专利名称：锁相环的制作方法
技术领域：
本发明涉及权利要求1的前序部分所述类型的锁相环，特别是在或者用于轮胎压力控制系统的收发电路中的锁相环，带有依次安排的相位比较器，用以从基准输入信号和输出信号产生相位差信号；环路滤波器，用以对相位差信号进行滤波；以及由滤波后的相位差信号控制的振荡器，用以产生输出信号。本发明还涉及轮胎压力控制系统的收发电路。
背景技术：
锁相环(PLL，即锁相环的英文缩写)在电子电路中已广为使用，并用以产生节拍信号并使之同步，例如微电子电路中的节拍信号。这样的锁相环一般已知有许多不同的的实施方式和方案。只为了锁相环的基本结构以及它的工作方式，例如可参阅Tietze，Schenk所著的Halbleiterschaltungselektronik(半导体电路电子学)，Springer出版社，1999年第11次再版，特别是图24.20。
图8表示这样一个已知的锁相环。锁相环1典型地在串联电路中包括相位检测器2、环路滤波器3和振荡器4以及带有安排在其中的分频器5的反馈耦合分支。锁相环1还有一个触发输入6，其中可耦合进使能信号XEN或者复位信号，用于锁相环1的触发或复位。锁相环1是指一种调节电路，借此使该振荡器4与输入信号的相位同步。当在锁相环1的输入信号XREF和输出信号XVCO之间出现相位偏移和/或频率偏移时，相位检测器2产生一个检测信号XDIFF，以此调节接在后面的振荡器4，直至相位和/或频率重新同步为止。在同步状态下在输入信号和振荡器输出信号之间频率相等而且相移为0或90°。这时便说该锁相环调整好了。
在输入信号和输出信号之间有相位差时，该相位检测器便产生其长度对应于当时实测的相位差的电压脉冲。该电压脉冲典型地控制安排在相位检测器中的充电泵，它根据在相位检测器上出现的信号或相位差的符号，在电流控制的振荡器的基准电流上加上或从其中减去一个脉冲型比例电流。该振荡器，其中引入工作点调整用的基准电流，由此产生频率调制的PLL-输出信号。通过振荡器的基准电流与脉冲型比例电流的叠加，改变振荡器的脉冲长度输出频率，这时它作为反馈信号，从而作为调节量重新反馈到相位检测器的输入端。
锁相环特别是在LF(低频)和HF(高频)数据通信系统中用来产生低频或高频信号。锁相环一触发，该锁相环便在起振过程的基础上直至调整好为止需要一段已知的时间。这段时间在下文中称为起振时间(英文调整时间)或者也称为调整时间。只要该锁相环被复位信号，例如，Reset复位，便是如此。该起振时间自然不能用于数据通信，所以必须尽可能缩短。在传统的PLL电路中，在125kHz低频信号的情况下，该起振时间约等于1ms。
该起振时间基本上取决于相位检测器2输出端的相位误差Δ。对于相位误差Δ，有下列关系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表示基准信号XREF的相位。VCO表示输出信号XVCO的相位，因此是振荡器输出端的信号的相位。ωREF或ωVCO表示该信号相应的复数频率。0称为所谓初相，因此是锁相环触发或者复位时基准信号XREF所呈现的相位。
一个已知的锁相环的起振过程中的上述关系根据信号-时间图示于图9。
锁相环1复位或触发之后相位检测器2、振荡器4和分频器5被复位，从而接通并开始工作。因为与此相反，该基准信号XREF与锁相环1的复位无关，以此初相0与这个基准信号XREF的信号交变相关，并定义PLL-电路1的触发。按照上述方程式，这个初相0约对应于相位误差Δ。在基准信号XREF信号交变的哪一个时刻与PLL-电路1的触发或复位发生关系，给出一个较大或者较小的初相0，相应较大的相位误差Δ。
锁相环还特别应用于轮胎压力控制系统的收发电路。现代的轮胎压力控制系统用发射机应答器作为收发机，例如，安排在轮胎的轮缘上。这种发射机应答器能够与车身侧的收发电路进行数据通信连接。为了求出汽车运行中，亦即在行走过程中，现在轮胎的压力或者其他轮胎专用参数，由于随着轮胎转动的发射机应答器只有较少的时间可用，轮胎中的发射机应答器和在齿轮箱中的收发电路之间建立数据通信，从而使数据通信能够进行轮胎专用参数的交换。在速度非常高(例如，300公里/小时)的情况下，这个数据通信的时间窗口只等于约2毫秒。在这个时间窗口内向该发射机应答器提供能量，锁相环调整到标称频率上，接着，进行真正的数据通信，以便传输轮胎专用参数。正如上述例子所表明的，若现在锁相环的起振时间相对较长，则这时真正的数据通信可以支配的时间就比较少，对于许多应用按规定的数据通信不再足够。因而特别是在这样情况下该轮胎压力控制系统不再能正常工作。这是一种要尽可能防止的状态，特别是因为此时在列举的情况下(在高速度的情况下)最需要测量监测轮胎压力专用参数。
