專利名稱：可變帶寬的鎖相環(huán)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可變帶寬的鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)包含產(chǎn)生頻率可變信號的可控振蕩器、相位比較器、至少包括一阻性元件和一容性元件的濾波電路、可控的第一和第二電流發(fā)生器，將各電流發(fā)生器構造成響應來自相位比較器而產(chǎn)生正或負的脈沖電流，其中的第一電流發(fā)生器有一個與濾波電路中第一點相連接的輸出端，而第二電流發(fā)生器的一輸出端和該濾波電路的第二點相連接，以及，該鎖相環(huán)還包括用于控制所述電流的幅度的控制器。
就鎖相環(huán)來說，可行的頻率變化和頻率校正的速度取決于環(huán)的帶寬。其次，在其它諸因素中，該速度取決于包括在該環(huán)中的濾波器，而該濾波器的目的在于對形成的控制振蕩器頻率的控制電壓進行低通濾波。為避免電壓波動以及總的振蕩器輸出信號頻率的不希望有的變動，有必要對該控制電壓進行低通濾波。但實際上控制電壓的濾波意味著，對振蕩器信號頻率可進行變化的速度對某些應用所要求的變化來說是太低了。例如，濾波器可由與電容器串聯(lián)連接的電阻組成。該電阻通常稱為阻尼電阻，因為其用途在于環(huán)路響應瞬態(tài)變化時以振蕩方式緩沖過調節(jié)和欠調節(jié)的趨勢。然而在改進環(huán)路穩(wěn)定性的同時，該阻尼電阻限制了電壓變化及以此頻率變化的速度。一種允許頻率快速變化或允許快速校正大的相位誤差的方法，包括在發(fā)生這種變化時增加環(huán)路帶寬以及在后來將帶寬降低標準帶寬值。
在頻率快速變化時要求增大環(huán)路帶寬是人所共知的技術，但該方法人所共知的困難是，當環(huán)路已穩(wěn)定后，將環(huán)路帶寬切換回到其原始值時要避免引起瞬態(tài)誤差或“假信號”(glitch)。
在美國專利4,167,711號中描述了一種通過使用交替受控的兩個充電泵實現(xiàn)無假信號環(huán)路帶寬變化的方法。在該先有技術中，環(huán)濾波器由串聯(lián)連接的兩個電阻器和一個電容器組成。帶有兩個電流發(fā)生器的第一充電泵的一輸出通過兩電阻器與濾波器中的電容器相連接。將來自有兩個電流發(fā)生器的第二充電泵的輸出只通過一個電阻器與濾波器中的電容器相連接，以這樣方式控制充電泵使得要求低環(huán)帶寬時使來自第二充電泵的電流幅度等于零，即只有第一充電泵是在工作。當要求高的環(huán)帶寬時情況正好相反，即只有第二充電泵在工作。
通過改變來自第一或第二充電泵的電流幅度可使環(huán)帶寬有輕微變化。這可用以下事實來解釋，即，環(huán)帶寬取決于流過濾波電容器的電流。由于阻尼因子取決于主要電流強度的乘積并也取決于該電流通過的電阻器的阻抗這樣的事實，所謂環(huán)的阻尼因子對給定低環(huán)帶寬和給定高環(huán)帶寬可獲得最優(yōu)值。因此，可分別在高和低值附近對環(huán)的帶寬作少許改變而不過分損害阻尼因子。
本發(fā)明的目的是提供起始段所述類型的鎖相環(huán)，其帶寬可連續(xù)變化而無損于環(huán)的穩(wěn)定性。這可通過在增加環(huán)帶寬時增加第一和第二電流發(fā)生器的電流輸出幅度來實現(xiàn)。這樣，至少在要求環(huán)帶寬高于所用的最低帶寬時這兩個電路都在工作。而當希望減小帶寬時，減少兩個電流發(fā)生器的輸出電流幅度。用這種方法，有可能彼此無關地對帶寬阻尼因子加以控制，使帶寬在低值和高值之間連續(xù)變化而同時維持阻尼因子。
