专利名称：频率合成的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用可控振荡器的频率合成技术，该可控振荡器包括在锁相环中，在该锁相环中，以互相不同的整数对于该振荡器输出信号的频率进行周期性分频，使得平均来看频率被除以某一数值，该数值等于整数N加上或者减掉一个绝对值小于1的分数。把这样产生的脉冲的相位与发源于基准信号的脉冲的相位加以比较，以此形成相位误差信号。为了抑制锁相环中相位跳动所引起的、出现在送到振荡器上的控制信号中的周期性变动，是把累加的校正值加到相位误差信号上还是从相位误差信号中把它减掉，取决于上述分数。
实际上，在频率合成器中，通常不可能在频率合成器中以足够小的增量来改变频率，对于每一个可能的、能够锁定的频率，输出信号的频率仅被除以单一的整数。这是因为在两个能够锁定的频率之间的最小频率增量或步长，等于在产生相位误差信号而执行相位比较时所在的频率。所以，当希望频率增量小时，就需要在非常低的频率来执行相位比较，使得在改变频率的期间内环路的锁定时间长到不能接受的程度。
在以整数、以引言中所描述的方法，对于输出信号的频率在频率合成器中进行周期性分频的情况下，在频率改变的期间内，能够在大于最小增量的大小的频率来执行相位频率比较。英国专利说明书1560233描述了一种根据这一原理而工作的频率合成器。利用这种频率合成器时，在锁相环中出现了相位跳动，这是由于以整数，例如，数值N和N+1，对于振荡器的频率进行周期性分频的缘故。这种相位跳动的大小最大等于振荡器输出信号的一个周期，即2π(弧度)。当对于振荡器信号的频率进行下分频时，所产生脉冲的最大跳动减小到2π/N。这意味着，加到相位误差信号上的、或者，从相位误差信号上减掉的校正值必须乘以一个正比于1/N的系数。但是，实际上，对于不同的整数N来说，在乘以N的倒数时，获得足够的精度是很困难的。
在实现本发明时，不需进行为了形成校正值而乘以一个正比于1/N的系数的乘法。而是在加上、或者减掉校正值以前，以系数N把相位误差信号放大。这一过程比把校正值乘以1/N要简单。例如，可以在分开的装置诸如模拟乘法器或乘法数一模转换器中，把相位误差信号放大。还可以把放大和形成相位误差信号一起进行，例如，在所谓充电泵中来放大电流。
相位误差信号的放大还提供了环路增益、环路阻尼系数和环路带宽都保持为常数这一优点。在其它情况下，作为频率改变的结果，这些参数将取决于1/N。
下面将参考附图更详细地描述本发明，其中，
图1示出已知的频率合成器；图2示出本发明频率合成器的示范性实施例；以及，图3示出在根据本发明而构成的频率合成器中的相位比较和放大装置配合工作的示范性实施例。
图1示出频率合成器的实例，该频率合成器基本上根据上述英国专利说明书1560233中所描述的原理而工作。标号20标出产生输出信号频率可变的可控振荡器，例如，所谓压控振荡器(VCO)。锁相环包括振荡器20，还包括计数器形式的可控分频装置22、相位比较装置14和低通滤波器18。在分频装置22中，至少以两个不同的整数，例如，数值N和N+1，对振荡器输出信号的频率进行周期性分频。例如，如果在四次分频中，以数值N对频率分频三次，以数值N+1对频率分频一次，则平均来看，将是以数值N加上分数1/4对于该频率进行分频。
在分频时，形成了脉冲，在比较器装置14中，把该脉冲的相位与从基准振荡器10通过分频装置12送来的脉冲的相位加以比较。从上述显而易见，由于来自分频装置12的基准脉冲之间的时间间隔为常数，而来自分频装置22的脉冲之间的时间间隔是变化的，所以，装置14所形成的相位误差信号出现了周期性变动。但是，来自装置22的脉冲的平均脉冲频率等于来自装置12的脉冲的脉冲频率。还是为了避免在传送给振荡器20的控制信号的周期性变动，形成了校正值，在附加装置16中把该校正值加到相位误差信号上，或者从相位误差信号中把它减掉。
