专利名称：一种双模分频器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，可应用于射频收发机中的锁相频率合成器中，尤其涉及一种使用单个计数器实现双模分频的分频器。
背景技术：
锁相频率合成器在通讯系统中起着同步、变频和信道切换等重要作用，是现代通讯不可缺少的部件之一。如图1所示，图1为锁相频率合成器结构示意图。锁相频率合成器由鉴频鉴相器及电荷泵(PFD/CP)、环路滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)和可编程分频器组成。
其中，鉴频鉴相器及电荷泵是个相位比较装置。它把输入信号和压控振荡器的输出信号的相位进行比较，产生对应于两个信号相位差的误差电压。
环路滤波器的作用是滤除误差电压中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，增加系统的稳定性。
压控振荡器受控制电压的控制，使压控振荡器的频率向输入信号的频率靠拢，直至消除频差而锁定。
可编程分频器将VCO输出的高频信号的频率除于N，以达到在锁定时与参考频率相同的目的。
频率合成器的分频器必须提供一个可以编程的分频比M，在低频下，它可以用一个可编程的计数器来实现。但当频率合成器的输出频率很高时，高速计数器是很难实现的，而且会功耗极大。大功耗的分频器，使得通信系统的待机时间变短。
为了解决这一问题，现代人们普通采用了双模分频技术，如图2所示，图2为传统的双模分频器的结构示意图。传统的双模分频器由一个双模预分频器和两个计数器(计数值分别为P和S且P＞S，它们都是可以编程的)组成。双模预分频器对VCO的输出信号进行分频，其分频比可以在N或者N+1之间选择。开始时，双模预分频器对VCO输出信号进行N+1分频，S和P计数器均对双模预分频器的输出脉冲进行记数，当一个预定的S值达到时，它将双模预分频器的分频比改为N，此后，S计数器停止计数，而P计数器继续对双模预分频器的输出脉冲进行记数，当它的记数值达到某一预定的P值后，它将它本身和S计数器复位，同时将双模预分频器的分频比重新恢复为N+1。整个过程又重新开始。由P计数器、S计数器和双模预分频器组成的模块的分频比为M＝(N+1)S+N(P-S)＝PN+S，通过改变S来改变分频比。当频率经过双模预分频器分频，频率大为降低后，后续子分频器的设计就简化为设计可编程的计数器，减小了整个系统的功耗。
为了进一步减小功耗，缩小电路所占芯片面积。美国专利6,035,182对如图2所示的双模分频器进行了进一步的简化。简化后的电路结构如图3所示，图3为美国专利6,035,182提出的双模分频器的结构示意图。
这一简化后的电路结构可描述为一个单个计数器双模分频装置使用了一可编程分频器308，这一可编程分频器的输入端301接RF输入信号，另一输入端接模式控制信号，这一控制信号由可编程计数器产生。这一控制信号控制着可编程分频器的分频比，被分频后的信号314端输出。这一装置还包括一个开关312，它的304和306输入端分别用来接收第一和第二编程指示，以产生一计数控制信号318。这一计数控制信号决定了计数器的值。这一可编程计数器对314的输入信号计数，并在这一分频装置的输出端产生一输出信号。
其原理是在系统的一个分频周期中，对计数器进行两次编程，使得其计数值分别为U或L。究竟使用U还是L作为其计数值，由输出分频信号302的状态决定。因此，在一个分频周期，总分频比为N＝U×(P+1)+L×P。
美国专利6,035,182提出的双模分频器的缺点是在一个分频周期中，需要对计数器进行两次编程，因此需要外面(在通讯系统中，这一信号通常由基带产生)提供两路控制信号。这使得通信系统基带的设计复杂化，也和现代通信系统一个控制信号便可实现频率切换的普通情况不同。而且，在控制开关选择了某一信号后，还需要对计数器进行预置，这一过程有一定的时延，降低了可编程分频器的工作速度。
发明内容
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种使用单个计数器实现双模分频的分频器，以实现由一个控制信号对计数器进行编程，提升电路的工作速度，进一步简化电路结构，降低电路功耗，缩小芯片面积。
