行動電話中的鎖相環合成器的製作方法
2024-02-19 20:13:15 1
專利名稱：行動電話中的鎖相環合成器的製作方法
技術領域：
本發明涉及PLL(鎖相環)合成器，尤其涉及行動電話中能夠選擇多個鎖定時間中的一個的PLL合成器。
圖6給出了一種傳統的PLL合成器，包括一PLL集成電路(PLL-IC)20，一第一環路濾波器(LPF)40，一第二環路濾波器(LPF)45，以及一壓控振蕩器(VCO)50。該PLL-IC20中包括相位比較器24，寄存器23，分頻器(divider)22，預分頻器21，以及電荷泵(CP)25。
VCO50的一個輸出被發送到PLL合成器之外以及預分頻器21以形成反饋環。預分頻器21具有以高速粗分輸入頻率的功能，以輔助由分頻器22執行的分頻操作。該分頻信號104從分頻器22輸出並且基準頻率信號(Ref-F)100被送到相位比較器24。該相位比較器24比較這兩個輸入信號彼此之間的相位，以發送一個根據彼此相關的相位超前或者延遲的相位比較結果信號。電荷泵25接收一個來自相位比較器24的輸出信號，以通過LPF40和環路濾波器45發送一個輸出電壓信號到VCO50。VCO50的輸出頻率由電荷泵25的輸出電壓信號控制。當分頻信號104的相位與基準頻率信號100的相位相符時，PLL合成器被鎖定，也就是說，PLL合成器的振蕩頻率被固定在一預期的頻率。
提供該環路濾波器45以控制PLL合成器的鎖定時間，也就是說PLL合成器的振蕩頻率開始變化的時間點與PLL合成器被鎖定以穩定振蕩頻率的時間點之間的時間間隔。環路濾波器45的時間常數被設置成與PLL合成器所需的鎖定時間一致。例如，如果該頻率應該以較高的速度轉換，則該時間常數被設置在一個較低的值，如果該頻率不必以高速轉換，則該時間常數被設置在一個較大的值以獲得較長的鎖定時間。
為減少鎖定時間，應該減少環路濾波器的時間常數。但是，較小的時間常數增加了環路濾波器的帶寬並且降低了從其中通過的信號的載波-噪聲(C/N)比，這降低了具有PLL合成器的無線系統的性能。
如果該PLL合成器具有一種配置以便其上的輸出頻率能夠逐步變化，環路濾波器45的時間常數應被設置為與特定輸出頻率的轉變所必須的最小鎖定時間相對應的值。但是，在與最小鎖定時間相對應的值處設置鎖定時間意味著最小鎖定時間被用於所有其它輸出頻率的轉變中，其中該最小鎖定時間是不必需的。這意味著該PLL合成器被用在由於實現較短鎖定時間而選擇的所有其它輸出頻率中已降低的C/N比率的狀態。簡而言之，較短的鎖定時間以及較好的比率特性在傳統的PLL合成器中是折衷的。
本發明的另一個目的就是提出了一個行動電話，該行動電話在一個幀中具有多個時隙並且可在用於一個幀各個時隙的多個頻率之間所進行的轉換中獲得一最佳鎖定時間。
本發明提供的鎖相環(PLL)合成器包括一相位比較器，用於比較具有第一頻率的第一頻率信號的相位與基準頻率信號的相位；一壓控振蕩器(VCO)，具有用於接收頻率控制電壓的一輸入節點以及用於輸出具有第二頻率的第二頻率信號的一輸出節點，其中根據相位比較器的比較結果來控制頻率控制電壓，根據頻率控制電壓來控制第二頻率；一頻率分頻器，用於接收第二頻率信號以對第二頻率進行分頻並輸出第一頻率信號；以及一環路濾波器，連接到VCO的輸入節點上用於將頻率控制信號傳輸到VCO，該環路濾波器具有濾波函數的三個或更多個時間常數以及用於選擇一個時間常數的選擇器。
本發明還提供一行動電話，該行動電話包括如權利要求1中所定義的PLL合成器，其中行動電話在一個幀中具有三個或更多個時隙。
根據本發明的PLL合成器和本發明行動電話中的PLL合成器，可得到PLL合成器中的最佳時間常數以獲得最佳鎖定時間和良好的具有PLL合成器的行動電話特性。
本發明以上和其它目的，特性和優點將參考附圖，從以下的描述中得以體現。
圖2A為利用PDC模式而工作的行動電話的時隙圖，圖2B為表示行動電話中的傳輸的時間流程圖。
圖3A和3B為滿包模式的行動電話系統中的接收站和傳輸站的時間流程圖。
