專利名稱：鎖相環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1的前序部分所述類型的鎖相環(huán)，特別是在或者用于輪胎壓力控制系統(tǒng)的收發(fā)電路中的鎖相環(huán)，帶有依次安排的相位比較器，用以從基準輸入信號和輸出信號產(chǎn)生相位差信號；環(huán)路濾波器，用以對相位差信號進行濾波；以及由濾波后的相位差信號控制的振蕩器，用以產(chǎn)生輸出信號。本發(fā)明還涉及輪胎壓力控制系統(tǒng)的收發(fā)電路。
背景技術(shù)：
鎖相環(huán)(PLL，即鎖相環(huán)的英文縮寫)在電子電路中已廣為使用，并用以產(chǎn)生節(jié)拍信號并使之同步，例如微電子電路中的節(jié)拍信號。這樣的鎖相環(huán)一般已知有許多不同的的實施方式和方案。只為了鎖相環(huán)的基本結(jié)構(gòu)以及它的工作方式，例如可參閱Tietze，Schenk所著的Halbleiterschaltungselektronik(半導體電路電子學)，Springer出版社，1999年第11次再版，特別是圖24.20。
圖8表示這樣一個已知的鎖相環(huán)。鎖相環(huán)1典型地在串聯(lián)電路中包括相位檢測器2、環(huán)路濾波器3和振蕩器4以及帶有安排在其中的分頻器5的反饋耦合分支。鎖相環(huán)1還有一個觸發(fā)輸入6，其中可耦合進使能信號XEN或者復位信號，用于鎖相環(huán)1的觸發(fā)或復位。鎖相環(huán)1是指一種調(diào)節(jié)電路，借此使該振蕩器4與輸入信號的相位同步。當在鎖相環(huán)1的輸入信號XREF和輸出信號XVCO之間出現(xiàn)相位偏移和/或頻率偏移時，相位檢測器2產(chǎn)生一個檢測信號XDIFF，以此調(diào)節(jié)接在后面的振蕩器4，直至相位和/或頻率重新同步為止。在同步狀態(tài)下在輸入信號和振蕩器輸出信號之間頻率相等而且相移為0或90°。這時便說該鎖相環(huán)調(diào)整好了。
在輸入信號和輸出信號之間有相位差時，該相位檢測器便產(chǎn)生其長度對應于當時實測的相位差的電壓脈沖。該電壓脈沖典型地控制安排在相位檢測器中的充電泵，它根據(jù)在相位檢測器上出現(xiàn)的信號或相位差的符號，在電流控制的振蕩器的基準電流上加上或從其中減去一個脈沖型比例電流。該振蕩器，其中引入工作點調(diào)整用的基準電流，由此產(chǎn)生頻率調(diào)制的PLL-輸出信號。通過振蕩器的基準電流與脈沖型比例電流的疊加，改變振蕩器的脈沖長度輸出頻率，這時它作為反饋信號，從而作為調(diào)節(jié)量重新反饋到相位檢測器的輸入端。
鎖相環(huán)特別是在LF(低頻)和HF(高頻)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中用來產(chǎn)生低頻或高頻信號。鎖相環(huán)一觸發(fā)，該鎖相環(huán)便在起振過程的基礎(chǔ)上直至調(diào)整好為止需要一段已知的時間。這段時間在下文中稱為起振時間(英文調(diào)整時間)或者也稱為調(diào)整時間。只要該鎖相環(huán)被復位信號，例如，Reset復位，便是如此。該起振時間自然不能用于數(shù)據(jù)通信，所以必須盡可能縮短。在傳統(tǒng)的PLL電路中，在125kHz低頻信號的情況下，該起振時間約等于1ms。
該起振時間基本上取決于相位檢測器2輸出端的相位誤差Δ。對于相位誤差Δ，有下列關(guān)系Δ＝REF-VCO(1)并有REF＝∫ωREFdt (2)VCO＝∫ωVCOdt-0(3)于是有Δ＝∫ωREFdt-∫ωVCOdt-0(4)近似有REF≈VCO(5)于是有Δ＝0(6)REF表示基準信號XREF的相位。VCO表示輸出信號XVCO的相位，因此是振蕩器輸出端的信號的相位。ωREF或ωVCO表示該信號相應的復數(shù)頻率。0稱為所謂初相，因此是鎖相環(huán)觸發(fā)或者復位時基準信號XREF所呈現(xiàn)的相位。
一個已知的鎖相環(huán)的起振過程中的上述關(guān)系根據(jù)信號-時間圖示于圖9。
鎖相環(huán)1復位或觸發(fā)之后相位檢測器2、振蕩器4和分頻器5被復位，從而接通并開始工作。因為與此相反，該基準信號XREF與鎖相環(huán)1的復位無關(guān)，以此初相0與這個基準信號XREF的信號交變相關(guān)，并定義PLL-電路1的觸發(fā)。按照上述方程式，這個初相0約對應于相位誤差Δ。在基準信號XREF信號交變的哪一個時刻與PLL-電路1的觸發(fā)或復位發(fā)生關(guān)系，給出一個較大或者較小的初相0，相應較大的相位誤差Δ。