发明内容
因此，在这个背景下，本发明的任务在于缩短锁相环的起振时间。
按照本发明，这个任务通过带有权利要求1的特征的锁相环和/或通过带有权利要求20的特征的收发电路解决。
据此设置-锁相环(PLL)，带有较短的起振时间，特别是在轮胎压力控制系统的收发电路中，带有在信号路径上依次安排的相位比较器，用以通过把基准输入信号(XREF)与输出信号(XVCO)比较产生相位差信号(XDIFF)；环路滤波器，用以对相位差信号(XDIFF)进行滤波；和振荡器，由滤波后的相位差信号(XTP)控制，用以产生输出信号(XVCO)，其中设置一个缩短锁相环触发时的起振时间用的调整电路，它使锁相环的实际的触发与基准输入信号(XREF)的信号变化过程相关(权利要求1)。
-轮胎压力控制系统的收发电路，带有一个产生节拍信号和/或使之同步用的装置，它有按照本发明的锁相环，以便在运行时与轮胎压力控制系统本身的另一个收发电路建立一个只是短时间的数据通信(权利要求20)。
作为本发明的基础的认识在于，相位误差，因而起振时间决定性地取决于该锁相环相对基准输入信号是在哪一个时刻触发或复位的。于是本发明的想法在于，锁相环的触发或复位与基准信号的信号变化过程相关。
在这方面，相关意味着在触发信号存在时，锁相环的实际触发，对基准输入信号的各自预先确定的，固定地预先给定的时刻进行的。这个固定地预先给定的时刻，例如，能够从基准信号的信号变化过程引出。
实际触发应理解为，尽管锁相环存在应该指示触发或复位的触发信号(例如使能信号或者复位信号)，但是只有通过基准输入信号的固定地预先给定的时刻时才被触发。因而，对于锁相环的实际触发，只有触发或复位信号还是不足够的。更确切地说，要求两个触发条件，亦即一方面触发信号或复位信号存在，另一方面，基准输入信号信号变化过程中固定地预先给定的时刻存在。
作为固定地预先确定的时刻最好是基准输入信号的预先给定的已定义的信号交变，例如下降沿和/或上升沿。以此保证，锁相环准确地在该基准信号同样出现信号交变的时刻触发，所以该锁相环在起振时已经有一个最小的相位差，比较理想甚至不出现相位差。
因为该锁相环以此只有一个非常小的相位差须要调节，所以在较短时间即可调整好，总起振时间最小。特别是在应用于轮胎压力控制系统时，因为该锁相环所需要的锁相环起振时间最小，真正的数据通信有较长的时间可以支配，因而特别有利。
下面将参照附图描述本发明的有利配置和从属权利要求的扩展。
在一个有利的配置中，该调整电路在输出侧准备了第一控制信号(XEN′)，通过该信号在锁相环触发时至少该振荡器只在基准输入信号(XREF)的信号交变时才被触发。这个第一控制信号控制锁相环的实际触发，并以此控制第一起动条件(Reset(复位)，Enable(使能))的存在和第二起动条件(预先确定的时刻)，亦即基准输入信号的信号交变的存在之间的关系。
在一个典型的配置中该调整电路包括耦合进基准输入信号(XREF)的第一输入端和耦合进触发信号(XEN)的第二输入端。例如，使能信号或者复位信号起触发信号的作用。例如在这里考虑基准输入信号的信号下降沿或者信号上升沿作为信号交变，其中最好使用一个对应于触发信号的相应的信号交变的信号交变，亦即在触发信号上升沿的情况下在这里还使用基准输入信号的上升沿。这个触发信号使锁相环处于由第一控制信号(XEN′)触发的状态。调整电路现在把基准输入信号(XREF)与触发信号(XEN)联系起来，并由此产生触发该锁相环的第一控制信号(XEN′)，其中该第一控制信号(XEN′)可在该调整电路的输出端取出。
在一个有利的配置中，该调整电路至少有一个锁存器，用以准备第一控制信号(XEN′)。这个锁存器最好形成为触发器，以此提供基准输入信号和触发信号各自的状态或逻辑电平。在这里最好使用RS-触发器或者DQ-触发器。自然还可以设想另一种调整电路配置，尽管应用触发器或者传统的锁存器表示一个在电路技术上非常简单的并因而优先的调整电路实现。
在一个典型的配置中，设置反馈通道，通过该通道可以把一个以预先给定的或者可调整的分压系数(1/N)由输出信号(XVCO)向下分压而引出的反馈信号(XVCO/N)反馈到相位比较电路的输入端。在该反馈通道中，安排一个典型的分频器或者还有倍频器。
