专利名称：具有预分频器的频率合成器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及频率合成器。更具体地，公开了一种具有预分频器(prescaler)的频率合成器。
背景技术：
频率合成器广泛用于通信系统中以产生具有所希望的工作频率的信号。图1是频率合成器实施例的框图。具有稳定频率的输入信号被发送到可编程参考分频器105以产生参考频率fref。参考频率被发送到相位频率检波器(PFD)115。
合成器的输出由在所希望的频率下振荡的电压控制振荡器(VCO)140产生。VCO的输出fout由锁相回路控制，其中双模数预分频器130根据VCO的输出来提供反馈信号fb。PFD115比较fb和fref，并根据该差值调节其输出。PFD的输出被发送到电荷泵120用于产生控制电压。控制电压被环路滤波器125滤波，并接着被发送到VCO140用于产生所希望的输出fout。fout的频率可通过改变fref的频率或fb的频率而改变。因此，频率合成器能产生系统所需的不同信道频率。
双模数预分频器130包括P和S计数器135和分频器145。分频器的模数是从两个整数常数中选择的，通常表示为N和N+1。用选定模数分频VCO的输出fout以产生时钟信号。S和P计数器135分别用该时钟计数到固定值S′和固定值P′。计数器控制N和N+1的选择，决定fb的频率，并且间接地决定fout的频率。
一般地，P′限定输出的频带，S′限定频带中的信道。有时降低最小S′是有用的，因此合成器能产生更多信道，其间的信道间隔更窄。然而，有时在产生的信道的数目和最低输出频率之间存在折衷。随着信道数目的增加，最低输出频率也增加。所得到的最低输出频率可能会不满足系统的需要。由于较低的参考频率会对合成器的性能产生不利影响，因此不能简单地通过降低参考频率解决这一问题。对频率合成器进行设计使其减轻上述折衷问题，允许产生更多的信道并保持低的最低输出频率，或许是有用的。如果能增加参考频率而不减少可产生的信道的数目，也将是理想的。
通过以下结合附图的详细描述，本发明将被容易地理解，其中相同的参考数字表示相同构件，其中图1是频率合成器实施例的框图。
图2A-2B是说明具有不同预分频器实现的频率合成器的输出频带和信道的频率图。
图3示出了用于根据本发明的预分频器实施例的时序图。
图4是说明根据本发明的预分频器实施例的框图。
图5是说明图4所示的预分频器的零件的电路图。
具体实施例方式
应当理解，本发明可用许多方式实现，包括作为方法、装置、系统、或诸如计算机可读存储介质或计算机网络的计算机可读介质，在计算机网络中程序指令通过光学或电子通信链路发送。应当注意，所公开的方法的步骤的次序可以在本发明的范围内改变。
下面将参照以举例方式说明本发明原理的附图详细描述本发明的一个或多个优选实施例。虽然结合这些实施例描述本发明，应当理解本发明并不局限于任何实施例。相反，本发明的范围仅由所附权利要求书限定并且本发明包含许多替换、修改和等价物。为了举例，在下面的描述中列出了许多具体细节以提供对本发明的全面理解。可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下根据权利要求实施本发明。为了明确起见，与本发明有关的在本技术领域中已知的技术材料没有被详细描述以便本发明不被不必要地混淆。
公开了一种改进的频率合成器。该频率合成器采用预分频器以将反馈信号提供给该频率合成器，其中该预分频器能有计划地在整数分频值和分数分频值之间选择以对输出的合成频率分频。在某些实施例中，预分频器可校正由分数分频值产生的误差。在一个实施例中，预分频器可校正通过使用附加分频器产生的误差，其中该附加分频器的分频值根据频率合成器的状态被有计划地选择。所得到的频率合成器能用于包括无线通信装置在内的多种通信装置中。
分析预分频器的细节以便更好地理解本发明。返回到图1，由分频器145产生的时钟信号被S和P计数器135用于计数。S计数器计数直到固定值S′，P计数器计数直到固定值P′。在计数循环开始之前S′和P′都是可编程的。S′、P′和分频值N用来决定输出频率fout。当S计数器的值小于S′时，分频器用N+1除fout。当S计数器的值大于或等于S′并且P计数器的值小于P′时，分频器用N除fout。当P计数器的值达到P′时，反馈信号fb产生，两个计数器都被复位，并且该过程重新开始。为使该装置正常工作，P′应大于S′。
