

专利汇可以提供频率合成专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 频率 合成器(100),包括:第一可变频率 振荡器 (10),产生具有对应于第一控制 信号 的频率的第一振荡信号;第二可变频率振荡器(50),产生具有对应于第二 控制信号 的频率的第二振荡信号; 相位 基准生成器(40),产生相位基准信号。相差生成器(30)产生指示第一和第二振荡信号的相位和与相位基准信号的相位之间的相差的相差信号。 控制器 (60)响应于相差信号产生第一控制信号和第二控制信号。依赖于相差信号的值来确定第一控制信号和第二控制信号中的至少一个,依赖于信号的另一特征来确定第一控制信号和第二控制信号中的至少一个,且其中所述另一特征补充被可选地引入到频率合成器(100)中的抖动的效果。,下面是频率合成专利的具体信息内容。

1.一种频率合成器(100),包括:
第一可变频率振荡器(10),所述第一可变频率振荡器产生具有对应于第一控制信号的频率的第一振荡信号;
第二可变频率振荡器(50),所述第二可变频率振荡器产生具有对应于第二控制信号的频率的第二振荡信号;
相位基准生成器(40),所述相位基准生成器产生相位基准信号;
相差生成器(30),所述相差生成器产生指示第一和第二振荡信号的相位和与相位基准信号的相位之间的相差的相差信号;和
控制器(60),所述控制器响应于相差信号产生第一控制信号和第二控制信号;
其中控制器(60)适于依赖于相差信号的值来确定第一控制信号和第二控制信号中的至少一个;
其中控制器(60)适于依赖于信号的另一特征来确定第一控制信号和第二控制信号中的至少一个,且其中所述另一特征补充被可选地引入到频率合成器(100)中的任何抖动的效果。
2.根据权利要求1所述的频率合成器(100),其中信号的另一特征是相差信号的测量参数。
3.根据权利要求2所述的频率合成器(100),其中相差信号的测量参数是相差信号的变化速率。
4.根据权利要求3所述的频率合成器(100),其中控制器(60)适于响应于相差信号的变化速率超过限,对第一控制信号和第二控制信号中的至少一个的变化速率施加限制。
5.根据权利要求4所述的频率合成器(100),其中施加到第一控制信号的变化速率的限制和施加到第二控制信号的变化速率的限制是不同的。
6.根据权利要求1所述的频率合成器(100),其中信号的另一特征指示制造公差、温度和供电电压中的至少一个。
7.根据权利要求2所述的频率合成器(100),其中相差信号的测量参数是相差信号的峰值-峰值变化。
8.根据权利要求7所述的频率合成器(100),其中在特定的峰值-峰值变化下,第二控制信号被定义为在预定时间段内将第二振荡信号保持在固定频率上。
9.根据权利要求1所述的频率合成器(100),其中信号的另一特征是由接收到的无线信号传达的信息。
10.根据权利要求9所述的频率合成器(100),其中由接收到的无线信号传达的信息指示需要的操作性能。
11.根据权利要求10所述的频率合成器(100),其中需要的操作性能是频率精度、最小频率切换时间和最大噪声级别中的至少一个。
12.根据前述任一权利要求所述的频率合成器(100),
包括用于产生第一振荡信号的相位的第一指示的相位估计器(20);
其中第二可变频率振荡器(50)适于提供第二振荡信号的相位的第二指示;和其中相差生成器(30)适于利用第一和第二指示以产生相差信号。
13.根据前述任一权利要求所述的频率合成器(100),其中控制器(60)包括用于过滤第一控制信号的第一过滤器和用于过滤第二控制信号的第二过滤器(64)中的至少一个。
14.根据前述任一权利要求所述的频率合成器(100),其中第一可变频率振荡器(10)是数位控制振荡器,且第一控制信号是第一数位字。
15.根据前述任一权利要求所述的频率合成器(100),其中第二可变频振荡器(50)是数字控制振荡器,且第二控制信号是第二数位字。
16.根据前述任一权利要求所述的频率合成器(100),其中相差信号是数位字,且控制器适于划分数位字为最高有效部分和最低有效部分,并依赖于最高有效部分确定第一控制信号和依赖于最低有效部分确定第二控制信号,其中控制器适于依赖于数位字的值改变数位字的划分。
17.一种无线接收器(300),所述无线接收器包括在任何前述权利要求中要求的频率合成器(100),包括利用第一振荡信号将接收到的射频信号转换为中频信号的第一下变频器(320,321),和利用第二振荡信号将中频信号转换为基带信号的第二下变频器(350,