圖4為
圖1所示的環路濾波器的連接的方框圖。
圖5為類似圖4的，表示根據本發明的第二實施例的PLL合成器中的環路濾波器的方框圖。
圖6為傳統的PLL合成器的方框圖。
參考圖1，根據本發明第一實施例的PLL合成器包括PLL IC20，LPF(環路濾波器)40，以及VCO50。PLL IC20包括一相位比較器24，寄存器23，1/N-分頻器22，預分頻器21，電荷泵(CP)25，以及環路濾波器單元(LF單元)30。PLL IC20接收由PLL合成器外所提供的基準頻率信號Ref_F100，以及來自基帶LSI60的串行數據101。PLL合成器被控制以根據串行數據101將其設置到預期的振蕩頻率，並與基準頻率信號Ref_F100同步的振蕩。
基帶LSI60發送串行數據101，串行數據101包括將被鎖定到PLL合成器中的頻率信息並且串行數據101存儲在PLL IC20的寄存器23中。該串行數據表示接收頻率，傳輸頻率以及外圍信息接收頻率中的一個，以允許PLL合成器被鎖定在其上。寄存器23將作為頻率控制信號102的已存儲串行數據發送到相位比較器24和環路濾波器單元30。該PLL IC20的輸出節點通過LPF40被連接到VCO50的輸入節點。來自VCOS0的一個輸出被發送回PLL IC20的預分頻器21上，並被發送到PLL合成器外。該預分頻器21具有用於高速可變地對輸入信號進行分頻的功能，並同1/N-分頻器22一起工作，1/N-分頻器22將被已分頻的頻率信號104發送到相位比較器25，該頻率信號104是預分頻器21輸入頻率的1/N。
已分頻信號104和基準頻率信號100的相位在相位比較器24中相互比較，相位比較器24將相位比較信號發送到電荷泵25中。相位比較信號控制電荷泵25，以當已分頻信號104的相位相對於基準頻率信號100的相位延遲時提高其上的輸出電壓，並且當被已分頻信號104相對於基準頻率信號100的相位超前時降低電荷泵25的輸出電壓。
電荷泵25的輸出電壓通過LPF40和環路濾波器單元30被發送到VCO50。電荷泵25的輸出電壓控制VCO50的輸出頻率。當已分頻信號104和基準頻率信號100之間的相位差變為零時，PLL合成器被鎖定。環路濾波器單元30包括第一至第三濾波器LF1，LF2和LF3，根據選擇控制信號選擇其中的一個。
本發明的PLL合成器可以用在諸如以時分多路存取(TDMA)通信模式或個人數字蜂窩(PDC)通信模式操作的行動電話中。參考圖2A，PDC通信模式的行動電話中的一個幀包括四個時隙，即，依次為接收時隙S11，空閒時隙S12，傳輸時隙S13和分隔時隙S14，它們具有各自的時間間隔，如圖2A所示。空閒時隙S12被用作等待頻率之間轉換的時隙或者有時被用作接收外圍信息接收信道的信息的時隙，該信道可接收外圍信道的電場。
參考圖2B，這裡給出了用於接收頻率信道和傳輸頻率信道之間的轉換的行動電話操作的時間流程圖。當鎖定接收頻率信道的PLL合成器將被轉換為鎖定傳輸頻率信道，一個空閒時隙S12將被插入到接收時隙S11和傳輸時隙S13之間。由於空閒時隙S12具有5.67毫秒的時間間隔，從接收頻率到傳輸頻率的轉換將在5.67毫秒之內完成。在傳輸時隙S13和接收時隙S11之間提供有分隔時隙S14。最後，當PLL合成器將從傳輸頻率轉換到接收頻率的時，該轉換將在1毫秒的時間間隔之內完成，因為分隔時隙S14具有1毫秒的時間間隔。
空閒時隙S12可以被用作接收一個外圍信息信道的時隙，如以上所述。在這一操作中，在空閒時隙S12中的頻率轉換包括第一轉換操作和第二轉換操作，在第一轉換操作中鎖定接收頻率信道的PLL合成器被轉換到鎖定外圍信息接收信道，在第二轉換操作中鎖定外圍信息接收信道的PLL合成器被轉換到鎖定傳輸頻率信道。在時隙S12中的轉換操作應該以高速完成，因為空時隙諸如空閒時隙沒有被安排轉換操作。