VCO的输出频率fout和参考频率fref之间的关系用下面的表达式表示fout＝fref·[(N+1)·S’+N·(P’-S’)]＝fref·(N·P’+S’)(等式1)其中P′＞S′。
对应P′值的输出频率的范围有时被称为频带。对于给定的P′值，S′的可能值的范围决定了在输出频带内可得到多少个频道。范围从0到Smax的S′值一共对应Smax+1个输出频道。不同的P′值会产生新一组Smax+1个不同输出频道。由于在等式1中总是满足P′＞S′的条件，因此P′最小值的简便选择为Smax+1。该P′值产生由下面的等式定义的最低输出频率fmin＝fref·N·Pmin＝fref·N·(Smax+1)(等式2)图2A-2B是说明具有不同预分频器实现的频率合成器的输出频带和信道的频率图。图2A是说明图1中所描述的频率合成器的输出频带和信道的频率图。为了举例的目的，本说明书中讨论的预分频器的N＝16、Smax＝15且Pmin＝16，除非另有说明。应当注意，对于不同的预分频器实现，可使用其它值。根据等式2，对应的fmin是fref的256倍，在图2A中表示为标记为200的信号。当S′从0增加到1时，下一个可得到的输出频率(表示为标记为202的信号)产生，即fref的257倍。这样，预分频器可被调整成产生间距为fref的频率。P′＝Pmin＝Smax+1的频带具有16个频道，其范围为从fref的256倍到fref的271倍。下一个频带在P′＝Smax+2处开始，对应的fout是fref的272倍，在图中表示为信号204。
在某些实施例中，预分频器在整数值分频器和分数值分频器之间选择以增加能被合成的信道频率的数目。通常，整数值表示为N，分数值表示为N+1/n，其中n是大于1的整数。根据第一计数器的输出和第二计数器的输出选择预分频器。预分频器选择整数分频器的次数决定频带，预分频器选择分数分频器的次数决定频带中的频道。在一个实施例中，整数值是N，分数值是N+。该预分频器的操作与图1所示的相同当S小于S′时，预分频器用N+除VCO的输出；当S大于或等于S′时，预分频器用N除该输出。fout和fref之间的关系用下面的表达式表示fout＝fref·[(N+)·S’+N·(P’-S’)]＝fref·[N·P’+S’/2](等式3)其中P′＞S′。
VCO的输出频率对应频带中的频道。根据等式3，频带由选择整数分频值的次数决定，频带中的频道由选择分数分频值的次数决定。图2B是说明根据本发明的频率合成器实施例的输出频带和信道的频率图。对于最小值P′＝Smax+1来说，对应的fmin仍是fref的256倍，其表示为标记为206的信号。下一个可得到的输出(208)在fref的256.5倍处出现。因此，信道之间的间距是半个fref并且可被编程为以前信道的两倍。或者，对于相同的信道间距来说，参考频率可加倍，由此加倍合成器的环路增益和带宽。
与标准方法相比该方法有一缺点。对于给定的fref和N来说，需要增加Smax以保持由S计数器的可能值的范围限定的带宽。例如，对于N＝16，为保持256·fref到271·fref的带宽，Smax为15是不够的。而根据等式3需要Smax为31。因此，Pmin变成32，且fmin为fref的512倍。所得到的更高的fmin可能会不满足某些系统的需要。
在某些实施例中，预分频器包括附加模式，该模式允许在保持Pmin的值的同时使Smax加倍。引入了附加变量S″，S″等于S′减去一个常数。S″的值根据经验决定并且在不同的实施例中变化。在一个实施例中，Smax等于31且S″等于S′-16。当S′小于16时，当S小于S′时预分频器用N+除其输入，并且当S大于或等于S′时，预分频器用N除其输入。当S′大于或等于16时，预分频器根据下面的等式操作fout＝fref·[(N+)·S”+N·(P’-S”)]＝fref·[(N+)·(S’-16)+N·(P’-S’+16)]＝fref·[N·P’+S’/2-8](等式4)其中P′＞S″。