351)。
18.一种无线发射器(200),所述无线发射器包括在权利要求1至18中任意一个中要求的频率合成器(100),包括利用第二振荡信号将基带信号转换为中频信号的第一上变频器(220,221),和利用第一振荡信号将中频信号转换为射频信号的第二上变频器(250,
251)。
19.一种频率合成方法,所述方法包括:
产生具有对应于第一控制信号的频率的第一振荡信号;
产生具有对应于第二控制信号的频率的第二振荡信号;
产生相位基准信号;
产生指示第一和第二振荡信号的相位和与相位基准信号的相位之间的相差的相差信号;
响应于相差信号产生第一控制信号和第二控制信号;
依赖于相差信号的值确定第一控制信号和第二控制信号中的至少一个;和依赖于信号的另一特征确定第一控制信号和第二控制信号中的至少一个,其中所述另一特征补充被可选地引入到频率合成器中的任何抖动的效果。

说明书全文

频率合成

技术领域

[0001] 本发明涉及频率合成器、包括频率合成器的无线发射器和接收器和频率合成方法。

背景技术

[0002] 无线发射器和接收器的结构通常需要产生在两个频率上的基准信号,即在载频上的射频(RF)信号和在较低频率上的中频(IF)信号。
[0003] 例如,众所周知的用于移动电话、无绳电话和连通性应用中的“近零IF”无线电接收器结构通过将接收到的信号和本地正交振荡信号在两条并行的路径上混频,将接收到的RF信号转变为接近于DC的频率。 名义上IF被设置固定的频率偏移,例如与信道间隔相关的频率偏移。 这样的频率选择能够缓和对于在随后的基带电路内的实现的解调的像频干扰抑制的需求。 这样的频率选择也有效地将信号频谱从DC处移开,以允许DC偏移和低频噪声的直接过滤,例如由CMOS晶体管产生的1/f噪声。 在近零IF接收器中,频率生成必须具有足够的精度,以能够获得需要的频率位移,和决定在随后的用来过滤和解调的频率窗口内的接收到的所需信号的频谱的位置
[0004] 在另一个示例中,在笛卡尔发射器结构中,基带信号被生成为同相和正交相位(I和Q)矢量,所述I和Q矢量通过与载频处的本地振荡信号相乘变换为RF。 对于复杂系统,I和Q矢量从多个信号中构造自己。 例如正交频分复用(OFDM)系统需要多个子载波合成,每一个包含发射信息的一部分。
[0005] 典型的,频率合成器用来产生基于相环的本地振荡信号。 基本的锁相环包括具有用于控制振荡器频率的控制输入的可变频率振荡器。 由振荡器产生的信号被分开,并且被分开的振荡器信号的相位通过相位比较器与频率基准信号的相位进行比较。 相位比较器的输出信号通过低通滤波器被平滑,然后被施加到振荡器的控制输入。 被分开的振荡器信号被利用为本地振荡器信号。
[0006] 在使用数字电路构造锁相环时,振荡器典型地只假定离散频率值。 电感电容(LC)谐振电路设置振荡频率。 LC振荡电路中的电感在集成电路制造中由金属掩膜形成图案,且具有固定值。 利用现代先进的平版印刷术,电感值是很清楚的且很好控制。电容由耦合到电感的离散元件构成。 另外,存在由活动电路和布局寄生效应贡献的电容值。离散频率步幅由可加入到谐振电路的最小电容的尺寸设置。 典型的仅仅几个毫微微法拉的离散电容值允许在2GHz的振荡器上至少几千赫兹的步幅,所述步幅也依赖于谐振电路的阻抗级别。 因此,这直接决定了本地振荡器频率的精度。 所需频率和设置的可变离散频率之间的差异导致的任何误差可由频率合成器校正。 通过在电容值之间针对所需值的任一侧进行跳跃来实现这一点,因此实现频率的跳跃。 平均而言,这将给出正确的“分数”电容值,并因此平均起来产生所需的频率。 在这个过程(其通常被描述为抖动且记载于US5,036,294)中,电容跳跃引进了不必要的振荡相位调制,其产生了不必要的频谱分量,所述不必要的频谱分量使接收器性能恶化,或更重要的是发射器的频谱恶化。 抖动可选地包括例如根据伪随机图案在两个以上频率之间的跳跃频率,从而传播由跳跃导致的噪声。
[0007] US6,658,748披露了一种方法,在此方法中,通过利用频率为振荡频率的因数的∑-Δ编码器在两种状态之间抖动一个最小的单位电容,来对振荡频率精细地调谐。∑-Δ编码器提供噪声整形以产生一个干净的接近中心的振荡频谱。 然而,电路实现复杂,并且由于其高频操作,具有高能量消耗。