鎖相環(huán)還特別應用于輪胎壓力控制系統(tǒng)的收發(fā)電路?，F(xiàn)代的輪胎壓力控制系統(tǒng)用發(fā)射機應答器作為收發(fā)機，例如，安排在輪胎的輪緣上。這種發(fā)射機應答器能夠與車身側(cè)的收發(fā)電路進行數(shù)據(jù)通信連接。為了求出汽車運行中，亦即在行走過程中，現(xiàn)在輪胎的壓力或者其他輪胎專用參數(shù)，由于隨著輪胎轉(zhuǎn)動的發(fā)射機應答器只有較少的時間可用，輪胎中的發(fā)射機應答器和在齒輪箱中的收發(fā)電路之間建立數(shù)據(jù)通信，從而使數(shù)據(jù)通信能夠進行輪胎專用參數(shù)的交換。在速度非常高(例如，300公里/小時)的情況下，這個數(shù)據(jù)通信的時間窗口只等于約2毫秒。在這個時間窗口內(nèi)向該發(fā)射機應答器提供能量，鎖相環(huán)調(diào)整到標稱頻率上，接著，進行真正的數(shù)據(jù)通信，以便傳輸輪胎專用參數(shù)。正如上述例子所表明的，若現(xiàn)在鎖相環(huán)的起振時間相對較長，則這時真正的數(shù)據(jù)通信可以支配的時間就比較少，對于許多應用按規(guī)定的數(shù)據(jù)通信不再足夠。因而特別是在這樣情況下該輪胎壓力控制系統(tǒng)不再能正常工作。這是一種要盡可能防止的狀態(tài)，特別是因為此時在列舉的情況下(在高速度的情況下)最需要測量監(jiān)測輪胎壓力專用參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在這個背景下，本發(fā)明的任務在于縮短鎖相環(huán)的起振時間。
按照本發(fā)明，這個任務通過帶有權(quán)利要求1的特征的鎖相環(huán)和/或通過帶有權(quán)利要求20的特征的收發(fā)電路解決。
據(jù)此設置-鎖相環(huán)(PLL)，帶有較短的起振時間，特別是在輪胎壓力控制系統(tǒng)的收發(fā)電路中，帶有在信號路徑上依次安排的相位比較器，用以通過把基準輸入信號(XREF)與輸出信號(XVCO)比較產(chǎn)生相位差信號(XDIFF)；環(huán)路濾波器，用以對相位差信號(XDIFF)進行濾波；和振蕩器，由濾波后的相位差信號(XTP)控制，用以產(chǎn)生輸出信號(XVCO)，其中設置一個縮短鎖相環(huán)觸發(fā)時的起振時間用的調(diào)整電路，它使鎖相環(huán)的實際的觸發(fā)與基準輸入信號(XREF)的信號變化過程相關(guān)(權(quán)利要求1)。
-輪胎壓力控制系統(tǒng)的收發(fā)電路，帶有一個產(chǎn)生節(jié)拍信號和/或使之同步用的裝置，它有按照本發(fā)明的鎖相環(huán)，以便在運行時與輪胎壓力控制系統(tǒng)本身的另一個收發(fā)電路建立一個只是短時間的數(shù)據(jù)通信(權(quán)利要求20)。
作為本發(fā)明的基礎(chǔ)的認識在于，相位誤差，因而起振時間決定性地取決于該鎖相環(huán)相對基準輸入信號是在哪一個時刻觸發(fā)或復位的。于是本發(fā)明的想法在于，鎖相環(huán)的觸發(fā)或復位與基準信號的信號變化過程相關(guān)。
在這方面，相關(guān)意味著在觸發(fā)信號存在時，鎖相環(huán)的實際觸發(fā)，對基準輸入信號的各自預先確定的，固定地預先給定的時刻進行的。這個固定地預先給定的時刻，例如，能夠從基準信號的信號變化過程引出。
實際觸發(fā)應理解為，盡管鎖相環(huán)存在應該指示觸發(fā)或復位的觸發(fā)信號(例如使能信號或者復位信號)，但是只有通過基準輸入信號的固定地預先給定的時刻時才被觸發(fā)。因而，對于鎖相環(huán)的實際觸發(fā)，只有觸發(fā)或復位信號還是不足夠的。更確切地說，要求兩個觸發(fā)條件，亦即一方面觸發(fā)信號或復位信號存在，另一方面，基準輸入信號信號變化過程中固定地預先給定的時刻存在。
作為固定地預先確定的時刻最好是基準輸入信號的預先給定的已定義的信號交變，例如下降沿和/或上升沿。以此保證，鎖相環(huán)準確地在該基準信號同樣出現(xiàn)信號交變的時刻觸發(fā)，所以該鎖相環(huán)在起振時已經(jīng)有一個最小的相位差，比較理想甚至不出現(xiàn)相位差。
因為該鎖相環(huán)以此只有一個非常小的相位差須要調(diào)節(jié)，所以在較短時間即可調(diào)整好，總起振時間最小。特別是在應用于輪胎壓力控制系統(tǒng)時，因為該鎖相環(huán)所需要的鎖相環(huán)起振時間最小，真正的數(shù)據(jù)通信有較長的時間可以支配，因而特別有利。
下面將參照附圖描述本發(fā)明的有利配置和從屬權(quán)利要求的擴展。
在一個有利的配置中，該調(diào)整電路在輸出側(cè)準備了第一控制信號(XEN′)，通過該信號在鎖相環(huán)觸發(fā)時至少該振蕩器只在基準輸入信號(XREF)的信號交變時才被觸發(fā)。這個第一控制信號控制鎖相環(huán)的實際觸發(fā)，并以此控制第一起動條件(Reset(復位)，Enable(使能))的存在和第二起動條件(預先確定的時刻)，亦即基準輸入信號的信號交變的存在之間的關(guān)系。
在一個典型的配置中該調(diào)整電路包括耦合進基準輸入信號(XREF)的第一輸入端和耦合進觸發(fā)信號(XEN)的第二輸入端。例如，使能信號或者復位信號起觸發(fā)信號的作用。例如在這里考慮基準輸入信號的信號下降沿或者信號上升沿作為信號交變，其中最好使用一個對應于觸發(fā)信號的相應的信號交變的信號交變，亦即在觸發(fā)信號上升沿的情況下在這里還使用基準輸入信號的上升沿。這個觸發(fā)信號使鎖相環(huán)處于由第一控制信號(XEN′)觸發(fā)的狀態(tài)。調(diào)整電路現(xiàn)在把基準輸入信號(XREF)與觸發(fā)信號(XEN)聯(lián)系起來，并由此產(chǎn)生觸發(fā)該鎖相環(huán)的第一控制信號(XEN′)，其中該第一控制信號(XEN′)可在該調(diào)整電路的輸出端取出。