根据按照本发明的调整电路的一个最小方案，该振荡器至少有一个控制输入端，通过该输入端第一控制信号(XEN′)可耦合到振荡器，并以此在触发锁相环时通过该输入端它仅在基准输入信号(XREF)的信号交变才触发。例如，作为输入可以设置使能输入或者复位输入。通过这个触发信号，触发振荡器，并立即，亦即没有起振，产生一个相应的振荡器输出信号。这个振荡器输出信号似乎形成锁相环的输出信号并通过反馈通道引入相位检测器。一个振荡器典型地丝毫没有稳定时间并从而丝毫没有起振时间。人们在这里自然最多失去一个周期，因为振荡器准备的输出信号需要一个时钟周期，以便通过反馈通道达到相位比较电路的输入端。自然相位检测器的输出端上会产生差值信号，它已经或多或少反映最小相位差。
在一个有利的进一步扩展中，除了振荡器以外，相位比较器和/或分频器也有一个控制输入端，用以耦合控制信号。从而，该控制信号可以不仅提供给振荡器，而且还提供给相位比较器和分频器，从而避免刚才描述的一个节拍的时间损失，并用控制信号的触发或引入，在相位比较器的输出端上已经实现相位差最小的相位差信号。
在一个典型的配置中，振荡器形成为电压控制的振荡器(VCO＝电压控制振荡器)。在这里自然还可以设想使用电流控制振荡器(ICO)，尽管电压控制振荡器由于能量的原因，特别是在轮胎压力控制系统中是优选的。
在一个典型的配置中，环路滤波器形成为低通滤波器。环路滤波器最好有尽可能小的带宽，在直到125kHz的范围内。这在减少环路滤波器噪声方面是特别有优点的，因为环路滤波器带宽小，环路滤波器输出端的噪音信号也小。典型地环路滤波器实现为模拟环路滤波器，尽管环路滤波器的数字实现在电路技术上是昂贵的，但在原则上是可以设想的。
在一个有利的配置中，相位比较器形成为相位检测器。基本上还可以设想，特别是应用于轮胎压力控制系统时，把相位比较器配置为相位频率检测器。在相位检测器的情况下，这在最简单的配置中有彼此串联安排的可控的电流源，它各自通过不同极性的控制信号进行控制。这两个电流源的作用对称地形成相位频率检测器的输出端。比较理想的是，相位频率检测器的两个电流源的尺寸确定得同样大，诚然由于制造条件决定的允差，情况并非完全如此。特别是从这些原因看，在锁相环触发时还给相位频率检测器引入控制信号是有好处的。
在一个优选的配置中，在相位比较器和环路滤波器之间安排至少一个充电泵。为此当设置充电泵控制电路时，最好按照第二控制信号(XLO)，产生第三控制信号(XCP)，用以控制至少一个充电泵。这时该第二控制信号(XLO)表示锁相环是否闭合。
在一个非常有利的配置中，设置至少两个充电泵，其中第一充电泵产生的充电泵电流(XCPS)比第二充电泵较小。这时，最好激活两个充电泵中最大的一个，特别是仅仅激活一个充电泵。这时，只要锁相环已经调整好，第一充电泵便可由第三控制信号(XCP)激活。另外或者作为另一方案，只要锁相环尚未调整好，该第二充电泵便可由第三控制信号(XCP)激活。
最好设置至少两个相位比较器，其中第一相位比较器形成为相位检测器，而第二相位比较器形成为相位频率检测器。在一个优选的扩展中，该第一充电泵接在相位检测器输出侧后面，而该第二充电泵接在相位频率检测器输出侧后面。
在一个优选配置中，设置一个所谓闭环识别电路，它识别该锁相环是否闭合。
在一个配置中，该分频器形成为1/4分频器，并因而它是为对锁相环的输出信号(XVCO)和这时特别是对其频率和/或其相位进行多倍分频而设计的。
在另一个配置中，本发明设置一个调整好识别电路，这是为识别该锁相环是否调整好而设计的。在锁相环已经调整好的情况下，该调整好识别电路产生一个调整好控制信号(LOCK)。在锁相环未调整好的情况下，该调整好识别电路为此产生一个相反的调整好控制信号(LOCK′)。
在一个典型的配置中，按照本发明的收发电路是发射机应答器的这个组成部分，或形成为发射机应答器。此外，这个收发电路可安装在一个汽车车轮的轮缘上。
在本发明的另一个配置中，发射机应答器硫化入轮胎的材料中，例如硫化入它的橡胶材料中。
下面根据在附图的示意图中给出的实施例对本发明作了较详细的说明。附图中图1是按照本发明的锁相环一般的第一实施例；图2是按照本发明的锁相环优选的第二实施例；图3是信号-时间图，用以阐明起振过程中图2锁相环的功能；图4是按照本发明的锁相环的优选的第三实施例；图5是信号-时间图，用以阐明起振过程中图4锁相环的功能；图6是按照本发明的锁相环特别优选的第四实施例；图7是方框图，用以图示带有一个包含按照本发明的锁相环的发射机应答器的轮胎压力控制系统；图8是开头列举Tietze，Schenk所著的专业书籍中锁相环的一个示例；而图9是信号-时间图，用以阐明起振过程中图8已知的锁相环的功能。