[0008] US 2006/0256910A1披露了一种方案,在此方法中,发射器的输出与基准频率信号相比较,且比较结果用来生成振荡器调谐字(OTW)。OTW的小数部分用来控制产生第一本地振荡信号的数字控制振荡器(NCO)的频率,且OTW的整数部分用来控制产生用于混频第一本地振荡信号到载频上的第二本地振荡信号的数位控制振荡器的频率。 在混频之前将调制施加到第一本地振荡信号。 此方案针对只有一个发射器描述,此方案利用发射器的输出。
[0009] 本发明的目的是在频率合成上提供改进。

发明内容

[0010] 根据本发明的第一方面,提供一种频率合成器,所述频率合成器包括:
[0011] 第一可变频率振荡器,所述第一可变频率振荡器产生具有对应于第一控制信号的频率的第一振荡信号;
[0012] 第二可变频率振荡器,所述第二可变频率振荡器产生具有对应于第二控制信号的频率的第二振荡信号;
[0013] 相位基准生成器,所述相位基准生成器产生相位基准信号;
[0014] 相差生成器,所述相差生成器产生指示第一和第二振荡信号的相位和与相位基准信号的相位之间的相差的相差信号;和
[0015] 控制器,所述控制器响应相差信号产生第一控制信号和第二控制信号;
[0016] 其中控制器适于依赖于相差信号的值确定第一控制信号和第二控制信号的至少一个;
[0017] 其中控制器适于依赖于信号的另一特征确定第一控制信号和第二控制信号的至少一个,且其中所述另一特征补充被可选地引入到频率合成器中的抖动的效果。
[0018] 根据本发明的第二方面,提供一种频率合成的方法,所述方法包括:
[0019] 产生具有对应于第一控制信号的频率的第一振荡信号;
[0020] 产生具有对应于第二控制信号的频率的第二振荡信号;
[0021] 产生相位基准信号;
[0022] 产生指示第一和第二振荡信号的相位和与相位基准信号的相位之间的相差的相差信号;
[0023] 响应相差信号产生第一控制信号和第二控制信号;
[0024] 确定依赖于相差信号的值的第一控制信号和第二控制信号的至少一个;和[0025] 依赖于信号的另一特征确定第一控制信号和第二控制信号的至少一个,其中所述另一特征补充被可选地引入到频率合成器中的任何抖动的效果。
[0026] 因此,第一和/或第二振荡信号的频率不仅依赖相位基准信号的相位与第一和第二振荡信号的相位和之间的相差,还依赖于信号的另一特征。 如果抖动被引入到频率合成器,所述另一特征补充抖动的效果。
[0027] 这样的频率合成器或频率合成的方法提供调整和优化合成频率的性能的更大范围。
[0028] 可选地,信号的另一特征可以是相差信号的测量参数,例如相差信号的变化速率。 因此频率合成器和频率合成方法可以考虑不同于简单的相差信号值的参数。
[0029] 例如,响应相差信号的变化速率超过限,控制器可以适于施加一个限制到第一控制信号和第二控制信号的至少一个的变化速率上。 在这种方法中,合成信号的频率的最大变化速率可以被限制,例如以便约束合成信号的频谱。
[0030] 施加到第一控制信号和第二控制信号的变化速率的限制可以不同。 这实现了第一振荡信号和第二振荡信号的独立控制,以优化性能,例如频谱或切换速度。
[0031] 可选地,信号的另一特征可以指示制造过程的公差。 因此可以考虑由制造过程公差导致的差异,例如元件值的分散,从而获得更精确的合成频率。
[0032] 可选地,信号的另一特征可以指示温度。 因此可以考虑由温度差异导致的差异,例如元件值的分散,从而获得更精确的合成频率。
[0033] 可选地,信号的另一特征可以指示供电电压。 因此可以考虑由供电电压差异导致的差异,从而获得改进的合成频率。
[0034] 可选地,信号的另一特征可以是由接收到的无线信号传达的信息。 例如,由接收到的无线信号传达的信息可以指示需要的操作性能,例如频率精度、最小频率切换时间或最大噪声级别。 因此合成频率的性能可以根据外部需求调整。
[0035] 可选地,频率合成器可以包括用于产生第一振荡信号的相位的第一指示的相位估计器,且第二可变频率振荡器可以适于提供第二振荡信号的相位的第二指示,且相差生成器可以适于利用第一和第二指示以产生相差信号。 因此,第一和第二振荡信号的相位指示可以分别提供,这在本发明的实施例中提供了一个有用的自由度,尤其是在时分双工系统中灵活地独立产生发射和接收所需的频率。