在一個有利的配置中，該調(diào)整電路至少有一個鎖存器，用以準備第一控制信號(XEN′)。這個鎖存器最好形成為觸發(fā)器，以此提供基準輸入信號和觸發(fā)信號各自的狀態(tài)或邏輯電平。在這里最好使用RS-觸發(fā)器或者DQ-觸發(fā)器。自然還可以設想另一種調(diào)整電路配置，盡管應用觸發(fā)器或者傳統(tǒng)的鎖存器表示一個在電路技術(shù)上非常簡單的并因而優(yōu)先的調(diào)整電路實現(xiàn)。
在一個典型的配置中，設置反饋通道，通過該通道可以把一個以預先給定的或者可調(diào)整的分壓系數(shù)(1/N)由輸出信號(XVCO)向下分壓而引出的反饋信號(XVCO/N)反饋到相位比較電路的輸入端。在該反饋通道中，安排一個典型的分頻器或者還有倍頻器。
根據(jù)按照本發(fā)明的調(diào)整電路的一個最小方案，該振蕩器至少有一個控制輸入端，通過該輸入端第一控制信號(XEN′)可耦合到振蕩器，并以此在觸發(fā)鎖相環(huán)時通過該輸入端它僅在基準輸入信號(XREF)的信號交變才觸發(fā)。例如，作為輸入可以設置使能輸入或者復位輸入。通過這個觸發(fā)信號，觸發(fā)振蕩器，并立即，亦即沒有起振，產(chǎn)生一個相應的振蕩器輸出信號。這個振蕩器輸出信號似乎形成鎖相環(huán)的輸出信號并通過反饋通道引入相位檢測器。一個振蕩器典型地絲毫沒有穩(wěn)定時間并從而絲毫沒有起振時間。人們在這里自然最多失去一個周期，因為振蕩器準備的輸出信號需要一個時鐘周期，以便通過反饋通道達到相位比較電路的輸入端。自然相位檢測器的輸出端上會產(chǎn)生差值信號，它已經(jīng)或多或少反映最小相位差。
在一個有利的進一步擴展中，除了振蕩器以外，相位比較器和/或分頻器也有一個控制輸入端，用以耦合控制信號。從而，該控制信號可以不僅提供給振蕩器，而且還提供給相位比較器和分頻器，從而避免剛才描述的一個節(jié)拍的時間損失，并用控制信號的觸發(fā)或引入，在相位比較器的輸出端上已經(jīng)實現(xiàn)相位差最小的相位差信號。
在一個典型的配置中，振蕩器形成為電壓控制的振蕩器(VCO＝電壓控制振蕩器)。在這里自然還可以設想使用電流控制振蕩器(ICO)，盡管電壓控制振蕩器由于能量的原因，特別是在輪胎壓力控制系統(tǒng)中是優(yōu)選的。
在一個典型的配置中，環(huán)路濾波器形成為低通濾波器。環(huán)路濾波器最好有盡可能小的帶寬，在直到125kHz的范圍內(nèi)。這在減少環(huán)路濾波器噪聲方面是特別有優(yōu)點的，因為環(huán)路濾波器帶寬小，環(huán)路濾波器輸出端的噪音信號也小。典型地環(huán)路濾波器實現(xiàn)為模擬環(huán)路濾波器，盡管環(huán)路濾波器的數(shù)字實現(xiàn)在電路技術(shù)上是昂貴的，但在原則上是可以設想的。
在一個有利的配置中，相位比較器形成為相位檢測器?；旧线€可以設想，特別是應用于輪胎壓力控制系統(tǒng)時，把相位比較器配置為相位頻率檢測器。在相位檢測器的情況下，這在最簡單的配置中有彼此串聯(lián)安排的可控的電流源，它各自通過不同極性的控制信號進行控制。這兩個電流源的作用對稱地形成相位頻率檢測器的輸出端。比較理想的是，相位頻率檢測器的兩個電流源的尺寸確定得同樣大，誠然由于制造條件決定的允差，情況并非完全如此。特別是從這些原因看，在鎖相環(huán)觸發(fā)時還給相位頻率檢測器引入控制信號是有好處的。
在一個優(yōu)選的配置中，在相位比較器和環(huán)路濾波器之間安排至少一個充電泵。為此當設置充電泵控制電路時，最好按照第二控制信號(XLO)，產(chǎn)生第三控制信號(XCP)，用以控制至少一個充電泵。這時該第二控制信號(XLO)表示鎖相環(huán)是否閉合。
在一個非常有利的配置中，設置至少兩個充電泵，其中第一充電泵產(chǎn)生的充電泵電流(XCPS)比第二充電泵較小。這時，最好激活兩個充電泵中最大的一個，特別是僅僅激活一個充電泵。這時，只要鎖相環(huán)已經(jīng)調(diào)整好，第一充電泵便可由第三控制信號(XCP)激活。另外或者作為另一方案，只要鎖相環(huán)尚未調(diào)整好，該第二充電泵便可由第三控制信號(XCP)激活。
最好設置至少兩個相位比較器，其中第一相位比較器形成為相位檢測器，而第二相位比較器形成為相位頻率檢測器。在一個優(yōu)選的擴展中，該第一充電泵接在相位檢測器輸出側(cè)后面，而該第二充電泵接在相位頻率檢測器輸出側(cè)后面。
在一個優(yōu)選配置中，設置一個所謂閉環(huán)識別電路，它識別該鎖相環(huán)是否閉合。
在一個配置中，該分頻器形成為1/4分頻器，并因而它是為對鎖相環(huán)的輸出信號(XVCO)和這時特別是對其頻率和/或其相位進行多倍分頻而設計的。
在另一個配置中，本發(fā)明設置一個調(diào)整好識別電路，這是為識別該鎖相環(huán)是否調(diào)整好而設計的。在鎖相環(huán)已經(jīng)調(diào)整好的情況下，該調(diào)整好識別電路產(chǎn)生一個調(diào)整好控制信號(LOCK)。在鎖相環(huán)未調(diào)整好的情況下，該調(diào)整好識別電路為此產(chǎn)生一個相反的調(diào)整好控制信號(LOCK′)。
在一個典型的配置中，按照本發(fā)明的收發(fā)電路是發(fā)射機應答器的這個組成部分，或形成為發(fā)射機應答器。此外，這個收發(fā)電路可安裝在一個汽車車輪的輪緣上。
在本發(fā)明的另一個配置中，發(fā)射機應答器硫化入輪胎的材料中，例如硫化入它的橡膠材料中。


