專利名稱：頻率鎖定環(huán)，時(shí)鐘恢復(fù)電路和接收器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)包括可控振蕩器和控制信號發(fā)生器的頻率鎖定環(huán)，用來根據(jù)參考信號和振蕩器的輸出信號為振蕩器產(chǎn)生一個(gè)控制信號。
EP395 109公知了一種這樣的頻率鎖定環(huán)。在該已公知的頻率鎖定環(huán)中，控制信號發(fā)生器包括一個(gè)具有用于接收振蕩器的輸出信號的輸入的分頻器。該分頻器的一個(gè)輸出信號連接到相位比較器的第一輸入上。它的一個(gè)第二輸入連接到產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的頻率發(fā)生器上。通過一個(gè)緩沖器把相位比較器的一個(gè)輸出連接到一個(gè)低通濾波器上。該相位比較器的輸出直接連接到振蕩器的一個(gè)微調(diào)控制輸入。相位比較器的輸出還連接到電壓比較器的一個(gè)第一輸入上。后者的一個(gè)第二輸入連接到一個(gè)參考電壓。通過一個(gè)緩沖器和一個(gè)第二低通濾波器將電壓比較器的輸出連接到振蕩器的一個(gè)過程控制輸入上。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)具有簡化的頻率檢測的頻率鎖定環(huán)。依照本發(fā)明，該頻率鎖定環(huán)的特征在于控制信號發(fā)生器包括-一個(gè)第一回路，包括一個(gè)高通濾波器和一個(gè)非線性處理單元，用于根據(jù)一個(gè)參考信號產(chǎn)生一個(gè)第一中間信號，-一個(gè)第二回路，包括一個(gè)高通濾波器(23)和一個(gè)非線性處理單元，用于根據(jù)可控振蕩器的輸出信號產(chǎn)生一個(gè)第二中間信號，-一個(gè)合并單元，根據(jù)第一中間信號和第二中間信號產(chǎn)生一個(gè)第三中間信號，-一個(gè)低通濾波器，用于根據(jù)第三中間信號來提供控制信號。
依照本發(fā)明的頻率鎖定環(huán)能夠?qū)斎胄盘柕念l率變化作出快速響應(yīng)。
依照權(quán)利要求2和權(quán)利要求3的本發(fā)明的實(shí)施方案在不使用分頻器的條件下，可以改變輸出信號的頻率和參考信號的頻率之間的比值。通過增加把合并單元連接在第一回路的非線性處理單元的增益級的放大倍數(shù)，以增加輸出信號的頻率。同樣，通過降低把合并單元連接在第二回路的非線性處理裝置上的增益級的放大倍數(shù)，也可以增加輸出信號的頻率。放大倍數(shù)可以是一個(gè)大于1的系數(shù)，也可以是一個(gè)小于或等于1的系數(shù)。
下面根據(jù)附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它特征。其中

圖1顯示的是依照發(fā)明的一個(gè)頻率鎖定環(huán)，圖2詳細(xì)顯示圖1的一部分，圖3詳細(xì)顯示圖2的一部分，圖4詳細(xì)顯示圖1的另一部分圖5詳細(xì)顯示圖1的一個(gè)更深層的部分，圖6顯示的是一個(gè)包括圖1的頻率鎖定環(huán)的時(shí)鐘恢復(fù)電路，圖7顯示的是一個(gè)包括圖6的時(shí)鐘恢復(fù)電路的接收器，圖8顯示依照發(fā)明的頻率鎖定環(huán)的可選的實(shí)施方案。
圖1顯示一個(gè)頻率鎖定環(huán)，包括一個(gè)可控振蕩器1和一個(gè)控制信號發(fā)生器2，用于根據(jù)一個(gè)參考信號Sref和振蕩器1的一個(gè)輸出信號So產(chǎn)生振蕩器1的一個(gè)控制信號Sc。依照本發(fā)明的頻率鎖定環(huán)的特征在于，控制信號發(fā)生器2包括一個(gè)第一回路，該回路包括一個(gè)高通濾波器21和一個(gè)非線性處理單元22，根據(jù)一個(gè)參考信號來產(chǎn)生一個(gè)第一中間信號S1。控制信號發(fā)生器2進(jìn)一步包括一個(gè)第二回路，該回路包括一個(gè)高通濾波器23和一個(gè)非線性處理單元24，用于根據(jù)可控振蕩器1的輸出信號So來產(chǎn)生一個(gè)第二中間信號S2?？刂菩盘柊l(fā)生器2進(jìn)一步包括一個(gè)合并單元25，用于根據(jù)第一中間信號S1和第二中間信號S2來產(chǎn)生一個(gè)第三中間信號S3?？刂菩盘柊l(fā)生器2包括一個(gè)低通濾波器26，用于根據(jù)第三中間信號S3來提供控制信號Sc。