圖3A和3B表示一對行動電話的操作，即，分別為接收端的行動電話和傳輸端的行動電話，其中兩個行動電話都以滿包模式操作，或者是以PDC通信模式之一操作。在這種模式中，接收端的接收機用來接收多個連續幀的所有時隙中的包數據，如圖3A所示，儘管傳輸端的傳輸機在分配於每個獨立幀中的一個傳輸時隙中傳輸，如圖3B所示。該接收端的接收機在連續接收操作期間有時可以接收外圍信息。
與以PDC通信模式之一操作相同，滿包模式的接收機中的頻率轉換包括第一轉換操作和第二轉換操作，在第一轉換操作中鎖定接收頻率信道的PLL合成器被轉換到鎖定外圍頻率信道，在第二轉換操作中鎖定外圍頻率信道的PLL合成器被轉換到鎖定接收頻率信道。為保持接收狀態，只要可能實現包數據的有效接收操作，接收外圍信息的時間長度將會變短，並且該頻率轉換將以高速完成。
頻率轉換的模式和用於頻率轉換的可以允許的時間長度(鎖定時間)以及在環路濾波器單元30中所選擇的用於頻率模式的環路濾波器在表1中列表如下表1
每一個環路濾波器LF1，LF2和LF3允許PLL合成器在表1所列的允許的鎖定時間內轉換信道，其中環路濾波器LF1，LF2和LF3的時間常數TC如下TCLF1＞TCLF2＞TCLF3。
根據低通濾波器的截止頻率，低通濾波器40具有最高的截止頻率，並且環路濾波器LF1，LF2和LF3具有依此順序遞減的截止頻率。
參考圖4，給出了圖1的PLL合成器中的LF單元30和PLL IC2O之間的連接。該LF單元30包括三個濾波器LF1，LF2和LF3，它們通過PLL IC20的轉換部分來選擇，該轉換部分包括開關SW1到SW4。每一個濾波器包括串聯電阻和並聯電容。
在對將接收頻率直接轉換成傳輸頻率的轉換模式進行選擇的過程中，表示接收頻率的串行數據101從基帶LSI60被發送到PLL IC20。寄存器23在接收了串行數據101之後，將接收頻率的信息作為頻率控制信號102發送到LF單元30。然後LF單元30根據從寄存器23接收的頻率控制信號102來選擇濾波器LF1，LF2和LF3中的一個。從接收頻率到傳輸頻率的轉換在5.67毫秒的時間間隔之內完成。這一時間間隔允許具有一個最大時間常數的濾波器LF1被用作這一轉換操作。所選的濾波器LF1的最大時間常數允許PLL合成器具有一適當的轉換速度以利用良好的C/N比率工作並且改善PLL合成器的比率特性。
在對將傳輸頻率直接轉換成接收頻率的轉換模式進行選擇的過程中，表示接收頻率的串行數據101從基帶LSI60被發送到PLL IC 20。通過選擇具有適於該轉換的居中時間常數的環路濾波器LF2來在1毫秒的時間間隔之內完成該轉換操作。
在對通過外圍信息接收頻率將接收頻率轉換成傳輸頻率的轉換模式進行選擇的過程中，表示外圍信息接收頻率和傳輸頻率的串行數據101從基帶LSI60被連續的發送到PLL IC20。該轉換操作應該儘可能快的完成，並且因此選擇具有最小時間常數的環路濾波器LF3。
在對通過外圍信息接收頻率將接收頻率轉換成用於滿包數據的包數據接收頻率的轉換模式進行選擇的過程中，表示外圍信息接收頻率和傳輸頻率的串行數據101從基帶LSI60被連續的發送到PLL IC20。在滿包模式下，用於接收外圍信息的時間長度應該儘可能地與用於完成接收包數據的較長時間長度一樣短。環路濾波器單元30轉換以選擇環路濾波器LF3。通過使用具有最小時間常數的環路濾波器LF3，PLL合成器具有最小鎖定時間。
參考圖5給出了根據本發明的第二實施例的與圖4相類似的PLL合成器的一部分，除了在當前實施例的PLL IC20提供控制單元26之外，當前實施例的PLL合成器類似於第一實施例中的PLL合成器。該控制單元26從寄存器23接收數據以控制RC濾波器中的可變電阻38的電阻值和可變電容39的電容值，以代替第一實施例中所提供的多個環路濾波器LF1，LF2和LF3。
可變電阻38可以具有多個固定電阻和相關的開關用於連接所選擇的一定量的並聯形式的固定電阻以獲得預期的電阻值，而可變電容39可以具有多個固定電容和相關的開關，用於連接所選擇的一定量的並聯形式的固定電溶以獲得預期的電容值。
