用于锁相环的环路滤波器的电荷泵引导系统和方法

专利名称：用于锁相环的环路滤波器的电荷泵引导系统和方法
技术领域：
本发明涉及频率合成器系统和方法，并且特别是和锁相环有关联。
频率合成器系统和方法被广泛地使用在无线电通信中，以便产生准确的不连续的频率步幅。频率合成器系统和方法一般地包括锁相环PLL在内。


图1图解表示的是包括锁相环的传统数字频率合成器。如图1所示的那样，锁相环100包括受控制的振荡器，比如压控振荡器(VCO)110，该振荡器对频率控制输入信号112响应，从而产生输出频率114。输出频率114被施加到对分频器控制输入122响应的可编程分频器120，以使输出频率114分频，因此产生分频的信号124。相位检测器130也被称为相位比较器，它比较经过分频的信号124和基准频率信号132，以便在频率或相位不相同的情况下产生误差信号134。基准频率信号132也可以由诸如晶体振荡器的稳定频率源产生，还可以使用基准分频器下分频。
误差信号134在环路滤波器140中滤波。这样，环路滤波器140对误差信号134滤波，以便给受控制的振荡器产生频率控制输入信号112。通过控制可编程的分频器120以不同的N值分频，例如采用N控制比特作为分频器控制输入122，受控振荡器110所产生的输出频率114能够控制在基准频率信号132的任何一个整数倍数，即以基准频率的不连续步幅加以控制。
在很多的频率合成器应用中，通常希望能够迅速地调谐到新输出频率。不巧的是，环路滤波器可能妨碍快速调谐的进行。从而，众所周知的是在调谐期间改变环路滤波器的特性以增加其带宽。
图2图解了传统环路滤波器的140’的第一实施例。如图所示，环路滤波器140’包括由串联连接的电阻R和电容C1构成的积分电路202。另外，第二电容C2与积分电路202并联设置。为了提高锁相环的调谐速度，众所周知的是为环路滤波器140提供主电荷泵204。主电荷泵204直接或者间接地对误差信号134起反应，从而加速电荷向环路滤波电容的转移。电荷泵产生被用来给电容C1和C2充电或者放电的泵电流Ip。
出于环路稳定性原因，C1一般地在数值上比C2大得多。因此，将电荷转移到C1的时间长度一般支配着锁相环锁定到新频率上所需的时间。从而，众所周知的方法是通过增加主电荷泵204的输出电流Ip来增加环路带宽。由于增加电荷泵电流一般也会使阻尼因子减少，所以一般的做法是将一个补充性的电阻切换到环路滤波器中以维持阻尼因子为常数。从而，如图3所示，众所周知的办法是提供包括补充性电阻Rs和比如场效应晶体管302的开关在内的环路滤波器140″，以便将该补充性电阻Rs切换到环路滤波器140″中，并且维持阻尼因子为常数。以快速锁定电路方案而知名的这种补充性电阻和开关使用在国家半导体公司市场出售的频率合成器中，如“National Semiconductor Products for WirelessCommunications Databook″，1997，第1-98页所描述的那样。
另外，众所周知的技术还包括除了主电荷泵外还提供内装(integral)的电荷泵。从而，如图4表示的那样，环路滤波器140除主电荷泵204以外还包括内装的电荷泵402。内装的电荷泵402和主电荷泵204直接或者间接地响应来自图1的相位检测器130的误差信号134。如图所示，内装的电荷泵402经连接使得它能直接给电容C1充电或者放电。这样，内装的电荷泵电流I1能施加到电容C1上，从而电荷泵不会为电压干线所限。然后内装的电荷泵402在一个短的时间之后被误差信号134关断，以允许锁相环稳定在所期望的频率上。
不巧的是，使用图2-4的环路滤波器锁定锁相环到某一个新频率上可能会花过长的时间。特别是，使用这些环路滤波器进行锁定一般需要多个基准周期。例如，对于在诸如GSM电话之类的蜂窝电话应用中使用的快速锁定环，所述周期数也许在160左右。这限制了锁相环能够改变频率的速度。
