專利名稱：一個可變模分?jǐn)?shù)計算器,以及一個結(jié)合了該可變模分?jǐn)?shù)計算器的可變頻率合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個可變模分?jǐn)?shù)計算器(variable modulusinterpolator)，尤其涉及一個用于將一個分?jǐn)?shù)計算為代表該分?jǐn)?shù)的一個變化的數(shù)字碼的可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中變化的數(shù)字碼將與一個包括該分?jǐn)?shù)的有理數(shù)的整數(shù)的數(shù)字值相加，以提供一個控制信號，加到一個頻率合成器的多除數(shù)分頻器，以便向分頻器提供分?jǐn)?shù)除法的可變的除數(shù)值，產(chǎn)生所需的輸出頻率。尤其地，本發(fā)明涉及這樣一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其分?jǐn)?shù)的分子和分母是可選的。本發(fā)明還涉及一個結(jié)合了該可變模分?jǐn)?shù)計算器的可變頻率合成器。
背景技術(shù)：
用于從一個參考頻率合成一個輸出頻率的可變合成器廣泛用于需要一定范圍的可選頻率的地方。無線通信，尤其是電信，是可變頻率合成器廣泛使用的領(lǐng)域。這種可變頻率合成器可以是直接頻率合成器或間接頻率合成器。但是，不論直接還是間接，所有這樣的頻率合成器都包括一個分頻器，它可能是一個雙除數(shù)分頻器，或者是一個多除數(shù)可編程分頻器。在雙除數(shù)分頻器中，分頻器的整數(shù)值I和整數(shù)值I+1的整數(shù)分頻是不同的。為了用一個包括一個整數(shù)和一個分?jǐn)?shù)的有理數(shù)去分割通過分頻器的頻率，在一系列分頻操作中用來分頻的整數(shù)在I和I+1兩者之間變化。一系列分頻的平均值等于該有理數(shù)。
在多除數(shù)分頻器中，使用了在該有理數(shù)整數(shù)部分附近的幾個整數(shù)作為除數(shù)、以便一系列分頻的平均等于該有理數(shù)。這樣的分頻器被一個數(shù)字控制信號所控制，它提供各個除法整數(shù)分頻的可變除數(shù)值。將用來分割頻率的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分被一個分?jǐn)?shù)計算器所計算，該分?jǐn)?shù)計算器提供變化的數(shù)字碼，用于改變各個除法中整數(shù)分頻的值。一個加法器將來自調(diào)制器的變化的數(shù)字碼與代表有理數(shù)的整數(shù)值的數(shù)字碼相加，并輸出變化的相加后的碼。來自加法器的數(shù)字輸出被加到分頻器的控制輸入，用于適當(dāng)?shù)馗淖兏鱾€除法的除數(shù)的整數(shù)值。
這樣的用于計算有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分?jǐn)?shù)計算器是已知的，其中該有理數(shù)用于分割通過一個多除數(shù)可編程分頻器的頻率。例如，Miller的美國專利說明書No.5038117揭示了一個分?jǐn)?shù)計算器，它包括一個MASH級聯(lián)結(jié)構(gòu)的三階sigma-delta調(diào)制器。在Miller的分?jǐn)?shù)計算器中，只有分?jǐn)?shù)的分子是可選的。確實，這實際上是所有已知分?jǐn)?shù)計算器中的情況。在分?jǐn)?shù)計算器中只有分?jǐn)?shù)的分子部分可選的事實導(dǎo)致了許多缺點。例如，在一個實現(xiàn)為一個鎖相環(huán)電路，且其中雙或多除數(shù)分頻器位于反饋環(huán)中的間接合成器中，如果沒有用于選擇去分割反饋頻率的有理數(shù)的整數(shù)值和分子值的復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算，是不可能提供相鄰可選頻率間具有固定頻率步長的可選頻率系列的，其中不同頻率系列具有不同的頻率步長，這些頻率步長不是整數(shù)相關(guān)的。
在許多應(yīng)用中，需要能夠提供可選的頻率系列，其中不同頻率系列的相鄰頻率間的頻率步長可容易地變化。例如，在移動電信領(lǐng)域，兩個公用通信標(biāo)準(zhǔn)要求可選頻率的步長具有不同大小。在GMS標(biāo)準(zhǔn)下，通信在900MHz附近的頻率信道中執(zhí)行，但頻率步長為200kHz，但在IS-136標(biāo)準(zhǔn)下，通信在900MHz附近的頻率信道中執(zhí)行，但頻率步長為30kHz。從而，需要提供一種頻率合成器，它允許可選頻率系列被選擇為不同系列的相鄰可選頻率間的頻率步長是可變的。
