用于多模移动通信设备的可配置多模数分频器的制作方法

专利名称：用于多模移动通信设备的可配置多模数分频器的制作方法
技术领域：
公开的实施例涉及用于多模移动通信设备的本机振荡器。
背景技术：
在蜂窝电话中的接收机和发射机电路通常包括一个或多个本机振荡 器。本机振荡器的功能是输出具有所选择频率的信号。在蜂窝电话中的这 种本机振荡器例如可以包括锁相环(PLL)，其从晶体振荡器接收稳定但相对 较低频率的信号(例如，20MHz)，并产生所选择的相对较高频率(例如， 900MHz)的输出信号。PLL的反馈回路包括分频器，其接收高频信号，将 其分频，以获得低频信号，该低频信号具有与来自晶体振荡器的信号相同 的相位和频率。常常使用在此称为"多模数除法器(multi-modulus divider)" 的一类除法器来实现所述分频器。由于分频器的高频操作，因此分频器会 消耗不希望有的大量功率。希望获得用于减小本机振荡器中分频器的功耗 的技术和方法。

发明内容
在移动通信设备中(例如，蜂窝电话)，存在一种本机振荡器。该本机振 荡器包括一种新颖的分频器，该新颖的分频器又包括新颖的可配置多模数 除法器(CMMD)。该分频器可配置为多种结构中可选的一种。每一种结构都 包含同步和异步电路的不同融合。在每一种结构中，分频器产生一定量的 噪声，并消耗一定量的功率。在该新颖的分频器的一种分频器结构的功耗 与在新颖的分频器以该结构运行时由新颖的分频器所产生的噪声之间存在
松散的反比关系。因此， 一种结构的功耗越高，由该结构所产生的噪声就 越少。
可操作该移动通信设备，以使其能够采用多种不同通信标准(例如
GSM、 CDMA1X和WCDMA)中可选择的一种来进行通信。这些不同的通 信标准针对移动通信设备的本机振荡器中的分频器上提出了不同的噪声要 求。通过将分频器配置为仍能够满足正在使用的标准的噪声要求的最低功 耗结构，减小了蜂窝电话的功耗。
在一个实施例中，分频器包括固定前置分频器(prescaler)和多个模数除 法器级(MDS级)。在第一高功耗但低噪声操作模式中，前置分频器和MDS 级配置为形成一 N级多模数除法器。该N级多模数除法器接收分频器输入 信号SIN，并依据一除数值DV对其进行分频，产生分频器输出信号SOUT。 sigma-delta调制器(有时称为delta-sigma调制器)动态地改变该DV值,以便 在横跨多个计数循环的时间期间中，分频器除以一总预期除数D。固定前 置分频器被禁用，其不再使用，且消耗很小的功率。
在第二低功耗但高噪声操作模式中，前置分频器和MDS级配置为构成 固定的除以2X(divide-by-2X)的前置分频器，其信号输出被一 N-X个MDS 级的多模数除法器做除法运算。在第二操作模式的N-X级多模数除法器中， 没有使用在第一操作模式中用作N级多模数除法器的一部分的多个MDS 级中的X个级。未使用的MDS级被禁用、断电或使其耗电很少或不耗电。 在第二操作模式中的固定前置分频器和N-X级多模数除法器的组合，用于 依据所述除数值DV对分频器输入信号SIN进行分频，产生分频器输出信 号SOUT。 sigma-ddta调制器动态改变所述DV值，以便在横跨多个计数循 环的时间期间中，分频器除以一总预期除数D。
不管将分频器配置为运行在第一操作模式还是第二操作模式，分频器 都能够在一条(或多条)输入导线上接收频率为Fl的分频器输入信号SIN， 以除数D分频该输入信号，并在一条(或多条)输出导线上输出频率为F2的 分频器输出信号SOUT，在此，在横跨多个多模数除法器计数循环的时间期 间中，F1/D等于F2。除数D具有整数部分和小数部分。小数部分可以是非 0值。
在一个新颖的方面， 一种方法包括以下步骤(a)-(c): (a)选择可配置分频
器的第一操作模式或可配置分频器的第二操作模式，在此所述可配置分频
器包括前置分频器和多个模数除法器级。(b)如果在步骤(a)选择了第一操作 模式，就使用N级多模数除法器来分频输入信号。所述N级多模数除法器 包括N个模数除法器级；以及(c)如果在步骤(a)选择了第二操作模式，就使 用所述前置分频器和一 M级多模数除法器来分频输入信号。在第二操作模 式中，前置分频器输出前置分频器输出信号，以便由所述M级多模数除法 器对前置分频器输出信号进行分频，这样所述M级多模数除法器包括所述 多个模数除法器级中的M个级，且所述M个模数除法器级是所述N个模 数除法器级的子集。
以上是概述，因此包含细节的必要性、简化、概括和省略；因此，本 领域技术人员会意识到概述仅是说明性的，无论如何也不是想要作为限制 性的。仅如权利要求所定义的在此所述的设备和/或处理的其它方面、发明 特征和优点在在此阐述的非限制性详细说明中会变得显而易见。


图1是根据一个新颖的方面的移动通信设备(在该实例中是蜂窝电话) 的简化图。
图2是在图1的移动通信设备内的RF收发机集成电路的图示。
图3是在图2的RF收发机集成电路中的本机振荡器的图示。该本机振
荡器包括以GSM模式操作的分频器。
图4是在图3的分频器中的可配置多模数除法器(CMMD)的图示。
图5是在图4的CMMD中的输入缓冲器的图示。
图6是在图4的CMMD中的除以2前置分频器的图示。
图7是在图4的CMMD中的除以4前置分频器的图示。
图8是在图4的CMMD中的同步输出级的图示。该同步输出级减小了
输出信号SOUT中的抖动。
图9是阐明在图3的分频器内的控制逻辑电路的操作的表格。 图IO是阐明在图3的分频器内的右移整数(SRI)电路的操作的表格。 图11是阐明在图3的分频器内的右移小数(SRF)电路的操作的表格。 图12是图4的CMMD的一个MDS级的详图。
图13阐明了等式，其表明为了让7级多模数除法器除以一个预期的除 数，S[6:0]的值应是什么。
图14和15阐明了如何确定数值F[21:0](其提供给右移小数(SRF)电路)， 以便图3分频器的sigma-delta调制器会输出数值流DSM[3:0]，该数值流 DSM[3:0]会导致分频器除以具有特定小数部分的除数D。
图16是显示当图1的移动通信设备运行在GSM模式中时，在图3的 分频器的CMMD中的信号的波形图。
