專利名稱：具有預分頻器的頻率合成器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及頻率合成器。更具體地，公開了一種具有預分頻器(prescaler)的頻率合成器。
背景技術：
頻率合成器廣泛用于通信系統(tǒng)中以產生具有所希望的工作頻率的信號。圖1是頻率合成器實施例的框圖。具有穩(wěn)定頻率的輸入信號被發(fā)送到可編程參考分頻器105以產生參考頻率fref。參考頻率被發(fā)送到相位頻率檢波器(PFD)115。
合成器的輸出由在所希望的頻率下振蕩的電壓控制振蕩器(VCO)140產生。VCO的輸出fout由鎖相回路控制，其中雙模數預分頻器130根據VCO的輸出來提供反饋信號fb。PFD115比較fb和fref，并根據該差值調節(jié)其輸出。PFD的輸出被發(fā)送到電荷泵120用于產生控制電壓?？刂齐妷罕画h(huán)路濾波器125濾波，并接著被發(fā)送到VCO140用于產生所希望的輸出fout。fout的頻率可通過改變fref的頻率或fb的頻率而改變。因此，頻率合成器能產生系統(tǒng)所需的不同信道頻率。
雙模數預分頻器130包括P和S計數器135和分頻器145。分頻器的模數是從兩個整數常數中選擇的，通常表示為N和N+1。用選定模數分頻VCO的輸出fout以產生時鐘信號。S和P計數器135分別用該時鐘計數到固定值S′和固定值P′。計數器控制N和N+1的選擇，決定fb的頻率，并且間接地決定fout的頻率。
一般地，P′限定輸出的頻帶，S′限定頻帶中的信道。有時降低最小S′是有用的，因此合成器能產生更多信道，其間的信道間隔更窄。然而，有時在產生的信道的數目和最低輸出頻率之間存在折衷。隨著信道數目的增加，最低輸出頻率也增加。所得到的最低輸出頻率可能會不滿足系統(tǒng)的需要。由于較低的參考頻率會對合成器的性能產生不利影響，因此不能簡單地通過降低參考頻率解決這一問題。對頻率合成器進行設計使其減輕上述折衷問題，允許產生更多的信道并保持低的最低輸出頻率，或許是有用的。如果能增加參考頻率而不減少可產生的信道的數目，也將是理想的。


通過以下結合附圖的詳細描述，本發(fā)明將被容易地理解，其中相同的參考數字表示相同構件，其中圖1是頻率合成器實施例的框圖。
圖2A-2B是說明具有不同預分頻器實現(xiàn)的頻率合成器的輸出頻帶和信道的頻率圖。
圖3示出了用于根據本發(fā)明的預分頻器實施例的時序圖。
圖4是說明根據本發(fā)明的預分頻器實施例的框圖。
圖5是說明圖4所示的預分頻器的零件的電路圖。
具體實施例方式
應當理解，本發(fā)明可用許多方式實現(xiàn)，包括作為方法、裝置、系統(tǒng)、或諸如計算機可讀存儲介質或計算機網絡的計算機可讀介質，在計算機網絡中程序指令通過光學或電子通信鏈路發(fā)送。應當注意，所公開的方法的步驟的次序可以在本發(fā)明的范圍內改變。
下面將參照以舉例方式說明本發(fā)明原理的附圖詳細描述本發(fā)明的一個或多個優(yōu)選實施例。雖然結合這些實施例描述本發(fā)明，應當理解本發(fā)明并不局限于任何實施例。相反，本發(fā)明的范圍僅由所附權利要求書限定并且本發(fā)明包含許多替換、修改和等價物。為了舉例，在下面的描述中列出了許多具體細節(jié)以提供對本發(fā)明的全面理解。可以在沒有這些具體細節(jié)中的一些或全部的情況下根據權利要求實施本發(fā)明。為了明確起見，與本發(fā)明有關的在本技術領域中已知的技術材料沒有被詳細描述以便本發(fā)明不被不必要地混淆。
