專利名稱：鎖相環(huán)頻率產(chǎn)生電路以及使用該電路的接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎖相環(huán)(PLL)頻率產(chǎn)生電路以及使用該電路的接收器。本發(fā)明特別用于低能耗設(shè)備，但不專用于低能耗設(shè)備，例如用于計算機外圍設(shè)備中的用電池工作的無線設(shè)備、安全設(shè)備、恒溫器、低功率個人局域網(wǎng)絡設(shè)備、遙測系統(tǒng)、用電池工作的網(wǎng)絡接口，例如藍牙和無線以太網(wǎng)，以及例如尋呼機和移動電話這樣的個人通信設(shè)備。
背景技術(shù)：
在低功率無線設(shè)備中的一個問題是需要為活動性而頻繁地檢查無線信道。頻率合成器通常被用于產(chǎn)生本機振蕩頻率，其在接收器中提供信道選擇。
小的信道間隔是在頻率合成器中用低的比較頻率獲得的。低的比較頻率規(guī)定用于環(huán)路濾波器的最大頻率響應。這反過來限制頻率合成器的穩(wěn)定速度。為活動性檢查信道所需的能量的大部分被用于等待頻率合成器穩(wěn)定。啟動該振蕩器并且等待它穩(wěn)定在正確的頻率需要比該接收器用于確定是否存在信號所需的時間還要長的時間。用于減少鎖定時間的現(xiàn)有技術(shù)包括可切換的環(huán)路濾波器，其中在快速穩(wěn)定的短時間周期之后，環(huán)路濾波器的特性被改變，以給出低的相位噪聲，并且比較頻率高于信道間隔合存器環(huán)路的N分頻合成器被快速地穩(wěn)定。
發(fā)明的公開本發(fā)明的一個目的是減少在頻率產(chǎn)生電路中的鎖定時間。
根據(jù)本發(fā)明一個方面，在此提供一種鎖相環(huán)(PLL)頻率產(chǎn)生電路，其中包括粗略信號產(chǎn)生裝置、精確信號產(chǎn)生裝置、信號合并裝置，其具有分別連接到粗略和精確信號產(chǎn)生裝置的輸出端的輸入端以及預定頻率的輸出端，該預定頻率包括由粗略和精細信號產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的信號的和。
在該頻率產(chǎn)生的電路的一個實施例中，在高電流消耗并且快速穩(wěn)定的粗略信號產(chǎn)生裝置之前，低電流消耗并且緩慢穩(wěn)定的精確信號產(chǎn)生裝置被提前充分地供電，這兩個電路同時獲得充分地鎖定。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，在此提供一種接收器，其中包括用于射頻信號的輸入端，一個降頻轉(zhuǎn)換電路級，其具有連接到射頻輸入端的第一輸入端，連接到本機振蕩信號的來源的第二輸入端，以及用于降頻轉(zhuǎn)換信號的一個輸出端，本機振蕩信號的來源包括粗略信號產(chǎn)生裝置、精確信號產(chǎn)生裝置以及信號合并裝置，其具有分別連接到粗略和精確信號產(chǎn)生裝置的輸入端以及用于本機振蕩信號的輸出端，該本機振蕩信號由粗略和精確信號產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的信號的和。
美國專利說明書3,588,732號中公開一種頻率合成器，其中兩個鎖相環(huán)(PLL)，其從一個公共穩(wěn)定的較高頻率源推導出它們的參考頻率，該較高頻率源保證通過對公共頻率分頻所獲得的參考頻率被鎖相。所選擇的分頻器使得兩個參考頻率相差相對較小量的頻率值，例如100Hz。所述電路不同于根據(jù)本發(fā)明所做的頻率產(chǎn)生頻率之處在于來自兩個鎖相環(huán)的輸出頻率不被相加，以提供輸出頻率。兩個鎖相環(huán)中的一個的VCO(壓控振蕩器)產(chǎn)生被提供到應用設(shè)備的輸出頻率，并且還把該頻率提供到信號合并器的第一非反相輸入端。兩個鎖相環(huán)中的第二個的VCO被提供到該信號合并器的反相輸入端，使得兩個VCO頻率之間的差被提供到兩個鎖相環(huán)的第一個的分頻器，這保證其VCO能夠提供小增量數(shù)值的頻率級。在所述頻率合成器中，在此沒有公開具有可以在不同時間供電的獨立精確和粗略鎖相環(huán)電路。