图17和18示出了当移动通信设备运行在CDMA1X模式中时，在图1 的移动通信设备中的本机振荡器的操作。
图19阐明了等式，其表明为了让6级多模数除法器在CDMA1X模式 中除以一个预期的除数，S[5:0]的值应是什么。
图20是显示当图1的移动通信设备运行在CDMA1X模式中时，在图 17的分频器的CMMD中的信号的波形图。
图21是显示当图1的移动通信设备运行在WCDMA模式中时，图1 的移动通信设备的本机振荡器112中的分频器的CMMD内的信号的波形 图。
图22是根据一个新颖的方面的方法的流程图。
图23是在不同操作模式中，将常规多模数除法器的性能(功耗和产生的 噪声)与图3的新颖的可配置多模数除法器(CMMD)的性能相比较的表格。
图24是示出用于减小在该新颖的可配置多模数除法器(CMMD)内的 MDS级的功耗的方法和电路的示意图。
具体实施例方式
图1是根据一个新颖的方面的移动通信设备100的简化图。在该实例 中移动通信设备100是蜂窝电话。该蜂窝电话能够用多种不同蜂窝电话标
准中可选择的一种进行通信。该蜂窝电话能够用一种标准进行通信，然后 转换到另一种标准并用它开始通信。每一种标准都对接收机和发射机的本
机振荡器(LO)提出了不同的寄生噪声、相位噪声和频率分辨率要求。在图1 的实例中，蜂窝电话100能够以三种蜂窝电话标准中可选择的一种进行通 信GSM(全球移动通信系统标准)、CDMA1X(码分多址1X)和WCDMA(宽
带码分多址)。蜂窝电话100包括天线101和几个集成电路，包括新颖的射 频(RF)收发机集成电路102和数字基带集成电路103 。数字基带集成电路103 主要包括数字电路，并包括数字处理器。数字基带集成电路103的实例是 MSM6280，可以从高通公司获得。新颖的RF收发机集成电路102包括用 于处理模拟信号的电路。
图2是新颖的RF收发机集成电路102的更详细图示。接收机"信号链" 104包括低噪声放大器(LNA)模块105、混频器106和基带滤波器107。当 以GSM模式接收时，在天线101上的信号通过转换共用器 (switchplexer)108，随后经过通路109，经过SAW并进入LNA 105。当以 CDMA1X和WCDMA模式接收时，在天线101上的信号通过转换共用器 108，经过双工器110，并经过通路lll，进入LNA 105。在所有模式中， LNA 105都放大高频信号。本机振荡器(L0)112向混频器106提供具有适当 频率的本机振荡信号，以便调谐接收机来接收适当频率的信号。混频器106 将高频信号解调为低频信号。由基带滤波器107将多余的高频噪声滤除。 基带滤波器107的模拟输出提供给数字基带集成电路103中的模数转换器 (ADC)113。 ADC 113将模拟信号数字化为数字信息，随后由数字基带集成 电路103中的数字处理器进一步处理该数字信息。
发射机"信号链"114包括基带滤波器115、混频器116和功率放大器 117。由数字基带集成电路103中的数模转换器(DAC)118将要发射的数字 信息转换为模拟信号。生成的模拟信号提供给RF收发机集成电路102中的 基带滤波器115。基带滤波器115滤除多余的高频噪声。混频器116将基带 滤波器115的输出调制到高频载波上。本机振荡器(LO)119向混频器116提 供本机振荡信号，以使得高频载波具有所用信道的正确频率。混频器116 的高频输出随后被功率放大器模块117放大。当以GSM模式发射时，功率 放大器模块117经通路120输出信号，经过转换共用器108到天线101上。 当以CDMA1X和WCDMA模式发射时，功率放大器117经通路121将信 号输出到双工器110。信号穿过双工器110，经过转换共用器108到天线101。 双工器110和转换共用器108的使用是常规的，其既允许用于非双工器(例 如GSM)通信，又允许用于双工器(例如CDMA1X)通信。图2的具体电路仅 是一种可能的实现，在此提供它用于说明性目的。 以下结合接收机中的本机振荡器(LO)112的操作来解释本机振荡器112 和119的操作。图3是本机振荡器112更详细的图示。本机振荡器112包括 晶体振荡器信号源122和N分数锁相环(fractional-N phase-locked k)op)(PLL)123。在当前实例中，晶体振荡器信号源122是到外部晶体振荡 器模块的连接。可替换的，晶体振荡器信号源是布置在RF收发机集成电路 102上的振荡器，在此，晶体在集成电路102的外部，但经集成电路102的
端口连接到振荡器。
PLL 123包括相位检测器(PD)124、电荷泵125、环路滤波器126、压控 振荡器(VCO)127、信号调节输出除法器128和新颖的分频器129(有时称为 "环路除法器")。分频器129接收具有第一高频F1的分频器输入信号，以 除数D对信号进行分频，并输出具有第二低频F2的分频器输出信号SOUT。 在分频器129的多个计数循环上，当PLL锁定时F2=F1/D。当锁定时，SOUT 信号的频率F2和相位与从晶体振荡器信号源122提供的参考时钟信号的频 率和相位相匹配。
分频器129包括新颖的"可配置多模数除法器结构"(CMMDS)部130、 sigma-delta调制器部131、右移整数(SRI)电路132和右移小数(SRF)电路 133。 CMMDS部130包括新颖的可配置多模数除法器(CMMD)134、加法器 135和控制逻辑(CL)电路136。 CMMDS 130在一个计数循环中将一个(或多 个)输入节点137上的分频器输入信号SIN依据数值DV进行分频，并在一 个(或多个)输出节点138上产生分频器输出信号SOUT。尽管节点137被示 为单条线，但该实施例中的节点包括两个导体，并传输不同的信号。SMMDS 130还具有第一数字输入端口 139和第二数字输入端口 140。数值DV是在 第一数字输入端口 139上的第一数值与在第二数字输入端口 140上的第二 数值之和。