[0036] 可选地,控制器可以包括用于过滤第一控制信号的第一过滤器和用于过滤第二控制信号的第二过滤器的至少一个。 因此,不同的时间常数可以施加到第一和第二控制信号,以能够优化环路性能。
[0037] 可选地,第一可变频率振荡器可以是数位(digitally)控制振荡器,且第一控制信号可以是第一数位字。 这贡献了高精确度频率控制。
[0038] 可选地,第二可变频振荡器可以是数字控制振荡器,且第二控制信号可以是第二数位字。 这能够以高精确度实现相位和频率的简单控制。
[0039] 可选地,相差信号可以是数位字,且控制器可以适于划分数位字为最高有效部分和最低有效部分,并确定依赖于最高有效部分的第一控制信号和依赖于最低有效部分的第二控制信号,控制器适于依赖于数位字的值改变数位字的划分。 这为控制第一或第二可变频率振荡器提供了灵活性,从而实现了对振荡器的谐振范围的优化利用。
[0040] 本发明同时提供了一种无线接收器,包括:根据本发明的第一方面的频率合成器的,利用第一振荡信号将接收到的射频信号转换为中频信号的第一下变频器(down-converter),和利用第二振荡信号将中频信号转换为基带信号的第二下变频器。
[0041] 本发明同时提供了一种无线发射器,包括:根据本发明的第一方面的频率合成器,利用第二振荡信号将基带信号转换为中频信号的第一上变频器(up-converter),和利用第一振荡信号将中频信号转换为射频信号的第二上变频器。
[0042] 本发明特别而非专有地适用于集成到全数字锁相环中。 它也可以非常方便地实现在CMOS集成电路中。附图说明
[0043] 本发明将通过示例并参考所附附图进行描述,其中:
[0044] 图1是包括频率合成器的接收器的示意性框图
[0045] 图2是包括频率合成器的发射器的示意性框图;
[0046] 图3是频率合成器的示意性框图;
[0047] 图4是频率合成器的另一个实施例的示意性框图;
[0048] 图5是相位估计器的示意性框图;和
[0049] 图6是频率合成器的方法的流程图

具体实施方式

[0050] 参考图1,图示了接收器,所述接收器包括对于由未图示的天线提供的RF接收信号的输入310。输入310耦合到混频器320和321,以将RF接收信号与RF本地振荡信号的各个正交分量相乘。第一振荡信号由频率合成器100的输出12提供给分频器322,所述分频器322对第一振荡信号进行分频并提供RF本地振荡信号的正交分量到混频器320和321。 第一振荡信号的频率可以是RF本地振荡信号所需频率的两倍,在这种情况下,分频器322以2进行分频。 这种分频比能够以简单的方式便利地获得正交分量,虽然其他分频比也可以选择使用。
[0051] 混频器320和321各自的输出提供IF模拟I和Q信号,并且这些输出耦合到相应的低通滤波器330和331以过滤IF模拟I和Q信号。 低通滤波器330和331的输出耦合到相应的模数转换转换器340和341,以将过滤后的IF模拟I和Q信号转换到数字域。一旦在数字域,数字信号处理可以用来执行未图示功能,例如除去残余DC能量,进一步过滤带外阻滞信号和调节增益以降低动态范围。
[0052] 模数转换器340和341的输出耦合到相应的另一混频器350和351以将IF数字I和Q信号与IF数字本地振荡信号的相应的正交分量相乘,从而获得基带I和Q调制信号。 第二振荡信号以由NCO相位累加器提供的相位值的形式由频率合成器100的输出52提供。相位值依靠查询表352被转换为IF数字本地振荡信号的正弦和余弦波形正交分量,并且这些正交分量被提供给混频器350和351。基带I和Q调制信号在混频器350和
351的相应的输出360和361处获得。
[0053] 参考图2,图示了发射器,所述发射器包括分别用于基带调制信号的数字I和Q分量的输入210和211。 输入210和211耦合到相应的混频器220和221,以将基带调制信号的数字I和Q分量与数字IF本地振荡信号的相应的正交分量相乘。 第二振荡信号以由NCO相位累加器提供的相位值的形式由频率合成器100的输出52提供。 相位值依靠查询表222被转换为IF数字本地振荡信号的正弦和余弦波形正交分量,并且这些正交分量被提供给混频器220和221。 混频器220和221的相应的输出提供IF数字I和Q调制信号,并且这些输出耦合到相应的数模转换器230和231,以将IF数字I和Q调制信号转化到模拟域。数模转换器230和231的输出耦合到相应的低通滤波器240和241,以过滤IF模拟I和Q调制信号。 低通滤波器240和241的输出耦合到相应的另一混频器250和251以将过滤后的IF模拟I和Q调制信号与RF本地振荡信号的相应的正交分量相乘,从而获得RF I和Q信号。第一振荡信号由频率合成器100的输出12提供给分频器252,所述分频器252对第一振荡信号分频,并提供RF本地振荡信号的正交分量给混频器250和
