減低鎖相環噪聲的方法和設備的製作方法
2023-09-19 07:24:40
專利名稱：減低鎖相環噪聲的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及鎖相環，更具體地說，涉及一種提供具有改善的信噪比的鎖相環的方法和設備。
鎖相環在各種數據和信號處理裝置中有許多用途。舉例說，鎖相環一般用於發信機和收信機、信號發生器、頻率合成器、函數發生器等。
其中一種更廣泛使用的鎖相環是除以N鎖相環(divide-by-Nphaselockedloop)。除以N鎖相環包括一個除法電路，該電路用以將鎖相環輸出量的頻率除以可選取的常數N。除以N之後的輸出信號作為反饋信號提供到鎖相環的輸入端，以供在鑑相器中與頻率基本上恆定的參考信號混合。鑑相器的輸出經低通濾波和電壓放大之後，形成基本上為直流的控制信號，其中控制信號電壓的大小表示反饋信號與參考信號之間的相位差。控制信號提供到壓控振蕩器上，使振蕩器輸出的頻率與控制信號的電壓值成正比。
鎖相環工作時維持反饋信號的頻率使其等於參考信號的頻率。由於鎖相環輸出信號的頻率是經過N次分頻從而得到反饋信號，因而輸出信號的頻率fo為參考信號頻率fr的N倍，即fo＝Nfr輸出信號的頻率可通過正確選取提供給除法電路的可選擇常數N來決定。
除以N鎖相環有若干周知的缺點。其中一個缺點是出現在輸出信號中的相位噪聲。出現在除以N鎖相環輸出信號中的這種相位噪聲主要是除法電路引起的相位噪聲導致的。除法電路引起的相位噪聲其頻率一般遍及整個頻譜。因此，在環路帶寬內的那部分除法電路相位噪聲基本上不能為鎖相環和低通濾波器所濾除。於是，這個噪聲傳輸到輸出信號中，降低了輸出信號的信噪比。
此外，歷來都已注意到除以N計數器引起的相位噪聲是可選取的常數N值的函數。換句話說，可選取的常數N的值越大，除法電路所引起並且傳送到輸出信號中的相位噪聲就越大。由於輸出具有寬頻率範圍的輸出信號的鎖相環需要N值大的除法電路，因此其相位噪聲量增加。
通常降低相位噪聲從而提高除以N鎖相環的信噪比的方法是減小環路帶寬，從而使鎖相環的濾波器和其它元件能自然地濾除相位噪聲中的較大部分。然而，減小環路帶寬會降低鎖相環的轉換速度，因而是不可取的作法。此外，如上所述，除法電路引起的相位噪聲一般出現在整個頻譜範圍，因而減小環路帶寬不可能將其完全濾除掉。
因此，希望能提供一種這樣的鎖相環，其中無需限制鎖相環的帶寬或轉換速度就可以基本上使除以N的除法電路引起的相位噪聲衰減下來。
本發明包括提高鎖相環信噪比的一種方法和設備。其中，將壓控振蕩器設計成使其根據複合控制信號提供可變頻率的輸出信號。將變量除法器電路(variabledividercircuit)設計成使其接收該可變頻率的輸出信號作為其輸入，並用一個可選取的值來除該可變頻率的輸出信號的頻率，從而提供多個反饋信號，各反饋信號包含相應的噪聲和信號分量。多個反饋信號中各信號的相位基本上恆定，多個相應的噪聲分量基上互不相關。一個複合控制電路根據參考信號和多個反饋信號而提供複合控制信號。複合控制電路所提供的複合控制信號包含基本上為直流的電壓，該電壓值為該參考信號與多個反饋信號之間的相位差的函數。該控制電路適宜使其將該多個反饋信號的噪聲分量以平方和的平方根的形式混合起來，並通過線性疊加將各信號分量混合起來，從而顯著地提高可變頻率的輸出信號的信噪比。
在本發明目前最佳的實施例中，複合控制電路包括多個控制電路，各控制電路根據參考信號和多個反饋信號中一個相應的反饋信號而提供控制信號。各控制電路提供的控制信號是一個基本上為直流的電壓，該電壓的電壓值為參考信號與多個反饋信號中一個相應的反饋信號之間的相位差的函數。因此該多個控制電路提供多個控制信號。複合控制電路還包括一個信號加法器，用以將多個控制電路信號相加起來，從而提供複合控制信號。