图4是在图3的CMMD134更详细的图示。CMMD 134包括输入缓冲 器141、固定除以2前置分频器142、固定除以4前置分频器143和7个除 以2/3模数除法器级(MDS)144—145。CMMD 134接收在差动输入导线141A 上的分频器输入信号SIN，并在差动输出导线150A上输出分频器输出信号 SOUT。图4的差动输入导线141A与图3的节点137相对应。在图4的最 后一个MDS级150的O和OB输出导线与差动输出导线150A之间布置同
步输出级(见图8)。根据模数控制信号S和MC的值，图4的每一个MDS 级都能够除以2或3。总CMMD 134除以的除数值DV依据CMMD是如何 配置的并依据7个ST模数控制信号ST[6:0]的值来确定。由以下说明的配 置信号CO、 Cl和C2的值来确定如何配置CMMD 134。 图5是图4的缓冲器141更详细的图示。
图6是除以2前置分频器142的更详细的图示。将除以2前置分频器 142固定的意义是它不能够被编程为用多个除数中可选择的一个相除。前置 分频器142是单个反转触发器，其在从其QB输出导线到其D输入导线的 反馈回路中具有无功耗电路。
图7是除以4前置分频器143更详细的图示。将除以4前置分频器143 固定的意义是它不能够被编程为用多个除数中可选择的一个相除。前置分 频器143是异步除法器，其包括两个反转触发器(toggle flip-flop)。两个反转 触发器在从其QB输出导线到其D输入导线的反馈回路中都不具有耗电的 电路。
图8是CMMD134的同步输出级151的图示。由于页面空间的限制， 没有在图4中示出输出级151。然而，输出级151借助于将最后一个MDS 级150的输出与输入信号SIN同步(用MCO或MC1或MC2)，减小了输出 信号SOUT中的抖动。最后一个MDS级150的O输出导线连接到输出级 151的RESET输入上。输出级151输出该输出信号SOUT，其从图4的 CMMD 134的差动输出导线150A上输出。使用常规数字逻辑符号来示出图 5 —8的电路，常规数字逻辑符号的信号不是差动信号。然而，图5 — 8的实 际电路是使用采用差动信号的电路实现的。只有输出级151的输出是单端 输出信号。将这个单端输出信号SOUT提供到图3中的输出导线138上。
图9是阐明图3的控制逻辑电路136的操作的表格。控制逻辑电路136 将从图3的加法器135输出的S[7:0]值映射到模数控制值ST[6:0]。如图4 所示，将ST[6:0]比特值提供给CMMD 134的MDS级中的相应级。如图9 所示，控制逻辑电路136还产生配置信号Cl、 C2和C3。控制逻辑电路136 如何产生ST[6:0]、 Cl、 C2和C3值是根据模式选择值SEL[1:0]而定的。模 式选择值SEL[1:0]是到本机振荡器112的2-比特输入，并由其它电路提供， 以将本机振荡器置于GSM模式、CDMA1X模式或WCDMA模式中的一种。
图10是阐明在图3的右移整数(SRI)电路132的操作的表格。如图3所 示，SRI电路132的8条输出导线耦合到加法器135的第一数字输入端口 139的8个相应输入导线上。在GSM模式中，SRI电路132不执行移位。 在CDMA1X模式中，SRI电路132向右移动一个比特的位置。在WCDMA 模式中，SRI电路132向右移动两个比特的位置。
图11是阐明图3的右移小数(SRF)电路133的操作的表格。如图3所 示，将SRF电路133的22条输出导线提供给sigma-delta调制器131。在 GSM模式中，SRF电路133不执行移位。在CDMA1X模式中，SRF电路 133向右移动一个比特的位置。移出SRI电路132的最低有效位移入SRF 电路133中，作为最高有效位FT[21]。在WCDMA模式中，SRF电路133 向右移动两个比特的位置。移出SRI电路132的两个最低有效位移入SRF 电路133中，作为两个最高有效位FT[21]和FT[20]。
图12是图4的CMMD 134的MDS级144—150之一的更详细的图示。 根据输入控制信号S和MCIN的值，MDS级或者可以除以3或者可以除以 2。尽管采用其信号不是差动信号的常规数字逻辑符号示出图12的电路， 但可以用差动逻辑(例如电路模式逻辑)并用差动信号来实现MDS级。
GSM模式操作
当蜂窝电话100运行在GSM模式中时，模式选择输入值SEL[1]和 SEL[O]分别为0和0。如图9所示，当SEL[1]和SEL[O]都为0时，于是选 择GSM模式，并且控制逻辑136使得0)=0、 C一0和C2^。如图4所示， 将配置信号CO提供给MDS级144的C输入导线，将配置信号Cl提供给 MDS级145的C输入导线，将配置信号C2提供给MDS级146的C输入 导线。如图12所示。当MDS级的C输入导线上的信号是数字高时，于是 将AUX输入导线上的信号用作到MDS级的输入信号，而不是使用在I输 入导线上的信号。当MDS级的C输入导线上的信号是数字低时，于是将I 输入导线上的信号用作到MDS级的输入信号。返回到图4，如果CO、 Cl 和C2都为0，于是穿过CMMD 134的信号通路是从输入导线141A，经缓 冲器141，进入MDS级144的I输入导线，经过第一MDS级144，进入第 二 MDS级145的I输入导线，经过第二 MDS级145，向前经过MDS级146、
147、 148、 149和150，随后经过输出级151(见图8)。输出级151将输出信 号与MC0或MC1或MC2同步，并将输出信号SOUT驱动到图3中的输出 导线138上。CMMD 134从而被配置为7级多模数除法器。7级多模数除 法器相除的除数值由 一等式提供。
图13阐明了该等式，其表明为了使7级多模数除法器除以一个预期的 除数，数值S[6:0]应是什么。
在图3的GSM操作实例中，将901MHz频率的输出信号输出到图2的 混频器106。因为调节输出除法器128除以了 4，因此作为输入到CMMD 134 中的输入信号的信号SIN的频率就是3.604GHz。因为晶体振荡器信号源122 输出20MHz参考时钟信号，因此从CMMD 134输出的信号SOUT的频率 就是20MHz。分频器129因此必须除以180.2的除数D。