251。 对于参考图1描述的接收器来说,第一振荡信号的频率可以是RF本地振荡信号所需频率的两倍,在这种情况下,分频器252以2进行分频。 这种分频比能够以简单的方式便利地获得正交分量,虽然其他分频比也可以选择使用。 混频器250和251的输出耦合到组合器260,所述组合器260将RF I和Q信号相加并将结果和传递到输出270。 输出270可以耦合到未图示的功率放大器和发射天线。
[0054] 图1和2中图示的接收器和发射器不必相互依赖,而是可以单独配置或联合配置。
[0055] 频率合成器100将参考图3开始概括描述。 频率合成器100包括第一可变频率振荡器10,所述第一可变频率振荡器10用于在输出12处产生具有依赖于施加到输入11的第一控制信号的频率的第一振荡信号。第一可变频率振荡器10可以是例如数位控制振荡器,所述数位控制振荡器是包括模拟电路但其频率由施加到其输入的数位字确定的振荡器。 第一可变频率振荡器10耦合到相位估计器20的第一输入21。
[0056] 相位估计器20适于在输出处以施加到输入22的基准时钟所定义的间隔提供第一振荡信号的相位指示。 相位估计器20的实施例在图5中图示并在下面描述。 相位估计器20的输出耦合到相差生成器30的第一输入31。
[0057] 第二可变频率振荡器50用于在输出52处产生具有依赖于施加到输入51的第二控制信号的频率的第二振荡信号。第二可变频率振荡器50可以是例如数字控制振荡器,所述数字控制振荡器是包括指示振荡器相位的累加器的振荡器,并且振荡器周期由累加器的溢出值决定。 第二可变频率振荡器50的输出52耦合到相差生成器30的第二输入。
[0058] 相位基准生成器40用于在其输出产生相位基准信号。 相位基准生成器40可以例如包括数字控制振荡器。 相位基准信号的频率将利用频率合成器100的发射器200或接收器300的所需发射或接收频率定义为基准时钟的频率的倍数,并且可以通过相位基准生成器40的输入41处的频率选择信号选择相位基准信号的频率。 相位基准生成器40的输出耦合到相差生成器30的第三输入33。
[0059] 相差生成器30适于在其输出处产生指示第一和第二振荡信号的相位和与相位基准信号的相位之间的相差的相差信号。相差生成器30的输出耦合到控制器60的输入61。
[0060] 控制器60适于响应相差信号在耦合到第一可变频率振荡器10的输入11的第一输出65处产生第一控制信号,和在耦合到第二可变频率振荡器50的输入51的第二输出66处产生第二控制信号。控制器60的功能是通过调节第一和第二控制信号来确定第一可变频率振荡器10适于多大范围和第二可变频率振荡器50适于多大范围。 第一和第二控制信号的至少一个依赖于相差信号的值,并且第一和第二控制信号的至少一个还依赖于提供给控制器60的信号的另一特征。 关于控制器60的结构和操作的进一步细节将在下面描述。
[0061] 频率合成器100的操作通过图6的流程图图示。在步骤210,具有对应于第一控制信号的频率的第一振荡信号被产生。在步骤220,具有对应于第二控制信号的频率的第二振荡信号被产生。在步骤230,相位基准信号被产生。在步骤240,指示第一和第二振荡信号的相位和与相位基准信号的相位之间的相差的相差信号被产生。在步骤250,响应相差信号产生第一控制信号和第二控制信号,第一控制信号和第二控制信号的至少一个依赖于相差信号的值而确定,并且第一控制信号和第二控制信号的至少一个还依赖于信号的另一特征而确定,其中所述另一特征补充引入到频率合成中的任何抖动的效果。 流程然后返回步骤210并且操作以由基准时钟确定的时间间隔重复。 所述步骤不必按照图6图示的精确顺序执行。
[0062] 参考图4,图4中图示的频率合成器100对于使用过的相对应的附图标记,包括图3的频率合成器100的所有特点,并且图示了相差生成器30、相位基准生成器40、第二可变频率振荡器50和控制器60的一些实施例。