现在将阐述有关频率改变的特定例子。假定锁相环100是在N＝3937的情况下被锁定的。输出频率是944.88MHz，基准频率132是240kHz，电荷泵产生的电流是2.5mA而VCO110有50MHz/V的增益或灵敏度。此外，设定R＝7.SkΩ，C1＝39nF，并且C2＝1nF。
当新的N值被载入的时候，它一般与基准脉冲同步。这样，如果N被改变为4037，电荷泵在下一个基准周期后大约105.8nS的时间来说有效的，这是因为对于该前一周期来说VCO一直工作在944.88MHz。参看图5。这对于电荷泵来说转化为0.160弧度的相位误差和仅仅为2.5％的占空比。
如果忽略瞬态特性，VCO控制电压将一般增加(2.5MA*105.8nS)/40nF＝6.61mV。这等同于944.88+(0.00661V*15MHz/V)＝944.98MHz的VCO频率。再次忽略瞬态现象，fvco/N脉冲在下一个比较周期将滞后于基准脉冲大约(105.8+105.4nS)-211.2nS。电荷泵的占空比增加，但仅增加到5.1％。从而，电荷泵在大部分时间内将处于关断状态，直到发生明显的相位误差。相位误差和经时间平均的电荷泵输出之间所产生的关系用图6表示。
图6的曲线图假定图4的主电荷泵204和内装的电荷泵402实际上各自由两个电荷泵构成，一个把电荷泵入(充电，或者汇入)相关电容的正(P)充电泵，和把电荷抽出(放电，或者抽取)相关电容的负(N)电荷泵。图6所示的关系适用于对于图7所示的检测器拓扑而言沿正或负方向单调累积起来的相位误差。图7的检测器对于那些在本领域中的技术人员是很熟知的，它的一个例子是在PhilipsData Handbook IC17，Philips Semiconductors，1996，第744页所描述的飞利浦半导体集成电路SA7025。图7线路的时序图被表示在图8。单调性意味着在不知道相位/频率检测器的状态的情况下，-π和+π是无法区别的。这样，电荷泵是吸取还是汇入电流取决于图7的触发器在fvco/N脉冲出现之前是否已经被复位了。由于触发器的状态取决于它们的历史，绝对相位不足以预测它们的特性。
因此，传统的电荷泵都做得较大，这样他们吸取或者汇入大量的电流，因为它们的占空比和相位误差有关，因此在频率调整的早期充分低于100％。这样，为了把大量的电荷在短的可行时间内转移到C1，电荷泵204和402一般必须流过大的电流。吸取或者汇入大电流的要求可能增加锁相环的成本和/或可能增加集成电路锁相环的小片尺寸。
因此提供改进的锁相环、环路滤波器和相关方法是本发明的目的。
提供能迅速地锁定到新频率上的锁相环、环路滤波器和相关方法是本发明的另一个目的。
提供能不需要过大的电荷泵而迅速地锁定到新频率上的锁相环、环路滤波器和相关方法是本发明的另一个目的。
根据本发明这些和其他的目的可以通过一个内装电荷泵引导控制器实现，该引导控制器迫使锁相环的环路滤波器的内装电荷泵给电容充电或者放电达一个独立于相位检测器误差信号的预定时间。此后，内装电荷泵引导控制器响应相位检测器误差信号而被激活。因此锁定时间得以减少，同时允许电荷泵的尺寸和成本得以约化。
本发明源自于当锁相环锁定于第一频率并且希望能将它锁定到第二频率的时候拟增加到环路滤波器或者从环路滤波器中去除的电荷的数量能被预先确定的认识。特别是，由于环路滤波器中电容的数值，压控振荡器的增益和期望的频率改变的大小均为人所知，拟增加到环路滤波器或者从环路滤波器中去除的电荷量可以事先决定。从而，并非依赖误差信号来激活内装电荷泵，而是可以将内装电荷泵激活一段时间，在这段时间内所需的电荷量将增加到环路滤波器中或者从环路滤波器中去除。此后，对内装电荷泵的独立控制被终止，并且允许电荷泵为误差信号控制，使得锁相环能够被锁定。或者，此后内装电荷泵可以被停用。
根据本发明的锁相环包括一个响应于频率控制输入信号从而产生输出频率的受控振荡器。一个可编程的分频器对分频器控制输入和输出频率作出响应，根据分频器控制输入信号的要求对输出频率分频，由此产生分频信号。相位检测器对分频的信号和基准频率信号作出响应，并对分频的信号和基准频率信号比较，由此产生误差信号。一个环路滤波器将误差信号滤波，并由此产生频率控制输入信号。