具体实施例方式
在这些图中，相同的或功能相同的元件和信号，只要不特别指出，都用相同的引用符号标示。
图1表示按照本发明的锁相环一个一般的实施例的方框图。在这里锁相环10用引用符号10标示。该锁相环有基准输入端11，其中可耦合进基准输入信号XREF；和输出端，因此可取出输出信号XVCO。输入端11和输出端12之间依次安排相位比较器13、环路滤波器14和振荡器15。还设置一个反馈通道16，通过该反馈通道可取出输出信号XVCO并可耦合进相位比较器13的输入。
按照本发明的锁相环10还有另一个输入端17，通过该输入端例如可耦合进数字触发信号XEN。还设置一个控制装置18，有两个输入端和输出端。控制装置18的各输入端分别与输入端11，17之一连接。在控制装置18的输出端提供一个改变后的触发信号XEN′，它在图1中耦合到振荡器15的控制输入端19。
图2表示按照本发明的锁相环对图1扩展后的优选的第二实施例。锁相环10形成为数字锁相环10。
不同于图1的实施例，在这里相位比较器13形成为相位频率检测器13。环路滤波器14(LF＝环路滤波器)在这里形成为窄带的低通滤波器。振荡器15形成为电压控制振荡器15。
另外在反馈通道16上设置分频器20。分频器20是为把输出信号XVCO的频率乘以分压系数1/N而设计的，所以分频器20输出侧准备向下分频后的输出信号XVCO/N。分频器20特别包括一个计数器，例如上升计数器，它对振荡器15在输出侧产生的节拍连续计数，并在预先给定的节拍数目时产生节拍信号XVCO/N的信号交变。
按照本发明的控制装置18在这里形成为触发器。触发器18能够在基准输入信号XREF的下降沿时改变它的状态。不同于图1的实施例，在这里相位频率检测器13以及分频器20还有控制输入端21，22。在所有控制输入19，21，22中，耦合由控制装置18准备提供的触发信号XEN′。
下面特别根据图3中的信号-时间图对与图2对应的按照本发明的锁相环的工作方式作较详细的说明。
在锁相环10的触发和调整状态下，振荡器15连续产生频率为ωVCO的在输出端12产生的振荡器输出信号XVCO。输出信号XVCO通过分频器20作为频率为ωVCO/N的节拍信号XVCO/N引入相位频率检测器13的输入端。通过基准输入端11相位频率检测器13还引入频率为ωREF的基准输入信号XREF。相位频率检测器13比较这两个信号XREF，XVCO/N，在输出侧产生差值信号XDIFF。该差值信号XDIFF是基准输入信号XREF和节拍信号XVCO/N相位的相位误差的函数。这个差值信号XDIFF通过图2中所示的驱动电路，例如，相位频率检测器的组成部分，引入接在后面的低通滤波器14，由此在输出侧产生低通滤波后的基准信号XTP。这个低通滤波后的信号XTP，仍然是该相位差的函数，用以控制电压控制振荡器15，亦即振荡器15，相应地控制所求出的相位差，所以振荡器15的频率相应地随相位差改变。
在锁相环10的关断或者复位状态下，它的元件，亦即相位频率检测器13、环路滤波器14、振荡器15和分频器20不起作用。在这个状态下，控制装置18引入一个作为复位(″0″)而形成的信号XEN。若现在锁相环10应该被触发，则信号XEN改变它的逻辑电平(″1″)，这应该发出触发(使能)信号(信号交变A)。基准输入信号XREF通过第二输入端引入控制装置18，因此在图3的例子中在信号XEN的信号交变A时，呈现低的逻辑电平(″0″)。因此，控制信号XEN′仍旧处于低的逻辑电平(″0″)，亦即锁相环10的元件继续被去激活。即使在基准信号从低的(0″)变换到高(″1″)逻辑电平时，控制信号XTP′首先仍旧处于低的逻辑电平(″0″)。于是触发器18形成得，只有在基准输入信号XREF从高逻辑电平(″1″)变为低的逻辑电平(″0″)时，亦即在节拍下降沿时，才同时进行控制信号XEN′的信号交变C。在图2中，这用触发器18的数据输入端的向下的箭头表示。相位频率检测器13、振荡器15以及分频器20现在被控制信号XEN′或它的高逻辑电平(″1″)激活，这特别是振荡器15立即，亦即不等起振，立即在输出侧出现节拍信号XVCO。以此，振荡器15或多或少同时在信号交变B，C的时刻开始节拍，在这里出现似乎是输入相位φ0。因此下式成立0≈0(7)
前言中列举的方程式(2)-(4)下式成立Δ≈∫ωREFdt＝∫ωVCOdt(8)从而Δ≈REF-VCO(9)从方程式(9)和图3可知，按照本发明相位误差Δ最小，而在比较理想的情况下甚至等于零(Δ＝0)。这意味着，按照本发明的锁相环10在其触发之后立即过渡到调整好的状态。
