使用自激振荡器的时钟发生器及其方法_3

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。而且, 通过将频率调节移动至可调谐频率合成器320,时钟发生器避免了倍增的频率调谐误差。 W例图5W框图形式示出了包括图3的可调频率合成器320的小数N分实现的时钟发 生器500的部分。如图5所示,可调谐频率合成器320 -般包括标记为"PD"的鉴相器520、 标记为"CP"的电荷累530、标记为"LF"的环路滤波器540、标记为"VC0"的压控振荡器550、 标记为"ID"的内插分频器560和补偿处理器450。鉴相器520具有用于接收时钟_振荡 信号的第一输入、第二输入W及输出。电荷累530具有连接至鉴相器520的输出的输入、和 输出。环路滤波器540具有连接至电荷累530的输出的输入W及输出。压控振荡器550具 有连接至环路滤波器540的输出的输入W及用于提供时钟_输出信号的输出。内插分频器 560具有用于接收时钟_输出信号的输入、用于接收标记为"分频比"("DIVIDERATIO") 的信号的控制输入W及连接至鉴相器520的第二输入的输出。补偿处理器450具有用于接 收"频率偏移"信号的第一输出、用于接收T信号的第二输入、用于接收"频率选择"信号的 第=输入W及用于提供"分频比"信号的输出。
[0050] 可调谐频率合成器320像大多数化L一样操作,只是它使用内插分频器560W允 许环路分频器比是小数值。因此,可通过对分频比的适当的选择来W较小的步长控制时钟 _输出信号的频率。鉴相器520感测在其第一输入处接收的时钟_振荡信号W及在其第二 输入处接收的经分频的时钟_输出信号之间的边缘的差异,并基于由此检测的相位差提供 其输出。例如,假设时钟_输出过低。时钟_振荡信号的上升沿将引起反馈时钟信号的上 升沿,从而使鉴相器520提供其处于高状态下的输出。作为响应,电荷累530提供累浦上升 (pumpup)信号。环路滤波器540是低通滤波器(即,积分器),其与累浦上升信号是有效 的时段成比例地增加在其输出处的电压。因此,累浦上升信号的激活使电压控制的振荡器 550的输入增加,并且使压控振荡器550增加时钟_输出信号的频率。通过该反馈动作,小 数N分WL频率合成器最终锁定,使得时钟_输出具有等于时钟_振荡信号的频率乘W有 效"分频比"的频率。补偿处理器提供因变于时间的"分频比",并且按一种形式,使用A-S 调制器来为该"分频比"提供噪声整形。
[0051] 内插分频器560在允许分频比N的小数值的同时补偿相位噪声。在一个示例中, 内插分频器560包括具有两个整数分频比的双模预定标器。内插分频器560通过改变在例 如N和N+1之间的占空比W允许有效分频器值N为小数。它一般可包括诸如用于适当地改 变占空比的A-X调制器之类的组件。一般而言,与整数N分分频器相比,小数N分化L可 导致增加时钟_输出信号中的相位噪声(即,抖动)。因此,内插分频器560包括使用诸如 2014年2月27日公布的美国专利申请No. 2014/0055179中公开的技术来降低该相位噪声 的内插器。在另一示例中,内插分频器560包括允许多于两个模量值的多模预定标器。
[0052] 补偿处理器450根据"频率偏移"信号、T信号W及"频率选择"信号来调节"分频 比"参数。按一种形式,它基于诸如在室溫处W及在相关于其指定的溫度范围的最终测试的 正常高溫处的频率偏差相对于溫度的两个测量来使用两点的多项式曲线拟合,并且基于实 际溫度T和由此推导出的多项式来提供"分频比"的值。
[0053] 注意,在时钟发生器500中使用的小数N分化L频率合成器仅是各种公知的小数 N分化L频率合成器的一个示例。许多其他已知的小数N分体系结构也适合在可调谐频率 合成器320中使用。
[0054] 图6W部分框图和部分示意图形式示出了使用图3的时钟发生器300的集成电路 600的另一实施例。集成电路600包括先前在图3中所示的自激LC振荡器310和可调谐频 率合成器320的特定实现,但是还包括用于集成电路600的实际实现的附加电路。运些附 加电路包括如图4所示的溫度传感器430和功能电路470、时钟参考选择电路640W及调制 器和高斯滤波器650。如图6所示,补偿处理器450还包括W下将描述的数据调制功能,并 且作为该数据调制功能的部分,其附加地接收标记为"数据"("DATA")的数据信号、标记 为"偏差设置"("DEVIATIONSETTING")的控制信号W及标记为"FSK/GFSK"的控制信号。 阳化5]自激LC振荡器310包括LC振荡器612、振幅控制环路614W及射频(R巧分频器 616。LC振荡器612不具有频率控制输入并因此是自激的,但具有用于确定其放大器(未示 出)的增益的输入、用于提供振荡器信号的第一输出W及用于提供指示振荡器信号的振幅 的信号的第二输出。在一个特定示例中,两个输出可W是相同信号。振幅控制环路614具 有连接至LC振荡器612的第二输出的输入W及连接至LC振荡器612的输入的输出。当被 调谐在若干GHz时,LC振荡器最佳地执行。运些频率通常不适合于频率合成器,因此可使 用RF分频器616来使运些频率处于可使用的范围内。RF分频器616具有连接至LC振荡器 612的第一输出的输入W及用于提供时钟_振荡信号的输出。