間接頻率合成器的轉(zhuǎn)移函數(shù)為MI+FM]]>其中I是一個有理數(shù)的整數(shù)，F(xiàn)是有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子，而M是分母，反饋頻率被該有理數(shù)分割。從而，來自這樣一個間接頻率合成器的輸出頻率由下列方程給出fo=MI+FMfr]]>
其中fo是輸出頻率，而fr是參考頻率，fo從中合成。這樣，如果可能選擇性地改變分割頻率的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分母，則可合成一系列可選頻率，其中不同系列的相鄰可選頻率間的頻率步長可很容易地改變。
Martin的美國專利說明書No.4816774揭示了一個可變頻率合成器，它包括一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，該計算器允許所計算的分?jǐn)?shù)的分子和分母都被選擇性地改變。但是，在Martin的分?jǐn)?shù)計算器中，需要兩個累加器，用于判定變化的數(shù)字碼，以向分頻器提供變化的除數(shù)值。兩個累加器的能力必須是可變的，以適應(yīng)分?jǐn)?shù)的分母的選擇。這樣的累加器及其相關(guān)的電路傾向于相對復(fù)雜，尤其是當(dāng)能力不是2的冪時，另外，當(dāng)作為集成電路實現(xiàn)時，與具有固定為2的冪的累加器相比，需要相當(dāng)大的模區(qū)。另外，需要通過累試法計算一個偏置，以最小化每個頻率信道的干擾響應(yīng)的電平。
Riley的美國專利說明書No.4965531同樣提示了一個間接頻率合成器，它包括一個用于計算有理數(shù)除數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分?jǐn)?shù)計算器。該分?jǐn)?shù)計算器包括一個sigma-delta調(diào)制器，可選的整數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分母被寫入一個正寄存器和一個負(fù)寄存器。根據(jù)sigma-delta調(diào)制器的量化器的輸出，分母的正或負(fù)值被選擇并返回到sigma-delta調(diào)制器的負(fù)反饋環(huán)，用于加到分?jǐn)?shù)的分子。該sigma-delta調(diào)制器是一個二階sigma-delta調(diào)制器，它包括一對連接的累加器系列，分子與分母相加的值通過這些累加器。但是，該sigma-delta調(diào)制器在一個反饋環(huán)中包括兩個積分器，從而趨向于不穩(wěn)定。實際上Riley的分?jǐn)?shù)計算器僅當(dāng)計算其分子位于負(fù)一半分母和正一半分母之間的分?jǐn)?shù)時，才是穩(wěn)定的。另外，如果Riley的分?jǐn)?shù)計算器用高于二階的sigma-delta調(diào)制器實現(xiàn)，分?jǐn)?shù)計算器保持穩(wěn)定的分子值的范圍將進(jìn)一步減少。這對Riley的可變模分?jǐn)?shù)計算器產(chǎn)生了相當(dāng)大的限制。
因此需要這樣一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中被該分?jǐn)?shù)計算器計算的分?jǐn)?shù)的分子和分母分別可選，另外，它輸出一個變化的數(shù)字碼，以根據(jù)有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分提供整數(shù)除數(shù)的變化值，以便加到一個多除數(shù)分頻器的控制輸入，或用于需要將一個分?jǐn)?shù)計算為代表該分?jǐn)?shù)的一個變化的數(shù)字碼的其他用途。
本發(fā)明針對提供這樣一種可變模分?jǐn)?shù)計算器。本發(fā)明還針對提供一種結(jié)合了這樣一個可變模分?jǐn)?shù)計算器的可變頻率合成器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種可變模分?jǐn)?shù)計算器，用于將一個分?jǐn)?shù)計算為代表該分?jǐn)?shù)的一個變化的數(shù)字碼，該可變模分?jǐn)?shù)計算器包括一個具有N個級聯(lián)的sigma-delta級的N階sigma-delta調(diào)制器，其中N是大于1的整數(shù)，該sigma-delta調(diào)制器響應(yīng)分?jǐn)?shù)的分子和分母輸出變化的數(shù)字碼，分子和分母的值可選。