图4表示按照本发明的锁相环同样优选的第三实施例。图5表示相应的信号-时间图，用以阐明起振过程中图4锁相环的功能。
不同于图2中的实施例，图4中的锁相环10中从触发器18到振荡器15没有设置连接导线，使得振荡器15因此不受控制信号XEN′控制。这个方案对于分频系数N比1大得多(N＞＞1)的应用特别有利，。分频系数N的典型值在20直至100之间，最好在约N≈50的范围内变动。
尽管图1和2中的锁相环10基本上用于静态用途，而在该图4表示的锁相环则还适用于PLL-电路10的动态用途。首先在一个在非常动态的环境中采用的发射机应答器中，因此其中基准信号XREF改变非常迅速，对这个应用特别有利。这样的改变例如，是由于基准信号XREF总是重新消失或者至少明显地减弱。若该非常动态的环境决定基准信号XREF的质量，因而信号的振幅非常差，甚至虚假，则往往要求相位频率检测器13输出端的基准信号XREF断开，从而相位频率检测器13和环路滤波器14之间的连接中断。以此锁相环10的功能中断，以防止振荡器15跟随″差的或虚假的基准信号XREF。
尽管可能出现中断的差值信号XDIFF，但是振荡器15(偶然的)在一段已知的时间里继续工作。这在于该振荡器在输入侧与环路滤波器14连接，它的RC-低通元件能够根据环路滤波器14中的小的漏电流通过一个相对较长的时间存储电荷。这时由此给出的电压对接在后面的电压控制振荡器15起输入电压的作用，毫无预防措施，正如图1和2的示例中就是这种情况，现在试图，从这个贮存的电压信产生一个由此引走输出信号。这是不希望有的。
按照本发明的图5中的电路防止这一点。为此借助于一个特别监视安排监视基准信号XREF的质量。，若所监视的质量太差或甚至没有基准信号XREF存在，则用相位比较器13的控制信号XEN′去激活，并从而通过相位比较器13的控制信号XEN′去激活，从而中断差值信号XDIFF。只要基准信号XREF的质量重新足够，该锁相环10便能够重新闭合，例如借助于控制信号XEN′触发相位比较器。自然根据该中断人们获得相对较小的输入相位0。但是输入相位0(显然)小于360°/N，使得相位误差Δ进一步减到最小。这在于振荡器15虽然不能够同步，因为它的频率应该是尽可能均匀的。然而分频器20和相位比较器13可以通过该控制信号XEN′同步。
图6表示按照本发明的锁相环特别优选的第四实施例。在图6的实施例中，给安排在相位频率检测器13a的路径上各自元件分配带有字母″a″的引用符号。在图6中，在各自的电路元件的输入上的各自指向上方的箭头表示，这个信号在相应的耦合的信号的上升沿上触发。同样地向下的箭头标示，各电路元件是用各自耦合的信号的下降沿触发的。各电路元件用E标示的输入端标示所谓使能输入端，通过它触发该电路元件。用R标示的输入端标示各复位输入端，通过它可以使各自的电路元件复位。
在图6的实施例中，设置一个不仅形成为相位检测器13，而且形成为相位频率检测器13a的相位比较器。这两个相位比较器13，13a进一步与彼此无关地工作，其中相位检测器主要在锁相环调整好的情况下激活，而该相位频率检测器在锁相环10尚未调整好的情况下激活。这一点下面还要详细描述。
锁相环10还包括一个用标号40标示的调整好检测器，它识别基准输入信号XREF的频率是否调整好。若该频率尚未调整好，则该频率检测器40给出一个控制信号S1，表明锁相环10尚未调整好。这个控制信号S1引入接在后面的调整好识别电路41的复位输入端R，通过它使之复位。这个调整好识别电路41在输出侧产生状态信号LOCK，LOCK′，其中状态信号LOCK表明，该锁相环10调整好，反之状态信号LOCK′表明，该锁相环10处于尚未调整好的状态。调整好识别电路41在当前的实施例中形成为DQ-触发器41。触发器41这时用状态信号XLO″上升沿触发，除此以外它还包括一个信息，即锁相环10是否闭合。状态信号LOCK可从触发器41的数据输出端取出，而状态信号LOCK′可从触发器41的反相的输出端Q′取出。
相位检测器13还有装置42，它是为识别锁相环10是否闭合而设计的。这个装置42还标示为所谓闭环识别电路。若锁相环10闭合，则该装置42给出一个控制信号XLO，它表明锁相环10闭合。这个控制信号XLO可从相位检测器13的控制输出端43取出。装置42从基准输入信号XREF的相位和分频器20向下分频输出信号XVCO/N求出这个信息。这里分频器最好形成为1/4分频器，因此输出信号XVCO或它的频率或者相位4分频。通过4分频的输出信号XVCO与基准输入信号XREF的0°相位以及180°相位比较。从这个比较能够取得该锁相环10是否闭合的所希望的信息。