在本發明的另一個實施例中，變量除法器包括一個可變頻率除法電路，該電路用以將可變頻率輸出信號的頻率除以一個可選取的常數，以提供頻率控制信號。變量除法器電路還包括多個時鐘脈衝電路，用以提供多個反饋信號。各個時鐘脈衝電路都具有一個時脈衝輸入端，該輸入端連接成使其接收可變頻率輸出信號;該電路還有一個數據輸入端，該輸入端連接成使其接收頻率控制信號。此外，多個時鐘脈衝電路都設計成使其提供多個反饋信號中一個相應的反饋信號，從而使多個反饋信號中一個相應的反饋信號的幅度在可變頻率輸出信號預定的過渡期間基本上等於頻率控制信號的幅度。
在本發明的另一個實施例中，變量除法器電路包括多個可變頻率除法電路，各除法電路用以將可變頻率輸出信號的頻率除以一個可選取常數，從而提供多個反饋信號。還配備有一個同步電路，用以使多個可變頻率除法電路的輸出得到同步，從而維持多個反饋信號的相位基本上不變。
圖1是構成本發明的經過改進的設備的示意方框圖。
圖2是本發明第一實施例較為詳細的示意方框圖。
圖3是本發明的第二實施例的方框圖。
圖1示出了構成本發明的經過改進的鎖相環100。鎖相環100設計成除以N鎖相環，使其適宜提供可變頻率輸出信號。鎖相環100包括一個壓控振蕩器102，該振蕩器根據複合控制信號而提供來自鎖相環的可變頻率輸出信號。壓控振蕩器102可以包括任何一種周知的裝置，以便根據基本上為直流的輸入電壓而提供可變頻率輸出信號。如本技術領域所周知的那樣，壓控振蕩器提供的輸出信號其頻率與在壓控振蕩器輸入端提供的電壓的大小有關。
來自鎖相環100的可變頻率輸出信號提供到變量除法器電路104上。變量除法器電路104設計成使其將可變頻率輸出信號的頻率除以一個可選取的常數N。和普通的除以N鎖相環的情況一樣，可變頻率輸出信號的頻率fo與可選取的常數N的值及輸入到鎖相環的參考信號的頻率fr成正比fo＝Nfr跟普通的除法器一樣，除以N鎖相環反饋通路中的變量除法器電路104設計成使其提供多個(m個)反饋信號，各反饋信號的信號分量的頻率等於該可變頻率輸出信號除以N後的頻率，即fmb＝fo/N此外，多個反饋信號的信號分量的相位和幅度基本上都相等。變量除法器電路104提供的多個反饋信號還包含相應的相位噪聲分量。變量除法器電路104設計成使多個反饋信號的相位噪聲分量(即因頻率除以N而產生的相位噪聲)彼此互不相關。換句話說，反饋信號f1b的相位噪聲分量基本上與反饋信號f2b等等的相位噪聲分量彼此無關。
多個反饋信號f1b-fmb連同輸入參考信號一起提供到複合控制電路106。複合控制信號為複合控制電路106的輸出。複合控制電路106將多個反饋信號與參考信號混合起來，提供基本上為直流的電壓，該電壓的大小為參考信號與多個反饋信號之間的相位差的函數。此外，複合控制電路106設計成使其藉助於線性疊加而將多個反饋信號的信號分量混合起來，從而藉助於平方和的開方根操作將相位噪聲分量混合起來，進而顯著地提高可變頻率輸出信號的信噪比。下面將對此更詳細地討論。
複合控制電路106包括m個控制電路108-112，各控制電路設計成使其除了接收參考信號外還接收作為其輸入的所述多個反饋信號fmb中一個相應的反饋信號。各控制電路108-112包括比較設備，用以將參考信號與其相應的反饋信號fmb進行比較，以提供基本上為直流的電壓信號輸出(叫做控制信號)，其中控制信號的大小與參考信號與各反饋信號之間的相位差成正比。各控制信號還包含相位噪聲分量，該分量基本上與作為控制信號的來源的反饋信號的相位噪聲分量相類同。