公開了一種改進的頻率合成器。該頻率合成器采用預分頻器以將反饋信號提供給該頻率合成器，其中該預分頻器能有計劃地在整數分頻值和分數分頻值之間選擇以對輸出的合成頻率分頻。在某些實施例中，預分頻器可校正由分數分頻值產生的誤差。在一個實施例中，預分頻器可校正通過使用附加分頻器產生的誤差，其中該附加分頻器的分頻值根據頻率合成器的狀態(tài)被有計劃地選擇。所得到的頻率合成器能用于包括無線通信裝置在內的多種通信裝置中。
分析預分頻器的細節(jié)以便更好地理解本發(fā)明。返回到圖1，由分頻器145產生的時鐘信號被S和P計數器135用于計數。S計數器計數直到固定值S′，P計數器計數直到固定值P′。在計數循環(huán)開始之前S′和P′都是可編程的。S′、P′和分頻值N用來決定輸出頻率fout。當S計數器的值小于S′時，分頻器用N+1除fout。當S計數器的值大于或等于S′并且P計數器的值小于P′時，分頻器用N除fout。當P計數器的值達到P′時，反饋信號fb產生，兩個計數器都被復位，并且該過程重新開始。為使該裝置正常工作，P′應大于S′。
VCO的輸出頻率fout和參考頻率fref之間的關系用下面的表達式表示fout＝fref·[(N+1)·S’+N·(P’-S’)]＝fref·(N·P’+S’)(等式1)其中P′＞S′。
對應P′值的輸出頻率的范圍有時被稱為頻帶。對于給定的P′值，S′的可能值的范圍決定了在輸出頻帶內可得到多少個頻道。范圍從0到Smax的S′值一共對應Smax+1個輸出頻道。不同的P′值會產生新一組Smax+1個不同輸出頻道。由于在等式1中總是滿足P′＞S′的條件，因此P′最小值的簡便選擇為Smax+1。該P′值產生由下面的等式定義的最低輸出頻率fmin＝fref·N·Pmin＝fref·N·(Smax+1)(等式2)圖2A-2B是說明具有不同預分頻器實現(xiàn)的頻率合成器的輸出頻帶和信道的頻率圖。圖2A是說明圖1中所描述的頻率合成器的輸出頻帶和信道的頻率圖。為了舉例的目的，本說明書中討論的預分頻器的N＝16、Smax＝15且Pmin＝16，除非另有說明。應當注意，對于不同的預分頻器實現(xiàn)，可使用其它值。根據等式2，對應的fmin是fref的256倍，在圖2A中表示為標記為200的信號。當S′從0增加到1時，下一個可得到的輸出頻率(表示為標記為202的信號)產生，即fref的257倍。這樣，預分頻器可被調整成產生間距為fref的頻率。P′＝Pmin＝Smax+1的頻帶具有16個頻道，其范圍為從fref的256倍到fref的271倍。下一個頻帶在P′＝Smax+2處開始，對應的fout是fref的272倍，在圖中表示為信號204。
在某些實施例中，預分頻器在整數值分頻器和分數值分頻器之間選擇以增加能被合成的信道頻率的數目。通常，整數值表示為N，分數值表示為N+1/n，其中n是大于1的整數。根據第一計數器的輸出和第二計數器的輸出選擇預分頻器。預分頻器選擇整數分頻器的次數決定頻帶，預分頻器選擇分數分頻器的次數決定頻帶中的頻道。在一個實施例中，整數值是N，分數值是N+。該預分頻器的操作與圖1所示的相同當S小于S′時，預分頻器用N+除VCO的輸出；當S大于或等于S′時，預分頻器用N除該輸出。fout和fref之間的關系用下面的表達式表示fout＝fref·[(N+)·S’+N·(P’-S’)]＝fref·[N·P’+S’/2](等式3)其中P′＞S′。