能夠注意到將改變阻尼因子的裝置和改變環(huán)帶寬的裝置分開，在由于除了達到快速頻率變化以外的原因而改變環(huán)路特性時是有利的。
按照本發(fā)明的可變帶寬鎖相環(huán)的特征在于構造所述控制裝置使當要求以一種方向改變例如增加環(huán)帶寬時按第一方向改變例如增加來自各電流發(fā)生器的電流幅度，而在要求以另一方向改變例如減少環(huán)帶寬時按另一方向改變例如減少電流幅度，從而連續(xù)改變環(huán)帶寬而維持所要求的阻尼因子。
按照本發(fā)明的可變帶寬鎖相環(huán)的特征還在于，所述第二點是阻性元件和容性元件間的連接點，所述第一點是阻性元件上不同于所述連接點的另一端。
按照本發(fā)明的可變帶寬鎖相環(huán)的特征還在于，構造所述控制裝置使要求低環(huán)帶寬時第二電流發(fā)生器電流幅度為0。
現(xiàn)在參考附圖，更詳細地說明本發(fā)明，附圖中

圖1是具有受控振蕩器的常規(guī)鎖相環(huán)的原理框圖；圖2更詳細地圖示圖1所示環(huán)中所包括的先前已知的用以產(chǎn)生濾波的振蕩器控制電壓的裝置；圖3和圖4各圖示按照本發(fā)明裝置的兩個示例性實施例，該裝置可產(chǎn)生濾波的振蕩器控制電壓并且被安排成允許環(huán)帶變化。
圖1是說明常規(guī)鎖相環(huán)的示范性的原理框圖。標號14標識受控振蕩器，例如所謂VCO(電壓受控振蕩器)。用分頻器15劃分該振蕩器輸出信號的頻率，將分頻后信號加至相位比較器12。將其準信號加到類似分頻器15的分頻器11，該分頻器11與相位比較器12相連接。按照所要求的振蕩器信號的頻率，用已知方法劃分振蕩器信號和基準信號的頻率。相位比較器12在其兩個與裝置13相連接的輸出端上產(chǎn)生脈沖信號，而裝置13用于產(chǎn)生加到振蕩器14的濾波控制電壓。
加到相位比較器12的兩個信號由短脈沖串組成。當兩個脈沖串的脈沖同時出現(xiàn)時，在兩個輸出端產(chǎn)生短脈沖。當脈沖沒有同時出現(xiàn)時，在所述兩個輸出端之一產(chǎn)生短脈沖，在所述輸出端的另一端產(chǎn)生一個其寬度和一個脈沖串中脈沖與另一脈沖串中脈沖的時間差成正比的脈沖。當所述一個脈沖串的脈沖間的時間差和另一所述脈沖串的脈沖相比連續(xù)變化，即脈沖頻率相互不同時，在一輸出端產(chǎn)生短脈沖而在另一輸出端產(chǎn)生脈沖寬度連續(xù)增大的脈沖信號。當脈沖寬度達到最大值，所述脈沖便開始新的其脈沖不斷增大的序列。哪一個輸出產(chǎn)生短脈沖以及哪一個所述輸出產(chǎn)生長脈沖是由從基準信號導出的脈沖串中的脈沖是先于還是后于從振蕩器信號導出的脈沖串中的脈沖到達來決定。
圖2示出用于裝置13的已知技術的一實例，該裝置13的功能是產(chǎn)生一濾波的振蕩器控制電壓。該裝置包含兩個電流發(fā)生器21、22和由與電容器24串聯(lián)連接的電阻器23組成的濾波器。然而，實際上該裝置13可包括比濾波器23、24以外更多的濾波器電路，這些增加的電路可置于所示濾波器的左邊和右邊。
當激活電流發(fā)生器21時，有正的電流傳送到該濾波器，而當激活電流發(fā)生器22時，將負的電流傳送到所述濾波，因此，在電流發(fā)生器21激活時電容器24兩端電壓增大，而當激活電流發(fā)生器22時所述兩端電壓就下降。圖1中相位比較器12以這種方式作用，即使得當由基準信號中導出的脈沖串的脈沖先于由振蕩器信號中導出的脈沖串的脈沖到達時激活電流發(fā)生器21。這便導致振蕩器信號頻率增加。在另一場合下，激活電流發(fā)生器72，以使所述振蕩器信號頻率降低。
由于前述的對振蕩器控制信號的濾波，如前所提及的，進行足夠快的頻率變化和相位校正并非總是可能的。