[0063] 在图4中图示的第二可变频率振荡器50的实施例是包括具有耦合到加法器54的输入的输出的相位累加器53的NCO,并且在所述NCO中加法器54的输出耦合到相位累加器53的输入。 在相位累加器53中的相位值以基准时钟确定的时间间隔周期性地在加法器中递增,并且递增的值被写入相位累加器53中。 增量的大小由输入51处提供的第二控制信号确定。相位累加器53的输出耦合到提供第二振荡信号的输出52,从所述输出52处IF可以获得本地振荡信号。
[0064] 在图4中图示的相位基准生成器40的实施例也是包括具有耦合到加法器44的输入的输出的相位累加器42的NCO,并且在所述NCO中加法器44的输出耦合到相位累加器42的输入。 在相位累加器42中的相位值以基准时钟确定的时间间隔周期性地在加法器中递增,并且递增的值被写入相位累加器42中。 增量的大小由输入41处提供的频率选择信号确定。 相位累加器42的输出耦合到相差生成器的输入33。
[0065] 在图4中图示的相差生成器30的实施例包括加法器34,所述加法器34具有耦合到第二可变频率振荡器50的输入31和输出52的输入,以计算第一振荡信号的相位和第二振荡信号的相位的和。减法器35具有耦合到输入33和加法器34的输出的输入,以计算由加法器34计算的和与相位基准信号的相位之间的差值。
[0066] 也可以采用产生同样结果的等同实施例,特别地,第一和第二振荡信号之一的相位可以首先从相位基准信号的相位中减去,然后另一个振荡信号的相位可以从结果中减去。 更进一步,通过颠倒耦合到第二可变频率振荡器50的加法器34的输入的极性,可以翻转IF本地振荡信号位于接收到的信号的频谱之上或之下的位置。
[0067] 在图4中图示的控制器60的实施例包括相位误差处理器62,所述相位误差处理器62具有耦合到输入61的输入和耦合到输出66的输出以提供第二控制信号。 相位误差处理器62的输出同时也耦合到低通滤波器64的输入,并且低通滤波器64的输出耦合到输出65以提供第一控制信号。 也可以选择使用滤波器的其它布置。 例如,也可以提供滤波器以过滤在输出66处提供的第二输出信号。同样,第一和第二控制信号也可以使用公共滤波器或独立滤波器被过滤。这些滤波器可以减少由相位估计器20的量子化噪声引进的不希望的相位调制,所述量子化噪声典型地是弧度(radian)的重要部分,并且可以调制第二可变频率振荡器50。
[0068] 频率合成器100可以将比单位增益高的增益施加到相位估计器20的输出处的第一振荡信号的相位指示上,或施加到累加器53中的第二振荡信号的相位指示上,或施加到二者上。这些增益不必是同样的,可以通过控制器60提供,特别地通过滤波器64或其它滤波器提供。作为这样做的结果,对于给定的频率偏移产生较小的相位误差。通常,滤波器64或其它滤波器应利用积分器来组合增益,以产生二阶反馈环路。 控制器60的相位误差处理器62的操作将在下面描述。
[0069] 在图5中图示的相位估计器20的实施例包括具有耦合到输入21的输入以对第一振荡信号分频的分频器23。 分频器23的输出耦合到计数器24的输入。 分频器23计N数第一振荡信号的活动边沿,例如上升边沿,并对于N级分频器,在达到最大计数值2时,提供溢出信号给计数器24。状态解码器25也耦合到分频器23以读取分频器23的状态。
[0070] 分频器23的状态被读取的时刻由输入22处提供的基准时钟确定,所述输入22耦合到状态解码器25的输入。 第一可变频率振荡器10的周期的累积数量由计数器24中的值和由状态解码器25读取的分频器23的状态的组合指示。 该组合可以看作包括由计数器24提供的最高有效部分和由状态解码器25提供的次低有效部分。 这两部分通过累加器26组合起来,所述累加器26具有耦合到计数器24的输出的输入和耦合到状态解码器25的输出的输入。两部分的组合代表了第一可变频率振荡器10四舍五入到最近的2π弧度的累积相位。 例如,如果第一可变频率振荡器10操作在对于GSM接收器来说最适合的频率4GHz,利用250皮秒的精确度确定累积相位。