(二)技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种双模分频器，该双模分频器包括一双模预分频器100，用于在接收自触发器或锁存器400输出的模式控制信号的控制下，对外部输入的高频信号进行分频，并将得到的分频信号输出给可编程计数器200；一可编程计数器200，用于对双模预分频器100输入的分频信号进行计数，并在计数器计数到N时，在第一信号输出端产生一输出计数信号输出给信号选择器300；在计数器计数到M时，在第二信号输出端产生一输出计数信号输出给信号选择器300，其中，M和N为自然数，这一对自然数的具体数值由外部的可编程控制信号的逻辑状态决定；一信号选择器300，用于在接收自触发器或锁存器400输出的模式控制信号的控制下，选通可编程计数器200的第一信号输出端或第二信号输出端，产生一个选择信号输出给触发器或锁存器400；一触发器或锁存器400，以接收自信号选择器300的选择信号为输入时钟，在该输入时钟的作用下，不断翻转输出端的状态，输出模式控制信号，该模式控制信号同时作为该双模分频器的输出信号。
上述方案中，所述双模预分频器100包括一高频信号输入端401、一模式控制信号输入端412和一分频信号输出端402；当所述双模分频器应用于锁相环时，所述高频信号输入端401与压控振荡器连接，接收压控振荡器产生的高频信号；所述模式控制信号输入端412与触发器或锁存器400连接，接收触发器或锁存器400产生的模式控制信号；所述分频信号输出端402与可编程计数器200连接，将双模预分频器100进行分频后得到的分频信号输出给可编程计数器200。
上述方案中，所述可编程计数器200包括一分频信号输入端403、一计数控制信号输入端404、一复位控制信号输入端405、第一信号输出端406和第二信号输出端407；所述分频信号输入端403接所述双模预分频器100的分频信号输出端402；所述计数控制信号输入端404接外部输入的可编程控制信号；所述复位控制信号输入端405接所述信号选择器300的选择信号输出端410。
上述方案中，所述信号选择器300由如下电路构成一个非门，具有一输出端和一输入端，所述输入端接所述可编程计数器200的第一信号输出端406；第一与门，其第一输入端接非门的输出端，第二输入端接触发器或锁存器400的输出端414；第二与门，其第一输入端接所述可编程计数器200的第二信号输出端407，第二输入端接触发器或锁存器400的输出端414；一个或门，其输入端分别接第一与门、第二与门的输出端，其输出端的信号分别作为触发器或锁存器400，和可编程计数器200的时钟和复位信号。
上述方案中，所述信号选择器300包括第一信号输入端408、第二信号输入端409、信号选择控制端411和选择信号输出端410；所述第一信号输入端408接所述可编程计数器200的第一信号输出端406；所述第二信号输入端409接所述可编程计数器200的第二信号输出端407；所述信号选择控制端411连接触发器或锁存器400的输出端414，它控制着信号选择器究竟选择第一信号还是第二信号；所述选择信号输出端410连接触发器或锁存器400的时钟输入端413。
上述方案中，所述触发器或锁存器400包括一时钟输入端413和一输出端414；所述时钟输入端413连接所述信号选择器300的选择信号输出端410；所述输出端414连接所述信号选择器300的信号选择控制端411和所述双模预分频器100的模式控制信号输入端412。
(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果
本发明提供的这种使用单个计数器实现双模分频的分频器，其计数器在一路可编程信号的控制下能够产生至少两个计数值，并且充分利用了双模预分频器模式控制状态，在不同的状态下选择不同的计数值，从而达到双模分频的目的。它除了具备美国专利6,035,182的一切优点之外，并且仍然由一个控制信号对计数器进行编程，提升了电路的工作速度，还进一步简化了电路结构，降低了电路功耗，缩小了芯片面积。
图1为锁相频率合成器结构示意图；图2为传统的双模分频器的结构示意图；图3为美国专利6,035,182提出的双模分频器的结构示意图；图4为本发明提供的使用单个计数器实现双模分频的分频器的结构示意图；图5为本发明提供的使用单个计数器实现双模分频的分频器中输出端口的时序图；符号说明如下在图3中301双模预分频器的输入端口；302双模分频器的输出端口；304控制信号1；306控制信号2；308双模预分频器；312开关；314双模预分频器的输出端口；在图4中100双模预分频器；200可编程计数器；300信号选择器；400触发器或锁存器；401高频信号输入端；
402分频信号输出端；403分频信号输入端；404计数控制信号输入端；405复位控制信号输入端；406第一信号输出端；407第二信号输出端；408第一信号输入端；409第二信号输入端；410选择信号输出端；411信号选择控制端；412模式控制信号输入端；413时钟输入端；414双模分频器的输出端；在图5中CLK表示分频器的输入时钟。