下面把平均分频值偏离整数N的那个分数标为n。在数字累加装置24中，对于来自分频装置22的每一个脉冲累加该分数n，来确定校正值。在数--模转换器26中，把累加和转换成为模拟形式，此后，在附加装置16中，把该累加和加到相位误差信号上，或者从相位误差信号中把它减掉。当累加和超过数值1时，产生一个脉冲，把该脉冲传送给分频装置22，以便例如把除数暂时从N改变到N+1。于是，分频装置22在把下一个脉冲传送给相位比较装置14和累加装置24以前，计数来自振荡器20的N+1个脉冲。与此同时，把累加和减掉数值1，以后，就可以开始一序列新的工作了。
如上所述，来自分频装置22的脉冲的最大相位跳动正比于数值N的倒数，因此，送到附加装置16上的校正值也必须乘以1/N。这可以通过例如对于分频数N的每一个新值来调节数--模转换器的增益，或者通过把分数n乘以N的倒数，来实现。
图2示出根据本发明而构成频率合成器的示范性实施例。图2所示实施例包括放大装置28，把该放大装置28附加到图1所示频率合成器中的装置或部件上。放大装置28的功能是，在加上、或者减掉校正值以前，以系数N来放大来自相位比较装置14的相位误差信号。
因为相位误差信号已正比于数值N，所以，不需要使校正值正比于N的倒数了，与已知的频率合成器相比，这是一个优点。而且，环路增益、阻尼和带宽也都保持为常数。在其它情况下，在分频装置22中分频将引起环路增益、阻尼和带宽都随着N的改变而变化。
放大装置28可以包括诸如模拟乘法器、乘法数--模转换器，或者可编程阻尼装置。
图3示出组合起来形成单一器件的相位比较装置和乘法装置的示范性实施例。这一器件打算代替图2实施例的装置14和20。这一器件包括两个D触发器31和32，这两个D触发器31和32的时钟输入端接受来自各自脉冲串的脉冲。这两个D触发器和“与”门33产生启动两个电流反射镜的信号。一个电流反射镜是P型的、包括标号为34--36的P型场效应晶体管。另一个电流反射镜是n型的、包括标号为37--40的n型场效应晶体管。这两个电流反射镜用作两个脉冲控制的电流发生器，当启动一个电流反射镜时，它向公共输出线41传送正电流I，当启动另一个电流反射镜时，它向公共输出线41传送负电流I。这样，在各时限内，能够增加或者减少积分电容器上的电荷，这种时限取决于这两个脉冲串之间的相位差。例如，如果引自基准振荡器10的脉冲处于引自受控的振荡器20的脉冲之前，则在从引自基准振荡器的脉冲串中出现脉冲时开始、到引自受控的振荡器的脉冲串中出现脉冲时为止的这一时限内，应该对于该积分电容器充电。因为积分电容器充电了，所以，振荡器20的控制电压将增大，于是，使频率提高。
借助于在一些输入端42、43、44，等等上的数字字，能够控制分别送到公共输出线41上的或者从公共输出线41上送来的脉动电流的幅度I。把这种输入端连接到具有电阻值R、2R、4R等等的二进制加权的电阻土。通过把二进制形式的数值N加到输入端42-44等等上，能够实现所需的、以数值N来放大的增益，于是，相位误差信号将正比于N。
当然，本发明也能够与不是以数值N和N+1的其它整数分频组合一起应用，例如，以数值N一1的。而且，上述放大能够正比于诸如数值N+1而不是数值N的系数来进行。
权利要求