下面根據(jù)在附圖的示意圖中給出的實施例對本發(fā)明作了較詳細的說明。附圖中圖1是按照本發(fā)明的鎖相環(huán)一般的第一實施例；圖2是按照本發(fā)明的鎖相環(huán)優(yōu)選的第二實施例；圖3是信號-時間圖，用以闡明起振過程中圖2鎖相環(huán)的功能；圖4是按照本發(fā)明的鎖相環(huán)的優(yōu)選的第三實施例；圖5是信號-時間圖，用以闡明起振過程中圖4鎖相環(huán)的功能；圖6是按照本發(fā)明的鎖相環(huán)特別優(yōu)選的第四實施例；圖7是方框圖，用以圖示帶有一個包含按照本發(fā)明的鎖相環(huán)的發(fā)射機應答器的輪胎壓力控制系統(tǒng)；圖8是開頭列舉Tietze，Schenk所著的專業(yè)書籍中鎖相環(huán)的一個示例；而圖9是信號-時間圖，用以闡明起振過程中圖8已知的鎖相環(huán)的功能。
具體實施例方式
在這些圖中，相同的或功能相同的元件和信號，只要不特別指出，都用相同的引用符號標示。
圖1表示按照本發(fā)明的鎖相環(huán)一個一般的實施例的方框圖。在這里鎖相環(huán)10用引用符號10標示。該鎖相環(huán)有基準輸入端11，其中可耦合進基準輸入信號XREF；和輸出端，因此可取出輸出信號XVCO。輸入端11和輸出端12之間依次安排相位比較器13、環(huán)路濾波器14和振蕩器15。還設置一個反饋通道16，通過該反饋通道可取出輸出信號XVCO并可耦合進相位比較器13的輸入。
按照本發(fā)明的鎖相環(huán)10還有另一個輸入端17，通過該輸入端例如可耦合進數(shù)字觸發(fā)信號XEN。還設置一個控制裝置18，有兩個輸入端和輸出端。控制裝置18的各輸入端分別與輸入端11，17之一連接。在控制裝置18的輸出端提供一個改變后的觸發(fā)信號XEN′，它在圖1中耦合到振蕩器15的控制輸入端19。
圖2表示按照本發(fā)明的鎖相環(huán)對圖1擴展后的優(yōu)選的第二實施例。鎖相環(huán)10形成為數(shù)字鎖相環(huán)10。
不同于圖1的實施例，在這里相位比較器13形成為相位頻率檢測器13。環(huán)路濾波器14(LF＝環(huán)路濾波器)在這里形成為窄帶的低通濾波器。振蕩器15形成為電壓控制振蕩器15。
另外在反饋通道16上設置分頻器20。分頻器20是為把輸出信號XVCO的頻率乘以分壓系數(shù)1/N而設計的，所以分頻器20輸出側(cè)準備向下分頻后的輸出信號XVCO/N。分頻器20特別包括一個計數(shù)器，例如上升計數(shù)器，它對振蕩器15在輸出側(cè)產(chǎn)生的節(jié)拍連續(xù)計數(shù)，并在預先給定的節(jié)拍數(shù)目時產(chǎn)生節(jié)拍信號XVCO/N的信號交變。
按照本發(fā)明的控制裝置18在這里形成為觸發(fā)器。觸發(fā)器18能夠在基準輸入信號XREF的下降沿時改變它的狀態(tài)。不同于圖1的實施例，在這里相位頻率檢測器13以及分頻器20還有控制輸入端21，22。在所有控制輸入19，21，22中，耦合由控制裝置18準備提供的觸發(fā)信號XEN′。
下面特別根據(jù)圖3中的信號-時間圖對與圖2對應的按照本發(fā)明的鎖相環(huán)的工作方式作較詳細的說明。
在鎖相環(huán)10的觸發(fā)和調(diào)整狀態(tài)下，振蕩器15連續(xù)產(chǎn)生頻率為ωVCO的在輸出端12產(chǎn)生的振蕩器輸出信號XVCO。輸出信號XVCO通過分頻器20作為頻率為ωVCO/N的節(jié)拍信號XVCO/N引入相位頻率檢測器13的輸入端。通過基準輸入端11相位頻率檢測器13還引入頻率為ωREF的基準輸入信號XREF。相位頻率檢測器13比較這兩個信號XREF，XVCO/N，在輸出側(cè)產(chǎn)生差值信號XDIFF。該差值信號XDIFF是基準輸入信號XREF和節(jié)拍信號XVCO/N相位的相位誤差的函數(shù)。這個差值信號XDIFF通過圖2中所示的驅(qū)動電路，例如，相位頻率檢測器的組成部分，引入接在后面的低通濾波器14，由此在輸出側(cè)產(chǎn)生低通濾波后的基準信號XTP。這個低通濾波后的信號XTP，仍然是該相位差的函數(shù)，用以控制電壓控制振蕩器15，亦即振蕩器15，相應地控制所求出的相位差，所以振蕩器15的頻率相應地隨相位差改變。
在鎖相環(huán)10的關(guān)斷或者復位狀態(tài)下，它的元件，亦即相位頻率檢測器13、環(huán)路濾波器14、振蕩器15和分頻器20不起作用。在這個狀態(tài)下，控制裝置18引入一個作為復位(″0″)而形成的信號XEN。若現(xiàn)在鎖相環(huán)10應該被觸發(fā)，則信號XEN改變它的邏輯電平(″1″)，這應該發(fā)出觸發(fā)(使能)信號(信號交變A)。基準輸入信號XREF通過第二輸入端引入控制裝置18，因此在圖3的例子中在信號XEN的信號交變A時，呈現(xiàn)低的邏輯電平(″0″)。因此，控制信號XEN′仍舊處于低的邏輯電平(″0″)，亦即鎖相環(huán)10的元件繼續(xù)被去激活。即使在基準信號從低的(0″)變換到高(″1″)邏輯電平時，控制信號XTP′首先仍舊處于低的邏輯電平(″0″)。于是觸發(fā)器18形成得，只有在基準輸入信號XREF從高邏輯電平(″1″)變?yōu)榈偷倪壿嬰娖?″0″)時，亦即在節(jié)拍下降沿時，才同時進行控制信號XEN′的信號交變C。在圖2中，這用觸發(fā)器18的數(shù)據(jù)輸入端的向下的箭頭表示。相位頻率檢測器13、振蕩器15以及分頻器20現(xiàn)在被控制信號XEN′或它的高邏輯電平(″1″)激活，這特別是振蕩器15立即，亦即不等起振，立即在輸出側(cè)出現(xiàn)節(jié)拍信號XVCO。以此，振蕩器15或多或少同時在信號交變B，C的時刻開始節(jié)拍，在這里出現(xiàn)似乎是輸入相位φ0。因此下式成立0≈0(7)