VCO的輸出頻率對應頻帶中的頻道。根據等式3，頻帶由選擇整數分頻值的次數決定，頻帶中的頻道由選擇分數分頻值的次數決定。圖2B是說明根據本發(fā)明的頻率合成器實施例的輸出頻帶和信道的頻率圖。對于最小值P′＝Smax+1來說，對應的fmin仍是fref的256倍，其表示為標記為206的信號。下一個可得到的輸出(208)在fref的256.5倍處出現(xiàn)。因此，信道之間的間距是半個fref并且可被編程為以前信道的兩倍?；蛘?，對于相同的信道間距來說，參考頻率可加倍，由此加倍合成器的環(huán)路增益和帶寬。
與標準方法相比該方法有一缺點。對于給定的fref和N來說，需要增加Smax以保持由S計數器的可能值的范圍限定的帶寬。例如，對于N＝16，為保持256·fref到271·fref的帶寬，Smax為15是不夠的。而根據等式3需要Smax為31。因此，Pmin變成32，且fmin為fref的512倍。所得到的更高的fmin可能會不滿足某些系統(tǒng)的需要。
在某些實施例中，預分頻器包括附加模式，該模式允許在保持Pmin的值的同時使Smax加倍。引入了附加變量S″，S″等于S′減去一個常數。S″的值根據經驗決定并且在不同的實施例中變化。在一個實施例中，Smax等于31且S″等于S′-16。當S′小于16時，當S小于S′時預分頻器用N+除其輸入，并且當S大于或等于S′時，預分頻器用N除其輸入。當S′大于或等于16時，預分頻器根據下面的等式操作fout＝fref·[(N+)·S”+N·(P’-S”)]＝fref·[(N+)·(S’-16)+N·(P’-S’+16)]＝fref·[N·P’+S’/2-8](等式4)其中P′＞S″。
把等式4和等式3比較，在輸出信號中存在8個循環(huán)的誤差。對于其它實施例來說，誤差中的循環(huán)數目可變化，但應當是一個常數值。為校正該常數誤差，調節(jié)預分頻器的時鐘的時鐘周期。在該實施例中，最后的時鐘脈沖的周期被延長與誤差相同的循環(huán)數目。一旦所希望的循環(huán)數目已達到，延長的時鐘脈沖就使計數器不再進一步計數。因此產生具有所希望的頻率的輸出。在某些實施例中，時鐘脈沖被縮短以校正誤差。
圖3示出了用于根據本發(fā)明的預分頻器實施例的時序圖。信號300是預分頻器的時鐘信號；信號302和304分別表示用于S和P計數器的時序；信號306和308對應模式信號模式1和模式2；信號310對應產生的反饋信號fb。
考慮S′等于24的情況。S″等于24-16，即8。循環(huán)的開始發(fā)生在時間t0處。在時間t1處S計數器達到S″；換句話說，S計數器已經計數8個時鐘循環(huán)(時鐘循環(huán)未被全部示出)。在t0和t1之間，模式1聲明，且預分頻器用N+1除其輸入頻率。在8個時鐘循環(huán)的最后一個開始處，即t1處，S計數器被觸發(fā)并且繼續(xù)停留一個時鐘循環(huán)。在t1處開始，預分頻器用N除其輸入頻率，因此時鐘周期稍長。在時間t3處，P計數器達到16個時鐘循環(huán)并且模式2聲明。模式2的聲明會使最后的時鐘循環(huán)的周期延長輸入頻率的8個循環(huán)。在時間t4處，計數器復位并且循環(huán)重復。
圖4是說明根據本發(fā)明的預分頻器實施例的框圖。預分頻器的輸入是VCO的輸出fout。該輸入被發(fā)送到與另一個分頻器402級聯(lián)的分頻器400?？刂菩盘柲Ｊ?由計數器的值決定，并接著通過接口410被發(fā)送到分頻器400。借助邏輯算子404對計數器的值處理以產生另一個控制信號模式2，該控制信號模式2通過接口408被發(fā)送到分頻器402。分頻器402的輸出是用于P和S計數器406的時鐘信號。預分頻器的輸出fb是根據計數器的時鐘信號和狀態(tài)產生的。