sigma-delta調(diào)制器的N個sigma-delta級宜級聯(lián)成MASH結(jié)構(gòu)。有利地，sigma-delta調(diào)制器的每個sigma-delta級包括一個反饋環(huán)。
在本發(fā)明的一個實施方式中，一個乘法器位于每個sigma-delta級的反饋環(huán)中，用于在將反饋信號的負(fù)值與sigma-delta級的級輸入相加之前，將該級的反饋環(huán)中的反饋信號所代表的值與所選擇的分?jǐn)?shù)的分母值相乘。到第一sigma-delta級的級輸入宜為所選擇的分?jǐn)?shù)的分子值，而到每個后續(xù)sigma-delta級的級輸入宜為來自前一sigma-delta級的量化噪聲的負(fù)值。
在本發(fā)明的一個實施方式中每個sigma-delta級包括一個積分器，用于對級輸入與從反饋環(huán)反饋到級輸入的信號的負(fù)值之和進(jìn)行積分，一個量化器，用于量化積分器的輸出，量化器的輸出通過反饋環(huán)反饋，以及一個第一加法器，用于將來自反饋環(huán)的信號的負(fù)值與到sigma-delta級的級輸入相加，并將和輸出到積分器。
在本發(fā)明的另一實施方式中，從第一級到第N-1級的每個sigma-delta級均具有一個第二加法器，用于將該級的積分器輸出與乘法器的輸出的負(fù)值相加，以將量化器噪聲的負(fù)值提供給下一sigma-delta級的級輸入。
在本發(fā)明的另一實施方式中，每個sigma-delta級中的量化器是一個單比特輸出量化器。每個sigma-delta級的量化器的單比特輸出宜表示該級的積分器的輸出的符號值。有利地，每級的量化器的輸出代表了接收自該sigma-delta級的積分器的信號的最高位。
在本發(fā)明的一個實施方式中，每個sigma-delta級被設(shè)置為以雙補碼算法(twos complement arithmetic)積分，并且每級的量化器的輸出代表該級的積分器的輸出的符號值。
在本發(fā)明的另一實施方式中，每個sigma-delta級的乘法器實現(xiàn)為一個開關(guān)電路，它根據(jù)來自該級的量化器的輸出比特的狀態(tài)選擇性地將分母的選擇值和其負(fù)值之一加到該sigma-delta級的第一加法器，以通過量化器的輸出所代表的符號值影響分母的乘法。所選擇的分母值宜加到每個sigma-delta級的開關(guān)電路的一個第一輸入，而所選擇的分母值宜通過一個反相電路加到開關(guān)電路的一個第二輸入。有利地，根據(jù)代表負(fù)號的sigma-delta級的量化器的單比特輸出，所選擇的分母值被開關(guān)電路加到每個sigma-delta級的第一加法器，根據(jù)代表正號的sigma-delta級的量化器的單比特輸出，所選擇的分母值的負(fù)值被開關(guān)電路加到第一加法器。
在本發(fā)明的一個實施方式中該開關(guān)電路包括一個多路轉(zhuǎn)接器。
在本發(fā)明的一個實施方式中，每個sigma-delta級的第一加法器包括一個二進(jìn)制加法器，它具有一個第一輸入，用于接收到sigma-delta級的級輸入，以及一個第二輸入，用于接收來自該級的開關(guān)電路的所選擇的分母的正值或負(fù)值之一，該二進(jìn)制加法器將第一和第二輸入各自的輸入相加，并將和輸出到sigma-delta級的積分器。
在本發(fā)明的另一實施方式中，每個sigma-delta級的二進(jìn)制加法器包括一個進(jìn)位輸入(carry-in input)，用于接收該級的量化器的單比特輸出的負(fù)值，并用于將量化器的單比特輸出的負(fù)值與二進(jìn)制加法器的第一和第二輸入上的輸入相加。
在本發(fā)明的一個實施方式中，提供了一個第三加法器，用于將sigma-delta調(diào)制器的各sigma-delta級的量化后的輸出相加以提供變化的數(shù)字碼。
在本發(fā)明的另一實施方式中，第二級到第N級中每一級的量化輸出通過m-1個微分器，其中m為MASH結(jié)構(gòu)級聯(lián)中sigma-delta級的級數(shù)。
宜提供一個第一寄存器用于存儲所選擇的分?jǐn)?shù)的分子值，以及一個第二寄存器用于存儲所選擇的分?jǐn)?shù)的分母值，并且有利地，提供一個第一輸入用于將所選擇的分子值輸入到第一寄存器，以及提供一個第二輸入用于將所選擇的分母值輸入到第二寄存器。