环路滤波器由包括电阻和电容的积分电路、给电容充电或者放电的内装电荷泵和内装电荷泵引导控制器组成。内装电荷泵引导控制器强迫内装电荷泵给电容充电或者放电达独立于误差信号的一段预定时间。此后，内装电荷泵引导控制器使内装的电荷泵停用，或者允许内装的电荷泵根据误差信号的要求被激活，这样，锁相环能够被锁定。所述预定时间可以以使用电荷泵能够提供的电流将电流从电容中吸取出来或汇入电容中所需要的相位比较器的周期数为依据。
在本发明的优选实施例中，内装电荷泵引导控制器包括连接到内装电荷泵的计数器，以一个表示独立于误差信号的预定时间的计数值装载计数器的电路，和激活计数器使得对独立于误差信号的预定时间计数的电路，由此强迫内装电荷泵在预定时间内给电容充电或者放电。计数器优选是一个从计数值倒计数到零的递减计数器，由此在该预定时间内激活内装电荷泵。
根据本发明的另一方面，内装电荷泵包括给电容充电的正的内装电荷泵和给电容放电的负内装电荷泵。内装电荷泵引导控制器在独立于误差信号的预定时间内激活正的内装电荷泵和负的内装电荷泵中的一个。特别是，提供一个允许正的内装电荷泵和负的内装电荷泵中的一个启用的电路。该内装电荷泵引导控制器在独立于误差信号的预定时间内激活正的内装电荷泵和负的内装电荷泵中的被启用电荷泵。
在本发明的优选实施例中，内装电荷泵引导控制器包括一个储存了包括一个符号位和多个幅度位在内的数值的寄存器。符号位连接至那个允许正的内装电荷泵和负的内装电荷泵中的一个启用的电路。所述多个幅度位和计数器相连接。这样，频率之差的符号将决定电容是否需要被充电或者被放电，并且，正和负的电荷泵中适当的一个将在预定时间被激活。
另外，环路滤波器还可以包括与积分电路并联连接的第二电容。所述预定时间可以由下列关系决定t=f2-f1KVCO·Ii·(C1+C2)]]>这里t是预定的时间，f2是所希望的输出频率，f1是当前的输出频率，Kvco是压控振荡器的灵敏度常数，Ii是内装电荷泵产生的电流，C1是第一(积分电路)电容的值，并且，C2是第二电容的值。或者，由于压控振荡器灵敏度、内装电荷泵所产生的电流和电容值都为人所知，这些值能完全转换为常数，这样预定时间能够由t＝(NM2-NM1)(z)确定，这里t是预定时间，NM2是新的分频器控制输入值，NM1是当前的分频器控制输入值，并且，z是常数。
因此，提供对内装电荷泵的开环控制。内装电荷泵在预定的时间内被激活，它能够注入或者去除所需要的电荷，并且和误差信号无关。因此得以使用较大数量的电荷泵工作信号，并且，电荷泵的大小能被减少。另外，锁相环的稳定时间也能得到降低。另外，本发明还适用于环路滤波器的主电荷泵。另外，还提供了关联的方法。
图1是包括锁相环的传统的数字频率合成器的示意框图。
图2-4是锁相环的传统环路滤波器的示意框图。
图5是锁相环的传统相位检测器的时序图。
图6通过视觉图解传统相位检测器输出和相位误差的关系。
图7是传统相位检测器的方框图。
图8是图7的相位检测器的时序图。
图9是包括根据本发明的电荷泵引导控制的环路滤波器的示意框图。
图10是根据本发明的内装电荷泵引导控制器的实施例的方框图。
现在参考附图对本发明进行更为全面的阐述，在附图中显示了本发明的优选实施例。但是，本发明可以采用许多不同的形式加以实施，而不应解释为受下文所陈述的实施例的限制；而是，这些实施例被提供的目的是使本文对发明的披露将充分且完整，并将把本发明的精神充分地为本领域的技术人员所认识。全文中相似的标号指代相似的部件。
现在参考图9阐述根据本发明的环路滤波器。如图9所示的那样，环路滤波器940包括由电阻R和电容C1构成的积分电路902。第二电容C2可以与积分电路902并联连接。环路滤波器940产生频率控制输入信号112。环路滤波器940还包括响应误差信号134产生主电荷泵电流Ip的主电荷泵904。
