帶有抖動補償的分數n分頻的頻率綜合器的製作方法
2023-11-11 17:06:07 4
專利名稱：帶有抖動補償的分數n分頻的頻率綜合器的製作方法
技術領域：
本發明涉及具有帶有補償電路以便補償相位抖動的分數N分頻的頻率綜合器的電子裝置。該裝置包括，例如，集成電路或數字通信設備。本發明也涉及在分數N分頻的頻率綜合器中補償相位抖動的方法。
背景技術：
頻率綜合器從具有高穩定的參考頻率的參考信號產生多個輸出信號，每個信號具有不同的頻率。參考信號是由晶體振蕩器產生的。典型地，綜合器包括在鎖相環(PLL)中的壓控振蕩器(VCO)。PLL控制振蕩器保持振蕩器的輸出信號的頻率與相位鎖定到參考信號的頻率與相位。PLL具有鑑相器，把振蕩器輸出信號的相位與參考信號的相位進行比較。鑑相器控制電荷泵，它把正比於所檢測的相位差的誤差信號提供給VCO。如果相位差是零，則該泵提供零誤差信號。PLL具有在泵的輸出端與VCO的控制輸入端之間的低通濾波器。濾波器的任務是去除來自誤差信號的高頻貢獻，例如，噪聲，否則它會調製VCO的頻率。如果濾波器的帶寬做得較小，則PLL的噪聲性能得以提高。然而，減小帶寬也增加了PLL鎖定到參考信號所需要的設定時間。典型地，在實行與參考頻率的相位比較以前，輸出頻率被除以整數N。分頻使得能比較具有相同數值的頻率。因子N可以被做成可變的，以便提供多個不同的輸出頻率，例如，用於在通信設備中的不同信道之間切換。分頻器通常用計數器來實現。所以，因子N是整數。被分頻的輸出頻率中的解析度等於參考頻率。通過使用較低的參考頻率，可以把解析度做得更細。然而，由鑑相器提供的誤差信號然後更慢地跟隨所檢測的相位誤差。另外，低通濾波器然後必須具有更低的截止頻率，這會如上所述地增加設定時間。
分數N分頻的頻率綜合器提供了解決這個在精細解析度與設定時間之間的衝突的辦法。在英國專利1,560,233中和在Wing S.Djen和Daniel Linebarger的「Fractional-N PLL Provides Fast，Low-NoiseSynthesis(分數N分頻的PLL提供快速的低噪聲綜合)」，MicrowaveRF，May 1994中討論了帶有PLL和分數N分頻的頻率綜合器。分數N分頻產生輸出頻率，它與參考頻率的比值不是整數。可編程分頻器位於VCO與鑑相器之間，分頻因子在VCO的周期的部分x內在N與N+1之間切換，給出平均接近於N+x的分頻比。頻率綜合器中的分數N分頻有助於得到好的頻率解析度，這對於數字蜂窩標準是特別重要的。
分數分頻過程造成在可編程分頻器的輸出端處的波形周期上的變化。結果是周期的相位誤差，這造成VCO的輸出頻譜上相應的邊帶(分數的寄生)。換句話說，分頻器的輸出由於周期地改變的分頻比而被調製以分數相位起伏。這個起伏造成VCO輸出信號上的相位起伏。這個起伏是VCO的輸出信號的重要時刻離它們的理想位置的隨時間的短期變化。
上述的以及在此引用以供參考的英國專利1,560,233教導使用電壓補償來緩和起伏效應。模擬的補償電壓被產生，這被加到在環路濾波器的輸入端處的相位比較器的輸出電壓。這是如下地達到的。已知的綜合器包括累加器，其容量被稱為分數模量，以及其內容在每次可編程分頻器提供一個輸出脈衝時增加某個分數增量。假定累加器被設定為零。每N個VCO的周期，分頻器提供一個輸出脈衝，響應於它，分數增量被加到累加器的內容中。當累加器溢出時，即，達到分數模量時，分頻因子被改變為N+1。在分頻器提供了它的下一個輸出脈衝以後，分頻比被復位為N。因此，分數x等於整數的倒數乘以適合於分數模量的分數增量。雖然，平均來說，因子N+x的分頻比是正確的，但VCO的輸出信號的瞬時相位不是常數。代表VCO信號除以N的加到鑑相器的輸入領先於參考信號，並產生相位差上的斜坡誤差。這個斜坡在VCO輸出端處造成抖動。累加器的內容正比於這個相位差，如果被適當地縮放，被變換成一個電壓，並從由鑑相器提供的誤差信號中減去，則對於抖動補償到某個程度。
Philips Electronics N.V.的分公司，Philips Semiconductors公司，的低壓2GHz分數N分頻綜合器SA 8025A使用分數電流補償。更詳細的內容，請見Philips Semiconductors數據手冊IC-17，1996。所引入的抖動被看作為從低通濾波器取得的電荷量QJITTER，它正比於(1)QJITTER∝IPUMP/[FVCO*FMOD]，
其中IPUMP是主充電泵電流值；FVCO是VCO的頻率；以及FMOD是分數模量(無量綱的數量)。通過提供按照比例關係乘以參考頻率FREF的補償電荷QCOMP，可達到補償(2)QCOMP∝ICOMP/FREF，其中ICOMP是補償電流幅度。把表示式(1)和(2)相組合，給出用於補償電流的結果(3)ICOMP∝[IPUMP*FREF]/[FVCO*FMOD].