本發(fā)明還提供了一種直接可變頻率合成器，用于從一個參考頻率合成可選的輸出頻率，該頻率合成器包括一個多除數(shù)可編程分頻器，用于分割參考頻率，以合成一個所選擇的輸出頻率，該分頻器響應(yīng)一個控制信號以改變分?jǐn)?shù)除法的除數(shù)，一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，用于將可選值的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分計算為一個代表該分?jǐn)?shù)的變化的數(shù)字碼，該可變模分?jǐn)?shù)計算器響應(yīng)有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子和分母的可選值，以輸出變化的數(shù)字碼，以及一個主加法器，用于將代表所選擇的有理數(shù)的整數(shù)值的數(shù)字碼與來自可變模分?jǐn)?shù)計算器的變化的數(shù)字碼相加，以便向可編程分頻器提供一個變化的控制信號，即向可編程分頻器提供分?jǐn)?shù)除法的變化的除數(shù)值，從而根據(jù)所選擇的有理數(shù)值產(chǎn)生一個所選擇的合成后的輸出頻率。
在本發(fā)明的一個實施方式中，可變模分?jǐn)?shù)計算器包括一個N階sigma-delta調(diào)制器，它具有N個級聯(lián)的sigma-delta級，其中N是大于1的整數(shù)。
在本發(fā)明的另一實施方式中，sigma-delta調(diào)制器的N個sigma-delta級級聯(lián)成MASH結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的一個額外的實施方式中，一個乘法器位于每個sigma-delta級的反饋環(huán)中，用于在將反饋信號的負(fù)值與到sigma-delta級的級輸入相加之前，將該級的反饋環(huán)中的反饋信號所代表的值與所選擇的分?jǐn)?shù)的分母值相乘。到第一sigma-delta級的級輸入宜為所選擇的分?jǐn)?shù)的分子值，而每個后續(xù)sigma-delta級的級輸入為來自前一sigma-delta級的量化噪聲的負(fù)值。
在本發(fā)明的一個實施方式中，來自多除數(shù)可編程分頻器的輸出頻率通過一個帶通濾波器，該帶通濾波器的中心頻率取為輸出頻率，并且該帶通濾波器宜實現(xiàn)為一個鎖相環(huán)。
本發(fā)明還提供了一種間接頻率合成器，用于從一個參考頻率合成可選的頻率，并用于改變可選頻率的相鄰可選頻率間的頻率步長，該頻率合成器包括一個位于頻率合成器的反饋環(huán)中的多除數(shù)可編程分頻器，它用于在反饋環(huán)中分割反饋頻率，該可編程分頻器響應(yīng)一個控制信號來改變分?jǐn)?shù)除法的除數(shù)，一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，用于將可選值的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分計算為一個代表該分?jǐn)?shù)的變化的數(shù)字碼，該可變模分?jǐn)?shù)計算器響應(yīng)有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子和分母的可選值，以輸出變化的數(shù)字碼，以及一個主加法器，用于將代表所選擇的有理數(shù)的整數(shù)值的數(shù)字碼與來自可變模分?jǐn)?shù)計算器的變化的數(shù)字碼相加，以便向可編程分頻器提供一個變化的控制信號，即向可編程分頻器提供分?jǐn)?shù)除法的變化的除數(shù)值，從而根據(jù)所選擇的有理數(shù)值產(chǎn)生一個所選擇的合成后的輸出頻率，可選的輸出頻率的相鄰可選的輸出頻率間的頻率步長響應(yīng)所選擇的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分母值。
在本發(fā)明的一個實施方式中，當(dāng)有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分母的值被選擇后，合成后的輸出頻率可根據(jù)有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子和有理數(shù)的整數(shù)中的一個或兩個進(jìn)行選擇。
