专利名称：时钟发生器和使用此时钟发生器的数字或电话便携式终端的制作方法
本申请要求在2000年1月6日提交的日本专利申请号2000-005785的优先权，其内容引入作为参考。
本发明涉及时钟发生器，并且更具体地涉及数字便携式电话终端等中用于基准时钟生成的时钟发生器。
便携式电话等无线电通信终端需要一个精确和高稳定的时钟作为其组成电路的操作的基准。这样的便携式电话终端具有用于控制它自己的时钟发生器的振荡器(例如，晶体振荡器)的频率以匹配从基站接收的波的电路，此电路通常被称为AFC(自动频率控制)电路。现有技术的AFC电路示例公开在例如日本专利公开文献JP9-199997和日本专利公开文献JP10-284997中。使用这样的时钟发生器的接收机的现有技术示例公开在例如日本专利公开文献JP7-202737中。PLL(锁相环)的现有技术示例公开在例如日本专利公开文献JP8-251019中。
采用使用AFC电路控制的时钟的系统(下文称为主系统)的多系统终端等也采用利用晶体振荡器等的频率的共存系统(下文称为子系统)。图6表示这样的终端的一个示例。如图所示，此终端包括主系统611和接收从中提供的系统时钟的子系统612。主系统611是用于便携式终端(即，便携式电话终端)的当前PDC或下一代的WCDMA系统。或者，主系统611可以是PHS(个人手持电话系统)。子系统612从属于这样的主系统并且可以是例如蓝牙系统。
在便携式电话终端中，基准时钟发生器应高度准确。作为基准时钟发生器，一般使用TCXO(温度补偿晶体振荡器)。在多系统中，由于组成部分的增加，每个系统中TCXO的使用是不希望的，并且在要求尺寸小与重量轻的便携式远程终端中特别不利。因此，如图7的方框图所示，在单个主系统中提供TCXO70，并且其输出时钟用于多个PLL电路中，即，用于无线电终端侧PLL电路(第一PLL电路)71、用于主系统控制PLL的控制电路时钟发生器72(第二PLL电路)和用于子系统比率或控制部分PLL的蓝牙时钟发生器(第三PLL电路)73中。
图8是表示一般PLL电路的方框图。此电路包括TCXO 80；AFC电路81；分频器A82；寄存器83、86与89；相位比较器84；电荷泵85；VCO(电压控制振荡器)87和分频器B 88。寄存器83与89分别控制分频器A82与B82的分频比率。寄存器86控制相位补偿器84和电荷泵85。具有此PLL结构的电路操作，以使TCXO 80的输出频率fr除以分频器A82的分频比率Da得到的值等于VCO 87的输出频率fo除以分频器B88的分频比率Db得到的值。即，fr/Da=fo/Db……(1)等式(1)可以变换成下面的等式(2)fo=fr×Da/Db……(2)结果，通过将TXCO 80的输出频率乘以分频器82与88的分频比率来确定VCO 87的输出。因而能通过利用寄存器83与89改变分频比率获得所需频率上的输出。
现在将结合图9描述例如便携式电话终端的一般AFC功能。此功能是将终端同步到从BTS(基站收发信机)接收的波。图9所示的系统包括具有天线91、天线92、无线电电路93、包括加法器/平均差错计算电路95与D/A(数字-模拟)电路96的AFC电路94以及TCXO97的BTS 90。
从BTS 90接收的波由于诸如传播路径中的衰落的原因而瞬时变化。即使在这样的情况中，AFC电路94也适于与接收的波同步。无线电单元93解调从BTS90接收的高频波以提供基带输出。AFC电路94中的加法器/平均差错计算电路95计算相位差错，并且D/A变换器96 D/A变换此相位差错并将得到的模拟电压馈送给TCXO97。