把等式4和等式3比较，在输出信号中存在8个循环的误差。对于其它实施例来说，误差中的循环数目可变化，但应当是一个常数值。为校正该常数误差，调节预分频器的时钟的时钟周期。在该实施例中，最后的时钟脉冲的周期被延长与误差相同的循环数目。一旦所希望的循环数目已达到，延长的时钟脉冲就使计数器不再进一步计数。因此产生具有所希望的频率的输出。在某些实施例中，时钟脉冲被缩短以校正误差。
图3示出了用于根据本发明的预分频器实施例的时序图。信号300是预分频器的时钟信号；信号302和304分别表示用于S和P计数器的时序；信号306和308对应模式信号模式1和模式2；信号310对应产生的反馈信号fb。
考虑S′等于24的情况。S″等于24-16，即8。循环的开始发生在时间t0处。在时间t1处S计数器达到S″；换句话说，S计数器已经计数8个时钟循环(时钟循环未被全部示出)。在t0和t1之间，模式1声明，且预分频器用N+1除其输入频率。在8个时钟循环的最后一个开始处，即t1处，S计数器被触发并且继续停留一个时钟循环。在t1处开始，预分频器用N除其输入频率，因此时钟周期稍长。在时间t3处，P计数器达到16个时钟循环并且模式2声明。模式2的声明会使最后的时钟循环的周期延长输入频率的8个循环。在时间t4处，计数器复位并且循环重复。
图4是说明根据本发明的预分频器实施例的框图。预分频器的输入是VCO的输出fout。该输入被发送到与另一个分频器402级联的分频器400。控制信号模式1由计数器的值决定，并接着通过接口410被发送到分频器400。借助逻辑算子404对计数器的值处理以产生另一个控制信号模式2，该控制信号模式2通过接口408被发送到分频器402。分频器402的输出是用于P和S计数器406的时钟信号。预分频器的输出fb是根据计数器的时钟信号和状态产生的。
如果声明模式1，分频器400用8.5除VCO的输出频率fout；否则，该分频器用8除该输出频率。当不声明模式2时，分频器402用2除分频器400的输出。当S′大于15并且当P达到P′时，声明模式2，分频器402用3除分频器400的输出，并且时钟的最后脉冲被延长根据输入的时钟的8个循环。
图5是说明图4所示的预分频器的细节的电路图。VCO的输出被正交分频器(quadrature divider)500分成四个正交信号I、I、Q和Q。多路复用器502选择四个信号中的一个并把它发送到分频器506。在该实施例中，分频器506是用2除其输入的低振幅差分分频器。状态机504决定多路复用器如何选择其输入。状态机由模式1信号控制。状态机的时钟由分频器512产生的时钟信号决定。当模式1信号高时，状态机使多路复用器通过四个信号I、I、Q和Q的序列连续轮换其选择。所得到的输出是初始输入的相移变型，接着该输出被分频器506分频。这里，分频器506的输出频率是4.5除VCO的频率。当模式1信号低时，状态机使多路复用器停止轮换其选择。选择单个输出，并且这里分频器506的输出是4除初始输入。
分频器506的输出被发送到逻辑电平转换器508，该逻辑电平转换器可将低振幅差分逻辑信号转变成CMOS逻辑信号。逻辑电平转换器的输出被分频器510分频，产生一信号，该信号是8或8.5除初始输入，这取决于状态机的状态。所得到的信号被发送到分频器512。该分频器由模式2信号控制。大部分时间，模式2是低的并且分频器用2除其输入。然而，当S′大于15并且P达到P′时，声明模式2信号并且该分频器用3除其输入。最后的时钟脉冲的周期在时钟再次变高之前延长VCO的8个循环，校正由分数分频器值产生的误差。这样，所产生的时钟中的误差被校正，并且合成器可被编程以产生所希望的频率，而不增加P和S计数器的大小或降低参考频率。由分频器512产生的时钟信号用来驱动P计数器514、S计数器516和状态机504。
比较器518把P计数器的输出与P′比较。比较器520根据表示S是否大于Smax的信号B，把S计数器的输出与S′或S″比较。合并两个比较器的结果以产生模式1信号。比较器518的输出被触发器522锁存，该输出被转换以形成输出信号C。信号C和信号B组合形成模式2信号。
根据本发明的频率合成器的设计可用在多种应用中，包括无线装置的收发器。在一个实施例中，该频率合成器用于无线网卡的收发器装置中。在某些实施例中，该频率合成器用于支持IEEE802.11a和802.11b协议的收发器装置中。可以为上述协议计算出适当的参考频率和分频器值。