[0071] 为了提供具有比第一可变频率振荡器10的周期更高的分辨率的相位信息,可以提供时间数字转换器(TDC)27,其中第一可变频率振荡器10在2π下编码编码相位信息。合适的TDC在US 6,429,693B1中描述。TDC耦合到输入21以接收第一振荡信号,并耦合到输入22以接收基准时钟。 TDC 27测量基准时钟的边沿和第一振荡信号的边沿之间的时间。 这可以例如通过使用一组名义上相同延迟的元件实现;在基准时钟的每一个周期,基准时钟的边沿启动测量,且第一振荡信号的边沿终止测量。 例如,如果每一个延迟元件延迟第一振荡信号25皮秒,TDC 27能够测量25皮秒分辨率的相位。对于操作在4GHz的第一可变频率振荡器10来说,这对应0.2π弧度的分辨率。 提升的分辨率导致相位测量具有较低的量子噪声,并因此导致在由频率合成器100合成的频率中较低的相位噪声。 由TDC 27测量的相差可以看做第一可变频率振荡器10的累积相位中的最低有效部分。 TDC 27的输出耦合到累加器26的另一个输入,所述累加器26将此最低有效部分和由计数器24提供的最高有效部分和由状态解码器25提供的次低有效部分,以及在累加器26的输出处提供的累积相位的结果值组合在一起,其中累加器26的输出耦合到相差生成器30的输入31。
[0072] 在一些实施例中,归一化由TDC 27的延迟元件引进的对于第一可变频率振荡器10的周期的延迟,并且当第一可变频率振荡器10的操作频率改变时(例如由于信道切换或发射/接收切换)重复此归一化是必要的。 为了提供此归一化,在图5中TDC 27的输出被图示通过可选缩放级28耦合到累加器26,其中可选缩放级28按比例因子缩放由TDC 27测量的相差。 所需的比例因子由可选增益归一化估计器29估计,其中估计器29也耦合到TDC 27的输出,并且比例因子提供给缩放级28。
[0073] 关于频率合成器100,特别是控制器60的操作的进一步细节,在下面描述。
[0074] 在基准时钟的每一个周期,相差生成器30接收第一振荡信号的相位的测量值、第二振荡信号的相位的值和相位基准信号的相位的值,并从这些值中产生相差信号的值,其中相差信号的值接下来由控制器60处理。
[0075] 应当使用足够的比特对相位值编码,以获得频率合成的需要的精度。 例如,产生以4GHz为中心的精度为几十赫兹的RF频率,相位基准生成器40的相位累加器42和加法器44应利用27比特字精度操作。 27比特字的一部分在每个基准时钟周期对相位基准生成器40的完整周期进行编码,其中相位基准生成器40的完整周期是2π的整数增量,并且27比特字的一部分对周期的小数部分进行编码,其中周期的小数部分是少于2π弧度的相位信息。 例如对于操作在26MHz频率(对GSM标准使用在无线电收发机操作中的普通频率)的基准时钟,在每个基准时钟周期累积的操作在4GHz的第一可变频率振荡器10的周期的数量大约是156。 在这种情况下,整数相位信息可以使用8比特编码,27比特的剩余19比特用于编码相位信息的小数部分。
[0076] 为进一步描述,考虑名义上第二可变频率振荡器50的NCO操作在约100kHz的频率。 这需要26MHz基准时钟的260个周期循环通过2π弧度的完整周期。 因此对于第二可变频率振荡器50的NCO的相位更新字只需要小数部分相位信息的10个或11个最低有效比特,且小数部分相位信息的剩余比特包含的只有零。
[0077] 控制器60能够响应相差信号的值通过第一和第二控制信号以基准时钟周期的间隔调节第一和第二可变频率振荡器10和50。 更进一步,控制器60适于依赖于信号的另一特征控制第一和第二控制信号的一个或两个。 在一些实施例中,为了使合成频率的噪声频谱成形或产生需要的平均频率,抖动可能被引进到频率合成器100的信号中。 另一特征补充任何这种抖动的效果。 这样的另一特征的一些示例在接下来的段落中描述。
[0078] (a)相差信号的变化速率。 这可以被测量,例如,作为相差信号在两个或更多连续相位测量之间的变化量。 连续值上的预定量的变化指示了在第一可变频率振荡器中的频率误差,在这种情况下,控制器60通过施加合适的调节到第一控制信号调节第一振荡频率。更进一步,控制器60可以施加限制到第一和第二控制信号的一个或两个的变化速率,以防止频率的快速变化产生不需要的瞬时频率分量。 为了将瞬时频率分量约束在需要的级别内,控制器60可以施加不同的限制到第一控制信号和第二控制信号的变化速率。 可以通过利用相应的滤波器过滤这些信号,将这些限制施加到第一控制信号和第二控制信号。