在本發(fā)明的另一實施方式中，可變模分?jǐn)?shù)計算器包括一個N階sigma-delta調(diào)制器，它具有N個級聯(lián)的sigma-delta級，其中N是大于1的整數(shù)。sigma-delta調(diào)制器的N個sigma-delta級宜級聯(lián)成MASH結(jié)構(gòu)。有利地，sigma-delta調(diào)制器的每個sigma-delta級包括一個反饋環(huán)。
在本發(fā)明的一個實施方式中，一個乘法器位于每個sigma-delta級的反饋環(huán)中，用于在將反饋信號的負(fù)值與進(jìn)入sigma-delta級的級輸入相加之前，將該級的反饋環(huán)中的反饋信號所代表的值與所選擇的分?jǐn)?shù)的分母值相乘。
在本發(fā)明的另一實施方式中，到第一sigma-delta級的級輸入宜為所選擇的分?jǐn)?shù)的分子值，而到每個后續(xù)sigma-delta級的級輸入為來自前一sigma-delta級的量化噪聲的負(fù)值。
在本發(fā)明的一個額外的實施方式中，每個sigma-delta級包括一個積分器，用于對級輸入與從反饋環(huán)反饋到級輸入的信號的負(fù)值之和進(jìn)行積分，一個量化器用于量化積分器的輸出，量化器的輸出通過反饋環(huán)反饋回來，以及一個第一加法器，用于將來自反饋環(huán)的信號的負(fù)值與到sigma-delta級的級輸入相加，并將該和輸出到積分器。
在本發(fā)明的一個實施方式中，每個sigma-delta級的量化器是一個單比特輸出量化器。每個sigma-delta級的量化器的單比特輸出宜表示該級的積分器的輸出的符號值。
在本發(fā)明的另一實施方式中，每個sigma-delta級的乘法器被實現(xiàn)為一個開關(guān)電器，它根據(jù)來自該級的量化器的輸出比特的狀態(tài)，選擇性地將所選擇的分母值和其負(fù)值之一加到sigma-delta級的第一加法器，以便用量化器的輸出所表示的符號值影響分母的乘法。根據(jù)代表負(fù)號的該sigma-delta級的量化器的單比特輸出，開關(guān)電路宜將所選擇的分母值加到每個sigma-delta級的第一加法器，根據(jù)代表正號的該sigma-delta級的量化器的單比特輸出，開關(guān)電路宜將所選擇的分母值的負(fù)值加到第一加法器。
理想地，一個第一寄存器被用于存儲所選擇的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子值，一個第二寄存器被用于存儲所選擇的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子值，以及一個第三寄存器被用于存儲所選擇的有理數(shù)的整數(shù)值。
發(fā)明優(yōu)點本發(fā)明的優(yōu)點很多。本發(fā)明的一個尤其重要的優(yōu)點是，可變模分?jǐn)?shù)計算器允許對被計算的分?jǐn)?shù)的分子和分母獨立選擇。另外，由于可變模分?jǐn)?shù)計算器被實現(xiàn)為一個sigma-delta級級聯(lián)的二階或更高階的sigma-delta調(diào)制器這一事實的功效，調(diào)制器輸出的可變數(shù)字碼，其代表了作為一個多分?jǐn)?shù)分頻器的控制輸入的分?jǐn)?shù)，當(dāng)它被加到分頻器時、來自分頻器的頻率輸出為噪聲成形的。另外，由于sigma-delta調(diào)制器為一個sigma-delta級級聯(lián)的二階或更高階的sigma-delta調(diào)制器這一事實的功效，分?jǐn)?shù)計算器在分子和分母的整個可選值范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。當(dāng)sigma-delta調(diào)制器為MASH級聯(lián)結(jié)構(gòu)時，這些優(yōu)點進(jìn)一步得到增強。
當(dāng)該可變模分?jǐn)?shù)計算器被結(jié)合到一個可變頻率合成器中時，尤其是當(dāng)可變模分?jǐn)?shù)計算器以被結(jié)合到一個間接可變頻率合成器中時，則實現(xiàn)了本發(fā)明的一個尤其重要的優(yōu)點。當(dāng)被結(jié)合到一個間接可變頻率合成器，用于選擇一個鎖相環(huán)間接頻率合成器的反饋環(huán)中的多除數(shù)分頻器的除數(shù)值時，可合成相鄰可選頻率間具有恒定頻率步長的一系列可選頻率，通過適當(dāng)選擇分割反饋頻率的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分母，可選擇頻率步長。當(dāng)可變頻率合成器用于無線通信時，尤其是用于這樣的移動電話電信，其中不同的移動電話通信標(biāo)準(zhǔn)要求可選頻率的相鄰可選頻率間的頻率步長恒定，但步長取決于通信標(biāo)準(zhǔn)時，這是一個尤其重要的優(yōu)點。