美國專利說明書5,422,604號公開一種頻率合成器，其中包括第一和第二鎖相環(huán)合成器，其輸出被合并。為了在改變頻率時減小不需要的振蕩，第一和第二鎖相環(huán)合成器被操作為使得在兩個電路級工作中產(chǎn)生頻率改變量Δf。在第一電路級中，第一鎖相環(huán)合成器使其頻率f1被Δf所增加變?yōu)?f1+Δf)，并且第二鎖相環(huán)合成器的頻率f2保持不變。在第二電路級中，第一鎖相環(huán)合成器的頻率被減小Δf再次變?yōu)閒1，并且第二鎖相環(huán)合成器頻率被增加Δf，變?yōu)?f2+Δf)。該引用文獻中沒有公開提供了能夠在不同時間被供電的粗略和精確鎖相環(huán)頻率合成器，使得它們能夠基本上同時獲得鎖定。
附圖簡述下面將通過例子參照附圖描述本發(fā)明，其中

圖1為具有已知本機振蕩電路的超外差接收器的方框示意圖，圖2為時間T與表示由圖1中所示的接收器所消耗的電流的電流消耗I之間關(guān)系的曲線圖，圖3為具有根據(jù)本發(fā)明所制成的本機振蕩電路的零-IF(或者基帶)接收器的方框示意圖，以及圖4為時間T與表示由圖3中所示的接收器所消耗的電流的電流消耗I之間的曲線圖。
在圖中相同的參考標號被用于表示相應的特征執(zhí)行本發(fā)明的方式為了便于描述，參照使用鎖相環(huán)(PLL)頻率產(chǎn)生電路作為用于無線接收器的本機振蕩器，該接收器可以是超外差或者零-IF接收器，但是應當知道該頻率產(chǎn)生電路可以用于其它適當?shù)膽迷O(shè)備。
參見圖1，無線接收器包括連接到射頻放大器12的天線10，該射頻放大器連接到由被提供本機振蕩器LO的混頻器14所構(gòu)成的超外差式降頻轉(zhuǎn)換電路級。濾波器16被用于從混頻的結(jié)果中選擇所需的IF(中頻)信號。解調(diào)器18被用于從在濾波器16的輸出端的IF信號恢復調(diào)制信號。
本機振蕩器LO是常規(guī)的PLL頻率合成器，其中包括響應在其輸入端22上的控制電壓提供本機振蕩信號fLO的VCO 20。VCO 20的輸出被提供到分頻器24，其用除數(shù)N分頻該頻率fLO。分頻器24的輸出端連接到相位比較器(PC)28的一個輸入端26。穩(wěn)定參考頻率源30連接到相位比較器28的第二輸入端32。表示在相位比較器的輸入端28和32的信號之間的頻率差的輸出被提供到一個低通濾波器34，其積分在輸入端的信號，以提供施加到VCO 20的輸入端22的控制電壓。
LO電路的操作是眾所周知的，并且相應地不對其進行描述。
這種類型的接收器的一個特殊應用是在遙測系統(tǒng)的一個終端單元。這種單元一般按照頻率間隔開啟接收器，以檢查無線信道的通信量，并且特別用于被發(fā)送給它的點到點信息。頻率開啟和關(guān)閉在本領(lǐng)域內(nèi)中稱為“檢錯法”。
參見圖2，為了開啟接收器，需要對本機振蕩器LO供電，并且等待它穩(wěn)定在正確的頻率，時間周期t0至t1。該操作需要比接收器確定是否存在信號所需的時間，時間周期t1至t2，更長，并且如果不存在信號則再次斷電。
圖3中所示的零-IF(或者基帶)接收器包括連接到RF放大器12的天線，其輸出端連接到由一個節(jié)點13所表示的信號分離器。節(jié)點13連接到正交相關(guān)混頻器14、15的信號輸入端。從本機振蕩器LO所獲得的本機振蕩信號fLO被提供到混頻器15的本機振蕩器的輸入端，并且通過一個90度相移器19提供到混頻器15的本機振蕩器輸入端。來自各個混頻器14、15的混頻的結(jié)果被提供到低通濾波器16、17，其選擇差分或零-IF結(jié)果信號。解調(diào)器18連接到低通濾波器16、17，以提取調(diào)制信號。
本機振蕩器LO包括兩個可獨立控制的鎖相環(huán)頻率合成器FS1和FS2，其輸出頻率被在圖像排斥混頻器36中合并以形成本機振蕩信號fLO。
鎖相環(huán)頻率合成器FS1是運行在信道頻率或者接近信道頻率的相對較高電流消耗的電路，并且作為一個粗略振蕩器。其被限制為在大的頻率級調(diào)諧，這允許采用高頻合成器比較頻率。這將導致大的環(huán)路帶寬和快速的穩(wěn)定時間。
鎖相環(huán)頻率合成器FS1包括參考振蕩器30，其產(chǎn)生耦合到相位比較器28的輸入端32的高比較頻率。相位比較器28的輸出端連接到一個低通濾波器34，其把緩慢改變的控制電壓提供到一個VCO 20。VCO 20的輸出端連接到圖像排斥混頻器36的輸入端38以及N倍分頻24的輸入端。分頻器24的輸出端連接到相位比較器28的輸入端26，從而完成該鎖相環(huán)。