环路滤波器940也包括内装的充电泵引导控制器950。内装的充电泵引导控制器950迫使内装电荷泵910在独立于误差信号134的预定时间内产生内装的电荷泵电流Ii。预定时间是作为目前输出频率，所期望的新输出频率，并且R、C1、C2和Ii的已知值的函数而预先计算的。因此，内装电荷泵910在足以给电容C1充电或者放电的预定时间内被迫使接通。这可以避免干线饱和，并导致锁相环迅速地锁定。
在预定时间之后，内装的充电泵引导控制器可以使内装电荷泵910无效。或者，内装电荷泵910也许再一次连接至误差信号134，这一点已经结合图4加以了描述。
图10是图9的内装的充电泵引导控制器950的实施例的方框图。如图10所示，内装的充电泵引导控制器950包括和内装电荷泵910相连接的计数器1010，和一个用代表独立于误差信号的预定时间的计数值装载计数器的电路。这样，计数器被激活，这样，它对和误差信号无关的预定时间计数，由此激活内装电荷泵以便对电容作预定时间的充或放电。优选的是，计数器从计数值倒计数到零，由此迫使内装电荷泵在预定时间内接通。
仍然参看图10，内装电荷泵910优选包括给电容C1充电的正内装电荷泵910P和将电容C1放电的负内装电荷泵910N。从而，内装的充电泵引导控制器950激活正的内装电荷泵910P和负的内装电荷泵910N中一个达预定时间之久。
更具体地，内装的充电泵引导控制器950包括寄存器1020，它储存了包括符号位1020a和多个幅度位1020b的一个数值。另外，多个高阶地址位1020e也被储存。根据一个选通信号，符号位1020a被装载入触发器1040之中，以产生一个符号位信号1050，该信号利用逻辑电路1060选择正的内装电荷泵910P和负的内装充电泵910N。通过将幅度位1020b载入计数器1010中并且让计数器计数至零，迫使正内装电荷泵910P和负内装电荷泵910N中被激活的一个电荷泵在由幅度位1020b给定的预定时间段内处于接通状态。只要计数器1010是非零值，或非门1070将利用逻辑线路1060激活正或负的内装电荷泵(910P、910N)中选定的一个电荷泵。
被保存在寄存器1020的数据中的高阶地址位1020c被地址逻辑电路1100、触发器1120和1130以及门1140和1150用来控制计数器1010和符号位触发器1040的操作。特别是，地址逻辑电路1100允许控制器950忽略用于其他芯片和/或合成器芯片的某些部分的指令。如果地址位1020c被恰当设置的话，控制器将仅仅对在寄存器1020中的数据作出应答。这可以通过采用带反相输入端和正输入端的与门而完成。地址逻辑电路1100的输出将仅仅在数据寄存器1020中可以得到正确的地址输入1020c的情况下才为高。
触发器1120避免控制器950在一个选通信号出现之前在正确地址位上开始工作。
触发器1130和门1140一起工作，以使计数器的载入和基准时钟变正的边沿同步。这使得将计数器1010递减计数到一个终止计数值(在本例中全为零)所需要的时间是一致的，而与选通事件和后来的变正时钟边沿之间的时间关系无关。这样门1140的输出将不会变为逻辑高，除非下列一系列条件得到满足；1.正确地址出现在数据寄存器1020的高位比特1020c中；2.选通信号具有变正的边沿，将触发器1120置位，并保持在逻辑高。
3.基准时钟有变正的边沿，将触发器1130置位。
门电路1040的变正转换将数据锁存在引导计数器1010中，使门电路1070的输出变高。门电路1070的逻辑高输出将门电路1150选通，把时钟信号交给计数器直到达到一个全部为零的终止计数值。那时，门电路1070将回到零输出逻辑电平，关断门电路1150。