圖3說明按照本發(fā)明用于產(chǎn)生供給振蕩器濾波控制電壓的裝置的第一示范性實施例，該裝置這樣進行構造，使環(huán)帶寬可變化。該裝置包括兩個電流發(fā)生器21、22和濾波23、24，它們和圖2中相應部件相一致，而其不同在于可控制電流發(fā)生器使該電流幅度也受控。所說明裝置還包括第二對電流發(fā)生器25、26。這些發(fā)生器與電阻器23和電容器24間的連接點相連，即連接到濾波器中不同于電流發(fā)生器21、22所連接點的一點上。電流發(fā)生器25、26也是可控制的，以使電流幅度可變化。來自電流發(fā)生器21、22和25、26的電流幅度成對地、彼此無關地由控制裝置27控制，這從圖中看是顯然的。從圖中也可看到，電流發(fā)生器25和電流發(fā)生器21由同一脈沖串激活。電流發(fā)生器22和26也由一個并且由同一個脈沖串所激活。
因為第二對電流發(fā)生器25、26使電流只流過電容器而不流過電阻器，所以有可能確定流過電容器的電流量而與流過電阻器的電流量無關，從而以不受電阻器限制的速度對電容器充放電。
在要求低的環(huán)帶寬的時間周期中，將從所述第二對電流發(fā)生器25、26導出的電流幅度設置為0即不用這些電流發(fā)生器是適宜的。在這些時間周期中，圖3所示裝置大體上以圖2所示已知裝置同樣方式運行。然而，由于幅度是可控制的，所以有可能使從電流發(fā)生器21、22導出的電流強度比適宜于圖2所示裝置的電流強度要弱。
借助圖3所示裝置，有可能彼此無關地確定環(huán)帶寬和阻尼因子。所以有可能以正確方式改變電流發(fā)生器的電流強度來改變環(huán)帶寬而同時保持阻尼因子不變并維持環(huán)穩(wěn)定性。假定在正常條件下，第一對電流發(fā)生器21、22的電流為一低值I0，而第二對電流發(fā)生器25、26的電流為0值。當要求高環(huán)帶寬例如頻率變化時，借助于來自控制裝置27的信號及時地將第一對電流發(fā)生器電流從低值I0改變?yōu)檩^高值I1，而將來自第二對電流發(fā)生器的電流從0改變?yōu)樽詈酶哂贗1的值I2?？梢钥吹疆旊娏鱅1獲得N×I0的值，電流I2達到N×(N-1)×I0值時，該帶寬增大N倍。這產(chǎn)進行頻率變化所化時間就減小N倍。
當重新要求低環(huán)帶寬時，借助于來自控制裝置27的控制信號使電流返回其正常值。例如，當相位比較器12檢測出的相位誤差低于給定值，或簡單地說，當開始頻率變化后已過一給定時間周期時，上述情形伴隨頻率變化出現(xiàn)。
不時改變環(huán)帶寬是適宜的。如上所述，借助于來自兩對電流發(fā)生器的并發(fā)電流，對帶寬和阻尼因子彼此無關地加以控制。帶寬由通過電容器的組合電流確定而阻尼因子由通過電阻器的電流確定。后者完全從電流發(fā)生器21、22中導出。
圖4說明用于產(chǎn)生加到振蕩器的濾波的控制電壓并構成本發(fā)明裝置一部分的裝置的第二示范性實施例。按照該實施例，該裝置包含三對電流發(fā)生器31-36以及比先前描述和說明的更為復雜的濾波器。該濾波器馀三個電阻器37-39和三個電容器40-42。每個電容器有一接地端，三對電流發(fā)生器中的每一對和電容器上各個第二端相連接。三個上電流發(fā)生器31、33、35由同一信號激活，三個低電流發(fā)生器32、34、36也由單個信號激活，雖然圖中未示出。這種情形下也包括與圖3實施例控制裝置27相對應的控制裝置，該控制裝置對控制電流發(fā)生器產(chǎn)生的電流幅度起作用。這在圖1也未示出。