熟悉本技術領域的人士都知道，由於除法器電路104將相位和幅度基本上相同的信號分量提供給各個反饋信號fmb，因而各控制信號的直流電壓基本上相同。然而，由於各個反饋信號fmb的相位噪聲分量與任何其它反饋信號的相位噪聲分量基本上彼此無關，因而多個控制信號的相位噪聲分量也基本上彼此無關。
複合控制電路106還包括信號加法器114。信號加法器114設計成使其將多個控制信號加起來，以便從複合控制電路106提供出複合控制信號輸出。由於多個反饋信號的信號分量其大小和相位基本上相等，因而各控制信號的信號分量的直流電壓其大小和相位基本上都相等。多個控制信號通過線性疊加法而相加，從而使複合控制信號的幅度為任何一個控制信號的m倍。此外，由於多個控制信號的相位噪聲分量基本上彼此互不相關，因而將相位噪聲分量em按它們的平方和的開方根加起來，即es＝[e12+e22+…+em2]1/2由於相位噪聲是隨機性的，因而假設e1＝e2＝…＝em
因此多個控制信號的相位噪聲分量等於es＝[m]1/2e，舉例說，若採用兩個反饋信號，即m＝2，則複合控制信號基本上為直流的電壓部分其大小將會是一個控制信號的2倍。然而，其噪聲分量會減小約3個分貝，即(2)1/2。如下面即將更詳細討論的那樣，通過提供更多的來自變量除法器電路104的反饋信號並提供更多的控制電路108-112，還可以進一步降低相位噪聲。
圖2示出了按本發明設計的鎖相環200的更詳細的方框圖。圖中，壓控振蕩器202根據複合控制信號提供出鎖相環200的可變頻率輸出信號。可變頻率輸出信號作為輸入提供到變量除法器電路204上。變量除法器電路204設計成使其給複合控制電路206分別提供第一和第二反饋信號f1b和f2b。複合控制電路206包括第一和第二控制電路208和210，該兩個控制電路分別適宜收第一和第二反饋信號f1b和f2b。第一和第二控制電路208和210各向信號加法器214提供控制信號，該信號加法器從複合控制電路206提供出複合控制信號輸出。
第一和第二控制電路分別包括第一和第二鑑相器216和218，這些鑑相器用以將參考信號分別與第一和第二反饋信號f1b和f2b混合。鑑相器216和218包括用以提供基本上為直流的輸出電壓的一些普通電路，其中鑑相器輸出的大小與參考信號和反饋信號之間的相位差成比例。
來自第一和第二鑑相器216和218的輸出分別提供到第一和第二低通濾波器220和222上。如本技術領域所周知的那樣，低通濾波器220和222是為濾除來自鑑相器216和218輸出的高頻分量而設的。低通濾波器220和222與鑑相器216和218一樣，可以包括熟知技術的人們易於獲得的普通線路。
來自低通濾波器220和222的輸出提供到相應的第一和第二電壓放大器224和226。電壓放大器224和226可以包括普通的電路，用以放大從第一和第二低通濾波器220和222輸出的基本上為直流的電壓信號。來自第一和第二電壓放大器224和226的輸出包括分別來自第一和第二控制電路208和210的控制信號輸出。
熟悉本技術領域的人們不難理解第一和第二控制電路包括一般可能在除以N鎖相環的正向饋送通路中出現的普通線路。換句話說，普通的除以N鎖相環一般包括鑑相器、低通濾波器和電壓放大器，被設計成如控制電路208中的鑑相器216、低通濾波器220和電壓放大器224的形式。但熟悉本技術領域的人們也不難理解，普通的除以N鎖相環並不包括多個用以將多個反饋信號與參考信號混合起來以便提供多個控制信號的控制電路。此外，普通的除以N饋相環不包括信號加法器，該信號加法器用以將多個控制信號混合起來，以便提供構成除以N鎖相環的壓控振蕩器的輸入的複合控制信號。