本領(lǐng)域技術(shù)熟練者從以下僅以示例方式給出的對本發(fā)明的某些首選實施方式的說明中，參照附圖，可容易地清楚本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器的框圖。
圖2是表示圖1的可變模分?jǐn)?shù)計算器的細(xì)節(jié)的框圖。
圖3是表示一個結(jié)合了圖1的可變模分?jǐn)?shù)計算器的頻率合成器的框圖，以及圖4是表示另一個結(jié)合了圖1的可變模分?jǐn)?shù)計算器的頻率合成器的框圖。
具體實施例方式
首先參見圖1和2，它們示出了根據(jù)本發(fā)明的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，它一般表示為參考數(shù)字1，用于將分?jǐn)?shù)F/M計算為一個變化的數(shù)字碼，以便加到一個可編程多除數(shù)分頻器的控制輸入，以提供分?jǐn)?shù)除法的除數(shù)的變化值，以便從分頻器產(chǎn)生所需的輸出頻率。這樣的可編程分頻器將在下文參照圖3和4說明。分?jǐn)?shù)的分子為F，分母為M，均可獨立被選擇，如下文所說明的。一個時鐘頻率fc作為分?jǐn)?shù)計算器1的時鐘，并且時鐘頻率fc通常來自于自分頻器輸出的劃分后的頻率fd，這將在下文參照可變頻率合成器說明，可變頻率合成器是參照圖3和4說明的。
分?jǐn)?shù)計算器1包括一個MASH結(jié)構(gòu)的N階sigma-delta調(diào)制器3，在本發(fā)明的此實施方式中它是一個三階調(diào)制器3，具有三個一階sigma-delta級5、6和7，用于插入分?jǐn)?shù)F/M，并在輸出端口8輸出變化的數(shù)字碼。名詞MASH是指多級噪聲形成技術(shù)，它最初在Y.Matsuya、K.Uchimura、A.Iwata、T.Kobayashi、M.Ishikawa和T.Yoshitome的一篇名為“一種使用三倍積分噪聲形成的16比特過抽樣A/D變化技術(shù)”的論文中說明；該論文發(fā)表在1987年12月的IEEE期刊，固態(tài)電路，卷22，921至929頁。一個第一n比特寄存器10被用于存儲要計算的所選擇的分?jǐn)?shù)的分子F的值，而一個第二n比特寄存器11被用于存儲要計算的所選擇的分?jǐn)?shù)的分母M的值。一個第一輸入端口12被用于輸入要存儲在第一寄存器10中的所選擇的分?jǐn)?shù)的分子F的值，一個第二輸入端口14被用于輸入要存儲在第二寄存器11中的所選擇的分?jǐn)?shù)的分母M的值。
sigma-delta調(diào)制器的三級5、6和7級聯(lián)成MASH結(jié)構(gòu)，每級包括一個前向路徑13和一個負(fù)向反饋環(huán)17。一個數(shù)字積分器15a、15b和15c分別位于sigma-delta級5、6和7的前向路徑13，參考數(shù)字15后的符號“a”表示第一sigma-delta級5的積分器，參考數(shù)字15后的符號“b”表示第二sigma-delta級6的積分器15，而符號“c”表示第三sigma-delta級7的積分器15。每個積分器15具有一時鐘周期延時，以便在相應(yīng)的sigma-delta級5、6和7的前向路徑13中引入一個相應(yīng)的一時鐘周期延時。每個sigma-delta級5、6和7的前向路徑13分別具有一個量化器16a、16b和16c，用于量化來自相應(yīng)積分器15的輸出。每個sigma-delta級5、6和7的量化器16的輸出通過相應(yīng)的負(fù)反饋環(huán)17a、17b和17分別被反饋到相應(yīng)的sigma-delta級5、6和7的相應(yīng)的第一加法器18a、18b和18c。相應(yīng)的反饋環(huán)17a、17b和17c上分別有一個數(shù)字乘法器22a、22b和22c，它們將在下文更詳細(xì)說明，它們用于將通過反饋環(huán)17被反饋的相應(yīng)的量化器16的輸出與存儲在第二寄存器11中的分母M相乘。每個sigma-delta級5、6和7的第一加法器18將位于級輸入20a、20b或20c處的到相應(yīng)sigma-delta級5、6和7的輸入與反饋信號的負(fù)值相加，該反饋信號在反饋環(huán)17上與分母M相乘，并將相加后的值輸出到相應(yīng)的積分器15a、15b和15c，在這里相加后的值在分?jǐn)?shù)計算器的每個時鐘與累積的先前的積分值相加。