在正常條件下，即要求低環(huán)帶寬時，例如只使用電流發(fā)生器35、36或電流發(fā)生器33、34。當要求高帶寬時，使用兩對或所有三對電流發(fā)生器。電流發(fā)生器31、32專門提供由濾波電路產(chǎn)生的控制電壓的快速電壓變化。但另一些可能性是可想象到的。在這種條件下帶寬也可在低和高值之間連續(xù)變化而維持阻尼因子，因為好幾對電流發(fā)生器可同時工作。
允許附加的電流發(fā)生器例如圖3中的25、26在要求低環(huán)帶寬也產(chǎn)生電流是可以想見的。這些電流的幅度應遠遠低于高帶寬要求的電流幅度。
如依次改變環(huán)帶寬，例如以每個電流脈沖一級按多級來改變不同電流脈沖的幅度。最好在兩個電流脈沖間隔進行每次這樣的幅度變化，從而避免振蕩器控制信號中不希望有的電壓變動。
可以理解，用單個電流發(fā)生器取代每對電流發(fā)生器也是可以想見的，所述單個電流發(fā)生器可借助于控制信號或供給正的或供給負的電流給判定點。
每個電流發(fā)生器也可由具有多個電阻器、可借助控制信號以合適方式加以激勵的電壓源所取代。
使用三對或多對電流發(fā)生器而不把所有發(fā)生器對連接到濾波電路中不同點上也是可能的。但所述對中至少兩對必須始終與不同的點相連。
而且，可構造相位比較器以便以不同于以上說明的方式產(chǎn)生脈沖。
權利要求
1.一種可變帶寬的鎖相環(huán)，它包含用于產(chǎn)生可變頻率信號的受控振蕩器(14)，相位比較器(12)，包括至少一個阻性元件(23，37-39)和一個容性元件(24，40-42)的濾波電路，可控制的第一(21-22，35-36)和第二(25-26，31-32)電流發(fā)生器，使每個電流發(fā)生器構造成可響應來自相位比較器(12)的輸出信號而產(chǎn)生正的或負的脈沖電流，其中的第一電流發(fā)生器的一輸出端連接到濾波電路中的第一點，而第二電流發(fā)生器的一輸出端連接到濾波電路中的第二點，該鎖相環(huán)還包括用于控制所述電流的幅度的控制裝置(27)，該鎖相環(huán)的特征在于，將所述控制裝置(27)構造成使當要求以一種方向改變例如增加環(huán)帶寬時按第一方向改變例如增加來自各個電流發(fā)生器(21-22，25-26，31-36)的電流的幅度而在要求以另一方向來改變例如減小環(huán)帶寬時則按另一方向改變例如減少電流幅度，從而使環(huán)帶寬得以連續(xù)變化而維持所要求的阻尼因子。
2.如權利要求1所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述第二點是阻性元件(23，37)和容性元件(24，42)間的連接點，所述第一點是阻性元件上不同于所述連接點的另一端。
3.如權利要求2所述的鎖相環(huán)，其特征在于，這樣構造所述控制裝置(27)使得要求低環(huán)帶寬時第二電流發(fā)生器(25-26，31-32)的電流幅度為0。
全文摘要
具有可變帶寬的鎖相環(huán)包含受控振蕩器，相位比較器，兩個電流發(fā)生器(21-22，25-26)和環(huán)濾波器(23-24)。各個電流發(fā)生器用于響應來自相位比較器的信號而產(chǎn)生正的或負的脈沖電流。電流發(fā)生器的各個輸出各自與環(huán)濾波器相應點相連接。通過在增加帶寬時增加來自各電流發(fā)生器(21-22，25-26)的電流幅度以及減小帶寬時減小來自各電流發(fā)生器的電流幅度來連續(xù)改變環(huán)帶寬而維持要求的阻尼因子。
文檔編號H03L7/107GK1053334SQ9010927
公開日1991年7月24日 申請日期1990年11月13日 優(yōu)先權日1989年11月13日
發(fā)明者保羅·威爾金森·登特 申請人:艾利森電話股份有限公司