變量除法器電路204包括第一和第二常量除法器228和230，它們適宜將可變頻率輸出信號的頻率fo除以固定常數K。來自第一常量分頻器228的輸出提供到變量分頻器232上。變量分頻器232設計成使其將輸入信號的頻率除以一個可選取的常數N。變量分頻器232可以包括熟悉本技術領域的人們易於獲得的各種周知的變量除法電路。
變量分頻器電路232的輸出提供到第一和第二數據觸發器234和236的數據輸入端上。第一種第二數據觸發器234和236還設計成使其在其相應的時鐘脈衝輸入端上接收來自第一和第二常量除法電路228和230的輸出。因此，來自第一和第二數據觸發器234和236的輸出Q分別包含第一和第二反饋信號f1b和f2b。本技術領域的人們不難理解，來自第一和第二數據觸發器234和236的輸出將是頻率等於輸出自變量分頻器電路232的信號頻率的電壓信號。本技術領域的人們還不難理解，第一和第二反饋信號f1b和f2b相位基本上相同。
第一和第二數據觸發器234和236可以包括本領域的人們不難獲得的普通數據觸發電路。不然的話，第一和第二數觸發器234和236也可以包括一些時鐘脈衝電路，用以提供第一和第二反饋信號f1b和f2b，從而使它們的相位和幅值基本上相等，且它們相應的相位噪聲分量基本上彼此不相關。另外一些可供選用的時鐘脈衝電路還可以包括被連接成可使其接收可變頻率輸出信號的時鐘脈衝輸入端、和被連接成可使其接收來自變量分頻器232輸出的數據輸入端。這些時鐘脈衝電路可以設計成在它們的時鐘脈衝輸入的預定的過渡期間對各數據輸入進行取樣，從而提供出多個反饋信號之一。其它各種時鐘脈衝電路方案都是本技術領域的人們所不難理解的。
第一和第二常量除法電路228和230是為將可變頻率輸出信號的頻率fo換算成第一和第二數據觸發器234和236工作範圍內的頻率而設的。因此，當可變頻率輸出信號在第一和第二數據觸發器234和236工作範圍內的情況下，就不需要常量除法器，這時可變頻率輸出信號可以直接與第一和第二數據觸發器234和236的時鐘脈衝輸入端連接。配備了多個常量除法電路，因而使從除法電路傳輸到反饋信號的相位噪聲基本上互不相關。因此，在除法電路基本上無相位噪聲的情況下，只需用單個除法器。
同步電路238是為對第一和第二反饋信號f1b和f2b之間的輸出相位差進行取樣並給第一和第二常量除法電路228和230提供信號以使其輸出同步而設的。該信號可以包含一個當反饋信號f1b和f2b不同相時使其中一個常量除法器228或230復位的脈衝。實現使第一和第二常量除法器228和230同步的線路是本技術領域的人們所熟知的。
對來自第一和第二常量除法電路228和230輸出的同步，可維持第一和第二反饋信號的信號分量的相位基本相等。本技術領域的人們都知道，通過保持第一和第二反饋信號的信號分量的相位基本相等，可以使第一和第二控制電路208和210提供的各控制信號的信號分量的電壓(該電壓基本上為直流電壓)基本上相等。如果不保持第一和第二反饋信號的信號分量基本上相等，則第一和第二控制電路208和210所提供的控制信號不會基本上相等，同時來自鎖相環200的可變頻率輸出信號不會鎖定在所要求的頻率上。
圖3是另一個按本發明設計的鎖相環300的詳細示意方框圖。鎖相環300包括壓控振蕩器302，該壓控振蕩器設計成使其按壓控振蕩器202和102的方式根據複合控制信號而提供可變頻率輸出信號。可變頻率輸出信號提供到變量除法電路304，由該電路提供第一和第二反饋信號f1b和f2b。