在級輸入20a處加到第一sigma-delta級5的輸入為存儲在第一寄存器10的分?jǐn)?shù)物分子F的存儲值。到第二和第三sigma-delta級6和7的級輸入20b和20c的輸入是前級5和6的量化噪聲的負(fù)值。第一和第二sigma-delta級5和6每一個的量化噪聲確定為乘法器22的輸出與相應(yīng)的sigma-delta級5和6的積分器15的輸出之差，其中乘法器22是量化器16的輸出的函數(shù)。第一和第二sigma-delta級5和6中每一個具有一個第二加法器23a和23b，用于得到相應(yīng)的sigma-delta級5和6的量化噪聲的負(fù)值。第二加法器23將來自相應(yīng)積分器15的輸出與來自相應(yīng)乘法器22的輸出的負(fù)值相加，并且相加后的值被輸出到下一個后續(xù)sigma-delta級6或7的級輸入20。
數(shù)字微分器25b和25c對來自第二和第三sigma-delta級6和7各自的量化器16b和16c的輸出進(jìn)行微分，然后在一個中間加法器26中相加，相加后的值在主加法器27中與第一sigma-delta級5的輸出相加。主加法器27的輸出形成變化的數(shù)字碼，它是噪聲成形的，并被加到輸出端口8。一個微分器25b被用于微分來自第二sigma-delta級6的量化輸出，而兩個微分器25c用于微分來自sigma-delta級7的量化輸出。在一個N階sigma-delta調(diào)制器中，在每個sigma-delta級的輸出處的微分器的數(shù)將為m-1，其中m為該級的階數(shù)。傳遞延時28被用在第一和第二級5和6的輸出處，用于補償由sigma-delta調(diào)制器1的第二和第三級6和7中的積分器15引入的時鐘周期延時。在一個N階sigma-delta調(diào)制器中，每個級m中的傳遞延時數(shù)為N-m個。
第一寄存器10中的所存儲的分子F的值在一條n比特總線30上加到第一sigma-delta級5的第一加法器18a。第二寄存器11中存儲的分母M的值在一條n比特總線32上從第二寄存器11加到三個sigma-delta級5、6和7各自的乘法器22。sigma-delta級5、6和7分別被設(shè)計為以雙補碼算法(twos complement arithmetic)進(jìn)行運算。sigma-delta級5、6和7各自的第一加法器18具有適當(dāng)?shù)谋忍亻L度，加法器18各自的輸出在具有適當(dāng)比特長度的總線上被加到相應(yīng)的積分器15。每個積分器15被實現(xiàn)為一個固定容量的積分器，并具有足夠大的容量，使積分器15不發(fā)生溢出。各個積分器15的輸出在具有適當(dāng)比特長度的相應(yīng)的總線34上被加到各個sigma-delta級5、6和7的相應(yīng)的量化器16。各個sigma-delta級5、6和7的量化器16為1比特輸出量化器，它根據(jù)其符號位量化相應(yīng)的積分器15的輸出。換句話說，各個量化器16輸出來自相應(yīng)的積分器15的輸出的最高位，從而它就是相應(yīng)的積分器15的積分后的輸出的符號。每個量化器16的輸出在一個1比特總線35上反饋到每個sigma-delta級5、6和7的反饋環(huán)17上。每個數(shù)字乘法器22的輸出在相應(yīng)的反饋環(huán)17的具有適當(dāng)長度的總線36上被加到相應(yīng)的第一加法器18。相應(yīng)的積分器15的輸出在具有適當(dāng)比特長度的總線37上被加到相應(yīng)的第二加法器23，相應(yīng)的乘法器22的輸出的負(fù)值在具有適當(dāng)比特長度的總線39上被加到第二加法器23。第一和第二sigma-delta級5和6中的各自的第二加法器23具有適當(dāng)?shù)拈L度。各個第二加法器23的輸出在相應(yīng)的具有適當(dāng)比特長度的總線38上被加到下一個sigma-delta級6或7的第一加法器18。
在本發(fā)明的此實施方式中，由于各個sigma-delta級5、6和7被設(shè)置為以雙補碼算法進(jìn)行運算，因此每個量化器16的單比特輸出為邏輯0時代表來自相應(yīng)的積分器15的正輸出，而每個量化器16的單比特輸出的邏輯1值時則代表相應(yīng)的積分器15的負(fù)輸出。