Q表示4/5双模预分频器输出端口波形。
OUT1计数器第一输出端口波形。
OUT2计数器第二输出端口波形。
SOUT信号选择器输出端口波形。
DOUT整个分频器输出端口波形。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图4所示，图4为本发明提供的使用单个计数器实现双模分频的分频器的结构示意图，该双模分频器包括双模预分频器100、可编程计数器200、信号选择器300和触发器或锁存器400。
其中，双模预分频器100用于在接收自触发器或锁存器400输出的模式控制信号的控制下，对外部输入的高频信号进行分频，并将得到的分频信号输出给可编程计数器200。
可编程计数器200用于对双模预分频器100输入的分频信号进行计数，并在计数器计数到N时，在第一信号输出端产生一输出计数信号输出给信号选择器300；在计数器计数到M时，在第二信号输出端产生一输出计数信号输出给信号选择器300，其中，M和N为自然数，这一对自然数的具体数值由外部的可编程控制信号的逻辑状态决定。
信号选择器300用于在接收自触发器或锁存器400输出的模式控制信号的控制下，选通可编程计数器200的第一信号输出端或第二信号输出端，产生一个选择信号输出给触发器或锁存器400。
触发器或锁存器400，以接收自信号选择器300的选择信号为输入时钟，在该输入时钟的作用下，不断翻转输出端的状态，输出模式控制信号，该模式控制信号同时作为该双模分频器的输出信号。
上述双模预分频器100包括一高频信号输入端401、一模式控制信号输入端412和一分频信号输出端402。当所述双模分频器应用于锁相环时，所述高频信号输入端401与压控振荡器连接，接收压控振荡器产生的高频信号。模式控制信号输入端412与触发器或锁存器400连接，接收触发器或锁存器400产生的模式控制信号。分频信号输出端402与可编程计数器200连接，将双模预分频器100进行分频后得到的分频信号输出给可编程计数器200。该双模预分频器的输入端通常接射频信号，比如在锁相频率合成器中，它连接到压控振荡器的输出端。该双模预分频器，在模式控制端信号的作用下，分频比可为P/P+1，其中P为自然数。
上述可编程计数器200包括一分频信号输入端403、一计数控制信号输入端404、一复位控制信号输入端405、第一信号输出端406和第二信号输出端407。分频信号输入端403接所述双模预分频器100的分频信号输出端402。计数控制信号输入端404接外部输入的可编程控制信号。复位控制信号输入端405接所述信号选择器300的选择信号输出端410。
该可编程计数器的输入端连接到双模预分频器的输出端，计数控制端连接至外部的基带控制电路，复位控制端接到后面所要提到的信号选择器的输出端，在复位信号的作用下，其状态可被置为0或1。该可编程计数器对双模预分频器的输出信号进行计数，当计数器计数到N或M时，分别在第一或第二信号输出端产生一个脉冲信号，其中，M和N的值由计数控制信号控制。究竟使用M还是N作为计数器的计数值，取决于信号选择器300。
上述信号选择器300由如下电路构成一个非门，具有一输出端和一输入端，所述输入端接所述可编程计数器200的第一信号输出端406；第一与门，其第一输入端接非门的输出端，第二输入端接触发器或锁存器400的输出端414；第二与门，其第一输入端接所述可编程计数器200的第二信号输出端407，第二输入端接触发器或锁存器400的输出端414；一个或门，其输入端分别接第一与门、第二与门的输出端，其输出端的信号分别作为触发器或锁存器400，和可编程计数器200的时钟和复位信号。
上述信号选择器300包括第一信号输入端408、第二信号输入端409、信号选择控制端411和选择信号输出端410。第一信号输入端408接所述可编程计数器200的第一信号输出端406。第二信号输入端409接所述可编程计数器200的第二信号输出端407。信号选择控制端411连接触发器或锁存器400的输出端414，它控制着信号选择器究竟选择第一信号还是第二信号。究竟选择谁由控制信号的状态来决定，当控制信号为低电平时，它先通过一个非门成为高电平后，和第一信号一起通过一个与门，再通过一个或门，在信号选择器300输出端产生一脉冲，第一信号就被选择了。当控制信号为高电平时，它选择第二信号。选择信号输出端410连接触发器或锁存器400的时钟输入端413。