鎖相環300還包括複合控制電路306，該電路的第一和第二控制電路308和310設計成使其按圖2中所示的第一和第二控制電路208和210的方式一樣工作。與第一和第二控制電路208和210一樣，第一和第二控制電路308和310還包括第一和第二鑑相器316和318、第一和第二低通濾波器320和322以及第一和第二電壓放大器324和326。複合控制電路306還包括加法電路314。複合控制電路306的上述各元件其作用與圖2所示的複合控制電路206對應的各元件相似。
圖3所示的變量除法電路304包括第一和第二變量分頻器328和330，該分頻器都適宜接收來自壓控振蕩器302的可變頻率輸出信號而作為其輸入。第一和第二變量分頻器328和330都設計成使其將可變頻率輸出信號的頻率fo除以可選取的常數N，從而分別提供第一和第二反饋信號f1b和f2b。第一和第二反饋信號f1b和f2b由同步電路332進行監視，該同步電路332使來自第一和第二變量分頻器328和330的輸出同步，從而維持第一和第二反饋信號f1b和f2b的相位基本上相等。
本技術領域的人們都知道，圖2和圖3所示的變量除法電路204和304都設計成得使其提供具有相位和幅值基本上相等的信號分量的第一和第二反饋信號。此外，圖2的第一和第二數據觸發器234和236和圖3的第一和第二變量分頻器328和330都設計成使得提供到第一和第二反饋信號中的任何相位噪聲分量基本上彼此互不相關。因此，反饋信號的各相位噪聲分量將在圖2和圖3的加法電路214和314按其平方和的開方根分別相加，同時各信號分量藉助於線性疊加法而相加。
本技術領域的人們也都知道，雖然圖2和3的變量除法電路204和304被舉例說明為只提供第一和第二反饋信號，但它們也可與多個(m個)控制電路一起提供相應的多個(m個)反饋信號。通常，對於2X級可以降低3X分貝的相位噪聲。
雖然這裡只詳細說明了本發明的新型鎖相環的一些實施例，但本技術領域的人們都知道，在不脫離本發明的真正範圍和精神實質的前提下，是可以對這些實施例進行種種修改和更改的。因此，按照本說明書所附的權利要求書，本發明要求保護所有屬於本發明的真正範圍和精神實質的修改和更改方案。
權利要求
1.一種改進行的鎖相環，用以提供可變頻率輸出信號，其特徵在於該鎖相環包括壓控振蕩器裝置，根據複合控制信號提供所述可變頻率輸出信號；變量除法裝置，用以將所述可變頻率輸出信號的頻率除以可選取的值，從而提供多個反饋信號，該反饋信號各包含相應的信號和噪聲分量，其中各所述多個反饋信號的信號分量的相位基本上相等，且任何一個所述多個反饋信號的噪聲分量基本上與任何其它所述多個反饋信號的噪聲分量互不相關；和控制裝置，根據所述多個反饋信號和一個參考信號提供所述複合控制信號，其中所述複合控制信號為基本上為直流的電壓，該電壓的大小為所述參考信號與所述多個反饋信號之間的相位差的函數，所述控制裝置適宜將所述多個反饋信號的信號分量和噪聲分量混合從而提高所述可變頻率輸出信號的信噪比。
2.如權利要求1所述的改進的鎖相環，其特徵在於，所述控制裝置包括多個控制電路裝置，各根據所述參考信號和相應的其中一個所述多個反饋信號而提供具有信號分量和噪聲分量的控制信號，其中所述控制信號的信號分量為基本上是直流的電壓，該電壓的大小為所述參考信號與所述相應其中一個所述多個反饋信號之間的相位差的函數，且其中所述控制信號的噪聲分量基本上等於作為所述控制信號的來源的所述多個反饋信號中相應的一個的噪聲分量，從而使所述多個控制電路裝置提供相應的多個控制信號;和信號加法裝置，用以將所述多個控制信號相加，從而使所述多個控制信號的信號分量通過線性疊加法而相加，且從而使所述多個控制信號的噪聲分量以其平方和的開方根而相加，以便提供所述複合控制信號。