在图7所示的系统中，子系统(蓝牙)PLL的时钟不应变化。虽然，如前所述，AFC电路81引起的TCXO 80的基准频率变化引起VCO 87的输出频率中的相应变化。如上所述，子系统中的频率变化是不希望的(因为所得到的电路操作的不利影响)，并且希望子系统使用不受例如在主系统中使用的AFC功能的影响的时钟。
本发明因此具有提供一种时钟发生器的目的，此时钟发生器用于具有主系统与子系统的系统中并允许子系统生成不受主系统中使用的AFC功能的影响的时钟。
根据本发明的一个方面，提供用于包括利用AFC(自动频率控制)控制的TCXO(温度补偿晶体振荡器)和利用主系统提供的系统时钟操作的子系统并包括具有相位比较器与VCO(电压控制振荡器)的PLL(锁相环)电路的多个系统的一种时钟发生器，其中PLL电路中分频器的分频比率根据AFC电路的输出进行补偿以吸收AFC引起的相位变化。
利用AFC电路控制的PLL电路中的分频器是用于分频TCXO的输出的第一分频器。利用AFC电路控制的PLL电路中的分频器是用于分频VCO的输出的第二分频器。此时钟发生器还包括一个寄存器，用于根据AFC电路中的相位变化改变分频器的分频比率。此时钟发生器还包括用于检测TCXO的温度的温度传感器和用于存储温度传感器中获得的检测温度数据与TCXO的特性变化数据的存储器，在根据AFC电路的输出进行分频比率补偿时参考此存储器中存储的数据。此时钟发生器还包括具有在VCO的前一级上提供的脉冲波形补偿电路的电荷泵。
根据本发明的另一方面，提供一种时钟发生器，包括利用AFC(自动频率控制)电路控制的TCXO(温度补偿晶体振荡器)、用于分频TCXO的输出的第一分频器、用于接收第一分频器的输出作为一个输入的相位比较器、用于接收相位比较器的输出的电荷泵、用于根据电荷泵的输出电压馈送出振荡频率的VCO(电压控制振荡器)、用于分频VCXO的输出并将分频的结果作为另一输入馈送给相位比较器的第二分频器和用于检测TCXO的温度的温度传感器，此AFC电路根据温度传感器中检测的温度和TCXO的频率变化数据执行TCXO的控制。
根据本发明的其他方面，提供包括前面定义的时钟发生器的数字便携式终端或便携式电话终端。
根据本发明的时钟发生器应用于具有两个共存系统，即，主系统与子系统，(下文称为多系统)的终端，其中子系统的系统时钟根据主系统的系统时钟来生成，并且具有可以给子系统提供稳定的系统时钟以消除由于主系统AFC功能而可能引起的系统时钟变化的效果。
从下面参考附图的描述中将明白本发明的其他目的和特点。
图1是表示根据本发明的时钟发生器的优选实施例的电路结构的方框图；图2表示图1所示的时钟发生器1中的电荷泵6与前一级相位比较器5的一个结构示例；图3表示图1所示的电荷泵6’与前一级相位比较器5的一个不同示例；图4(a)-4(c)是TCXO 1的v-f(电压对频率)特性、D/A变换器的输入比特对电压特性和VCO 3的V-f特性的图表；图5是用于描述图1-3中所示的电荷泵6的操作的视图；图6表示包括主系统与子系统的一般终端的一个示例；图7是图6所示的系统中的时钟发生器的方框图；图8是表示一般PLL电路的方框图；和图9是用于实现AFC功能的电路结构。
现在将参考附图描述本发明的优选实施例。
图1是表示根据本发明的时钟发生器的优选实施例的电路结构的方框图。此时钟发生器包括TCXO 1、分频器A(第一分频器)2、VCO3、分频器B(第二分频器)4、相位比较器5、电荷泵6、寄存器(即，寄存器A-C)8、温度传感器9、计算器10、ROM(只读存储器)11和AFC电路12。TCXO 1接收AFC电路12的输出并将其振荡输出f(TCXO)馈送给分频器A2。分频器A2将其分频输出fr馈送给相位比较器5的一个输入端。分频器B4分频VCO3的输出，并将其分频输出fp馈送给相位比较器5的另一输入端。相位比较器5比较这两个分频输出fr和fp的相位。计算器10对从温度传感器9输出的信号与通过ROM 11从AFC电路12输出的输出信号进行计算并将计算结果馈送给寄存器8。