十进制数180的数字对等值是[10110100]。如图3所示，将这个数值 [10110100]提供给右移整数(SRI)电路132。因为SEL[1]是0， SEL[O]是0， 如图10所示，SRI电路132不执行移位。SRI电路132的输入上的N[7:0] 值穿过SRI电路132而不移位，并且被提供到加法器135的第一输入端口 139上，作为值NT[7:0]。
图14和15阐明了如何确定提供给右移小数(SRF)电路的数值F[21:0]。 将除数D的小数部分设定为等于除以2W的X，其中，N是sigma-ddta调制 器中的比特数。在本实例中，sigma-ddta调制器具有22比特。图15显示 了求X的结果。X的整数部分是F[21:0]的值。该整数部分是838,860。838，860 的22比特二进制对等值是
，在此最左边的位是 最高有效位。如图3所示，将这个值作为值F[21:0]提供给SRF电路133。
因为SEL[1]和SEL[O]都是0，如图11的表格所示，SRF电路133就不 执行移位。F[21:0]的值从而穿过SRF电路133而不移位，并且作为22比特 值FT[21:0]提供到sigma-ddta调制器131 。 sigma-ddta调制器131使用这个 值来改变sigma-delta调制器输出值SDM[3:0]，其被提供给加法器135的第 二数字输入端口 140。
暂时假设SDM[3:0]是
。从加法器135输出的S[7:0]从而是 [10110100]或二进制180。返回图13的等式，如果CMMD 134内的7级多 模数除法器要除以180，那么图13的等式就表明提供给多模数除法器的
MDS级的值S[6:0]应为
。如图9的表格所示，控制逻辑电路136 将S[7:0]的值10110100转换为ST[6:0]的值0110100。 CMMD 134从而将信 号SIN依据除数DV 180进行分频，产生输出信号SOUT。
然而，sigma-delta调制器131随时间改变值SDM[3:0]，以使得除数DV 随时间改变，以致于分频器129的总除数D按预期的为180.2。
图16是显示图4的CMMD 134中的信号的波形图。在穿过缓冲器141 后，信号VCO—BUF是SIN输入信号。波形S0UT是从输出级151输出的 信号。在该波形中，输入信号的频率Fl是3.604GHz，并且分频器129被 设定为除以180.2。在输出信号SOUT的上升沿A与上升沿B之间的期间 是49.9445纳秒。这个期间被称为"计数循环"。尽管在图16中没有示出， 但分频器129接连地经过计数循环。在图16的实例中，FT[21:0]是0。因此， 该波形表示除数D是180而不是180.2的情形。在按照图3所示来设定F[21:0] 的值的情况下，在下一个即将到来的计数循环中要使用的值SDM[3:0]在 SOUT的下降沿改变。这允许了在下一个计数循环开始之前，有足够时间来 传播经过加法器135和控制逻辑136。例如，在DSM[3:0]的值在SOUT的 下降沿变为
的情况下，在下一个计数循环中分频器129会除以一个为 181的除数DV。该除数DV在sigma-delta调制器131的控制下随时间改变， 以使得当在横跨CMMD 134的多个计数循环的一个时间期间上考虑频率调 制器的操作时，频率调制器129的总除数D是预期的180.2。
在这个GSM模式中，注意，使用了缓冲器141和全部5个MDS级144 —150。因为CbO和C2^0，因此禁用了除以2前置分频器142和除以4前 置分频器143，并且其不再耗电。
CDMA1X模式操作
在图17和18中阐明了 CDMA1X模式中的操作。提出的实例是如以上 在GSM实例中的分频器129要除以180.2的实例。当蜂窝电话100要运行 在CDMA1X模式中，模式选择输入值SEL[1]禾卩SEL[O]分别为0和1。如图 9所示，当SEL[1]和SEL
是0和1时，那么选择CDMA1X模式，且C0=1 、 Cl=l及C2=0。如图18所示，将配置信号CO提供给MDS级144的C输 入导线，将配置信号Cl提供给MDS级145的C输入导线，将配置信号
C2提供给MDS级146的C输入导线。因为C0=1 ，因此在第一 MDS级144 的AUX输入导线上的信号用作第一 MDS级144的输入。如由图18中的 AUX输入导线上的"GND"所示，AUX输入导线接地。这使第一 MDS级 144不能切换及耗电。
如图18所示，将配置信号Cl提供给第二 MDS级145的C输入导线， 还提供给除以2前置分频器142的使能输入导线。配置信号Cl为数字高， 其使得除以2前置分频器142被使能，并使得第二 MDS级145接收从除以 2前置分频器142输出到其AUX输入导线上的信号。配置信号C2为低， 其使得了除以4前置分频器143被禁用，并且使得第三MDS级146接收来 自第二MDS级145的输出的其输入信号。因此，穿过CMMD 134的信号 来自于输入导线149，经过缓冲器141，经过除以2前置分频器142，进入 第二 MDS级145的AUX输入导线，经过第二 MDS级145，进入第三MDS 级146的I输入导线，经过第三MDS级146，向前经过MDS级147—150， 随后经过同步输出级151(见图8)。从而CMMD 134被配置为除以2前置分 频器，随后是6级多模数除法器。6级多模数除法器相除的除数由图19的 等式提供。
如图17所示，预期除数值D 180.2的整数部分提供给SRI电路132。 该整数部分是180。十进制180的二进制对等值是[10110100]。预期除数值 D 180.2的小数部分是0.2。如上结合GSM实例所解释的，利用图14和15 的等式来确定要提供给SRF电路133的FT[21:0]值。如以上在GSM实例中， 小数部分是0.2。将相同的二进制数
作为数值 F[21:0]，提供给SRF电路133。