在圖1顯示的實(shí)施方案中，高通濾波器21和23是微分器，而低通濾波器26是一個(gè)積分器。非線性處理單元22是絕對值檢測器。
圖2顯示頻率鎖定環(huán)的微分器21的一個(gè)實(shí)施方案。此后的微分器23與微分器21相同。圖中顯示的微分器21包括一個(gè)第一和一個(gè)第二電路模塊210、212，通過一個(gè)電容元件C相互連接。電容元件C的第一側(cè)連接在電路模塊210的節(jié)點(diǎn)21f上，而第二側(cè)連接在電路模塊212的節(jié)點(diǎn)21g上。電路模塊210和212均分別連接在相應(yīng)的輸入21a和21b上，而輸出21d、21e連接在一個(gè)與一個(gè)電流源11相連的公共輸出21c上。
下文中，名稱“晶體管”是指一個(gè)可控半導(dǎo)體元件，例如一個(gè)雙極型晶體管或一個(gè)單極型晶體管(MOSFET)?？梢哉J(rèn)為主電極是一個(gè)雙極型晶體管的發(fā)射極和集電極，或者是一個(gè)單極型晶體管的源極和漏極。措辭“控制極”用來表示一個(gè)雙極型晶體管的基極或一個(gè)單極型晶體管的柵極。
圖3顯示了第一電路模塊210的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。另外的電路模塊212與其相同。其中用節(jié)點(diǎn)21b、21g和21e替換節(jié)點(diǎn)21a、21f和21d。圖中顯示的電路模塊210包括一個(gè)第一、第二和第三回路。第一回路包括一個(gè)電阻元件R0，將一個(gè)第一晶體管Q0的一個(gè)第一主電極連接在恒定電壓的一個(gè)第一線上。將第一晶體管Q0的另一個(gè)主電極連接在一個(gè)節(jié)點(diǎn)N1的一個(gè)電流源I3上。該節(jié)點(diǎn)還連接在輸入21a上，用來接收一個(gè)輸入信號電流iin。第二回路包括一個(gè)第二晶體管Q1，第二晶體管Q1有一個(gè)第一主電極被連接在恒定電壓的第一線上，一個(gè)第二主電極連接在一個(gè)第二電流源I2上。第二晶體管Q1的第二主電極還與在第一晶體管Q0的一個(gè)控制電極和節(jié)點(diǎn)21f相連。將第二晶體管Q1的一個(gè)控制電極連接在第一晶體管Q0的第一主電極上。電路的第三回路包括一個(gè)第三和一個(gè)第四晶體管。第三晶體管Q3的一個(gè)第一主電極連接在恒定電壓的第一線上，一個(gè)第二主電極連接在第四晶體管Q2的一個(gè)第一主電極上。第四晶體管Q2的一個(gè)第二主電極連接在輸出21d上。第三回路通過一個(gè)第五晶體管Q8的主電流路徑橋接。后者的控制電極連接在第三晶體管的第二主電極上。
電路運(yùn)行如下。如果在輸入節(jié)點(diǎn)施加一個(gè)信號電流iin，就會依照下式在電容C上產(chǎn)生一個(gè)電壓VV=iingm---(1)]]>電容上的電壓V對應(yīng)于流過電容的電流ic，這樣ic＝s.C.V (2)這一電流ic近似等于由可控半導(dǎo)體元件Q1提供的電流i1，因此i1≈s.C.V (3)此外，在圖3顯示的電路中下面的關(guān)系式分別適用于Q1、Q2、Q3和Q8的基極-發(fā)射極電壓Vbe1、Vbe2、Vbe3和Vbe8Vbe1+Vbe2＝Vbe3+Vbe8(4)