公开了一种改进的频率合成器。该频率合成器采用预分频器以将反馈信号提供给该频率合成器，该预分频器能有计划地在整数分频值和分数分频值之间选择以对输出的合成频率分频。由分数分频值引入的误差可被预分频器校正。使用分数分频值可允许产生更多的信道并且仍保持最低输出频率在所希望的范围内。或者，可增加参考频率而不减少可产生的信道的数目。该改进的频率合成器可用于包括无线通信装置在内的多种通信装置中。
虽然为了清楚地理解，前面已经相当详细地描述了本发明，但是显而易见，在所附权利要求书的范围内可进行某些改变或修改。应当注意，存在许多实现本发明的方法和装置的可替换的方式。因此，这些实施例被认为是说明性的而不是限定性的，并且本发明并不局限于此处给出的细节，而是可以在所附权利要求书的范围和等价物内进行修改。
权利要求
1.一种频率合成器，包括电压控制振荡器，用于产生具有合成频率的输出信号；和预分频器，连接到VCO以接收输出信号并提供反馈信号；其中该预分频器有计划地在整数分频值和分数分频值之间选择以对输出信号的合成频率进行分频。
2.如权利要求1所述的频率合成器，其中预分频器校正由分数分频产生的误差。
3.如权利要求1所述的频率合成器，其中预分频器通过调节输出的时钟周期来校正分数分频引入的误差。
4.如权利要求1所述的频率合成器，其中预分频器通过延长输出的时钟周期来校正分数分频引入的误差。
5.如权利要求1所述的频率合成器，其中整数分频值是第一整数分频值；且预分频器通过有计划地在第二整数分频值和第三整数分频值之间选择来校正分数分频引入的误差。
6.如权利要求1所述的频率合成器，其中预分频器包括具有第一计数器输出的第一计数器和具有第二计数器输出的第二计数器。
7.如权利要求1所述的频率合成器，其中预分频器包括具有第一计数器输出的第一计数器和具有第二计数器输出的第二计数器；且预分频器根据第一计数器输出和第二计数器输出有计划地在整数分频值和分数分频值之间选择。
8.如权利要求1所述的频率合成器，其中预分频器包括具有第一计数器输出的第一计数器和具有第二计数器输出的第二计数器；且预分频器使用第一计数器输出和第二计数器输出来校正分数分频引入的误差。
9.如权利要求1所述的频率合成器，其中预分频器对合成频率进行分频以产生时钟信号。
10.如权利要求1所述的频率合成器，其中预分频器对所述合成频率分频以产生时钟信号；且预分频器通过延长时钟信号的周期来校正分数分频值引入的误差。
11.如权利要求1所述的频率合成器，其中输出频率对应频带内的频道；频带由选择整数分频值的次数决定；以及频道由选择分数分频值的次数决定。
12.如权利要求1所述的频率合成器，其中频率合成器包括在支持IEEE802.11a协议的无线收发器装置中。
13.如权利要求1所述的频率合成器，其中频率合成器包括在支持IEEE802.11b协议的无线收发器装置中。
14.一种预分频器，包括用于接收具有一频率的输入信号的输入接口；配置为对输入信号进行分频的第一分频器；其中第一分频器有计划地在整数分频值和分数分频值之间选择以对输入信号分频。
15.如权利要求14所述的预分频器，进一步包括第二分频器；其中第一分频器输出时钟信号；第二分频器被配置成校正该时钟信号。
16.如权利要求14所述的预分频器，其中预分频器用于在频率合成器中产生反馈信号。
17.一种用于合成具有合成频率的输出信号的方法，包括接收电压控制振荡器的输出；通过有计划地在整数分频值和分数分频值之间选择对电压控制振荡器的输出的频率分频；以及产生用于控制输出信号的频率的反馈信号。
全文摘要
公开了一种频率合成器和一种频率合成方法。该频率合成器包括用于产生具有合成频率的输出信号的电压控制振荡器，和连接到VCO的用于接收输出信号和提供反馈信号的预分频器。该预分频器有计划地在整数分频值和分数分频值之间选择以对输出信号的合成频率分频。
文档编号H03D3/24GK1759531SQ200480006472
公开日2006年4月12日 申请日期2004年3月11日 优先权日2003年3月11日
发明者M·P·梅克, S·梅塔 申请人:艾瑟罗斯通讯公司