[0056] 时钟参考选择电路640包括标记为"XTO"的晶体振荡器W及多路复用器644。晶 体振荡器642具有用于提供振荡器时钟信号的输出。多路复用器644具有连接至晶体振荡 器642的输出的第一输入、连接至自激LC振荡器310的输出的第二输入、用于接收标记为 "参考选择"("RE阳RENCESELECT")的信号的控制输入W及输出。时钟参考选择电路640 提供了振荡器源选择中的灵活性,运对诸如可编程用于各种应用的微控制器(MCU)之类的 某些忍片是有用的。晶体振荡器642基于忍片外晶体提供振荡器时钟信号,但也包括忍片 上组件,诸如,反相器和可能的储能电路电容器和反馈电阻器。如已知的那样,晶体提供具 有例如约百万分之10-20 (PPM)的精确度的频率参考,并且在一些应用中,其附加的成本可 W是可接受的。
[0057] 集成电路600添加了两个特征W允许自激LC振荡器310的更好的实现。第一,振 幅控制环路614采用AGC类型的反馈技术来设置LC振荡器612的增益W将峰值信号的振 幅保持在期望的操作点处。注意,即使采用振幅控制环路614,自激LC振荡器310仍是自 激的,因为它不具有在正常操作期间调节其输出频率的任何主动控制。虽然振幅控制环路 614使用有源元件,但运些有源元件调节输出信号的振幅,但对频率具有可忽略的影响。
[0058] 第二,自激LC振荡器310包括RF分频器616,其用于允许对时钟_振荡信号的值 的范围进行的选择。例如,能W几纳亨(nano-Henry)到几百纳亨的量级来制造集成电感 器,且电容从小数个微微法拉(P巧到几十纳法拉(n巧。因此,由j/VEf确定的输出频率可 显著地高于所期望的频率。然而,RF分频器616允许对可调谐频率合成器320的时钟_振 荡输入更接近可使用的频率。
[0059] 如图6所示,使用小数N分化L622实现可调谐频率合成器320。小数NP化622 具有用于接收时钟参考选择电路640的输入、控制接收"频率控制"信号的控制输入、和用 于提供时钟_输出信号的输出。
[0060] 补偿处理器450包括多项式补偿处理器626、求和设备628W及调制器和高斯滤波 器650。多项式补偿处理器626具有用于接收T信号的第一输入、用于接收"频率偏移"信 号的第二输入W及输出。求和设备628具有连接至多项式补偿处理器626的输出的第一输 入、用于接收"频率选择"信号的第二输入、用于接收经调制的数据信号的第=输入W及连 接至小数N分化L622的控制输入并且用于向其提供"频率控制"信号的输出。
[0061] 调制器和高斯滤波器650具有用于接收"数据"信号的第一输入、用于接收FSK/ GFSK控制信号的第二输入、用于接收"偏差设置"信号的第S输入W及连接至求和设备628 的第S输入的输出。调制器和高斯滤波器650执行频移键控(FSK)和高斯频移键控(GFSK) 调制技术中的所选的一个。因此,它基于由"偏差设置"确定的量的"数据"信号来开发频 率偏移,并且可任选地使用高斯滤波器按GFSK模式来传播信号。在其他实施例中,可容易 地修改调制器和高斯滤波器650W支持诸如相移键控(PSK)、3级FSK(3FSK)等之类的类似 调制技术。 阳06引功能电路470包括标记为叩A"的功率放大器660和天线670。功率放大器660具 有连接至小数N分化L622的输出的输入W及连接至天线670的输出。天线670在集成电 路600外部。
[006引在图6所示的实施例中,调制器和高斯滤波器650W及小数N分化L622 -起形 成数据发射机。多项式补偿处理器626接收溫度信号T,并基于"频率偏移"值将其转换成 对应的偏移。在一个实施例中,"频率偏移"对应于在给定溫度处时钟_振荡信号离时钟_ 参考信号的测得的偏差,并且多项式补偿处理器626通过使用基于两个测量和多项式曲线 拟合的多项式方程来形成调节因子。在各个实施例中,可使用硬件电路或采用运行固件的 微控制器来实现多项式补偿处理器626。例如,在硬件实现中,可使用T信号来索引包含预 计算的经调节的偏移值的查找表。
[0064] 调制器和高斯滤波器650对"数据"信号调制等于从载波频率(由"频率选择"信 号指示)中加上或减去"偏差设置"的量。求和设备628对多项式补偿处理器626的该输 出、"频率选择"信号W及经调制的"数据"信号求和,W便将"频率控制"信号提供给小数N 分化L622。 阳0化]集成电路600示出了图3
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