如果聲明模式1，分頻器400用8.5除VCO的輸出頻率fout；否則，該分頻器用8除該輸出頻率。當不聲明模式2時，分頻器402用2除分頻器400的輸出。當S′大于15并且當P達到P′時，聲明模式2，分頻器402用3除分頻器400的輸出，并且時鐘的最后脈沖被延長根據輸入的時鐘的8個循環(huán)。
圖5是說明圖4所示的預分頻器的細節(jié)的電路圖。VCO的輸出被正交分頻器(quadrature divider)500分成四個正交信號I、I、Q和Q。多路復用器502選擇四個信號中的一個并把它發(fā)送到分頻器506。在該實施例中，分頻器506是用2除其輸入的低振幅差分分頻器。狀態(tài)機504決定多路復用器如何選擇其輸入。狀態(tài)機由模式1信號控制。狀態(tài)機的時鐘由分頻器512產生的時鐘信號決定。當模式1信號高時，狀態(tài)機使多路復用器通過四個信號I、I、Q和Q的序列連續(xù)輪換其選擇。所得到的輸出是初始輸入的相移變型，接著該輸出被分頻器506分頻。這里，分頻器506的輸出頻率是4.5除VCO的頻率。當模式1信號低時，狀態(tài)機使多路復用器停止輪換其選擇。選擇單個輸出，并且這里分頻器506的輸出是4除初始輸入。
分頻器506的輸出被發(fā)送到邏輯電平轉換器508，該邏輯電平轉換器可將低振幅差分邏輯信號轉變成CMOS邏輯信號。邏輯電平轉換器的輸出被分頻器510分頻，產生一信號，該信號是8或8.5除初始輸入，這取決于狀態(tài)機的狀態(tài)。所得到的信號被發(fā)送到分頻器512。該分頻器由模式2信號控制。大部分時間，模式2是低的并且分頻器用2除其輸入。然而，當S′大于15并且P達到P′時，聲明模式2信號并且該分頻器用3除其輸入。最后的時鐘脈沖的周期在時鐘再次變高之前延長VCO的8個循環(huán)，校正由分數分頻器值產生的誤差。這樣，所產生的時鐘中的誤差被校正，并且合成器可被編程以產生所希望的頻率，而不增加P和S計數器的大小或降低參考頻率。由分頻器512產生的時鐘信號用來驅動P計數器514、S計數器516和狀態(tài)機504。
比較器518把P計數器的輸出與P′比較。比較器520根據表示S是否大于Smax的信號B，把S計數器的輸出與S′或S″比較。合并兩個比較器的結果以產生模式1信號。比較器518的輸出被觸發(fā)器522鎖存，該輸出被轉換以形成輸出信號C。信號C和信號B組合形成模式2信號。
根據本發(fā)明的頻率合成器的設計可用在多種應用中，包括無線裝置的收發(fā)器。在一個實施例中，該頻率合成器用于無線網卡的收發(fā)器裝置中。在某些實施例中，該頻率合成器用于支持IEEE802.11a和802.11b協(xié)議的收發(fā)器裝置中?？梢詾樯鲜鰠f(xié)議計算出適當的參考頻率和分頻器值。
公開了一種改進的頻率合成器。該頻率合成器采用預分頻器以將反饋信號提供給該頻率合成器，該預分頻器能有計劃地在整數分頻值和分數分頻值之間選擇以對輸出的合成頻率分頻。由分數分頻值引入的誤差可被預分頻器校正。使用分數分頻值可允許產生更多的信道并且仍保持最低輸出頻率在所希望的范圍內?；蛘?，可增加參考頻率而不減少可產生的信道的數目。該改進的頻率合成器可用于包括無線通信裝置在內的多種通信裝置中。