相位频率检测器13a，类似于相位检测器13，在输入侧引入基准输入信号XREF以及向下分频后的输出信号XVCO/N′，其中这个各自在相位频率检测器13a在信号上升沿时触发。
相位检测器13还有复位输入端21，通过它能够复位相位检测器13。为了取得相应的复位信号，设置与门44，其中引入各状态信号LOCK和控制信号XEN′。
同样地，相位频率检测器13a可在它的复位输入端21a引入复位信号。这个复位信号将通过在与门45与状态信号LOCK′、控制信号XEN′和控制信号XCP进行与逻辑运算产生。
控制信号XCP表示，下面还要详细描述，是否控制充电泵47，48或控制哪一个。该控制信号XCP是在特地为其设置的充电泵控制电路46产生的。该充电泵控制电路包括反相器49，反相器49在输出侧接在后面的XOR-门50以及这个接在后面的DQ-触发器51。反相器49对相位检测器13的控制信号XLO进行反相，它表明锁相环10闭合并以此不中断。反相的控制信号XLO′连同基准输入信号XREF在接在后面的XOR-门50相应地进行XOR-逻辑运算，以此给出相应的状态信号XLO″。状态信号XLO″各引入DQ-触发器41和DQ-触发器51的数据输入端51。其中DQ-触发器51的复位输入端R耦合控制信号CPEN，因此通过它可复位DQ-触发器51。这个控制信号CPEN给出两个充电泵47，48中是否至少有一个应该被激活。该DQ-触发器51在输出侧给出控制信号XCP，用以控制充电泵47，48以及相位检测器13和相位频率检测器13a。
正如上面已经描述的，锁相环10有两个充电泵47，48。这种充电泵中各自一个47接在相位检测器13输出侧的后面，反之另一种充电泵48接在相位频率检测器13a输出侧的后面。充电泵47形成为″比较慢″的充电泵47，并因此在输出侧产生一个相对较小的充电泵电流XCPS。这个比较慢充电泵47是为锁相环10的调整状态而设置的。
与此相反，接在相位频率检测器13a输出侧后面的充电泵48与充电泵47相比明显地较快，因此，它是为在输出侧准备比较地高的充电泵电流而设计的。这个充电泵48用以在锁相环10未调整好的状态下准备一个比较地高的充电泵电流XCPF，锁相环10可能迅速地或者至少可能比用充电泵47较快地，重新调整好。在未调整好的状态下无此要求，所以充电泵47能够在调整好的状态下提供一个比较较小的电流XCPS。
这时，两个充电泵47，48中最大的一个被激活。为此充电泵47，48中的每个都分配一个与门53，各自引入控制信号XCP。这个控制信号XCP在较慢的充电泵47用的与门52的情况下与状态信号LOCK进行与逻辑运算，反之控制信号XCP在快速的充电泵48用的与门52的情况下与为此相反的控制信号LOCK′进行与逻辑运算。以此这些充电泵47，48中只有一个在输出侧提供(最大)充电泵电流CXPS，CXPF，它们各自引入接在后面的环路滤波器14。
该环路滤波器14通过相应的控制输入端同样获得状态信号LOCK，LOCK′，从而获得一个锁相环10现在是否调整好的信息。
控制信号XCP还耦合到相位检测器13的保持输入端。其作用是，在存在控制信号XCP时，因此对于充电泵47，48中至少一个应该接通的情况，相位检测器13不复位，而是立即获得它的功能。这是针对按照本发明的锁相环10的工作方式的，特别是对于它的快速调整好非常重要。
特别是与此相反，图6的实施例的特征在于，保证锁相环10异常快速调整好，因为一方面监视锁相环10是否已经调整好，而另一方面监视锁相环10是否闭合。取决于这些信息以及通过基准输入信号XREF与向下分频后的输出信号XVCO/N的逻辑运算，能够不是迅速地，就是缓慢地激活充电泵47，48，以此明显地缩短直至锁相环10重新调整好为止的时间。
这使锁相环10成为可能用于非常高的频率，例如，100MHz的频率或更高，特别是500MHz。这个方法特别适宜于基于PSK-调制的发射机应答器的应用，例如，轮胎压力控制系统就是这种情况。
图7用方框图表示汽车中轮胎压力控制系统的一个断面，其中这只是示意的表示。该轮胎压力控制系统包括车身侧的收发电路30以及轮胎侧的发射机应答器31。该只用截面表示的车轮32包括轮缘33以及轮胎34。在当前的实施例中，发射机应答器31固定在轮缘33外侧(边缘)。车身侧的收发电路30固定在齿轮箱范围内车身部分35。发射机应答器31与收发电路30在数据通信上的连接，用箭头36表示。发射机应答器31有按照本发明的锁相环10。另外或者作为另一方案，该收发电路30也可以包含这样按照本发明的锁相环10。