該控制單元26存儲了多個時間常數的規格的信息，用於在將PLL合成器的頻率從接收頻率轉換到傳輸頻率的過程中，從傳輸頻率轉換到接收頻率的過程中，從接收頻率轉換到外圍信息接收頻率的過程中，從外圍信息接收頻率轉換到接收頻率的過程中，以及從外圍信息接收頻率轉換到傳輸頻率的過程中設置鎖定時間。當頻率控制信號102從寄存器23發送的時，控制單元26根據表示鎖定時間的頻率控制信號102選擇存儲在其中的一個規格以輸出所選擇的作為時間常數控制信號103的規格，由此控制可變電阻38的電阻值和可變電容39的電容值。因此，根據頻率轉換的模式的鎖定時間可以為PLL合成器獲得。
在第一實施例中，環路濾波器單元中可提供預定數量的環路濾波器，而預定數量的固定電阻和固定電容的組合在第二實施例中是足夠的。因此，第二實施例獲得了PLL合成器的簡單結構。
因為以上實施例僅僅作為例子，所以本發明並不僅僅限於以上實施例，並且熟悉本技術的人員可在不脫離本發明範圍的情況下容易地進行各種修改和改進。
例如，可變電阻和可變電容的配置可以根據以上實施例更改，例如固定電阻和/或固定電容可以串聯和並聯組合連接。此外，本發明可以用於任何PLL合成器而不僅限於TDMA模式下的PLL合成器。
權利要求
1.一鎖相環(PLL)合成器包括一相位比較器，用於比較具有第一頻率的第一頻率信號的相位與基準頻率信號的相位；一壓控振蕩器(VCO)，具有一輸入節點和一輸出節點，輸入節點接收根據所述相位比較器的比較結果所控制的頻率控制電壓，輸出節點輸出第二頻率信號，該第二頻率信號具有根據所述頻率控制電壓所控制的第二頻率；一頻率分頻器，用於接收所述第二頻率信號以對所述第二頻率進行分頻並輸出所述第一頻率信號；以及一環路濾波器，連接在所述VCO的所述輸入節點，用於將所述頻率控制信號傳輸到所述VCO，所述環路濾波器具有濾波器函數的三個或更多時間常數以及用於選擇所述時間常數之一的選擇器。
2.根據權利要求1所述的PLL合成器，所述環路濾波器包括一個具有一可變電阻和一可變電容的RC低通濾波器。
3.根據權利要求1所述的PLL合成器，其特徵在於，所述環路濾波器包括三個或者更多的分別具有所述時間常數的低通濾波器，並且所述選擇器選擇所述低通濾波器之一。
4.一種包括權利要求1所述的PLL合成器的行動電話，其特徵在於，所述行動電話在一個獨立幀中具有三個或者更多的時隙。
5.根據權利要求4所述的行動電話，其特徵在於，所述獨立幀依次包括一個接收時隙，一個空閒時隙和一個傳輸時隙。
6.根據權利要求5所述的行動電話，其特徵在於，所述空閒時隙或者是等待時隙或者是用於接收外圍信道電場信息的外圍信息接收時隙。
7.根據權利要求5所述的行動電話，其特徵在於，所述獨立幀進一步包括繼所述傳輸時隙之後的一分隔時隙。
8.根據權利要求6所述的行動電話，其特徵在於，所述時間常數包括第一到第三時間常數，按照這樣的次序其大小依次減小，並且其中所述選擇器選擇當通過所述等待時隙從所述接收時隙轉換到所述傳輸時隙時選擇所述第一時間常數；當從所述傳輸時隙轉換到所述接收時隙時選擇所述第二時間常數；以及當從所述接收時隙轉換到所述外圍信息接收時隙時，以及當從所述外圍信息接收時隙轉換到所述傳輸時隙時選擇所述第三時間常數。
全文摘要
一行動電話在一個獨立幀中具有連續的一接收時隙，或者是一等待時隙或者是一外圍信息接收時隙的空閒時隙，以及一傳輸時隙。PLL合成器包括電荷泵和壓控振蕩器之間的環路濾波器以控制PLL合成器在振蕩頻率之間進行轉換時的鎖定時間。當通過空閒時隙從接收頻率轉換到傳輸頻率時，環路濾波器單元選擇具有最大時間常數的第一濾波器，當從傳輸頻率轉換到接收頻率轉換時，環路濾波器單元選擇居中的時間常數，當通過外圍信息接收頻率從接收頻率轉換到傳輸頻率時，環路濾波器單元選擇最小的時間常數。
文檔編號H03L7/089GK1409572SQ02147298
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月14日 優先權日2001年9月14日
發明者遠藤惠美 申請人:日本電氣株式會社