专利名称：能进行平滑环路带宽转换的锁相环的制作方法
技术领域：
本发明涉及锁相环，更具体地说涉及既具有宽带运行模式又有窄带运行模式的锁相环。
实践中所有现代信号发生器和无线电通信装置都使用基于锁相环(PLL)的数字频率合成器。集成电路中PLL的实现导致价格便宜的频率合成器被广泛采用。在频率合成的应用当中(如反信号检测)，PLL的输入信噪比高，并且PLL将输出频率锁定在几倍于输入的频率上。
PLL一般包括三部分参考频率输入部分，环路滤波器部分和电压控制振荡器(VCO)部分。参考频率部分包括一个相位比较器，另外可能包括一个分频器(可编程的)。相位比较器将PLL的输出信号与参考频率本身或参考频率的分频进行比较，从而产生误差信号。环路滤波器将误差信号滤波，产生一个作用于VCO的控制信号。在正确运行过程中，控制信号在正确方向上驱动VCO，从而使误差信号趋向零或接近于零。
PLL一般运行于两种不同模式下PLL锁定到特定频率的搜索过程和PLL保持锁定的跟踪过程。调制过程中的快速搜索和精确跟踪都是很重要的设计目标。但是，这些设计目标一般来说是相互冲突的。快速搜索要求有较大的环路带宽。而调制过程中的精确跟踪要求较窄的环路带宽。例如在单元应用中，当改变频道时，要求有大的环路带宽来尽快完成频率转换。当在单频上运行时，含有低频内容的声音数据被调制到载波信号上。PLL实际上是要消除对PLL来说是频移的调制。因此，为完成慢速调制，要求有非常窄的环路带宽，以使调制在PLL带宽之外完成。
在窄带模式下，有人建议在短调制脉冲过程中完全开环，而在不进行调制时闭环。这种做法假设，如果每次开环时间很短，那么开环运行过程中可能发生的漂移不会很大。这种方案在一定的限制条件下可以采纳，但通常并不适用。
具体参照附
图1，它显示的是PLL的一部分，包括环路滤波器和VCO。环路滤波器包括一个供给泵，供给泵连有一个“升压”电流源来将电流射入电极A，并且连有另一个“降压”电流源来将电流从同一电极中抽出。升压电流源与正供应电压V+相连，降压电流源与负供应电压V-相连。除了供给泵，还有一个环路滤波器与电极A相连，环路滤波器通常由一个接地的电容以及接地电阻和电容的串联来实现。电极A上产生一个可调电压VT，并被输入到VCO中控制VCO的振荡速度。
图1电路的环路带宽的改变可通过改变一个或全部两个电容的值，使之改变得更慢或更快来实现。改变电容值通常要求某种形式的切换。然而，不干扰电容上的电压也很重要。这种切换通常会引入不理想的瞬变，因为众所周知，在固定电压上改变电容值要求储存电荷发生瞬变。这样，改变环路带宽的一个优选方法是变化电流源提供的电流强度。例如，在不调节附加电容来增加电容情况下，为从宽带切换至窄带，可转换电流增益来使电流变小。
美国专利5，675，2 92描述了一个能实现大范围内环路带宽平滑转换的PLL。通过在电流模式供给泵的输出和PLL的环路滤波器之间插入可调电阻，使供给泵的电流源相当于电压源，并且可得到一个适当小的微电流来进行窄带跟踪。在搜索过程中，电阻被旁路，这样电流源再次作为PLL中快速环路响应的电流源。通常要求有另一个开关来调节环路滤波器的动态特性。运行不能完全消除瞬态。
这样，所需要的是一个能实现环路带宽平滑转换的改进PLL。
一般来讲，本发明提供了一个能实现环路带宽平滑转换而不改变环路滤波器的PLL。根据本发明的一个方面，包括一个输出分频器和一个参考分频器的锁相环的环路带宽可通过改变输出分频器分压器的一个系数和改变参考分频器分压器的一个实质相同的系数来改变。如果该系数比1大，环路带宽减小。如果该系数比1小，环路带宽增加。根据本发明的另一个方面，锁相环包括一个具有控制输入的振荡器，一个相位比较器，一个环路滤波器和一个包括一个输出分频器的反馈回路。同时还提供了一个参考分频器。该控制器耦合至输出分频器和参考分频器，几乎同时改变每个分压器来响应带宽选择信号。控制器改变分压器实质相同的系数，在不影响锁相环输出频率的情况下改变环路带宽。
结合附图，下列描述可进一步理解本发明。在附图中图1是一个传统PLL一部分的电路图；图2是根据本发明的一个PLL电路图；图3是α＞1时图2中PLL的伯德图；图4是α＜1时图2中PLL的伯德图；以及图5是解释图2中PLL运行的时序图。