雖然為了清楚地理解，前面已經相當詳細地描述了本發(fā)明，但是顯而易見，在所附權利要求書的范圍內可進行某些改變或修改。應當注意，存在許多實現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置的可替換的方式。因此，這些實施例被認為是說明性的而不是限定性的，并且本發(fā)明并不局限于此處給出的細節(jié)，而是可以在所附權利要求書的范圍和等價物內進行修改。
權利要求
1.一種頻率合成器，包括電壓控制振蕩器，用于產生具有合成頻率的輸出信號；和預分頻器，連接到VCO以接收輸出信號并提供反饋信號；其中該預分頻器有計劃地在整數分頻值和分數分頻值之間選擇以對輸出信號的合成頻率進行分頻。
2.如權利要求1所述的頻率合成器，其中預分頻器校正由分數分頻產生的誤差。
3.如權利要求1所述的頻率合成器，其中預分頻器通過調節(jié)輸出的時鐘周期來校正分數分頻引入的誤差。
4.如權利要求1所述的頻率合成器，其中預分頻器通過延長輸出的時鐘周期來校正分數分頻引入的誤差。
5.如權利要求1所述的頻率合成器，其中整數分頻值是第一整數分頻值；且預分頻器通過有計劃地在第二整數分頻值和第三整數分頻值之間選擇來校正分數分頻引入的誤差。
6.如權利要求1所述的頻率合成器，其中預分頻器包括具有第一計數器輸出的第一計數器和具有第二計數器輸出的第二計數器。
7.如權利要求1所述的頻率合成器，其中預分頻器包括具有第一計數器輸出的第一計數器和具有第二計數器輸出的第二計數器；且預分頻器根據第一計數器輸出和第二計數器輸出有計劃地在整數分頻值和分數分頻值之間選擇。
8.如權利要求1所述的頻率合成器，其中預分頻器包括具有第一計數器輸出的第一計數器和具有第二計數器輸出的第二計數器；且預分頻器使用第一計數器輸出和第二計數器輸出來校正分數分頻引入的誤差。
9.如權利要求1所述的頻率合成器，其中預分頻器對合成頻率進行分頻以產生時鐘信號。
10.如權利要求1所述的頻率合成器，其中預分頻器對所述合成頻率分頻以產生時鐘信號；且預分頻器通過延長時鐘信號的周期來校正分數分頻值引入的誤差。
11.如權利要求1所述的頻率合成器，其中輸出頻率對應頻帶內的頻道；頻帶由選擇整數分頻值的次數決定；以及頻道由選擇分數分頻值的次數決定。
12.如權利要求1所述的頻率合成器，其中頻率合成器包括在支持IEEE802.11a協(xié)議的無線收發(fā)器裝置中。
13.如權利要求1所述的頻率合成器，其中頻率合成器包括在支持IEEE802.11b協(xié)議的無線收發(fā)器裝置中。
14.一種預分頻器，包括用于接收具有一頻率的輸入信號的輸入接口；配置為對輸入信號進行分頻的第一分頻器；其中第一分頻器有計劃地在整數分頻值和分數分頻值之間選擇以對輸入信號分頻。
15.如權利要求14所述的預分頻器，進一步包括第二分頻器；其中第一分頻器輸出時鐘信號；第二分頻器被配置成校正該時鐘信號。
16.如權利要求14所述的預分頻器，其中預分頻器用于在頻率合成器中產生反饋信號。
17.一種用于合成具有合成頻率的輸出信號的方法，包括接收電壓控制振蕩器的輸出；通過有計劃地在整數分頻值和分數分頻值之間選擇對電壓控制振蕩器的輸出的頻率分頻；以及產生用于控制輸出信號的頻率的反饋信號。
全文摘要
公開了一種頻率合成器和一種頻率合成方法。該頻率合成器包括用于產生具有合成頻率的輸出信號的電壓控制振蕩器，和連接到VCO的用于接收輸出信號和提供反饋信號的預分頻器。該預分頻器有計劃地在整數分頻值和分數分頻值之間選擇以對輸出信號的合成頻率分頻。
文檔編號H03D3/24GK1759531SQ200480006472
公開日2006年4月12日 申請日期2004年3月11日 優(yōu)先權日2003年3月11日
發(fā)明者M·P·梅克, S·梅塔 申請人:艾瑟羅斯通訊公司