因此，產生補償電流的泵的運行取決於參考頻率FREF以及VCO的輸出信號的頻率FVCO。
發明目的已知的電流補償方案能很好地工作，但取決於所選擇的參考頻率以及設想VCO所運行的頻率。這要求產生補償電流的補償泵在一個取決於所選擇的頻率的電流密度的範圍上工作。換句話說，補償泵要對於每個單獨的頻率範圍被重新設計，以便於提供最佳的性能。本發明的一個目的是提供帶有分數N分頻的頻率綜合器的系統，其補償電路使得綜合器適合於比已知的綜合器更寬的頻率範圍。
發明概要本發明提供帶有分數N分頻的頻率綜合器的電子裝置。綜合器具有VCO，其輸出端用於提供特定頻率的輸出信號，以及其輸入端用於接收用於控制VCO運行的控制信號。綜合器具有被耦合到其輸入端的補償電路，用來為了相位抖動而補償輸出信號，它包括電荷泵，用於提供補償電流到輸入端，以及其時序從輸出信號得出，用於補償電荷的時序從VCO的頻率得出，優選地，補償電荷按照下式基本上反比於VCO的頻率(4)QCOMP∝ICOMP/FVCO，現在，把公式(1)和(4)的右邊相組合，給出(5)ICOMP∝IPUMP/FMOD.
結果是本發明中的補償電流與VCO的頻率範圍無關以及與參考頻率無關。這個方法使得本發明的綜合器高度地適合於用作為模塊構造塊。注意到，在低壓2GHz分數N分頻綜合器SA 8025A中，如上面提到的，時序從參考頻率得出，所以，每個頻率範圍需要單獨的補償電流源的最佳化。
附圖簡述本發明可通過實例和參照附圖來說明，其中
圖1是分數N分頻綜合器的方框圖；圖2是綜合器中的分數控制器部分的方框圖；以及圖3是本發明的被控制的補償電荷泵的方框圖。
在所有圖中，相同的參考數字表示相同的或相應的特徵。
圖1是典型的分數N分頻綜合器100的方框圖。綜合器100包括VCO 102，可編程分頻器104，鑑相器106，和低通環路濾波器108。VCO 102的輸出端提供頻率FVCO的輸出信號。分頻器104被連接到VCO102的輸出端，並把具有被分頻的頻率的信號提供給鑑相器106。具有參考頻率FREF的參考信號被提供給鑑相器106，這個信號是由晶體振蕩器110通過第二分頻器111得出的。鑑相器106提供誤差信號，通過環路濾波器108送到VCO 102。典型地，鑑相器包括以傳統方式驅動的電荷泵(未示出)，用來對VCO 102的的控制輸入端的電容充電或放電。例如，參考上面提到的Philips Semiconductors數據手冊IC-17中描述的低壓2GHz分數N分頻綜合器SA 8025A。電荷泵包括電流源，它提供或吸附典型地正比於所檢測的相位差的電荷量。關於已知的電荷泵和鑑相器的更詳細的細節，可參考，例如，美國專利5,485,125，美國專利5,475,718，美國專利5,436,596，和美國專利5,349,613；這些專利在此引用，以供參考。
正如在分數N分頻綜合器領域中所熟知的，分頻器104交替地以因子N和因子N+1來除以頻率FVCO，其中N是整數。由非整數值的分頻是通過在一部分時間以N+1分頻來代替以N分頻而在平均意義上達到的。為此，綜合器具有用於控制分頻器104的分數控制器112。在本例中，分數控制器112是對於可編程分頻器104的分頻數N、分數模量FMOD、和分數增量NF是可編程的，下面進一步解釋。
圖2顯示控制器112的一部分。控制器112包括模-FMOD累加器202和加法器204。累加器202的容量被稱為分數模量或FMOD。累加器112存儲一個數字字，其數值以數字表示可以具有高到分數模量FMOD的數值。響應於由分頻器104提供的脈衝，加法器114把累加器112的內容加增加一個分數增量NF。當累加器112溢出時，它產生一個進位信號，進位信號被提供給分頻器104。存在或不存在進位信號確定了分頻器104的分頻比被設定為N+1還是被設定為N。
累加器112中所包含的數字值代表了在VCO 102的被分頻的輸出信號與具有參考頻率FREF的參考信號之間的相位差。VCO 102的被分頻的信號每個周期領先於參考信號一個正比於1/FMOD的量。所以，從濾波器108取得的電荷由以上引入的表示式(1)給出(1)QJITTER∝IPUMP/[FVCO*FMOD].