附加地或替换地，还可以设想，发射机应答器31′安排在轮胎34内部，例如其中发射机应答器31′硫化入轮胎(橡胶)材料中。这时，发射机应答器31最好尽可能远离轮缘33，特别是在最优数据通信方面这是有优点的。这个发射机应答器31′布置的特别有利的方案用虚线示在图7。
尽管上面根据一个优选的实施例描述本发明，但是它们不限于上述，而是可以采用多种类型和方法改变。
这样按照本发明的锁相环不一定是为发射机应答器或轮胎压力控制系统中的收发电路而设计的，而是特别是能够用于要求尽可能短的起振时间的任何用途。这样的应用，例如可以在远程通信中在所谓跳频方法(跳频)时给出，此时使用不同的频率进行数据通信，并为此目的必须非常迅速地从一个频率交换到另一个频率。
本发明还不限于图1，2，4，6，7所示的锁相环的实施方案和应用，而是可以进行各种各样的改变和在其他方面使用。这样相位比较器还能形成为相位检测器、振荡器，还能形成为电流控制振荡器和环路滤波器，还能形成为带通滤波器或者全通滤波器。此外把该控制装置配置为触发器在电路技术上虽然是非常简单的，然而不是绝对必要的实施方案。更确切地说这还可以是每个任意控制装置，例如，编程控制装置，诸如微处理器的组成部分，或者固定接线逻辑电路(例如，FPGA，PLD)。
标号表1锁相环，PLL2相位检测器
3环路滤波器4振荡器5分频器6触发输入端10 锁相环，PLL-电路，PLL11 (基准)输入端12 输出端13，13a 相位比较器，相位频率检测器14 环路滤波器，低通(滤波器)15 振荡器，VCO，电压控制振荡器16 反馈通道17 (触发)输入端18 控制装置，触发器19 控制输入端20 分频器21，21a 控制输入端22 控制输入端30 收发电路31，31′ 发射机应答器32 车轮33 轮缘34 轮胎35 在轮胎箱范围内的车身部分36 数据通信连接40 调整好检测器41 调整好识别电路，DQ-触发器42 识别闭环用的装置，闭环识别电路43 控制输出端44，45 与门
46充电泵控制电路47，48充电泵49反相器50XOR门51DQ-触发器52，53与门54保持输入XREF 基准输入信号XDIFF 差值信号XTP 低通滤波后的差值信号XVCO 输出信号XVCO/N，XVCO/N′ 向下分频后的输出信号，节拍信号XEN 触发信号XEN′ 控制信号S1控制信号XLO，XLO′控制信号LOCK，LOCK′ 状态信号XCP 控制信号XLO″ 状态信号A 信号交变B 信号交变C 信号交变R 复位输入端E 使能输入
权利要求
1.起振时间较短的锁相环(10)，特别是在或者用于轮胎压力控制系统的收发电路(30，31)中，在信号路径上带有依次安排的-相位比较器(13)，用于通过比较基准输入信号与输出信号产生相位差信号，-环路滤波器(14)，用于对相位差信号进行滤波，和-由滤波后的相位差信号控制的振荡器(15)，用于产生输出信号，其特征在于，设置有用于在锁相环触发时缩短起振时间的调整电路(18)，它与基准输入信号的信号变化过程相关地实际触发锁相环(10)。
2.按照权利要求1的锁相环，其特征在于，该调整电路(18)在输出侧提供第一控制信号，通过该信号在锁相环(10)触发时至少振荡器(15)只在基准输入信号的信号交变时才被接通。
3.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，该调整电路(18)有耦合基准输入信号用的第一输入端和用以耦合触发信号的第二输入端，该触发信号能够使锁相环通过第一控制信号被触发，调整电路(18)连接基准输入信号和触发信号，并由此产生触发锁相环(10)的第一控制信号。
4.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，为了提供第一控制信号，调整电路(18)具有锁存器(18)，特别是触发器(18)。
5.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，设置反馈通道(16)，带有安排于其中的分频器(20)，经该反馈通道可以将通过以分压系数向下分频从输出信号引出的反馈信号反馈到相位比较器(13)的一个输入端。