预定值可以由下列方程式决定t=f2-f1KVCO·Ii·(C1+C2)---(1)]]>这里t是预定时间，f2是所期望的输出频率，f1是当前的输出频率，Kvco是压控振荡器的灵敏度常数，Ii是内装电荷泵产生的电流，C1是第一(积分电路)电容的数值，而C2是第二电容的值。方程1的符号将被装载到符号位1020a中，并将根据电荷泵是否需要吸取或汇入电流的情况被决定。载入计数器1010中的数值可以由用来对锁相环编程的微控制器计算。如果假定基准时钟被用来减少计数值，则载入计数器中的数值是Ncount=tfclk---(2)]]>这里Ncount是载入计数器中的数值，而fclk是基准时钟的频率。另外，也可以在锁相环中引入逻辑电路，以便根据当前和先前的分频值以及在于最初上电时被载入锁相环中的恒定换算值确定这一数值。这可以避免微控制器在每次改变频率的时候不得不载入额外的字。合成器可以根据下列方程式确定计数值Ncount＝(NM2-NM1)·z(3)这里NM2是新分频器控制输入值，NM1是当前的分频器控制输入值，而z是在加电时被载入合成器中的比例因子。z可以由下式确定z=(C1+C2)KVCO·Ii·NREF---(4)]]>这里Kvco是压控振荡器的灵敏度，而N(REF)是基准分频值。这样，时间t可以由所期望的分频器控制输入值和现有值之间的差乘以常数而确定。
现在给出的是根据本发明的内装电荷泵引导控制的两个极端的例子。在双重模式(模拟/数字的)的蜂窝无线电话中，锁相环可能面对两个极端。最为困难的频率变换可能是VCO在处于PCS(数字)模式的时候在发送和接收之间切换所作的35.04MHz跳频。锁相环可能仅有1.7ms来进行这种调节。如果采用8位来覆盖这一范围，那么可以提供137.41kHz的引导步幅清晰度。这在环路滤波器和VCO的预期容差的情况下应当远远足够了。在采用19.44MHz的时钟基准的情况下，计数器将被激活13.1μs，或者假定相位检测器基准频率为240kHz的话大约三个相位检测器基准周期。然后锁相环将有大约1.69ms来移进准确的频率。
对于电容值为40nF和Kvc0为75MHz/V的环路而言，内装电荷泵应当汇入/吸取1.42mA以便将足够的电荷送入环路中，从而在13.1μs移动VCO35 MHz。这明显少于在内装电荷泵中所需用的时间。由于内装电荷泵因它必须汇入的电流较大的缘故一般占据了整个小片面积较大比例的面积，因而即使在增加电路的情况下小片的面积也会得到降低。
另一极端也许是将VCO从PCS接收频带的顶端调谐到AMP(模拟)频带的底部。如果采用现在的频率方案，那么这包括141.39MHz的转移。给定上文所定义的步幅，则如果计数器要跨越这一缺口需要额外的两比特，加在一起是10比特。如果使用19.44MHz时钟，计数器将在最大为52.6μs的时间内保持有效。
因此，通过迫使内装电荷泵在引导VCO于其新频率附近(即在锁定带宽的范围内)足够长的时间段内处于接通状态，可以使VCO作高速切换，而不需要过大的电荷泵。那些本领域的技术人员将充分理解到主电荷泵和内装电荷泵均可利用电荷泵引导控制器根据电容值的比例加以控制。或者，主电荷泵可以例如如图7所示的那样以传统方法被控制，而内装电荷泵则如图10所示的那样加以控制。
在附图和说明书中，已经对本发明典型的优选实施例进行了披露，并且尽管采用的是特定的术语，它们仅仅是在一般而且描述性的意义下使用的而无意于作出限制，本发明的范围被陈述在下列权利要求书中。
权利要求
1.锁相环，包括受控振荡器，它对频率控制输入信号作出响应，产生输出频率；可编程分频器，它对分频器控制输入和输出频率作出响应，根据分频器控制输入将输出频率分频，并由此产生经分频的信号；相位检测器，它对分频的信号和基准频率信号作出响应，比较分频的信号和基准频率信号并且产生误差信号；以及环路滤波器，它对误差信号滤波，由此产生频率控制输入信号，环路滤波器包括包括电阻和电容的积分电路；给电容充电或者放电的内装电荷泵；和迫使内装电荷泵在独立于误差信号的预定时间内给电容充电或放电的内装充电泵引导控制器。
2.根据权利要求1所述的锁相环，其特征在于内装电荷泵引导控制器包括接在内装电荷泵上的计数器；以一个代表独立于误差信号的预定时间的计数值载入计数器的电路；和激活计数器使其对一个独立于误差信号的预定时间计数，由此迫使内装电荷泵在该预定时间内给电容充电或放电的电路。