這表示電流i1、i2和i0有i1i2≈i2i0或i1≈i0(5)合并(3)，(1)和(5)得i0=s.cgmiin---(6)]]>在圖4中更詳細(xì)地顯示了模電路22。模電路24與其相同。圖中顯示的電路包括一個(gè)用來計(jì)算輸入信號的符號的第一電路部分221，和一個(gè)用來將輸入信號的符號乘以輸入信號的瞬時(shí)值的第二電路部分222。輸入信號是差動的，包括一個(gè)第一電流I0(1+X)和一個(gè)第二電流I0(1+X)。將輸入信號施加到第一電路部分和第二電路部分。第一部分包括一個(gè)鎖存器Q1，Q2，Q3，Q4。由半導(dǎo)體元件Q1和Q2的控制電極形成輸入。將輸入連接到另外的半導(dǎo)體元件Q11、Q12的一個(gè)主電極上。半導(dǎo)體元件Q12、Q1、Q2、Q11形成一個(gè)交叉線性環(huán)(translinear loop)，確保一份輸入電流在晶體管Q1和Q2中流動。連接晶體管Q3和Q4，使得能夠放大集電極Q1和Q2中的不平衡，并且最終根據(jù)輸入電流的符號，使電流IBIAS在晶體管Q9或在Q10中流動。在第二部分將輸入電流與其符號相乘，獲得的一個(gè)代表輸入信號模量的輸出信號。為了避免滯后現(xiàn)象，可以在Q9和Q10的發(fā)射極上增加了兩個(gè)固定的電流源。
圖5顯示了積分器26的一個(gè)可能的實(shí)現(xiàn)方法，該方法是E.Seevinck的“Companding current-mode integratorA newcircuit principle for continuous-time monolithicfilters”(Electfon.Lett.，vol.26，no.24，pp.2046-2047，Nov.1990.)的AB類積分器的修正形式。
可以表示為xI0=CVTdtdt---(1)]]>因此，從(1)可得，在輸出晶體管Q7和Q8中流通的微分電流等于z=I0CVT∫Xdt]]>圖6顯示了包括一個(gè)可控振蕩器1的時(shí)鐘恢復(fù)電路31。可控振蕩器1是頻率鎖定環(huán)的一部分，進(jìn)一步包括控制信號發(fā)生器2?？煽卣袷幤?具有一個(gè)過程調(diào)整端口1a，該端口與控制信號發(fā)生器2相連?？刂菩盘柊l(fā)生器從一個(gè)參考信號發(fā)生器27，例如一個(gè)晶體，接收一個(gè)參考信號Sref?？煽卣袷幤?還形成包括一個(gè)相位檢測器35的鎖相環(huán)的一部分，用來產(chǎn)生一個(gè)相位差信號Sd，表示輸入信號Sin和一個(gè)反饋信號Sb之間的一個(gè)相位差。利用分頻器38根據(jù)可控振蕩器1的輸出信號來獲得反饋信號Sfb。
圖7顯示的是一個(gè)光纖信道5的接收器3。該接收器包括一個(gè)輸入33，從連接在光纖信道5上的一個(gè)傳感器4接收一個(gè)輸入信號Sin。依照本發(fā)明的一個(gè)時(shí)鐘恢復(fù)電路31連接到輸入33上，接收該輸入信號Sin，作為一個(gè)參考信號。一個(gè)數(shù)據(jù)恢復(fù)電路32連接到時(shí)鐘恢復(fù)電路31和輸入33上。根據(jù)輸入信號Sin，數(shù)據(jù)恢復(fù)電路產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字輸出信號Sout，和時(shí)鐘恢復(fù)電路31的一個(gè)輸出信號C1。在接收器3的一個(gè)輸出34處提供數(shù)字輸出信號Sout。
圖8顯示了依照本發(fā)明的頻率鎖定環(huán)電路的可選實(shí)施方案。在圖1中，與圖1的元件相對應(yīng)的元件有一個(gè)高于100的參考數(shù)值。圖中顯示的頻率鎖定環(huán)電路的特征在于，合并單元125連接到具有一個(gè)增益級125a的第一回路的非線性處理單元122上。在其中顯示的實(shí)施方案中，合并單元125還連接到具有一個(gè)增益級125b的第二回路的非線性處理單元124上。通過改變增益級的增益，可以改變參考信號Sref的頻率和輸出信號So的頻率之間的比值。例如，通過增加將合并單元125連接在第一回路的非線性處理單元122上的增益級125a的放大倍數(shù)能夠增加輸出信號So的頻率。同樣，通過降低將合并單元125連接在第二回路的非線性處理單元124上的增益級125b的放大倍數(shù)，也可以增加輸出信號So的頻率。放大倍數(shù)可以是一個(gè)大于1的系數(shù)，也可以是一個(gè)小于或等于1的系數(shù)。
權(quán)利要求