鎖相環(huán)頻率合成器FS2是運行在相對較低頻率的相對較低電流消耗的電路，并且作為一個精確振蕩器。它被限制為在小的頻率級調(diào)協(xié)，從而給出較慢的環(huán)路穩(wěn)定時間。
鎖相環(huán)頻率合成器FS2包括產(chǎn)生耦合到相位比較器29的輸入端33的低比較頻率。相位比較器29的輸出端連接到一個低通濾波器35，其把控制電壓提供給VCO 21。 VCO 21的輸出端連接到圖像排斥混頻器36的輸入端39以及連接到M倍分頻器25的輸入端。分頻器25的輸出端連接到相位比較器29的輸入端27，從而完成該鎖相環(huán)。
VCO 20、21的輸出被在圖像排斥混頻器36中混頻，并且合成結(jié)果給出所需的本機振蕩頻率fLO。由于粗略和精確頻率被相加，因此可以選擇任何信道頻率。
更特別地為了獲得一個所需頻率fLO。必須設(shè)置該分頻器24、25的除數(shù)因子N、M。除數(shù)因子N被選擇為把VCO 20調(diào)諧到參考振蕩器30的頻率的最接近倍數(shù)，其低于所需頻率，例如為了使用參考頻率(或者比較頻率)80MHz產(chǎn)生2438.5MHz的所需頻率，N必須被設(shè)置為具有數(shù)值30，從而把粗略的VCO 20調(diào)諧到2400MHz。
2438.5MHz的所需頻率與來自鎖相環(huán)頻率合成器FS1的粗略頻率之間的差必須為來自參考振蕩器31的低比較頻率，例如500kHz，的倍數(shù)。分頻器25的除數(shù)因子M被設(shè)置為數(shù)值77，以使得精確VCO 21調(diào)諧到38.5MHz。
圖像排斥混頻器(image reject mixer)36把2400MHz和38.5MHz的粗略和精確加在一起，以給出2438.5MHz的所需頻率fLO。
控制器42連接到鎖相環(huán)頻率合成器FS1和FS2，以控制它們的通電和斷電，以節(jié)省電能。
參見圖4，控制器42首先在時間t0對鎖相環(huán)頻率合成器FS2通電，并且它開始獲得相位鎖定。在時間t3，鎖相環(huán)頻率合成器FS1被通電，并且因為它具有較高的環(huán)路帶寬，因此它快速獲得相位鎖定。在時間t4，頻率合成器FS1和FS2已經(jīng)獲得鎖定，并且接收器被啟動來“查找”該信道。如果沒有用于接收器的信號，則它在時間t2斷電。
比較在圖2和4中的曲線圖下方的面積，由圖3中所示的頻率產(chǎn)生裝置消耗較少的電流。下文的表格小結(jié)給出能量節(jié)約的一個例子，其可以從在2.4GHz ISM頻帶中的一個應用設(shè)備獲得。圖3的頻率產(chǎn)生裝置估計比圖1的常規(guī)頻率合成器給出72％的能量節(jié)省。



在本說明書和權(quán)利要求中，在一個部件之前的詞“一個”不排除存在多個這種部件。另外，“包括”這個詞不排除存在未列出的其它部件或步驟。
從本公開文獻的閱讀中，對于本領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)技術(shù)人員將有其它顯而易見的變型。這種變型可能涉及在頻率產(chǎn)生電路及其部件的設(shè)計、制造和使用中已知的其它特征，并且可能被用于取代或者補充在此已經(jīng)描述的特征。
工業(yè)應用性低功耗的無線設(shè)備，例如尋呼機和移動電話以及其所用的集成電路。
權(quán)利要求
1．一種鎖相環(huán)(PLL)頻率產(chǎn)生電路包括粗略信號產(chǎn)生裝置、精確信號產(chǎn)生裝置、信號合并裝置，其具有分別連接到粗略和精確信號產(chǎn)生裝置的輸出端的輸入端以及預定頻率的輸出端，該預定頻率包括由粗略和精細信號產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的信號的和。