3.如權利要求1所述的改進的鎖相環，其特徵在於，所述變量除法裝置包括變量分頻器裝置，用以將所述可變頻率輸出信號按所述可選取的常數而分頻，從而提供頻率控制信號;和多個時鐘脈衝裝置，用以提供所述多個反饋信號，各所述多個時鐘脈衝裝置有一個連接成使其接收所述可變頻率輸出信號的時鐘脈衝輸入端和一個連接成使其接收所述頻率控制信號的數據輸入端，各所述多個時鐘脈衝裝置設置成使其在所述可變頻率輸出信號的預定過渡期間對所述頻率控制信號進行取樣，從而提供相應的其中一個所述多個反饋信號。
4.如權利要求3所述的改進的鎖相環，其特徵在於，它還包括延遲裝置，該裝置用以延遲所述可變頻率輸出信號的過渡時間，從而提供經延遲的反饋信號，所述多個時鐘脈衝裝置根據所述經延遲的反饋信號的預定過渡而提供所述多個反饋信號。
5.如權利要求3所述的改進的鎖相環，其特徵在於，它還包括分頻裝置，用以將所述可變頻率輸出信號的頻率除以固定常數，以提供除以該常數的反饋信號，所述多個時鐘脈衝裝置根據所述除以該常數的反饋信號的預定過渡提供所述多個反饋信號。
6.如權利要求3所述的改進的鎖相環，其特徵在於，所述多個時鐘脈衝裝置包括相應的多個數據觸發器。
7.如權利要求1所述的改進的鎖相環，其特徵在於，所述變量除法裝置包括多個變量分頻器裝置，各用以將所述可變頻率輸出信號的頻率除以可選取的一個常數，從而提供所述多個反饋信號;和同步裝置，用以使所述多個可變頻率除法裝置的輸出同步，從而保持所述多個反饋信號的信號分量的相位基本上為常數。
8.如權利要求3所述的改進的鎖相環，其特徵在於，所述控制裝置包括多個控制電路裝置，各根據所述參考信號的相應的其中一個所述多個反饋信號而提供一個具有信號分量和噪聲分量的控制信號，其中所述控制信號的信號分量是基本上為直流的電壓，該電壓的大小為所述參考信號與所述相應的其中一個所述多個反饋信號之間的相位差的函數，且其中所述控制信號的噪聲分量基本上等於作為所述控制信號的來源的所述多個反饋信號中相應的一個的噪聲分量，從而使所述多個控制電路裝置提供相應的多個控制信號;和信號加法裝置，用以將所述多個控制信號相加，從而使所述多個控制信號的各信號分量通過線性疊加而相加，且從而所述多個控制信號的噪聲分量以其平方和的開方根而相加，從而提供所述複合控制信號。
9.權利要求7所述的改進的鎖相環，其特徵在於，所述控制裝置包括多個控制電路裝置，各根據所述參考信號和相應的其中一個所述多個反饋信號而提供具有信號分量和噪聲分量的控制信號，其中所述控制信號的信號分量是基本上為直流的電壓，該電壓的大小為所述參考信號與所述相應的其中一個所述多個反饋信號之間的相位差的函數，且其中所述控制信號的噪聲分量基本上等於作為所述控制信號的來源的所述多個反饋信號中相應的一個的噪聲分量，從而使所述多個控制電路裝置提供相應的多個控制信號;和信號加法裝置，用以將所述多個控制信號相加，從而使所述多個控制信號的信號分量通過線性疊加而相加，且從而使所述多個控制信號的噪聲分量以其平方和的開方根而相加，以便提供所述複合控制信號。
10.一種改進的鎖相環，用以提供可變頻率輸出信號，其特徵在於，它包括第一控制電路裝置，根據一個參考信號和第一反饋信號提供第一控制信號，其中所述第一控制信號是基本上為直流的電壓，該電壓的大小為所述參考信號與所述第一反饋信號之間的相位差的函數;第二控制電路裝置，根據所述參考信號和第二反饋信號提供第二控制信號，其中所述第二控制信號是基本上為直流的電壓，該電壓的大小為所述參考信號與所述第二反饋信號之間的相位差的函數;信號加法裝置，用以將所述第一和第二控制信號相混合，從而提供複合控制信號;壓控振蕩器裝置，用以根據所述複合控制信號而提供所述可變頻率輸出信號，其中所述可變頻率輸出信號的頻率為所述複合控制信號的電壓值的函數;變量分頻器，用以將所