3.根据权利要求2所述的锁相环，其特征在于计数器是一个从计数值倒计数到零的递减计数器，由此迫使内装充电泵给电容充电或放电达预定的时间。
4.根据权利要求1所述的锁相环，其特征在于内装电荷泵由给电容充电的正内装电荷泵和给电容放电的负内装电荷泵组成；并且内装电荷泵引导控制器激活正内装电荷泵和负内装电荷泵之一达和误差信号无关的预定时间。
5.根据权利要求2所述的锁相环，其特征在于内装电荷泵由给电容充电的正内装电荷泵和给电容放电的负内装电荷泵组成；内装电荷泵引导控制器还包括将正内装电荷泵和负内装电荷泵之一启用的电路；并且内装电荷泵引导控制器激活正内装电荷泵和负内装电荷泵中被启用的一个电荷泵达和误差信号无关的预定时间。
6.根据权利要求5所述的锁相环，其特征在于内装电荷泵引导控制器进一步包括储存包括一个符号位和多个幅度位的数值的寄存器；符号位和将正内装电荷泵和负内装电荷泵之一启用的电路连接；并且多个幅度位和计数器相连接。
7.根据权利要求1所述的锁相环，其特征在于环路滤波器还包括与积分电路并联的第二电容，所述预定时间由下式确定t＝(f2-f1)(C1+C2)/(Kvco)(Ii)这里t是预定的时间，f2是所希望的输出频率，f1是当前的输出频率，Kvco是压控振荡器的灵敏度常数，Ii是内装电荷泵产生的电流，C1是第一电容的值，并且，C2是第二电容值。
8.根据权利要求1所述的锁相环，其特征在于预定时间可以根据下列方程式确定t＝(NM2-NM1)(z)这里t是预定时间，NM2是新分频器控制输入值，NM1是当前的分频器控制输入值，而z是常数。
9.根据权利要求1所述的锁相环，其特征在于内装电荷泵引导控制器迫使内装电荷泵对电容充电或放电达和误差信号无关的预定时间，并且允许内装充电泵根据此后的误差信号而加以激励。
10.根据权利要求4所述的锁相环，其特征在于内装电荷泵引导控制器激活正内装电荷泵和负内装电荷泵中的一个电荷泵达和误差信号无关的预定时间，并且允许正内装电荷泵和负内装电荷泵中的一个电荷泵根据此后的误差信号而加以激励。
11.锁相环，包括受控振荡器，它对频率控制输入信号作出响应，产生输出频率；可编程分频器，它对分频器控制输入和所说输出频率作出响应，根据分频器控制输入将输出频率分频，并由此产生经分频的信号；相位检测器，它对分频的信号和基准频率信号作出响应，比较分频的信号和基准频率信号并由此产生误差信号；以及环路滤波器，它对误差信号滤波，由此产生频率控制输入信号，环路滤波器包括电容；给电容充电或者放电的电荷泵；和迫使电荷泵在独立于误差信号的预定时间内给电容充电或放电的电荷泵引导控制器。
12.根据权利要求11所述的锁相环，其特征在于电荷泵引导控制器包括接在电荷泵上的计数器；以一个代表独立于误差信号的预定时间的计数值载入计数器的电路；和激活计数器使其对所说独立于误差信号的预定时间计数，由此迫使电荷泵在该预定时间内给电容充电或放电的电路。
13.根据权利要求12所述的锁相环，其特征在于计数器是一个从计数值倒计数到零的递减计数器，由此迫使充电泵给电容充电或放电达预定的时间。
14.根据权利要求11所述的锁相环，其特征在于电荷泵由给电容充电的正电荷泵和给电容放电的负电荷泵组成；并且电荷泵引导控制器激活正电荷泵和负电荷泵之一达和误差信号无关的预定时间。
15.根据权利要求12所述的锁相环，其特征在于电荷泵由给电容充电的正电荷泵和给电容放电的负电荷泵组成；电荷泵引导控制器还包括将正电荷泵和负电荷泵之一启用的电路；并且电荷泵引导控制器激活正电荷泵和负电荷泵中被启用的一个电荷泵达和误差信号无关的预定时间。
16.根据权利要求15所述的锁相环，其特征在于电荷泵引导控制器进一步包括储存包括一个符号位和多个幅度位的数值的寄存器；符号位和将正电荷泵和负电荷泵之一启用的电路连接；并且多个幅度位和计数器相连接。
17.根据权利要求11所述的锁相环，其特征在于电荷泵引导控制器迫使电荷泵对电容充电或放电达和误差信号无关的预定时间，并且允许充电泵此后根据误差信号而加以激励。