1.一种关于形成控制信号的方法，该控制信号用于振荡器(20)上，该振荡器包括在锁相环中，在该锁相环中，通过至少以两个不同的整数(N、N+1)，对于该振荡器输出信号的频率进行周期性分频，使得平均来看频率被除以某个偏离所述整数之一(N)的一个绝对值小于1的分数的数值，来形成脉冲；还形成误差信号，该误差信号取决于所述脉冲与引自基准信号(10、12)的脉冲之间的相位差；还把校正值加到误差信号上，或者从误差信号中把它减掉，该校正值取决于所述分数，该校正值用来如抑制该锁相环中相位跳动所引起的、振荡器控制信号的周期性变动；这种方法的特征在于当形成所述误差信号时，以一个正比于所述整数之一(N)的系数把该误差信号放大，使得该误差信号取决于所述相位差和所述整数之一(N)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于借助于两个极性相反的脉动电流来形成误差信号，即，利用取决于所述相位差的控制信号来启动所述电流，把所述电流送到给定点上；其特征还在于以所述幅度正比于所述整数之一(N)的方式来控制所述电流幅度(I)。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于当形成误差信号时，首先形成第一信号，该第一信号取决于所述相位差、但不取决于所述整数(N、N+1)中的任何一个整数；其特征还在于随后以一个正比于所述整数之一(N)的系数放大第一信号。
4.一种用于频率合成的装置，这种装置包括受控的振荡器(20)，该受控振荡器包括在锁相环中，用来产生频率可变的信号；用来通过至少以两个不同的整数(N、N+1)，对于该振荡器信号的频率进行周期性分频，来形成脉冲的装置(22)；用来形成取决于所述脉冲与引自基准信号的脉冲之间的相位差的误差信号的装置(14)；用来通过把该绝对值小于1的分数累加起来，来形成校正值的装置(24、26)；以及，用来把该校正值加到误差信号上，或者从误差信号中把它减掉的装置(16)；这种频率合成装置的特征在于所述用来形成误差信号的装置包括了打算以一个正比于所述整数之一(N)的系数、并使得误差信号取决于所述相位差及所述整数之一(N)的方式，影响放大量的装置(28，34--40，R、2R、4R)。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于所述误差信号形成装置包括其功能用来形成第一信号的第一装置(14)，该第一信号取决于所述相位差、但不取决于所述整数(N、N+1)中的任何一个整数；其功能用来以一个正比于所述整数之一(N)的系数，放大所述第一信号的第二装置(28)。
6.根据权利要求4的装置，其特征在于所述误差信号形成装置包括用来形成取决于所述相位差的两个脉动控制信号的装置(31-33)；打算利用所述两个脉动控制信号中的每一个脉动控制信号来启动相应的那一个电流发生装置，并且在两个电流发生装置处在已启动的状态时，对公共点分别提供正电流或负电流(I)的两个电流发生装置(34--40)、以及，用来形成正比于所述整数之一(N)的控制量的装置(R、2R、4R)；其特征还在于能够以一种使得所述电流的幅度(I)正比于所述控制量的方式对于该电流发生装置(34--40)进行控制。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于该电流发生装置(34--40)包括两个电流反射镜。
全文摘要
本发明为用在锁相环中的可控振荡器的频率合成技术，以不同的整数在该环中对振荡器输出信号频率进行周期性分频，频率被一数值除，该数值等于整数N加或减一个绝对值小于1的分数。把这样形成脉冲的相位与基准信号的脉冲相位比较，形成相位误差信号。为抑制相位跳动引起的振荡器控制信号的周期性变动，把校正值加到相位误差信号上或从中减掉，该校正值取决于上述分数。以系数N把相位误差信号放大。使环路带宽还保持常数。
文档编号H03L7/089GK1053717SQ91100220
公开日1991年8月7日 申请日期1991年1月15日 优先权日1990年1月15日
发明者保罗·W·登特 申请人:艾利森电话股份有限公司