在图10和11中阐明了 CDMA1X模式中的SRI电路132和SRF电路 133的操作。注意，这两个电路将其输入向右移位一个比特的位置。被移出 SRI电路132的最低有效位(LSB)经线路152作为移位输入位，其移入SRF 电路133成为FT[21]。将该合成除数值向右移位的处理(将整数部分提供给 SRI电路132，将小数部分提供给SRF部分133)有效地将除数除以了 2。加 法器135将右移后的整数部分与从sigma-delta调制器131输出的SDM[3:0] 相加。生成的和S[7:0]被控制逻辑电路136根据图19的等式转换为模数控 制信号ST[6:0]，就如同使用6级多模数除法器(在CDMA1X模式中，将
CMMD 134的MDS级配置为6级多模数除法器)来除以预期除数值DV的 1/2 —样。然而CMMD 134的总除数值DV并不是如其应当是的值的1/2。 由于除以2前置分频器142的操作，CMMD 134的总除数值DV被校正。 因此，按照预期，CMMD 134除以了 180.2。
在GSM模式中，使用了7级多模数除法器而无任何前置分频器，而在 CDMA1X模式中使用了 6级多模数除法器以及额外的除以2前置分频器。 在GSM模式和CDMA1X模式中，分频器129都除以了 180.2的除数值D。
图20是示出CDMA1X模式操作的波形图。在该实例中，除数D为180。 除数D的小数部分是O。因此，FT[21:0]为0。信号SOUT是分频器129的 输出信号。在输出信号SOUT的上升沿A与上升沿B之间的期间是49.9445 纳秒。这个期间被称为"计数循环"。输入信号SIN的频率F1是输出信号 SOUT的频率F2的180倍。因此，按照预期，分频器129将输入信号SIN 除以了 180。在分频器129要除以180.2的除数D的情况下，sigma-ddta调 制器131会在各计数循环之间改变SDM[3:0]，以使得CMMD 134相除的除 数DV在各计数循环之间变化。在多个这种计数循环中，除数值DV的平均 值就是除数值180.2。如以上结合图16所解释的，在SOUT的下降沿改变 在下一个即将来到的计数循环中要使用的DSM值。这允许了在下一个计数 循环开始之前，有足够时间传播通过加法器135和控制逻辑电路136。
WCDMA模式操作
当蜂窝电话100工作在WCDMA模式中时，模式选择输入值SEL[l] 和SEL
分别为1和0。如图9所示，当SEL[1]和SEL
是1和0时，就 选择WCDMA模式，iC0=l， CbO和C24。因为C0是数字高，第一 MDS级144被禁用，从而使得第一 MDS级144接收来自接地的上部AUX 输入导线的其输入信号。Cl为数字低，其禁用了除以2前置分频器142。 因为C1是数字低，同样第二MDS级145被禁用。因为在第二MDS级145 的C输入上为数字低，因此第二MDS级145就选择其较低I输入导线，作 为输入信号源。没有切换在第二 MDS级145的I输入导线上的信号，因为 由于C0是数字高而没有切换第一 MDS级144的输出O。因此，也没有切 换来自第二 MDS级145的O输出。因为C2=l，因此除以4前置分频器143
被使能。因为C2-1，因此第三MDS级146选择AUX输入导线作为其输入 信号源。因此，经过CMMD 134的通路是从SIN输入导线141A，经缓冲 器141，经过除以4前置分频器143，进入第三MDS级146的AUX输入导 线，经第三MDS级146，随后经第四、第五、第六、第七MDS级147到 150，经同步器151到输出150A。因此，将CMMD134配置为除以4前置 分频器，随后是5级多模数除法器。前两个MDS级和除以2前置分频器没 有切换，因此处于低功率操作情况。
在CDMA1X模式中，SRI和SRF电路132和133将除数值D向右移 位了一个比特的位置，在WCDMA模式中SRI和SRF电路132和133将除 数值D向右移位两个比特的位置。这就有效地将除数值D除以了4。控制 逻辑136根据用于5级多模数除法器的等式，将加法器135的输出S[7:0] 转换为值ST[6:0]，以使得在CMMD中的5级多模数除法器将除以除以了 4 的除数值。然而，由于前置的除以4前置分频器143，使得CMMD 134的 总除数值DV是正确的除数值D。 sigma-ddta调制器131改变在加法器135 的第二数字输入端口 140上的值，以使得在各计数循环之间改变CMMD 134 相除的除数值DV 。在第二数字输入端口 140上的值发生变化，以使得当 在横跨多个计数循环的时间期间中考虑分频器的操作时，分频器129在时 间上的平均总除数值D是预期的180.2。
图21是示出在WCDMA模式中分频器129的操作的波形图。分频器 129将3.604GHz的输入信号依据除数180进行分频。波形VCO—BUF是分 频器输入信号SIN穿过缓冲器141后的波形。标记为SOUT的波形是分频 器输出信号的波形。
流程图
图22是示出图3的新颖的分频器129的操作方法的流程图。分频器将 分频器输入信号SIN(具有频率Fl)依据除数D进行分频，以产生分频器输 出信号SOUT(具有频率F2)，在此，除数D包括整数部分I和小数部分FR。 F2=F1/D。在以上阐述的图3、 4、 17和18的实例中，整数部分I是180， 小数部分FR是0.2。除数D是180.2。
在图22中，决策块200表示选择第一操作模式(例如GSM操作模式)
或第二操作模式(例如CDMA1X操作模式)的步骤。如果分频器129要在第 一操作模式中操作，那么就执行块201—202的步骤。如果分频器129要在 第二操作模式中操作，那么就执行块203—204的步骤。
如果选择了第一操作模式，那么就将图4的可配置多模数除法器 (CMMD)结构134配置为N级多模数除法器。分频器129用该N级多模数 除法器对输入信号SIN进行分频(步骤201)。在此情况下，N是7。通过 CMMD的通路是经缓冲器141，经MDS 144，随后经MDS 145，经MDS 级146 — 150，经输出同步器151，到分频器的输出导线上。在一个计数循 环期间，7级MMD除以第一数值。在CMMD的信号通路中没有前置分频 器，所以该第一数值是除数DV，其被CMMD结构134相除。借助于在加 法器135的第一端口 139上提供整数部分I，并在加法器135的第二端口 140 上提供sigma-ddta输出(SDM[3:0])来确定该第一数值。在此实例中，将整 数值I经SRI电路132提供给加法器。sigma-delta调制器131控制(步骤 202)sigma-delta输出SDM[3:0]，以使得在横跨多个计数循环的时间期间中， 分频器输出信号SOUT的频率F2是Fl/D。