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相環(huán)頻率產(chǎn)生電路，其特征在于該粗略信號產(chǎn)生裝置包括包含提供一個輸出頻率的第一壓控振蕩器(VCO)的第一鎖相環(huán)頻率合成器、連接到第一VCO輸出端的第一頻率擴縮器、用于把第一擴縮器的輸出與第一參考頻率相比較的第一相位比較器，第一相位比較器的輸出提供用于調(diào)諧第一VCO的控制信號，以及第一參考頻率的頻率與第一擴縮器的分頻比率一同被選擇，以使得第一VCO在信號合并裝置的輸出端產(chǎn)生低于預定頻率的第一參考頻率的最接近倍頻的一個頻率。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎖相環(huán)頻率產(chǎn)生電路，其特征在于精確信號產(chǎn)生裝置包括包含提供一個輸出頻率的第二壓控振蕩器(VCO)的第二鎖相環(huán)頻率合成器、連接到第二VCO輸出端的第二頻率擴縮器、用于把第二擴縮器的輸出與第二參考頻率相比較的第二相位比較器，第二相位比較器的輸出提供用于調(diào)諧第二VCO的控制信號，以及第二參考頻率的頻率與第二擴縮器的分頻比率一同被選擇，以提供等于預定頻率與粗略信號產(chǎn)生裝置的頻率之間的頻率差的第二參考頻率的倍頻。
4．根據(jù)權(quán)利要求1、2或3中所述的鎖相環(huán)頻率產(chǎn)生電路，其特征在于控制裝置用于充分地在對粗略信號產(chǎn)生裝置通電之前對精確信號產(chǎn)生裝置供電，使得它們基本上同時地獲得鎖定。
5．一種接收器，其中包括用于射頻信號的輸入端、具有連接到射頻輸入端的第一輸入端的降頻轉(zhuǎn)換電路級、連接到本機振蕩信號的來源的第二輸入端、以及用于降頻轉(zhuǎn)換信號的一個輸出端，本機振蕩信號的來源包括粗略信號產(chǎn)生裝置、精確信號產(chǎn)生裝置以及具有分別連接到粗略信號產(chǎn)生裝置和精確信號產(chǎn)生裝置的輸出端的輸入端以及用于本機振蕩信號的輸出端，本機振蕩信號包括由粗略和精確產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的信號之和。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的接收器，其特征在于該粗略信號產(chǎn)生裝置包括包含提供一個輸出頻率的第一壓控振蕩器(VCO)的第一鎖相環(huán)頻率合成器、連接到第一VCO輸出端的第一頻率擴縮器、用于把第一擴縮器的輸出與第一參考頻率相比較的第一相位比較器，第一相位比較器的輸出提供用于調(diào)諧第一VCO的控制信號，以及第一參考頻率的頻率與第一擴縮器的分頻比率一同被選擇，以使得第一VCO在信號合并裝置的輸出端產(chǎn)生低于預定頻率的第一參考頻率的最接近倍頻的一個頻率。
7．根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的接收器，其特征在于精確信號產(chǎn)生裝置包括包含提供一個輸出頻率的第二壓控振蕩器(VCO)的第二鎖相環(huán)頻率合成器、連接到第二VCO輸出端的第二頻率擴縮器、用于把第二擴縮器的輸出與第二參考頻率相比較的第二相位比較器，第二相位比較器的輸出提供用于調(diào)諧第二VCO的控制信號，以及第二參考頻率的頻率與第二擴縮器的分頻比率一同被選擇，以提供等于本機振蕩頻率與粗略信號產(chǎn)生裝置的頻率之間的頻率差的第二參考頻率的倍頻。
8．根據(jù)權(quán)利要求5、6或7中所述的接收器，其特征在于控制裝置用于充分地在對粗略信號產(chǎn)生裝置通電之前對精確信號產(chǎn)生裝置供電，使得它們基本上同時地獲得鎖定。
全文摘要
一種頻率產(chǎn)生電路包括第一精確PLL頻率合成電路(FS2),其消耗較低電流并且緩慢穩(wěn)定,第二粗略PLL頻率合成電路(FS1),其消耗較大電流并且快速穩(wěn)定,以及一個信號合并電路(36),用于把第一和第二頻率合成電路的輸出相加合并,以提供最終的輸出頻率。在第二頻率合成電路之前,第一頻率合成電路被充分地供電,使得它們基本上同時獲得鎖定。整體電流消耗將小于當單個PLL頻率合成器被用于產(chǎn)生最終頻率的情況。
文檔編號H03L7/08GK1322403SQ00802044
公開日2001年11月14日 申請日期2000年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月24日
發(fā)明者P·R·馬沙 申請人:皇家菲利浦電子有限公司