述可變頻率輸出信號的頻率除以可變除數，以提供頻率控制信號，其中所述可變除數的值確定所述可變頻率輸出信號的頻率;和第一和第二時鐘脈衝裝置，分別用以根據所述可變頻率輸出信號和所述頻率控制信號提供所述第一和第二反饋信號，所述第一和第二反饋信號包含相應的第一和第二信號分量和噪聲分量，其中所述第一和第二信號分量的相位基本上相等，從而使所述第一和第二信號分量通過線性疊加而相加，且其中所述第一和第二噪聲分量基本上彼此不相關，從而使所述第一和第二噪聲分量以其平方和的開方根而相加，以便提高所述可變頻率輸出信號的信噪比。
11.如權利要求10所述的改進的鎖相環，其特徵在於，它還包括延遲裝置，用以延遲所述可變頻率輸出信號的過渡時間，從而提供經延遲的反饋信號，其中所述第一和第二時鐘脈衝裝置根據所述延遲的反饋信號和所述頻率控制信號提供所述第一和第二反饋信號。
12.如權利要求10所述的改進的鎖相環，其特徵在於，它還包括固定分頻器，用以將所述可變頻率輸出信號的頻率除以一個固定常數，以提供除以該固定常數的反饋信號，其中所述第一和第二時鐘脈衝裝置根據所述除以該固定常數的反饋信號和所述頻率控制信號提供所述第一和第二反饋信號。
13.如權利要求10所述的改進的鎖相環，其特徵在於，所述第一和第二同步脈衝裝置包括數據觸發器。
14.一種改進的鎖相環，用以提供可變頻率輸出信號，其特徵在於，該鎖相環包括第一控制電路裝置，根據參考信號和第一反饋信號而提供第一控制信號，其中所述第一控制信號是基本上為直流的電壓，該電壓的大小為所述參考信號與所述第一反饋信號之間的相位差的函數;第二控制電路裝置，根據所述參考信號和第二反饋信號而提供第二控制信號，其中所述第二控制信號是基本上為直流的電壓，該電壓的大小為所述參考信號與所述第二反饋信號之間的相位差的函數;信號加法裝置，用以提供表示所述第一和第二控制信號大小的算術和的複合控制信號;壓控振蕩器裝置，用以根據所述複合控制信號提供所述可變頻率輸出信號，其中所述可變頻率輸出信號的頻率是所述複合控制信號的電壓值的函數;第一和第二變量分頻器裝置，各用以將所述可變頻率輸出信號的頻率除以一個可變除數，以便分別提供所述第一和第二反饋信號，其中所述可變除數的值確定所述可變頻率輸出信號的頻率;和同步裝置，用以對所述第一和第二變量分頻器裝置的輸出進行同步。
15.一種鎖相環，用以提供頻率預定的可變頻率輸出信號，其特徵在於，它包括第一和第二鑑相器，各連接成使其接收一個參考信號，所述第一和第二鑑相器還連接成使其接收相應的第一和第二反饋信號，所述第一鑑相器還被設置成使其提供作為所述參考信號與所述第一反饋信號之間的相位差的函數的第一控制信號，且所述第二鑑相器還被設置成使其提供作為所述參考信號與所述第二反饋信號之間的相位差的函數的第二控制信號;第一和第二低通濾波器，連接成使其分別接收所述第一和第二控制信號，且設置成使其濾除所述第一和第二控制信號的高頻分量，以便提供相應的第一和第二經過濾波的控制信號;第一和第二放大器，分別連接成使其放大所述第一和第二經過濾波的控制信號，以使提供第一和第二經過放大的控制信號;信號加法器，設置成使其提供表示所述第一和第二經過放大的控制信號值的算術和的複合控制信號;壓控振蕩器，用以根據所述複合控制信號提供其頻率為所述複合控制信號的電壓大小的函數的所述可變頻率輸出信號;固定分頻器，設置成使其將所述可變頻率輸出信號的頻率除以一個固定的除數，從而提供一個除以該固定除數的反饋信號;變量分頻器，設置成使其將所述除以固定除數的反饋信號的頻率除以一個可變除數，從而提供頻率控制信號，其中所述可變除數的值確定所述可變頻率輸出信號的頻率;延遲裝置，用以延遲所述經過除法處理的