对于N是7的配置的实例，见以上图3和4及在GSM模式中的相应操 作说明。
如果选择了第二操作模式，那么就将图4的CMMD结构134配置为固 定前置分频器，之后是M级多模数除法器。分频器129使用该前置分频器 和该M级多模数除法器来对输入信号SIN进行分频(步骤203)。在图4的 实例中，该固定前置分频器是除以2前置分频器，并且M是6。经过图4 的CMMD的信号通路是经过缓冲器141 ，经除以2前置分频器142，经MDS 级145，经剩余的MDS级146 — 150。该6级多模数除法器除以了第二数值。 借助于将整数部分I向右移位一个比特而产生移位后的值，来确定该第二数 值。在图17的实例中，由SRI电路132执行这个移位。移位后的值NT[7:0] 提供给加法器135的第一输入端口 139，而sigma-delta调制器的输出 (SDM[3:0])提供给加法器135的第二输入端口 140。加法器135产生该第二 数值s[7:0]，其由控制逻辑136转换为模数控制信号ST[6:0]，模数控制信 号ST[6:0]控制M级多模数除法器来除以该第二数值。sigma-ddta调制器 131控制(步骤204)sigma-ddta输出SDM[3:0]，以使得在横跨多个计数循环的时间期间中，分频器输出信号SOUT的频率F2是F1/D。
对于前置分频器是固定除以2前置分频器且M是6的配置的实例，见 图17和18及在CDMA1X模式中的相应操作说明。对于前置分频器是固定 除以4前置分频器且M是5的配置的实例，见以上WCDMA模式中的操作 说明。
尽管在流程中示出了图22的方法的各个块，但会理解，在块201和202 中阐述的操作在时间上彼此交叠，在块203和204中阐述的操作在时间上 彼此交叠。使各个操作彼此独立，并且以流程图方式在不同的块中加以阐 述，以便明确不同操作，并简化对于整个方法的解释。
抖动和功耗
注意，在GSM模式中，CMMD134的前置分频器和MDS级配置为构 成7级多模数除法器。在CDMA1X模式中，CMMD 134的前置分频器和 MDS级配置为构成除以2前置分频器，随后是6级多模数除法器。这两个 配置不同之处在于除法器的第一级是图6架构中的固定前置分频器，还 是除法器的第一级是图12架构中的MDS级。固定前置分频器架构与MDS 级架构相比，是更为异步的结构。注意，在图12的MDS级中，有两个触 发器153和154，它们由一公共信号来提供时钟。如果MDS级是除法器中 的第一级，那么就以被分频的具有较高频率的输入信号来为两个触发器提 供时钟。作为对比，如果在除法器的第一级上使用了图6的异步结构，那 么被分频的具有较高频率的输入信号仅为在第一异步前置分频器中的第一 触发器提供时钟。而且，在图12的MDS级结构中有采用门155 — 158形式 的反馈逻辑。当这些门开关时，消耗功率。在图6的异步结构中没有这种 门。由于这些原因，与将图12的MDS级结构用作第一级相比，将图6的 异步结构用于除法器的第一级得到了更低的功耗。
尽管与图12的更同步的MDS级结构相比，图6的异步固定前置分频 器结构是更低功率结构，但将该异步结构用作除法器的第一级通常会将更 多抖动引入输出信号SOUT中。相对于输入信号SIN的参考边缘，这个抖 动在各计数循环之间在输出信号SOUT的边缘中具有可变性。与使用7级 多模数除法器结构相比，使用固定前置分频器，随后是6级多模数除法器，将更多抖动引入输出信号SOUT中。因此，更低功率的异步结构具有将更 多抖动引入输出信号的缺点。
根据一个新颖的方面，认识到不同蜂窝电话标准具有不同寄生噪声和 频率分辨率(与相位噪声有关)要求。这些要求在此共同称为"噪声要求"。 例如，GSM标准具有最严格的噪声要求，随后是CDMA1X标准，随后是 WCDMA标准。上述的抖动是由本机振荡器引入的噪声。因此，不同蜂窝 电话标准对于接收信号链和发射信号链中的本机振荡器提出了不同的最大 可允许抖动要求。WCDMA标准允许了在本机振荡器ll出中的最大抖动。 CDMA1X标准允许了在本机振荡器输出中的次最大量抖动。GSM标准允许 了在本机振荡器输出中的最小量抖动。将CMMD134配置为除以一个4固 定前置分频器，随后是5级多模数除法器(如在上述WCDMA模式中的)， 满足了针对用于WCDMA标准的本机振荡器112和119提出的噪声要求， 但不满足对于用于CDMA1X标准的本机振荡器112和119提出的噪声要 求。然而，将CMMD134配置为固定除以2前置分频器，随后是6级多模 数除法器(如上述在CDMA1X模式中的)，满足了针对用于CDMA1X标准 的本机振荡器112和119提出的噪声要求。因此，当蜂窝电话100运行在 WCDMA模式中时，分别以数值l和O来驱动SEL[l:O]。另一方面，当蜂 窝电话100运行在CDMA1X模式中时，分别以数值0和1来驱动SEL[1:0] 信号。采用类似的方式，将CMMD134配置为除以2前置分频器，随后是 6级多模数除法器，并不满足针对用于GSM标准的本机振荡器112和119 提出的噪声要求，但将CMMD 134配置为7级多模数除法器满足了 GSM 的噪声要求。因此，当蜂窝电话100运行在GSM模式中时，分别以数值0 和0来驱动SEL[1:0]信号。通过使用满足所用标准的噪声要求的最低功率 配置，减小了蜂窝电话的功耗。
图23是将本机振荡器内的常规多模数除法器的性能与本机振荡器内的 图3的新颖的可配置多模数除法器(CMMD)的性能相比较的表格。在该表格 中，阐明了在各个GSM、 CDMA1X和WCDMA模式中的除法器性會g(噪度 和功耗)。