前言中列舉的方程式(2)-(4)下式成立Δ≈∫ωREFdt＝∫ωVCOdt(8)從而Δ≈REF-VCO(9)從方程式(9)和圖3可知，按照本發(fā)明相位誤差Δ最小，而在比較理想的情況下甚至等于零(Δ＝0)。這意味著，按照本發(fā)明的鎖相環(huán)10在其觸發(fā)之后立即過渡到調(diào)整好的狀態(tài)。
圖4表示按照本發(fā)明的鎖相環(huán)同樣優(yōu)選的第三實施例。圖5表示相應的信號-時間圖，用以闡明起振過程中圖4鎖相環(huán)的功能。
不同于圖2中的實施例，圖4中的鎖相環(huán)10中從觸發(fā)器18到振蕩器15沒有設置連接導線，使得振蕩器15因此不受控制信號XEN′控制。這個方案對于分頻系數(shù)N比1大得多(N＞＞1)的應用特別有利，。分頻系數(shù)N的典型值在20直至100之間，最好在約N≈50的范圍內(nèi)變動。
盡管圖1和2中的鎖相環(huán)10基本上用于靜態(tài)用途，而在該圖4表示的鎖相環(huán)則還適用于PLL-電路10的動態(tài)用途。首先在一個在非常動態(tài)的環(huán)境中采用的發(fā)射機應答器中，因此其中基準信號XREF改變非常迅速，對這個應用特別有利。這樣的改變例如，是由于基準信號XREF總是重新消失或者至少明顯地減弱。若該非常動態(tài)的環(huán)境決定基準信號XREF的質(zhì)量，因而信號的振幅非常差，甚至虛假，則往往要求相位頻率檢測器13輸出端的基準信號XREF斷開，從而相位頻率檢測器13和環(huán)路濾波器14之間的連接中斷。以此鎖相環(huán)10的功能中斷，以防止振蕩器15跟隨″差的或虛假的基準信號XREF。
盡管可能出現(xiàn)中斷的差值信號XDIFF，但是振蕩器15(偶然的)在一段已知的時間里繼續(xù)工作。這在于該振蕩器在輸入側(cè)與環(huán)路濾波器14連接，它的RC-低通元件能夠根據(jù)環(huán)路濾波器14中的小的漏電流通過一個相對較長的時間存儲電荷。這時由此給出的電壓對接在后面的電壓控制振蕩器15起輸入電壓的作用，毫無預防措施，正如圖1和2的示例中就是這種情況，現(xiàn)在試圖，從這個貯存的電壓信產(chǎn)生一個由此引走輸出信號。這是不希望有的。
按照本發(fā)明的圖5中的電路防止這一點。為此借助于一個特別監(jiān)視安排監(jiān)視基準信號XREF的質(zhì)量。，若所監(jiān)視的質(zhì)量太差或甚至沒有基準信號XREF存在，則用相位比較器13的控制信號XEN′去激活，并從而通過相位比較器13的控制信號XEN′去激活，從而中斷差值信號XDIFF。只要基準信號XREF的質(zhì)量重新足夠，該鎖相環(huán)10便能夠重新閉合，例如借助于控制信號XEN′觸發(fā)相位比較器。自然根據(jù)該中斷人們獲得相對較小的輸入相位0。但是輸入相位0(顯然)小于360°/N，使得相位誤差Δ進一步減到最小。這在于振蕩器15雖然不能夠同步，因為它的頻率應該是盡可能均勻的。然而分頻器20和相位比較器13可以通過該控制信號XEN′同步。
圖6表示按照本發(fā)明的鎖相環(huán)特別優(yōu)選的第四實施例。在圖6的實施例中，給安排在相位頻率檢測器13a的路徑上各自元件分配帶有字母″a″的引用符號。在圖6中，在各自的電路元件的輸入上的各自指向上方的箭頭表示，這個信號在相應的耦合的信號的上升沿上觸發(fā)。同樣地向下的箭頭標示，各電路元件是用各自耦合的信號的下降沿觸發(fā)的。各電路元件用E標示的輸入端標示所謂使能輸入端，通過它觸發(fā)該電路元件。用R標示的輸入端標示各復位輸入端，通過它可以使各自的電路元件復位。
在圖6的實施例中，設置一個不僅形成為相位檢測器13，而且形成為相位頻率檢測器13a的相位比較器。這兩個相位比較器13，13a進一步與彼此無關(guān)地工作，其中相位檢測器主要在鎖相環(huán)調(diào)整好的情況下激活，而該相位頻率檢測器在鎖相環(huán)10尚未調(diào)整好的情況下激活。這一點下面還要詳細描述。
鎖相環(huán)10還包括一個用標號40標示的調(diào)整好檢測器，它識別基準輸入信號XREF的頻率是否調(diào)整好。若該頻率尚未調(diào)整好，則該頻率檢測器40給出一個控制信號S1，表明鎖相環(huán)10尚未調(diào)整好。這個控制信號S1引入接在后面的調(diào)整好識別電路41的復位輸入端R，通過它使之復位。這個調(diào)整好識別電路41在輸出側(cè)產(chǎn)生狀態(tài)信號LOCK，LOCK′，其中狀態(tài)信號LOCK表明，該鎖相環(huán)10調(diào)整好，反之狀態(tài)信號LOCK′表明，該鎖相環(huán)10處于尚未調(diào)整好的狀態(tài)。調(diào)整好識別電路41在當前的實施例中形成為DQ-觸發(fā)器41。觸發(fā)器41這時用狀態(tài)信號XLO″上升沿觸發(fā)，除此以外它還包括一個信息，即鎖相環(huán)10是否閉合。狀態(tài)信號LOCK可從觸發(fā)器41的數(shù)據(jù)輸出端取出，而狀態(tài)信號LOCK′可從觸發(fā)器41的反相的輸出端Q′取出。