相位抖動是這種不想要的電荷QJITTER流動的現象。
在本發明中，相位抖動通過提供補償電荷QCOMP而被補償，按照以上的表示式(4)給出(4)QCOMP∝ICOMP/FVCO.
因此，補償泵必須提供電流ICOMP，它正比於(5)ICOMP∝IPUMP/FMOD.
對於已知補償方案的優點已經在上面提到過。
圖3是按照本發明的綜合器300的一部分的方框圖，它被集成在數字通信裝置中，例如，用於GSM系統(全球移動系統，泛歐蜂窩)或ADC(美國數字蜂窩)。綜合器300包括電路302，具有用於產生參考電流Iref的發生器。在本例中，發生器具有差分放大器304，它控制電晶體306，以使得在參考電阻RN上的電壓保持等於參考電壓VBG。由此規定的參考電流Iref通過電流反射鏡308被映出和縮放。反射鏡308具有第一輸出端，它提供第一輸出電流IM，被用來縮放由主電荷泵(未示出)傳送的電流，和第二輸出電流IC1，被用來縮放由補償電荷泵310提供的電流ICOMP。在本例中，電流IC1被提供給電路312，它在數位訊號FC的控制下縮放它的輸出電流IC2，該數位訊號使能在數字通信系統中對於每個單獨的頻道調整分數補償。電路312可任選地用來改進總的性能。電流IC2被提供給泵310，它在代表累加器202的瞬時內容的數位訊號FRD的控制下縮放電流IC2。這決定了泵的電流脈衝的幅度。泵310接收從VCO 102的輸出端處的信號得出的時序信號TCOMP。也就是，時序信號TCOMP與VCO的輸出信號同步進行。電路310和312起到可數字地控制的電流源的作用。可數字的控制的電流源包括，例如，多電流源的並聯裝置，它們的接通或關斷取決於在其各自的控制電極上的二進位信號。寄存器中的數字字因此被映射成接通和關斷電流源的圖案，因而，它控制了總計的輸出電流IC2和ICOMP的幅度。
權利要求
1.帶有分數N分頻的頻率綜合器(300)的電子裝置，綜合器包括-VCO(102)，帶有輸出端，用於提供特定頻率的輸出信號，和輸入端，用於接收用來控制VCO運行的控制信號；以及-被耦合到其輸入端的補償電路(302)，用於為了相位抖動而補償輸出信號，它包括電荷泵(310)，用於提供補償電流到輸入端，以及其時序從輸出信號得出。
2.權利要求1的設備，其特徵在於，包括模-累加器(202)，以及其中補償電路包括-第一輸入端，用於接收代表累加器的內容的內容信號(FRD)，用於控制由電荷泵提供的電流脈衝的幅度；以及-第二輸入端，用於接收代表VCO的輸出信號的時序信號(Tcomp)，用於使電荷泵能工作。
3.權利要求2的設備，其特徵在於，其中補償電路包括第三輸入端，用於接收控制信號(FC)，用來取決於所選擇的VCO的頻率範圍而調整分數補償。
4.對於分數抖動而補償分數N分頻的頻率綜合器(300)的方法，其中綜合器包括-VCO(102)，帶有輸出端，用於提供特定頻率的輸出信號，和輸入端，用於接收用來控制VCO運行的控制信號；以及-電荷泵(310)，用於提供補償電流到輸入端；以及其中該方法包括-從輸出信號得出用於電荷泵的時序信號。
5.包括按照權利要求1、2、或3之一的設備在內的通信終端。
全文摘要
分數N分頻的頻率綜合器具有VCO,其輸出端用於提供特定頻率的輸出信號,以及其輸入端用於接收用來控制VCO運行的控制信號,這樣它鎖定到一個參考頻率上。補償電路被耦合到輸入端,用來為了相位抖動而補償輸出信號。補償電路具有電荷泵,它提供補償電流到輸入端。時序是從輸出信號得出的,這樣使得補償電流與VCO的頻率範圍無關以及與參考頻率無關。
文檔編號H03L7/08GK1253673SQ98804427
公開日2000年5月17日 申請日期1998年12月7日 優先權日1997年12月22日
發明者D·萊恩巴格, R·格斯克 申請人:皇家菲利浦電子有限公司