18.根据权利要求14所述的锁相环，其特征在于电荷泵引导控制器激活正电荷泵和负电荷泵中的一个电荷泵达和误差信号无关的预定时间，并且允许正电荷泵和负电荷泵中的一个电荷泵此后根据误差信号而加以激励。
19.环路滤波器，它对锁相环的误差信号滤波，由此产生用于锁相环的频率控制输入信号，环路滤波器包括包含电阻和电容的积分电路；给电容充电或者放电的内装电荷泵；和迫使内装电荷泵在独立于误差信号的预定时间内给电容充电或放电的内装充电泵引导控制器。
20.根据权利要求19所述的环路滤波器，其特征在于内装电荷泵引导控制器包括接在内装电荷泵上的计数器；以一个代表独立于误差信号的预定时间的计数值载入计数器的电路；和激活计数器使其对所说独立于误差信号的预定时间计数，由此迫使内装电荷泵在该预定时间内给电容充电或放电的电路。
21.根据权利要求20所述的环路滤波器，其特征在于计数器是一个从计数值倒计数到零的递减计数器，由此迫使内装充电泵给电容充电或放电达预定的时间。
22.根据权利要求19所述的环路滤波器，其特征在于内装电荷泵由给电容充电的正内装电荷泵和给电容放电的负内装电荷泵组成；并且内装电荷泵引导控制器激活正内装电荷泵和负内装电荷泵之一达和误差信号无关的预定时间。
23.根据权利要求20所述的环路滤波器，其特征在于内装电荷泵由给电容充电的正内装电荷泵和给电容放电的负内装电荷泵组成；内装电荷泵引导控制器还包括将正内装电荷泵和负内装电荷泵之一启用的电路；并且内装电荷泵引导控制器激活正内装电荷泵和负内装电荷泵中被启用的一个电荷泵达和误差信号无关的预定时间。
24.根据权利要求23所述的环路滤波器，其特征在于内装电荷泵引导控制器进一步包括储存包括一个符号位和多个幅度位的数值的寄存器；符号位和将正内装电荷泵和负内装电荷泵之一启用的电路连接；并且多个幅度位和计数器相连接。
25.根据权利要求19所述的环路滤波器，其特征在于环路滤波器还包括与积分电路并联的第二电容，所述预定时间由下式确定t＝(f2-f1)(C1+C2)/(Kvco)(Ii)这里t是预定的时间，f2是所希望的输出频率，f1是当前的输出频率，Kvco是受控振荡器的灵敏度常数，Ii是内装电荷泵产生的电流，C1是第一电容的值，并且，C2是第二电容值。
26.根据权利要求19所述的环路滤波器，其特征在于预定时间可以根据下列方程式确定t＝(NM2-NM1)(z)这里t是预定时间，NM2是新分频器控制输入值，NM1是当前的分频器控制输入值，而z是常数。
27.根据权利要求19所述的环路滤波器，其特征在于内装电荷泵引导控制器迫使内装电荷泵对电容充电或放电达和误差信号无关的预定时间，并且允许内装充电泵此后根据误差信号而加以激励。
28.根据权利要求23所述的环路滤波器，其特征在于内装电荷泵引导控制器激活正内装电荷泵和负内装电荷泵中的一个电荷泵达和误差信号无关的预定时间，并且允许正内装电荷泵和负内装电荷泵中的一个电荷泵此后根据误差信号而加以激励。
29.环路滤波器，它对锁相环的误差信号滤波，由此产生用于锁相环的频率控制输入信号，环路滤波器包括电容；给电容充电或者放电的电荷泵；和迫使电荷泵在独立于误差信号的预定时间内给电容充电或放电的充电泵引导控制器。
30.根据权利要求29所述的环路滤波器，其特征在于电荷泵引导控制器包括接在电荷泵上的计数器；以一个代表独立于误差信号的预定时间的计数值载入计数器的电路；和激活计数器使其对所说独立于误差信号的预定时间计数，由此迫使电荷泵在该预定时间内给电容充电或放电的电路。
31.根据权利要求30所述的环路滤波器，其特征在于计数器是一个从计数值倒计数到零的递减计数器，由此迫使充电泵给电容充电或放电达预定的时间。
32.根据权利要求29所述的环路滤波器，其特征在于电荷泵由给电容充电的正电荷泵和给电容放电的负电荷泵组成；并且电荷泵引导控制器激活正电荷泵和负电荷泵之一达和误差信号无关的预定时间。
33.根据权利要求30所述的环路滤波器，其特征在于电荷泵由给电容充电的正电荷泵和给电容放电的负电荷泵组成；电荷泵引导控制器还包括将正电荷泵和负电荷泵之一启用的电路；并且电荷泵引导控制器激活正电荷泵和负电荷泵中被启用的一个电荷泵达和误差信号无关的预定时间。