1.頻率鎖定環(huán)，包括可控振蕩器(1)和控制信號發(fā)生器(2)，用來根據(jù)參考信號(Sref)和振蕩器(1)的輸出信號(So)產(chǎn)生振蕩器(1)的控制信號(Sc)，其特征在于，控制信號發(fā)生器(2)包括-第一回路，包括高通濾波器(21)和非線性處理單元(22)，用于根據(jù)參考信號(Sref)產(chǎn)生第一中間信號(S1)，-第二回路，包括高通濾波器(23)和非線性處理單元(24)，用于根據(jù)可控振蕩器(1)的輸出信號(So)產(chǎn)生第二中間信號(S2)，-合并單元(25)，用于根據(jù)第一中間信號(S1)和第二中間信號(S2)產(chǎn)生第三中間信號(S3)，-低通濾波器(26)，根據(jù)第三中間信號(S3)來提供控制信號(Sc)。
2.依照權(quán)利要求1的頻率鎖定環(huán)電路，其特征在于合并單元(125)利用增益級(125a)連接到第一回路的非線性處理單元(122)。
3.依照權(quán)利要求1或2的頻率鎖定環(huán)電路，其特征在于合并單元(125)利用增益級(125b)連接到第二回路的非線性處理單元(124)。
4.依照權(quán)利要求1、2或3的頻率鎖定環(huán)，其特征在于高通濾波器(21、23)是一個(gè)微分器。
5.依照權(quán)利要求1、2或3的頻率鎖定環(huán)，其特征在于低通濾波器(26)是一個(gè)積分器。
6.依照權(quán)利要求1、2或3的頻率鎖定環(huán)，其特征在于非線性處理單元(22、24)是絕對值檢測器。
7.依照權(quán)利要求1、2或3的頻率鎖定環(huán)電路，其中微分器包括通過電容元件(C)相互連接的第一(210)和第二(212)電路模塊。
8.依照權(quán)利要求1、2或3的頻率鎖定環(huán)，其特征在于微分器包括交叉線性環(huán)(Q2，Q3，Q4，Q5)。
9.依照權(quán)利要求6的頻率鎖定環(huán)，其特征在于絕對值檢測器(21)包括第一電路部分(221)，用來計(jì)算輸入信號的符號，和第二電路部分(222)，用來將輸入信號的符號與輸入信號的瞬時(shí)值相乘。
10.時(shí)鐘恢復(fù)電路，包括一個(gè)可控振蕩器(1)，它既是如上述權(quán)利要求之一的頻率鎖定環(huán)的一部分，又是鎖相環(huán)的一部分。
11.光纖信道(5)的接收器(3)，包括-輸入(33)，用于從連接在光纖信道(5)上的傳感器(4)接收輸入信號(Sin)，-依照權(quán)利要求(10)的時(shí)鐘恢復(fù)電路(31)，被連接到輸入(33)上，接收該輸入信號(Sin)，作為參考信號-數(shù)據(jù)恢復(fù)電路(32)，被連接到所述時(shí)鐘恢復(fù)電路(31)和輸入(33)上，用于根據(jù)輸入信號(Sin)和時(shí)鐘恢復(fù)電路(31)的輸出信號(C1)，產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(Sout)，-輸出(34)，用來提供數(shù)字輸出信號(Sout)。
全文摘要
一個(gè)頻率鎖定環(huán)，包括可控振蕩器(1)和控制信號發(fā)生器(2)，用來根據(jù)參考信號(Sref)和振蕩器(1)的輸出信號(So)產(chǎn)生振蕩器(1)的控制信號(Sc)。該頻率鎖定環(huán)的特征在于，控制信號發(fā)生器(2)包括－第一回路，包括高通濾波器(21)和非線性處理單元(22)，根據(jù)參考信號(Sref)產(chǎn)生第一中間信號(S1)，－第二回路，包括高通濾波器(23)和非線性處理單元(24)，根據(jù)可控振蕩器(1)的輸出信號(So)產(chǎn)生第二中間信號(S2)，－合并單元(25)，根據(jù)第一中間信號(S1)和第二中間信號(S2)產(chǎn)生第三中間信號(S3)，－低通濾波器(26)，根據(jù)第三中間信號(S3)來提供控制信號(Sc)。
文檔編號H03L7/08GK1471760SQ02801983
公開日2004年1月28日 申請日期2002年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月31日
發(fā)明者M·A·T·桑杜利努, M A T 桑杜利努 申請人:皇家菲利浦電子有限公司