相位檢測器13還有裝置42，它是為識別鎖相環(huán)10是否閉合而設計的。這個裝置42還標示為所謂閉環(huán)識別電路。若鎖相環(huán)10閉合，則該裝置42給出一個控制信號XLO，它表明鎖相環(huán)10閉合。這個控制信號XLO可從相位檢測器13的控制輸出端43取出。裝置42從基準輸入信號XREF的相位和分頻器20向下分頻輸出信號XVCO/N求出這個信息。這里分頻器最好形成為1/4分頻器，因此輸出信號XVCO或它的頻率或者相位4分頻。通過4分頻的輸出信號XVCO與基準輸入信號XREF的0°相位以及180°相位比較。從這個比較能夠取得該鎖相環(huán)10是否閉合的所希望的信息。
相位頻率檢測器13a，類似于相位檢測器13，在輸入側(cè)引入基準輸入信號XREF以及向下分頻后的輸出信號XVCO/N′，其中這個各自在相位頻率檢測器13a在信號上升沿時觸發(fā)。
相位檢測器13還有復位輸入端21，通過它能夠復位相位檢測器13。為了取得相應的復位信號，設置與門44，其中引入各狀態(tài)信號LOCK和控制信號XEN′。
同樣地，相位頻率檢測器13a可在它的復位輸入端21a引入復位信號。這個復位信號將通過在與門45與狀態(tài)信號LOCK′、控制信號XEN′和控制信號XCP進行與邏輯運算產(chǎn)生。
控制信號XCP表示，下面還要詳細描述，是否控制充電泵47，48或控制哪一個。該控制信號XCP是在特地為其設置的充電泵控制電路46產(chǎn)生的。該充電泵控制電路包括反相器49，反相器49在輸出側(cè)接在后面的XOR-門50以及這個接在后面的DQ-觸發(fā)器51。反相器49對相位檢測器13的控制信號XLO進行反相，它表明鎖相環(huán)10閉合并以此不中斷。反相的控制信號XLO′連同基準輸入信號XREF在接在后面的XOR-門50相應地進行XOR-邏輯運算，以此給出相應的狀態(tài)信號XLO″。狀態(tài)信號XLO″各引入DQ-觸發(fā)器41和DQ-觸發(fā)器51的數(shù)據(jù)輸入端51。其中DQ-觸發(fā)器51的復位輸入端R耦合控制信號CPEN，因此通過它可復位DQ-觸發(fā)器51。這個控制信號CPEN給出兩個充電泵47，48中是否至少有一個應該被激活。該DQ-觸發(fā)器51在輸出側(cè)給出控制信號XCP，用以控制充電泵47，48以及相位檢測器13和相位頻率檢測器13a。
正如上面已經(jīng)描述的，鎖相環(huán)10有兩個充電泵47，48。這種充電泵中各自一個47接在相位檢測器13輸出側(cè)的后面，反之另一種充電泵48接在相位頻率檢測器13a輸出側(cè)的后面。充電泵47形成為″比較慢″的充電泵47，并因此在輸出側(cè)產(chǎn)生一個相對較小的充電泵電流XCPS。這個比較慢充電泵47是為鎖相環(huán)10的調(diào)整狀態(tài)而設置的。
與此相反，接在相位頻率檢測器13a輸出側(cè)后面的充電泵48與充電泵47相比明顯地較快，因此，它是為在輸出側(cè)準備比較地高的充電泵電流而設計的。這個充電泵48用以在鎖相環(huán)10未調(diào)整好的狀態(tài)下準備一個比較地高的充電泵電流XCPF，鎖相環(huán)10可能迅速地或者至少可能比用充電泵47較快地，重新調(diào)整好。在未調(diào)整好的狀態(tài)下無此要求，所以充電泵47能夠在調(diào)整好的狀態(tài)下提供一個比較較小的電流XCPS。
這時，兩個充電泵47，48中最大的一個被激活。為此充電泵47，48中的每個都分配一個與門53，各自引入控制信號XCP。這個控制信號XCP在較慢的充電泵47用的與門52的情況下與狀態(tài)信號LOCK進行與邏輯運算，反之控制信號XCP在快速的充電泵48用的與門52的情況下與為此相反的控制信號LOCK′進行與邏輯運算。以此這些充電泵47，48中只有一個在輸出側(cè)提供(最大)充電泵電流CXPS，CXPF，它們各自引入接在后面的環(huán)路濾波器14。
該環(huán)路濾波器14通過相應的控制輸入端同樣獲得狀態(tài)信號LOCK，LOCK′，從而獲得一個鎖相環(huán)10現(xiàn)在是否調(diào)整好的信息。
控制信號XCP還耦合到相位檢測器13的保持輸入端。其作用是，在存在控制信號XCP時，因此對于充電泵47，48中至少一個應該接通的情況，相位檢測器13不復位，而是立即獲得它的功能。這是針對按照本發(fā)明的鎖相環(huán)10的工作方式的，特別是對于它的快速調(diào)整好非常重要。
特別是與此相反，圖6的實施例的特征在于，保證鎖相環(huán)10異常快速調(diào)整好，因為一方面監(jiān)視鎖相環(huán)10是否已經(jīng)調(diào)整好，而另一方面監(jiān)視鎖相環(huán)10是否閉合。取決于這些信息以及通過基準輸入信號XREF與向下分頻后的輸出信號XVCO/N的邏輯運算，能夠不是迅速地，就是緩慢地激活充電泵47，48，以此明顯地縮短直至鎖相環(huán)10重新調(diào)整好為止的時間。
這使鎖相環(huán)10成為可能用于非常高的頻率，例如，100MHz的頻率或更高，特別是500MHz。這個方法特別適宜于基于PSK-調(diào)制的發(fā)射機應答器的應用，例如，輪胎壓力控制系統(tǒng)就是這種情況。