图24是示出用于进一步减小功耗的方法和电路的示意图。如以上结合 图12所解释的，模数除法器级(MDS)能够将输入信号除以2或者除以3。如果S-l，那么就设定MDS级除以3，并使用两个触发器153和154。然 而，如果8=0，那么就设定MDS级除以2。不使用第一触发器153，而是 将第二触发器154的QB输出经OR门155耦合回到触发器154的D输入 上，以使得第二触发器154作为反转触发器操作。当MDS级用来除以2时， 图12中的第一触发器153消耗功率。提供给它电源(通过未示出的连接)， 且其时钟输入导线接收输入时钟信号。在一个新颖的方面，当设定MDS级 (见图24)来除以2时，切断到第一触发器153的供电。当第一触发器153 断电时，为了避免在OR门155的上输入导线上的电压浮动，将耦合到OR 门155的上输入导线的节点耦合到地电位。在一个说明性实例中，提供了 反相器300和N沟道下拉式晶体管301。当S-0(设定MDS为除以2)时， 反相器300输出数字高，其导通晶体管301，由此将OR门155的上输入导 线耦合到地。反相器300输出的信号还控制P沟道晶体管302，通过该P 沟道晶体管302将第一触发器153耦合到VDD电源导体。当反相器300输 出数值高信号时，那么就使得晶体管302不导通，由此切断到第一触发器 153的供电，并避免了第一触发器153耗电。另一方面，当设定MDS级为 除以3时，晶体管302导通，晶体管301不导通。触发器153通电并可操 作，其Q输出驱动OR门155的上输入导线。在将图24的MDS级用于该 新颖的分频器129中的MDS级的情况下，ST[6:0]的O(数字低)模数控制信 号会使得在CMMD 134中其相应MDS级中的第一触发器断电，由此减小 了功耗。为了进一步减小功耗，当MDS级除以3时，第一触发器还可以在 第一触发器不改变状态时刻内的一段时间期间断电。尽管以普通逻辑符号 在门级别上示出了图24的MDS级以简化对其操作的解释，但可以以各种 不同方式在晶体管级别上实现所述MDS级的逻辑。除了使用P沟道晶体管 之外，也可以使用其它技术来连接及断开触发器153与VDD电源导体。可 以以电流模式逻辑(CML)来实现所述MDS级。
尽管以上以指导目的说明了某些特定的具体实施例，但本专利文献的 教导具有普遍适用性，不限于上述的具体实施例。在该新颖的分频器包含 在移动通信设备内的集成电路中的情况下，该可配置为多种操作模式中可 选择的一种的分频器实际上可以不在操作模式之一中运行。例如，第一集 成电路可以用于仅根据CDMA标准通信的蜂窝电话中，而与第一集成电路
相同的第二集成电路可以用于仅根据GSM标准通信的另 一个蜂窝电i舌中， 而与第一集成电路相同的第三集成电路可以用于能够进行CDMA或GSM 通信的第三蜂窝电话中。尽管上面在不同操作模式中以不同方式配置同一 组前置分频器和模数除法器级的情况下说明了分频器，但在第一操作丰莫式 中可以使用第一前置分频器和多模数除法器电路，在第二操作电路中可以 使用第二前置分频器和多模数除法器电路，以致于在第一和第二电路中没 有共用的前置分频器和模数除法器级。可以用电流模式逻辑电路来实现分 频器中以高频操作的部分，而可以用CMOS逻辑电路来实现分频器中以低 频操作的部分。因此，在不脱离附带权利要求的范围的情况下，可以实现 所述特定实施例的不同特征的各种修改、改装及组合。
权利要求
1.一种方法，包括(a)选择可配置分频器的第一操作模式和所述可配置分频器的第二操作模式中的一种，其中，所述可配置分频器包括前置分频器和多个模数除法器级；(b)如果在(a)中选择了所述第一操作模式，就使用N级多模数除法器来对输入信号进行分频，其中，所述N级多模数除法器包括所述多个模数除法器级中的N个级；并且(c)如果在(a)中选择了所述第二操作模式，就使用所述前置分频器和M级多模数除法器来对所述输入信号进行分频，其中，在所述第二操作模式中，所述前置分频器输出前置分频器输出信号，以便由所述M级多模数除法器对所述前置分频器输出信号进行分频，其中，所述M级多模数除法器包括所述多个模数除法器级中的M个级，其中，所述M个模数除法器级是所述N个模数除法器级的子集。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，如果在(a)中选择了所述第一操作 模式，那么(b)的所述N级多模数除法器就接收控制信号，所述控制信号确 定除数DV，所述N级多模数除法器在所述N级多模数除法器的计数循环 中除以所述除数DV，并且其中，(b)的所述分频包括用sigma-ddta调制器 在各计数循环之间改变所述控制信号，以使得在一横跨多个计数循环的期 间中所述N级多模数除法器除以除数D，其中，所述除数D包括整数部分和小数部分。
3、 如权利要求l所述的方法，其中，所述前置分频器能够除以单个固 定除数，而不能除以多个除数中可选择的一个，其中，在所述第一操作模 式中禁用所述前置分频器，使其不执行除法功能。
4、 如权利要求l所述的方法，其中，所述N级多模数除法器中的一个 模数除法器级是第一级，其接收所述输入信号，其中，如果在(a)中选择了 第二操作模式，就禁用所述第一级，使其不执行除法功能。
5、 如权利要求l所述的方法，其中，所述可配置分频器用于依据可编 程除数D来对所述输入信号进行分频，以产生分频器输出信号，而无需考 虑在(a)中选择了所述第一操作模式还是所述第二操作模式，其中，如果在 (a)中选择了所述第一操作模式，那么所述N级多模数除法器就依据所述可 编程除数D在(b)中进行分频，并且其中，如果在(a)中选择了所述第二操作 模式，那么所述前置分频器和所述M级多模数除法器一起操作，依据所述 可编程除数D在(c)中进行分频，其中，所述可编程除数D可以具有非O的 小数部分。
6、 一种分频器，包括 前置分频器；以及多个模数除法器级，其中，所述前置分频器和所述多个模数除法器级 可在第一操作模式中配置为N级多模数除法器，其对输入信号进行分频， 并产生分频器输出信号，其中，所述前置分频器和所述多个模数除法器级 可在第二操作模式中配置为用于对输入信号进行分频以产生前置分频器输 出信号的一前置分频器以及用于对前置分频器输出信号进行分频以产生所 述分频器输出信号的一M级多模数除法器，其中，M小于N。