图2表示图1所示的时钟发生器1中的电荷泵6与前一级相位比较器5的一个结构示例。此示例中的电荷泵6具有一对电阻61与62、连接到电阻62的输入端的反相器(即，倒相电路)63和串联连接在电源与地之间并分别具有其连接到电阻61与62的输出端的门的一对补偿MOS晶体管64与65。相位比较器5从分频器A2与B4中接收分频输出fr与fp并生成加泵(Pump-up)与减泵(pump-down)信号pu与pd。加泵与减泵信号pu与pd分别馈送给电阻61与反相器63的输入端。MOS晶体管64与65因而进行通一断操作，以便从其公用漏极连接点获得输出信号Do。此输出信号Do馈送给图1所示的VCO3，用于VCO的振荡频率控制。
图3表示图1所示的电荷泵6’与前一级相位比较器5的一个不同示例。电荷泵6’具有脉冲波形补偿电路7、一对电阻61与62及一对补偿MOS晶体管64与65。脉冲波形补偿电路7利用接收图1所示的计算器10的输出的寄存器8中的寄存器C的输出进行控制，并将相位补偿(或差分)脉冲输出馈送给电阻61与62的输入端。
现在将描述根据本发明的图1-3所示的上面的时钟发生器的操作。其分频比率利用来自寄存器8中的寄存器A的预置值来确定的分频器A2分频TCXO 1的振荡输出，并将其输出信号fr馈送给相位比较器5的一个输入端。TCXO 1接收AFC电路12的输出并受此输出控制。因此，现在将描述其中TCXO 1的振荡频率由于AFC功能而经历变化的情况。如果知道对应于D/A变换器输出的TCXO 1的输出频率，则能消除TCXO 1的输出频率的变化。温度传感器9总在检测TCXO 9的温度。预定温度范围中TCXO 1的特性存储在ROM 11中。利用寄存器8中正的重写寄存AFC电器12的相位补偿数据。
如果f(TCXO)/N=fr，能通过计算确定对应于经历变化的TCXO 1的输出频率的f’(TCXO)的f’(TCXO)/Mfr中的M。现在将参考图4的图表描述此操作。图4(a)是TCXO 1的V-f(电压对频率)的图表。图4(b)是D/A变换器的输入比特对电压特性的图表。图4(C)是VCO 3的v-f特性。将明白，TCXO 1、D/A变换器与VCO 3的V-f与其他特性基本上是线性的。因此，AFC控制的D/A变换器控制值存储在ROM 11中。随后，在用于控制TCXO1的D/A变换器控制值由于AFC电路12输出的控制信号而变化时，将正确的值写入分频比率寄存器A中。
通过控制替代分频器A2的分频器B4的值也可以获得相同的结果。特别地，分频器B4根据寄存器8的寄存器B中的预置值执行分频。如果TCXO 1的频率变化，则有可能利用假定f(TCXO)/N=f(VCO)/M的计算得到(TCXO)/N=f(VCO)/M’中给定的M’，因而可获得如图4(C)所示的VCO3的V-f特性，从而有可能实现与上述相同的控制。
与上述情况一样，在TCXO 1的频率变化时，分频器A2与B2不再同相，并因此电荷泵6用于使这些分频器具有相互同相的关系。然而，在AFC功能引起频率变化的情况中，有可能通过将计算器10中计算的结果写入寄存器8的寄存器C中并利用图3所示的脉冲波形补偿电路7引起的实际脉冲时长变化校正VCO3的控制电压来控制VCO3的输出为恒定。