6.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，振荡器(15)和/或相位比较器(13)和/或分频器(20)具有用于耦合第一控制信号的控制输入端，通过该控制输入端使振荡器(15)和/或相位比较器(13)和/或分频器(20)在锁相环(10)触发时只在基准输入信号信号交变时才被接通。
7.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，振荡器(15)形成为电压控制振荡器(15)。
8.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，环路滤波器(14)形成为低通滤波器(14)。
9.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，环路滤波器(14)具有一个直至125KHz的小带宽范围。
10.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，相位比较器(13)形成为相位检测器(13)和/或形成为相位频率检测器(13a)。
11.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，在相位比较器(13)和环路滤波器(14)之间安排至少一个充电泵(47，48)。
12.按照权利要求11的锁相环，其特征在于电荷泵充电泵控制电路(46)，其按照表明锁相环(10)是否闭合的第二控制信号，产生用于控制至少一个充电泵(47，48)的第三控制信号。
13.按照权利要求11或12中至少一个的锁相环，其特征在于，设置至少两个充电泵(47，48)，其中第一充电泵(47)产生的充电泵电流比该第二充电泵(48)小。
14.按照权利要求13的锁相环，其特征在于，激活该两个充电泵(47，48)中最大的一个，并且只要锁相环(10)调整好，就可用第三控制信号激活第一充电泵(47)，和/或只要锁相环(10)未调整好，就可用第三控制信号激活第二充电泵(48)。
15.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，设置至少两个相位比较器(13，13a)，其中第一相位比较器(13)形成为相位检测器(13)，而第二相位比较器(13a)形成为相位频率检测器(13a)。
16.按照权利要求13-15中至少一个的锁相环，第一充电泵(47)接在相位检测器(13)后面，而第二充电泵(48)接在相位频率检测器(13a)的输出侧后面。
17.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，设置闭环识别电路(42)，它识别锁相环(10)是否闭合。
18.按照权利要求5-17中至少一个的锁相环，其特征在于，该分频器对输出信号的频率和/或相位进行4分频。
19.按照前述权利要求中至少之一的锁相环，其特征在于，设置调整好识别电路(41)，其设计成用于识别锁相环(10)是否调整好，并在锁相环(10)调整好的情况下产生调整好控制信号，而在锁相环(10)未调整好的情况下产生与此反相的调整好控制信号。
20.轮胎压力控制系统的收发电路(30，31)，带有一个用以产生节拍信号和/或使节拍信号同步的装置，它具有按照前述权利要求中至少之一的锁相环(10)，以便在运行时与同一轮胎压力控制系统的另一个收发电路(30，31)建立短时间的数据通信。
21.按照权利要求20的收发电路，其特征在于，收发电路(31)形成为发射机应答器(31)，可安装在汽车车轮(32)的轮缘(33)上。
22.按照权利要求21的收发电路，其特征在于，发射机应答器(31′)硫化入车轮(32)轮胎(34)的橡胶材料中。
全文摘要
本发明涉及起振时间较短的锁相环，特别是用于轮胎压力控制系统的收发电路中，在一个信号路径中带有依次安排的相位比较器，用以通过比较基准输入信号和输出信号产生相位差信号；环路滤波器，用以对相位差信号进行滤波；和由滤波后的相位差信号控制的振荡器，用以产生输出信号。该锁相环具有调整电路，用以在锁相环触发时缩短起振时间，它以基准输入信号的信号变化过程相关地实际触发该锁相环。本发明还涉及轮胎压力控制系统的收发电路。
文档编号B60C23/00GK1972128SQ20061013669
公开日2007年5月30日 申请日期2006年10月30日 优先权日2005年11月24日
发明者亚历山大·邱尔潘诺夫 申请人:爱特梅尔(德国)有限公司