反饋信號的過渡時間，從而提供延遲的反饋信號;和第一和第二觸發器，具有連接成使其接收所述延遲的反饋信號的相應的第一和第二時鐘脈衝輸入端，還具有連接成使其接收所述頻率控制信號的相應的第一和第二數據輸入端，所述第一和第二觸發器還設置成使其分別提供所述第一和第二反饋信號，所述第一和第二反饋信號的大小基本上等於所述頻率控制信號在所述延遲的反饋信號的預定過渡期間的大小，所述第一和第二反饋信號包含基本上由所述第一和第二觸發器引入的第一和第二噪聲分量，其中所述第一噪聲分量與所述第二噪聲分量彼此不相關，從而使所述第一和第二噪聲分量以其平方和的開方根而相加，從而顯著提高所述複合控制信號和所述可變頻率輸出信號的信噪比。
16.一種提供可變頻率輸出信號的方法，包括下列步驟(a)根據複合控制信號電壓的大小提供可變頻率輸出信號;(b)將可變頻率輸出信號的頻率除以一個可選取的常數，以提供多個各包含相應的信號和噪聲分量的反饋信號，所述多個反饋信號的各信號分量的相位基本上不變，且多個反饋信號的各噪聲分量基本上互不相關;和(c)將多個反饋信號與一個參考信號相混合，以提供複合控制信號，其中該複合控制信號是基本上為直流的電壓，其電壓的大小為參考信號與多個反饋信號之間的相位差的函數，並且將其中多個反饋信號各自的噪聲和信號分量進行混合從而提高可變頻率輸出信號的信噪比。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，將多個反饋信號混合的步驟c包括下列後續步驟(d)將多個反饋信號與參考信號相混合，以提供相應的多個控制信號，其中各相應的多個控制信號是基本上為直流的電壓信號，該電壓信號的大小表示參考信號與構成其來源的多個反饋信號中相應的一個反饋信號之間的相位差;和(e)將多個控制信號相加，從而提供複合控制信號，其中多個反饋信號的各噪聲分量以其平方和的開方根而相加，且其中多個反饋信號的各信號分量通過線性疊加法而混合。
18.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，對可變頻率輸出信號進行除法處理的步驟(b)包括下列後續步驟(f)將可變頻率輸出信號的頻率除以一個可選取的常數，以便提供頻率控制信號，其中該可選取的常數確定可變頻率輸出信號的頻率;和(g)用多個時鐘脈衝裝置對頻率控制信號重複計時，以便提供該多個反饋信號，該多個時鐘脈衝裝置適宜提供帶有基本上彼此互不相關的相應的噪聲分量並帶有基本上同相的相應的信號分量的該多個反饋信號。
19.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，對可變頻率輸出信號進行除法處理的步驟(b)包括下列後續步驟(h)提供多個變量除法器，將可變頻率輸出信號的頻率除以一個可選取的常數，以提供多個反饋信號，其中該可選取的常數確定可變頻率輸出信號的頻率;和(i)對該多個變量除法器進行同步，從而使該多個反饋信號的各噪聲分量基本上同相。
全文摘要
一種改善除以N鎖相環信噪比的方法和設備，包括提供多個相位基本上相等的反饋信號的變量除法電路，並將多個控制電路用於將各反饋信號與參考信號混合從而提供多個控制信號。將各控制信號相加，以提供複合控制信號，從而使多個控制信號的各信號分量通過線性疊加法而相加，並使多個控制信號的各噪聲分量以平方和的開方根而相加，從而基本上提高鎖相環輸出的信噪比。
文檔編號H03L7/18GK1070522SQ9210926
公開日1993年3月31日 申請日期1992年8月12日 優先權日1991年9月10日
發明者F·J·泰魯斯基, E·R·德魯克 申請人:約翰弗蘭克製造公司