信号选择器的第一输入端和第二输入端连接到可编程计数器的第一输出端和第二端输出端，它的选择控制端连接到后面所要提到的触发器或锁存器的输出端。在选择控制信号的作用下，信号选择器可选通计数到M(或N)并在其输出端产生一个选择信号。
上述触发器或锁存器400包括一时钟输入端413和一输出端414。时钟输入端413连接所述信号选择器300的选择信号输出端410；输出端414连接所述信号选择器300的信号选择控制端411和所述双模预分频器100的模式控制信号输入端412。触发器或锁存器400的输出端414也是整个分频器的输出端，输出低频信号。
本发明提供的这种使用单个计数器实现双模分频的分频器，仅使用了单个计数器实现，而且在分频控制信号上与传统的分频器(使用两个计数器)无异。有关于分频器在锁相频率合成器、在整个无线收发系统中的应用及控制信号的实现文献很多，在此不再赘述。
下面简述这一分频器的原理，现简称触发器或锁存器400输出端414的输出信号，也就是双模预分频器100的模式控制信号为MC。设当MC＝0时，也就是为低电平时，双模分频器(dual-module divider)的分频比为P，选择器选通信号N，也就是第一信号；当MC＝1，也就是为高电平时，分频比为P+1，选择器选通信号M，也就是第二信号，并设M＞N，又设一开始时MC＝1。于是有当VCO输入N×(P+1)个脉冲到双模预分频器100的输入端口401时，它对这些输入脉冲进行计数，每输入P+1个脉冲，将在它的输出端402产生一个脉冲，因此有N个脉冲产生。可编程计数器对双模预分频器100的输出脉冲进行计数，并存在两种可能的计数值，也就是N和M。当所产生的N个脉冲输入到可编程计数器的输入端时，它将在第一信号输出端产生一个输出脉冲，但由于此时MC＝1，所以信号选择器将不让这一脉冲通过(由于它是第一信号，而当MC＝1时，不选通第一信号)，也就是信号选择器输出端没有输出脉冲。直到当VCO输入M×(P+1)个脉冲，在可编程计数器输出端才产生一个输出脉冲时，信号选择器输出端才有输出脉冲。这一脉冲使得D触发器发生翻转(MC＝0)，之后，双模预分频器的分频比被置为P；同时，可编程计数器被复位，并重新开始计数。当VCO输出N×P个信号周期时，信号选择器的输出端将再一次出现一个脉冲信号。由于此时MC＝0，所以被选择通过，这一脉冲使得D触发器再一次发生翻转(MC＝1)，之后，双模预分频器的分频比被置为P+1，可编程计数器再一次被复位，并重新开始计数。由此反复。因此，总的分频比为A＝M×(P+1)+N×P。
以下以一个具体原例子来进一步说明这一结构分频器的分频原理。图5为本发明提供的使用单个计数器实现双模分频的分频器中输出端口的时序图。这一分频器的双模预分频是4/5分频，当MC＝1时，为5分频，MC＝0时，为4分频。计数器是一个三位计数器，当复位信号来临时，其输出端被置为零。
根据公式A＝M×(P+1)+N×P，利用4/5分频，为了实现44分频，可选M＝4，N＝6。从图中虚线开始分析时序，因为MC＝DOUT＝1，所以双模预分频器的分频比为5，当时钟CLK经过M×5＝4×5＝20周期后，计数器的第一输出端口将有一个脉冲输出，也就是图中脉冲(1)。由于此时MC＝1，所以在信号选择器的输出端口也有一脉冲输出，也就是图中的脉冲(2)。脉冲(2)使得触发器发生翻转，MC＝0。双模预分频器的分频比变为4，当时钟CLK经过M×4＝4×4＝16周期后，在计数器的第一输出端口将有一个脉冲输出，也就是图中脉冲(3)。然而由于此时MC＝0，所以信号选择器不选择此脉冲，也就是在信号选择器的输出端口没有脉冲出现。直到时钟CLK经过N×4＝6×4＝24周期后，在计数器的第二输出端口将有一个脉冲输出，也就是图中脉冲(4)。由于此时MC＝0，所以在信号选择器的输出端口也有一脉冲输出，也就是图中的脉冲(5)。脉冲(5)使得触发器发生翻转，MC＝1。由此反复完成使用一个计数器实现双模分频的任务。图中的CLK的频率为2.2GHz，经过44分频后，频率变为50M，其周期也就是20ns。