7、 如权利要求6所述的分频器，其中，所述分频器包括一对差动输入 导线，其中，所述第一操作模式中的所述输入信号在所述差动输入导线对 上提供，其中，所述第二操作模式中的所述输入信号在所述差动输入导线 对上提供。
8、 如权利要求6所述的分频器，其中，所述前置分频器能够除以单个 固定除数，而不能除以多个除数中可选择的一个，其中，在所述第一操作 模式中禁用所述前置分频器，使其不执行除法功能。
9、 如权利要求6所述的分频器，其中，从包括以下各项的组中得到所 述前置分频器能够除以2的单个反转触发器、能够除以4的一对反转触 发器。
10、 如权利要求6所述的分频器，其中，所述N级多模数除法器中的 所有级是所述多个模数除法器级中的级，并且其中，所述M级多模数除法 器中的所有级是所述多个模数除法器级中的级。
11、 如权利要求9所述的分频器，其中，所述N级多模数除法器中存 在如下的级该级在所述第二操作模式中不是所述M级多模数除法器中的 级，其中，该级包括触发器，并且其中，在所述第二操作模式中不对所述 触发器提供时钟。
12、 如权利要求6所述的分频器，其中，在所述第一操作模式中禁用 所述前置分频器，避免其进行分频。
13、 如权利要求6所述的分频器，其中，所述N级多模数除法器接收 多个控制信号，所述控制信号确定除数DV，所述N级多模数除法器在所 述第一操作模式中的计数循环中依据所述除数DV对所述输入信号进行分 频，以产生所述分频器输出信号，所述分频器还包括电路，其改变所述控制信号，以使得所述除数DV在各计数循环之间 变化，其中，在各计数循环之间改变所述除数DV，以使得在多个计数循环 中所述N级多模数除法器除以一除数D，所述除数D包括整数部分和小数 部分。
14、 如权利要求13所述的分频器，其中，用于改变所述控制信号的所 述电路包括sigma-delta调制器。
15、
16、如权利要求6所述的分频器，还包括同步输出级，其输出所述分频器输出信号，其中，所述同步输出级在 所述第一操作模式中是所述N级多模数除法器的一部分，并且其中，所述 同步输出级在所述第二操作模式中是所述M级多模数除法器的一部分。
17、 如权利要求6所述的分频器，其中，所述分频器是移动通信设备 的一部分，其中，所述第一操作模式是所述移动通信设备适于根据第一蜂 窝电话通信标准进行通信的模式，并且其中，所述第二操作模式是所述移 动通信设备适于根据第二蜂窝电话通信标准进行通信的模式。
18、 如权利要求6所述的分频器，其中，在所述第一操作模式和所述 第二操作模式中可选择的一种中，所述分频器用于按照除数D对所述输入 信号进行分频，以产生所述分频器输出信号，其中，所述除数D包括整数 部分和小数部分。 '
19、 一种方法，包括提供分频器，其在第一操作模式中可以以第一方式配置，并且在第二 操作模式中可以以第二方式配置，所述分频器包括前置分频器和多个模数 除法器级，其中，如果以所述第一方式配置所述分频器，那么所述前置分 频器和所述多个模数除法器级被配置为构成N级多模数除法器，该N级多 模数除法器对在分频器输入导线上的输入信号进行分频，并产生分频器输 出信号，其中，如果以所述第一方式配置所述分频器，那么所述前置分频 器不执行除法功能，其中，如果以所述第二方式配置所述分频器，那么所 述前置分频器就对在所述分频器输入导线上的输入信号进行分频，并产生 前置分频器输出信号，其中，如果以所述第二方式配置所述分频器，那么 所述多个模数除法器级被配置为构成M级多模数除法器，其对所述前置分 频器输出信号进行分频，并产生所述分频器输出信号，其中M小于N;并 且配置所述分频器以在所述第一操作模式或所述第二操作模式中可选择 的一种中操作。
20、 一种分频器，包括 前置分频器； 多个模数除法器级；以及模块，用于在第一操作模式中配置及控制所述前置分频器和所述多个 模数除法器级，从而禁用所述前置分频器，且使得所述多个模数除法器级 中的N个级形成N级多模数除法器，该N级多模数除法器依据除数D对分 频器输入信号进行分频，以产生分频器输出信号，并且其中，所述模块还 用于在第二操作模式中配置及控制所述前置分频器和所述多个模数除法器 级，以使得所述前置分频器对所述分频器输入信号进行分频，并输出前置 分频器输出信号，且使得所述多个模数除法器级中的M个级形成M级多模 数除法器，该M级多模数除法器对所述前置分频器输出信号进行分频，以 产生所述分频器输出信号，其中，在所述第二操作模式中，所述前置分频 器和所述M级多模数除法器一起操作，以依据所述除数D对所述分频器输 入信号进行分频，以产生所述分频器输出信号，其中，所述M个模数除法 器级是所述N个模数除法器级的子集。
21、 如权利要求20所述的分频器，其中，所述模块包括sigma-delta调 制器，其中，所述除数D可以包括非O的小数部分。
22、 如权利要求20所述的分频器，其中，所述分频器可在所述第一操 作模式运行，但实际上没有在所述第一操作模式中运行，而是仅运行在所 述第二操作模式中。
23、 如权利要求20所述的分频器，其中，所述分频器可在所述第二操 作模式运行，但实际上没有在所述第二操作模式中运行，而是仅运行在所 述第一操作模式中。
全文摘要
在移动通信设备(例如，蜂窝电话)中，存在本机振荡器。本机振荡器包括一个新颖的分频器，其包括一个新颖的可配置多模数除法器(CMMD)。该分频器可配置为多种结构中可选择的一种，这些结构包括同步和异步电路的不同组合。在每种结构中，分频器产生一定量的噪声，并消耗一定量的功率。功耗与在该模式中产生的噪声呈松散的反比关系，最高功耗产生最小噪声量，反之亦然。移动通信设备可在多种不同通信标准(例如GSM、CDMA1X和WCDMA)之一中运行。这些不同通信标准针对分频器提出了不同的噪声要求。通过使用满足所用标准的噪声要求的最低功率结构，减小了蜂窝电话的功耗。
文档编号H03L7/00GK101371444SQ200780002229
公开日2009年2月18日 申请日期2007年1月11日 优先权日2006年1月11日
发明者C·纳拉通, 苏文俊 申请人:高通股份有限公司