34.根据权利要求33所述的环路滤波器，其特征在于电荷泵引导控制器进一步包括储存包括一个符号位和多个幅度位的数值的寄存器；符号位和将正电荷泵和负电荷泵之一启用的电路连接；并且多个幅度位和计数器相连接。
35.根据权利要求29所述的环路滤波器，其特征在于电荷泵引导控制器迫使电荷泵对电容充电或放电达和误差信号无关的预定时间，并且允许充电泵此后根据误差信号而加以激励。
36.根据权利要求32所述的环路滤波器，其特征在于电荷泵引导控制器激活正电荷泵和负电荷泵中的一个电荷泵达和误差信号无关的预定时间，并且允许正电荷泵和负电荷泵中的一个电荷泵此后根据误差信号而加以激励。
37.控制锁相环的方法，所说锁相环包括对频率控制输入信号作出响应从而产生输出频率的受控振荡器；可编程分频器，它对分频器控制输入和所说输出频率作出响应，根据分频器控制输入将输出频率分频，并由此产生经分频的信号；相位检测器，它对分频的信号和基准频率信号作出响应，比较分频的信号和基准频率信号并且产生误差信号；以及环路滤波器，它对误差信号滤波，由此产生频率控制输入信号，环路滤波器包括包含电阻和电容的积分电路；给电容充电或者放电的电荷泵；所说控制方法包括下列步骤迫使电荷泵在独立于误差信号的预定时间内给电容充电或放电。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于所说迫使步骤包括以一个代表独立于误差信号的预定时间的计数值载入计数器；和激活计数器使其对一个独立于误差信号的预定时间计数，并且迫使内装电荷泵在根据计数器的预定时间内给电容充电或放电。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于所说激活计数器的步骤包括递减计数器使计数值倒计数到零，由此迫使内装充电泵给电容充电或放电达预定的时间。
40.根据权利要求37所述的方法，其特征在于电荷泵由给电容充电的正内装电荷泵和给电容放电的负内装电荷泵组成；并且所说迫使步骤包括下列步骤激活正内装电荷泵和负内装电荷泵之一达和误差信号无关的预定时间。
41.控制锁相环的环路滤波器的方法，环路滤波器对锁相环的误差信号滤波，由此产生用于锁相环的频率控制输入信号，环路滤波器包括含有电阻和电容的积分电路和给电容充电或者放电的电荷泵；所说控制方法包括下列步骤迫使电荷泵在独立于误差信号的预定时间内给电容充电或放电。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于所说迫使步骤包括以一个代表独立于误差信号的预定时间的计数值载入计数器；和激活计数器使其对所说独立于误差信号的预定时间计数，由此迫使电荷泵根据计数值在该预定时间内给电容充电或放电。
43.根据权利要求42所述的方法，其特征在于所说激活计数器的步骤包括递减计数器从而使计数值倒计数到零，由此迫使内装充电泵给电容充电或放电达预定的时间。
44.根据权利要求41所述的方法，其特征在于电荷泵由给电容充电的正内装电荷泵和给电容放电的负内装电荷泵组成；并且所说迫使步骤包括下列步骤激活正内装电荷泵和负内装电荷泵之一达和误差信号无关的预定时间。
全文摘要
电荷泵引导系统和方法强迫锁相环的环路滤波器的电荷泵给电容充电,或者放电达独立于相位检测器误差信号的预定时间。此后,电荷泵作为对于相位检测器误差信号的响应被激活。从而,不是依靠误差信号来激活电荷泵,电荷泵可以被激活达一段时间,在这段时间内必要数量的电荷将添加或从环路滤波器中去除。由此锁定时间得以减少,同时允许电荷泵的尺寸和成本进一步约化。本发明优选应用到在锁相环中的内装电荷泵。
文档编号H03L7/093GK1269068SQ98808643
公开日2000年10月4日 申请日期1998年8月26日 优先权日1997年8月28日
发明者W·S·盖尼斯 申请人:艾利森公司