圖7用方框圖表示汽車中輪胎壓力控制系統(tǒng)的一個斷面，其中這只是示意的表示。該輪胎壓力控制系統(tǒng)包括車身側(cè)的收發(fā)電路30以及輪胎側(cè)的發(fā)射機應答器31。該只用截面表示的車輪32包括輪緣33以及輪胎34。在當前的實施例中，發(fā)射機應答器31固定在輪緣33外側(cè)(邊緣)。車身側(cè)的收發(fā)電路30固定在齒輪箱范圍內(nèi)車身部分35。發(fā)射機應答器31與收發(fā)電路30在數(shù)據(jù)通信上的連接，用箭頭36表示。發(fā)射機應答器31有按照本發(fā)明的鎖相環(huán)10。另外或者作為另一方案，該收發(fā)電路30也可以包含這樣按照本發(fā)明的鎖相環(huán)10。
附加地或替換地，還可以設想，發(fā)射機應答器31′安排在輪胎34內(nèi)部，例如其中發(fā)射機應答器31′硫化入輪胎(橡膠)材料中。這時，發(fā)射機應答器31最好盡可能遠離輪緣33，特別是在最優(yōu)數(shù)據(jù)通信方面這是有優(yōu)點的。這個發(fā)射機應答器31′布置的特別有利的方案用虛線示在圖7。
盡管上面根據(jù)一個優(yōu)選的實施例描述本發(fā)明，但是它們不限于上述，而是可以采用多種類型和方法改變。
這樣按照本發(fā)明的鎖相環(huán)不一定是為發(fā)射機應答器或輪胎壓力控制系統(tǒng)中的收發(fā)電路而設計的，而是特別是能夠用于要求盡可能短的起振時間的任何用途。這樣的應用，例如可以在遠程通信中在所謂跳頻方法(跳頻)時給出，此時使用不同的頻率進行數(shù)據(jù)通信，并為此目的必須非常迅速地從一個頻率交換到另一個頻率。
本發(fā)明還不限于圖1，2，4，6，7所示的鎖相環(huán)的實施方案和應用，而是可以進行各種各樣的改變和在其他方面使用。這樣相位比較器還能形成為相位檢測器、振蕩器，還能形成為電流控制振蕩器和環(huán)路濾波器，還能形成為帶通濾波器或者全通濾波器。此外把該控制裝置配置為觸發(fā)器在電路技術(shù)上雖然是非常簡單的，然而不是絕對必要的實施方案。更確切地說這還可以是每個任意控制裝置，例如，編程控制裝置，諸如微處理器的組成部分，或者固定接線邏輯電路(例如，F(xiàn)PGA，PLD)。
標號表1鎖相環(huán)，PLL2相位檢測器
3環(huán)路濾波器4振蕩器5分頻器6觸發(fā)輸入端10 鎖相環(huán)，PLL-電路，PLL11 (基準)輸入端12 輸出端13，13a 相位比較器，相位頻率檢測器14 環(huán)路濾波器，低通(濾波器)15 振蕩器，VCO，電壓控制振蕩器16 反饋通道17 (觸發(fā))輸入端18 控制裝置，觸發(fā)器19 控制輸入端20 分頻器21，21a 控制輸入端22 控制輸入端30 收發(fā)電路31，31′ 發(fā)射機應答器32 車輪33 輪緣34 輪胎35 在輪胎箱范圍內(nèi)的車身部分36 數(shù)據(jù)通信連接40 調(diào)整好檢測器41 調(diào)整好識別電路，DQ-觸發(fā)器42 識別閉環(huán)用的裝置，閉環(huán)識別電路43 控制輸出端44，45 與門
46充電泵控制電路47，48充電泵49反相器50XOR門51DQ-觸發(fā)器52，53與門54保持輸入XREF 基準輸入信號XDIFF 差值信號XTP 低通濾波后的差值信號XVCO 輸出信號XVCO/N，XVCO/N′ 向下分頻后的輸出信號，節(jié)拍信號XEN 觸發(fā)信號XEN′ 控制信號S1控制信號XLO，XLO′控制信號LOCK，LOCK′ 狀態(tài)信號XCP 控制信號XLO″ 狀態(tài)信號A 信號交變B 信號交變C 信號交變R 復位輸入端E 使能輸入
權(quán)利要求
1.起振時間較短的鎖相環(huán)(10)，特別是在或者用于輪胎壓力控制系統(tǒng)的收發(fā)電路(30，31)中，在信號路徑上帶有依次安排的-相位比較器(13)，用于通過比較基準輸入信號與輸出信號產(chǎn)生相位差信號，-環(huán)路濾波器(14)，用于對相位差信號進行濾波，和-由濾波后的相位差信號控制的振蕩器(15)，用于產(chǎn)生輸出信號，其特征在于，設置有用于在鎖相環(huán)觸發(fā)時縮短起振時間的調(diào)整電路(18)，它與基準輸入信號的信號變化過程相關(guān)地實際觸發(fā)鎖相環(huán)(10)。
2.按照權(quán)利要求1的鎖相環(huán)，其特征在于，該調(diào)整電路(18)在輸出側(cè)提供第一控制信號，通過該信號在鎖相環(huán)(10)觸發(fā)時至少振蕩器(15)只在基準輸入信號的信號交變時才被接通。
3.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，該調(diào)整電路(18)有耦合基準輸入信號用的第一輸入端和用以耦合觸發(fā)信號的第二輸入端，該觸發(fā)信號能夠使鎖相環(huán)通過第一控制信號被觸發(fā)，調(diào)整電路(18)連接基準輸入信號和觸發(fā)信號，并由此產(chǎn)生觸發(fā)鎖相環(huán)(10)的第一控制信號。
4.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，為了提供第一控制信號，調(diào)整電路(18)具有鎖存器(18)，特別是觸發(fā)器(18)。
5.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，設置反饋通道(16)，帶有安排于其中的分頻器(20)，經(jīng)該反饋通道可以將通過以分壓系數(shù)向下分頻從輸出信號引出的反饋信號反饋到相位比較器(13)的一個輸入端。