[0079] (b)频率合成器100的锁定状态的指示。这样的锁定的指示可以由相差信号的峰值-峰值变化提供,所述差异可以由控制器60测量。 在初始锁频期间,更希望保持第二可变频率振荡器50操作在固定频率,并只调节第一可变频率振荡器10。 一旦所需的RF频率由第一可变频率振荡器10近似获得,利用对第一可变频率振荡器10的零调节或最小调节,通过调节第二可变频率振荡器50,RF频率调节到更高分辨率。 作为对于检测开锁状态的备选,由控制器60收到的改变频率信道的命令可以认为是预设的作为初始锁频状态的时间周期,在所述初始锁频状态,只有第一可变频率振荡器10可以被调节,紧随初始锁频状态,第二可变频率振荡器50也可以被调节。
[0080] (c)集成电路的制造过程公差的指示。这样的指示可以由片上传感器产生,所述片上传感器测量电路参数相对于基准值的背离。
[0081] (d)通过温度传感器产生的温度的指示,所述温度传感器可以在具有频率合成器100的集成电路中。
[0082] (e)供电电压的指示。 这样的指示可以由片上电压传感器产生。
[0083] (f)由接收到的无线信号传达的信息。这样的信息可以指示需要的操作性能。这可以是明示的指示,例如所需要的频率精度值、最小频率切换时间或最大噪声级别。 可选地,这可以是暗示的,例如在多模式应用中,它可以是指示频率合成器应遵守几个操作标准的哪一个,如GSM、UMTS和WLAN。 控制器60然后可以使用查询表将暗示指示转化为操作参数,例如所需要的频率精度值、最小频率切换时间或最大噪声级别。
[0084] 控制器60可以产生第一和第二控制信号,从而大的频率改变由第一可变频率振荡器10提供,且小的频率改变由第二可变频率振荡器50提供。 然而,这样的方法导致在振荡器中到达它们相应调谐范围的端点,因此在一些环境下,更好的方法可以采用以提供中频步幅的范围,所述范围可以被第一和第二可变频率振荡器10和50覆盖。 作为示例,考虑第一可变频率振荡器10作为操作在4GHz且可调谐范围为500MHz,步幅为几千赫兹的RF DCO,且考虑第二可变频率振荡器50作为操作在上至100MHz且频率步幅为几赫兹的NCO。 在这个示例中,介于几千赫兹上至几十兆赫兹的频率步幅可以由任一振荡器覆盖。 控制器60可以通过处理相差信号作为数位字提供这样的操作。 控制器60可以适于划分数位字为最高有效部分和最低有效部分,并确定依赖最高有效部分的第一控制信号和依赖最低有效部分的第二控制信号。特别地,控制器60可以适于依靠数位字的值而改变数位字的划分位置,在所述位置,数位字被划分成最高有效部分和最低有效部分。 因此,如果检测到引起振荡器10和50之一操作在它的调谐范围的端点或附近的数位字的值,通过控制振荡器10和50的另一个的控制信号提供所需的频率步幅大小。
有效的是,依靠数位字的值,数位字的中央部分可以分配给振荡器的任意一个。 在另一个实施例中,为了在无线发射器中使用,可以通过引入针对第一和第二可变频率振荡器
10和50的一个或两个的控制的调制来对频率合成器100进行频率调制。当在用于多载波信号的发射器或接收器中利用频率合成器100时,,可以针对每一个子载波信号复制第二可变频率振荡器50的相位累加器53、查询表352或222以及混频器350、351和220、
221,其中对施加到相应的振荡器之一的每个子载波进行调制。
[0085] 通过阅读本发明的内容,其它的变化和修改对于技术人员来说是显而易见的。这样的变化或修改包括锁相环领域已经周知的以及可用来替代的或除本文已经描述的特征之外的等同物或者其它的特征。
[0086] 虽然附加的权利要求集中在特征的特定组合上,但应理解为,本发明的内容的范畴也包括任何新的特征或本文披露的明示的或暗示的特征的任何新组合或以上各项的任何广义理解,无论它是否涉及与目前任何权利要求中要求相同的发明,以及无论它是否解决与本发明所做的相同的任何或全部的技术问题。
[0087] 在单独的实施例的上下文中描述的特征也可以以组合的方式提供于单一实施例中。 相反的,为简短起见在单一实施例的上下文中描述的不同特征,也可以单独或以任何合适的子组合方式提供。
[0088] 因此申请者给出通知,在本申请或任何源自本申请的其它申请的检举起见,新的权利要求可以对这样的特征和/或这样的特征的组合进行阐述。
[0089] 为完整起见,也应说明如下,词语“包括”不排除其它元件或步骤,单一处理器或其它个体可以实现权利要求中叙述的几个方法的功能,且权利要求中的参考标志不应解释为限制权利要求的范畴。
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