图5是用于描述图1-3中所示的电荷泵6的操作的视图。在此图中，标号(a)是分频器A2的输出脉冲信号fr，标号(b)是分频器B4的输出脉冲信号fp，标号(c)是相位比较器5的加泵信号pu，标号(d)是相位比较器5的减泵信号pd，并且标号(e)是电荷泵6的输出脉冲信号Do。输出脉冲信号Do馈送给VCO以控制其频率。当信号fr相位超前于信号fp时，pu与pd分别为“低”和“高”，并馈送正电压“高”作为Do。另一方面，当信号fr相位滞后于信号fp时，pu与pd分别为“高”和“低”，并馈送负电压“低”作为Do。当信号fr和fp同相时，电荷泵6的输出脉冲信号Do为零。
在使用包括图3所示的脉冲波形补偿电路7的电荷泵6’时，加泵和减泵信号pu与pd的脉冲持续时间根据AFC的控制范围进行控制。
从前面已经明白，根据本发明的时钟发生器具有显著的实际效果，即有可能以稳定频率给子系统提供系统时钟，此子系统从主系统中接收其系统时钟而不管主系统中提供的AFC功能如何。
本领域技术人员将想到结构的变化并且可以进行各种显而易见的不同修改与实施例而不背离本发明的范畴。前面的描述与附图中提出的情况只用于示意。因此，前面的描述打算认为是示意性而不是限制性。
权利要求
1．用于多系统的一种时钟发生器，包括利用AFC(自动频率控制)电路控制的TCXO(温度补偿晶体振荡器)和利用主系统提供的系统时钟操作的子系统并包括具有相位比较器与VCO(电压控制振荡器)的PLL(锁相环)电路，其中根据AFC电路的输出补偿PLL电路中分频器的分频比率以吸收由于AFC电路引起的相位变化。
2．根据权利要求1的时钟发生器，其中利用AFC电路控制的PLL电路中的分频器是用于分频TCXO的输出的第一分频器。
3．根据权利要求1的时钟发生器，其中利用AFC电路控制的PLL电路中的分频器是用于分频VCO的输出的第二分频器。
4．根据权利要求1的时钟发生器，还包括用于根据AFC电路的相位变化改变此分频器的分频比率的寄存器。
5．根据权利要求1的时钟发生器，还包括用于检测TCXO的温度的温度传感器和用于存储在温度传感器中获得的检测的温度数据与TCXO的特性变化数据的存储器，在根据AFC电路的输出进行分频比率补偿时参考存储在存储器中的数据。
6．根据权利要求1的时钟发生器，还包括电荷泵，此电荷泵包括在VCO的前一级上提供的脉冲波形补偿电路。
7．一种时钟发生器，包括利用AFC(自动频率控制)电路控制的TCXO(温度补偿晶体振荡器)、用于分频TCXO的输出的第一分频器、用于接收第一分频器的输出作为一个输入的相位比较器、用于接收相位比较器的输出的电荷泵、用于根据电荷泵的输出电压馈送出一个振荡频率的VCO(电压控制振荡器)、用于分频VCXO的输出并将分频的结果作为另一输入馈送给相位比较器的第二分频器和用于检测TCXO的温度的温度传感器，此AFC电路根据温度传感器中检测的温度与TCXO的频率变化数据执行TCXO的控制。
8．一种数字便携式终端，包括权利要求1或7所述的时钟发生器。
9．一种便携式电话终端，包括权利要求1或7所述的时钟发生器。
全文摘要
一种用于多系统的时钟发生器,包括利用AFC(自动频率控制)电路12控制的TCXO(温度补偿晶体振荡器)1和利用主系统提供的系统时钟操作的子系统并包括具有相位比较器5与VCO(电压控制振荡器)3的PLL(锁相环)电路。PLL电路中分频器2、4的分频比率根据AFC电路12的输出进行补偿以吸收AFC电路12引起的相位变化。
文档编号H03L1/02GK1310570SQ0111166
公开日2001年8月29日 申请日期2001年1月6日 优先权日2000年1月6日
发明者小田敏之 申请人:日本电气株式会社