综上所述，本发明使用一个计数器实现了双模分频，且无需对外部电路做任何改动，可作为无线收发机锁相频率合成器的分频器来使用。显然，这一发明简化了电路结构，缩小了芯片面积，降低了功耗，具有较为明显的实用价值和经济价值。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种双模分频器，其特征在于，该双模分频器包括一双模预分频器(100)，用于在接收自触发器或锁存器(400)输出的模式控制信号的控制下，对外部输入的高频信号进行分频，并将得到的分频信号输出给可编程计数器(200)；一可编程计数器(200)，用于对双模预分频器(100)输入的分频信号进行计数，并在计数器计数到N时，在第一信号输出端产生一输出计数信号输出给信号选择器(300)；在计数器计数到M时，在第二信号输出端产生一输出计数信号输出给信号选择器(300)，其中，M和N为自然数；一信号选择器(300)，用于在接收自触发器或锁存器(400)输出的模式控制信号的控制下，选通可编程计数器(200)的第一信号输出端或第二信号输出端，产生一个选择信号输出给触发器或锁存器(400)；一触发器或锁存器(400)，以接收自信号选择器(300)的选择信号为输入时钟，在该输入时钟的作用下，不断翻转输出端的状态，输出模式控制信号，该模式控制信号同时作为该双模分频器的输出信号。
2.根据权利要求1所述的双模分频器，其特征在于，所述双模预分频器(100)包括一高频信号输入端(401)、一模式控制信号输入端(412)和一分频信号输出端(402)；当所述双模分频器应用于锁相环时，所述高频信号输入端(401)与压控振荡器连接，接收压控振荡器产生的高频信号；所述模式控制信号输入端(412)与触发器或锁存器(400)连接，接收触发器或锁存器(400)产生的模式控制信号；所述分频信号输出端(402)与可编程计数器(200)连接，将双模预分频器(100)进行分频后得到的分频信号输出给可编程计数器(200)。
3.根据权利要求1所述的双模分频器，其特征在于，所述可编程计数器(200)包括一分频信号输入端(403)、一计数控制信号输入端(404)、一复位控制信号输入端(405)、第一信号输出端(406)和第二信号输出端(407)；所述分频信号输入端(403)接所述双模预分频器(100)的分频信号输出端(402)；所述计数控制信号输入端(404)接外部输入的可编程控制信号；所述复位控制信号输入端(405)接所述信号选择器(300)的选择信号输出端(410)。
4.根据权利要求1所述的双模分频器，其特征在于，所述信号选择器(300)由如下电路构成一个非门，具有一输出端和一输入端，所述输入端接所述可编程计数器(200)的第一信号输出端(406)；第一与门，其第一输入端接非门的输出端，第二输入端接触发器或锁存器(400)的输出端(414)；第二与门，其第一输入端接所述可编程计数器(200)的第二信号输出端(407)，第二输入端接触发器或锁存器(400)的输出端(414)；一个或门，其输入端分别接第一与门、第二与门的输出端，其输出端的信号分别作为触发器或锁存器(400)，和可编程计数器(200)的时钟和复位信号。
5.根据权利要求1所述的双模分频器，其特征在于，所述信号选择器(300)包括第一信号输入端(408)、第二信号输入端(409)、信号选择控制端(411)和选择信号输出端(410)；所述第一信号输入端(408)接所述可编程计数器(200)的第一信号输出端(406)；所述第二信号输入端(409)接所述可编程计数器(200)的第二信号输出端(407)；所述信号选择控制端(411)连接触发器或锁存器(400)的输出端(414)，它控制着信号选择器究竟选择第一信号还是第二信号；所述选择信号输出端(410)连接触发器或锁存器(400)的时钟输入端(413)。
6.根据权利要求1所述的双模分频器，其特征在于，所述触发器或锁存器(400)包括一时钟输入端(413)和一输出端(414)；所述时钟输入端(413)连接所述信号选择器(300)的选择信号输出端(410)；所述输出端(414)连接所述信号选择器(300)的信号选择控制端(411)和所述双模预分频器(100)的模式控制信号输入端(412)。
全文摘要
本发明公开了一种双模分频器，包括双模预分频器，用于对外部输入的高频信号进行分频，并将得到的分频信号输出给可编程计数器；可编程计数器，用于对输入的分频信号进行计数，并在计数器计数到N时，在第一信号输出端产生一输出计数信号输出给信号选择器；在计数器计数到M时，在第二信号输出端产生一输出计数信号输出给信号选择器；信号选择器，用于在模式控制信号的作用下选通可编程计数器的第一信号输出端或第二信号输出端，产生一个选择信号作为时钟输出给触发器或锁存器；触发器或锁存器，在时钟的作用下不断翻转输出端的状态，输出模式控制信号。本发明实现了使用一个计数器实现了编程分频的功能，提升了电路的工作速度，简化了电路结构。
文档编号H03L7/08GK101079631SQ200710099548
公开日2007年11月28日 申请日期2007年5月24日 优先权日2007年5月24日
发明者曾隆月, 阎跃鹏, 朱思奇, 高海军 申请人:中国科学院微电子研究所