6.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，振蕩器(15)和/或相位比較器(13)和/或分頻器(20)具有用于耦合第一控制信號的控制輸入端，通過該控制輸入端使振蕩器(15)和/或相位比較器(13)和/或分頻器(20)在鎖相環(huán)(10)觸發(fā)時只在基準輸入信號信號交變時才被接通。
7.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，振蕩器(15)形成為電壓控制振蕩器(15)。
8.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，環(huán)路濾波器(14)形成為低通濾波器(14)。
9.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，環(huán)路濾波器(14)具有一個直至125KHz的小帶寬范圍。
10.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，相位比較器(13)形成為相位檢測器(13)和/或形成為相位頻率檢測器(13a)。
11.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，在相位比較器(13)和環(huán)路濾波器(14)之間安排至少一個充電泵(47，48)。
12.按照權(quán)利要求11的鎖相環(huán)，其特征在于電荷泵充電泵控制電路(46)，其按照表明鎖相環(huán)(10)是否閉合的第二控制信號，產(chǎn)生用于控制至少一個充電泵(47，48)的第三控制信號。
13.按照權(quán)利要求11或12中至少一個的鎖相環(huán)，其特征在于，設置至少兩個充電泵(47，48)，其中第一充電泵(47)產(chǎn)生的充電泵電流比該第二充電泵(48)小。
14.按照權(quán)利要求13的鎖相環(huán)，其特征在于，激活該兩個充電泵(47，48)中最大的一個，并且只要鎖相環(huán)(10)調(diào)整好，就可用第三控制信號激活第一充電泵(47)，和/或只要鎖相環(huán)(10)未調(diào)整好，就可用第三控制信號激活第二充電泵(48)。
15.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，設置至少兩個相位比較器(13，13a)，其中第一相位比較器(13)形成為相位檢測器(13)，而第二相位比較器(13a)形成為相位頻率檢測器(13a)。
16.按照權(quán)利要求13-15中至少一個的鎖相環(huán)，第一充電泵(47)接在相位檢測器(13)后面，而第二充電泵(48)接在相位頻率檢測器(13a)的輸出側(cè)后面。
17.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，設置閉環(huán)識別電路(42)，它識別鎖相環(huán)(10)是否閉合。
18.按照權(quán)利要求5-17中至少一個的鎖相環(huán)，其特征在于，該分頻器對輸出信號的頻率和/或相位進行4分頻。
19.按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)，其特征在于，設置調(diào)整好識別電路(41)，其設計成用于識別鎖相環(huán)(10)是否調(diào)整好，并在鎖相環(huán)(10)調(diào)整好的情況下產(chǎn)生調(diào)整好控制信號，而在鎖相環(huán)(10)未調(diào)整好的情況下產(chǎn)生與此反相的調(diào)整好控制信號。
20.輪胎壓力控制系統(tǒng)的收發(fā)電路(30，31)，帶有一個用以產(chǎn)生節(jié)拍信號和/或使節(jié)拍信號同步的裝置，它具有按照前述權(quán)利要求中至少之一的鎖相環(huán)(10)，以便在運行時與同一輪胎壓力控制系統(tǒng)的另一個收發(fā)電路(30，31)建立短時間的數(shù)據(jù)通信。
21.按照權(quán)利要求20的收發(fā)電路，其特征在于，收發(fā)電路(31)形成為發(fā)射機應答器(31)，可安裝在汽車車輪(32)的輪緣(33)上。
22.按照權(quán)利要求21的收發(fā)電路，其特征在于，發(fā)射機應答器(31′)硫化入車輪(32)輪胎(34)的橡膠材料中。
全文摘要
本發(fā)明涉及起振時間較短的鎖相環(huán)，特別是用于輪胎壓力控制系統(tǒng)的收發(fā)電路中，在一個信號路徑中帶有依次安排的相位比較器，用以通過比較基準輸入信號和輸出信號產(chǎn)生相位差信號；環(huán)路濾波器，用以對相位差信號進行濾波；和由濾波后的相位差信號控制的振蕩器，用以產(chǎn)生輸出信號。該鎖相環(huán)具有調(diào)整電路，用以在鎖相環(huán)觸發(fā)時縮短起振時間，它以基準輸入信號的信號變化過程相關(guān)地實際觸發(fā)該鎖相環(huán)。本發(fā)明還涉及輪胎壓力控制系統(tǒng)的收發(fā)電路。
文檔編號B60C23/00GK1972128SQ20061013669
公開日2007年5月30日 申請日期2006年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者亞歷山大·邱爾潘諾夫 申請人:愛特梅爾(德國)有限公司