参照图2，电路图显示的是根据本发明一个实施例的PLL。PLL的第一部分基本上是传统的，并包括一个相位检测器，一个环路滤波器，一个VCO，以及一个输出分频器。参考频率通常直接输入到相位比较器。然而在图2的实施例中，参考分频器接收参考频率信号fref并由分压器R将参考频率分频得到样本频率fs，输入到相位比较器。
一个控制器耦合到输出分频器和参考分频器上。该控制器接收宽带选择信号并作出响应，将两对分压器(N，R)或(αN，αR)中的一个分别应用于分频器。
将前述两对分压器的第二个应用于分频器上的效果可做如下评价。锁定时，fo／N=fs；fo=Nfs通过观察，fs=fref／R代数运算可得到以下结果fo=N／R*fref=K*fref进一步指出，K=N／R=N／R*α／α换言之，K与不变乘数相乘时不发生改变，这样不管哪一对分压器应用于分频器，输出频率都不会改变。然而从图3和图4的伯德图可知，环路带宽发生了改变。图3是α＞1时的伯德图。如图所示，α＞1时，从第一对分压器改变至第二对分压器的效果是移动了下面的振幅响应。限定环路带宽的0dB交点因而向左移动(环路带宽减小)。相位稳定性受到某种程度的影响，但影响不大。图4是α＜1时的伯德图。如图所示，α＜1时，从第一对分压器改变至第二对分压器的效果是移动了上面的振幅响应。限定环路带宽的0dB交点因而向右移动(环路带宽增加)。同样，相位稳定性受到某种程度的影响但影响不大。
参照图5，显示的是解释图2中PLL运行的时序图。规则发生的输出脉冲周期为1／fs。在输出脉冲之间，分压器可能在任何时候发生改变从而改变环路带宽。输出频率不受影响。
本技术易于实施并且可产生非常平滑的环路带宽变化。实际的环路滤波器本身不需要任何调整。然而，本技术可与其他技术结合使用来改变环路带宽，例如前面提到的美国专利5，675，292。
本领域的普通技术人员会发现，该发明可以其它特定形式来实施，而不会偏离其精神或实质特征。因而，所公开的实施例完全被认为是解释性而不是限制性的。本发明的范围由附加的权利要求而不是上面描述来指定，并且在其等效发明的意义和范围之内出现的变化也在其中包含。
权利要求
1．一种改变包括一个输出分频器和一个参考分频器的锁相环的环路带宽的方法，包括改变输出分频器变压器的系数α；并且改变参考分频器变压器实质相同的系数。
2．权利要求1的方法，其中α大于1，减小带宽。
3．权利要求1的方法，其中α小于1，增加带宽。
4．一种锁相环，包括一个具有控制输入的振荡器；一个相位比较器；一个与相位比较器和振荡器相耦合的环路滤波器；一个从振荡器的输出信号耦合至相位比较器的输入信号的反馈环，该反馈环包括一个输出分频器；以及一个具有耦合至参考频率信号的输入和一个耦合至相位比较器的输出的参考分频器。
5．权利要求4中的设备，还包括一个耦合至输出分频器和参考分频器的控制器，用以在几乎同时改变输出分频器的分压器和参考分频器的分压器，来响应带宽选择信号。
6．权利要求5中的设备，其中控制器改变输出分频器的分压器和参考分频器的分压器实质相同的系数。
7．权利要求6中的设备，其中所述系数大于1，减小环路带宽。
8．权利要求6中的设备，其中所述系数小于1，增加环路带宽。
全文摘要
一般来讲,本发明提供了一个能实现环路带宽平滑转换而不改变环路滤波器的PLL。根据本发明的一个方面,包括一个输出分频器和一个参考分频器的锁相环的环路带宽可通过改变输出分频器分压器的一个系数和改变参考分频器分压器的一个实质相同的系数来改变。如果该系数比1大,环路带宽减小。如果该系数比1小,环路带宽增加。根据本发明的另一个方面,锁相环包括一个具有控制输入的振荡器,一个相位比较器,一个环路滤波器和一个包括一个输出分频器的反馈回路。同时还提供了一个参考分频器。该控制器耦合至输出分频器和参考分频器,几乎同时改变每个分压器来响应带宽选择信号。控制器改变分压器实质相同的系数,在不影响锁相环输出频率的情况下改变环路带宽。
文档编号H03L7/197GK1294785SQ99804324
公开日2001年5月9日 申请日期1999年10月21日 优先权日1998年11月23日
发明者布赖恩·桑德 申请人:特罗皮亚恩公司