現(xiàn)尤其參見圖2，現(xiàn)說明各個sigma-delta級5、6和7中的乘法器22的實現(xiàn)以及各個sigma-delta級5、6和7中的第一加法器18的實現(xiàn)。每個第一加法器18包括一個二進(jìn)制加法器40，它具有一個第一輸入，即一個A輸入41，到相應(yīng)的第一加法器18的級輸入就加到這里。如果為第一sigma-delta級5的第一加法器18a的加法器40，則存儲在第一寄存器10中的分子F的存儲值在總線30上被加到A輸入41。如果是第二和第三sigma-delta級6和7的第一加法器18b和18c的加法器40，量化器噪聲的負(fù)值在總線38上從前級的第二加法器23加到加法器40的A輸入41。為了方便，將參照圖2說明加法器以及第一sigma-delta級的乘法器22的實現(xiàn)。要理解第二和第三sigma-delta級6和7的第一加法器18和乘法器22的實現(xiàn)和操作與第一級5的相同，但與上述討論的有例外。
二進(jìn)制加法器40具有一個第二輸入，即，一個B輸入42，用于接收反饋環(huán)17的總線36上的反饋信號的負(fù)值。一個進(jìn)位輸入(carry-ininput)44在一條單比特總線45上從反饋環(huán)17接收來自量化器16的1比特輸出的負(fù)值。一個反相器46對來自反饋環(huán)17的量化器16的輸出取反，以提供量化器輸出的負(fù)值。
本發(fā)明的此實施方式中的數(shù)字乘法器22實現(xiàn)為一個由多路轉(zhuǎn)接器48提供的開關(guān)電路。由于量化器16的單比特輸出為積分器15的輸出的符號值，將量化器輸出與所存儲的分母M的值相乘是這樣實現(xiàn)的，操作多路轉(zhuǎn)接器48，使之根據(jù)量化器16的單比特輸出的值選擇性地將分母M的正或負(fù)值轉(zhuǎn)接到加法器40的B輸入42。所存儲的分母值在n比特總線32上從第二寄存器11發(fā)送到多路轉(zhuǎn)接器48的第一輸入49。所存儲的分母值通過一條n比特總線52上的一組n個反相器51中傳遞到多路轉(zhuǎn)接器48的一個第二輸入50，以提供分母的負(fù)值。
因此，當(dāng)每級5的量化器的單比特輸出為0，代表正號時，分母的負(fù)值從多路轉(zhuǎn)接器48的第二輸入50轉(zhuǎn)接到加法器40的B輸入42，因為反饋環(huán)17是一個負(fù)反饋環(huán)?？商鎿Q地，當(dāng)量化器16的單比特輸出為邏輯1，代表負(fù)號時，多路轉(zhuǎn)接器48的第一輸入49上的分母的正值被轉(zhuǎn)接到加法器40的B輸入42。第一sigma-delta級5的加法器將分別出現(xiàn)在其A、B和進(jìn)位輸入41、42和44上的分子F的值、分母M的正或負(fù)值以及量化器輸入的反相值相加，并將相加后的值輸出到積分器15。來自量化器16的單比特輸出的反相值被加到加法器40的進(jìn)位輸入44，以便加法器40的輸出正確代表了考慮到其符號的分?jǐn)?shù)的分子和分母的和。
第二和第三sigma-delta級6和7的加法器40和多路轉(zhuǎn)接器48與第一sigma-delta級5的加法器40和多路轉(zhuǎn)接器48相同。根據(jù)相應(yīng)的量化器16的單比特輸出的值，存儲在第二寄存器11中的分母的正或負(fù)值被多路轉(zhuǎn)接器48轉(zhuǎn)接到加法器40的B輸入42。相應(yīng)的量化器的單比特輸出的反相值被加到加法器40的進(jìn)位輸入44。第二和第三sigma-delta級6和7與第一sigma-delta級5之間唯一的差別是，不是來自第一寄存器10的分子F被加到第二和第三級6和7的加法器40的A輸入41上，而是總線38上的來自前級的第二加法器23的量化噪聲的負(fù)值被從前sigma-delta級5和6加到加法器40的A輸入41。
第二和第三sigma-delta級的微分器25的輸出在適當(dāng)?shù)?、3或4比特總線上輸出，并且中間加法器26具有適當(dāng)?shù)拈L度。中間加法器26的輸出與第一sigma-delta級5的量化器16的單比特輸出在主加法器中相加，該主加法器27也具有適當(dāng)?shù)拈L度。主加法器54的輸出，即表示分?jǐn)?shù)F/M的變化的數(shù)字碼，在總線55上輸出到輸出端口8。總線55通常為一條4比特總線，盡管總線55的比特長度取決于sigma-delta調(diào)制器3的級數(shù)，對于一個三階sigma-delta調(diào)制器將為一條4比特總線。
通過分別將第一和第二sigma-delta級5和6的量化噪聲通過第二和第三sigma-delta級6和7，輸出總線55上的變化的數(shù)字碼為噪聲成形的。從而，當(dāng)變化的數(shù)字碼被加到一個多除數(shù)分頻器的控制信號輸入以提供可變分?jǐn)?shù)值用于頻率信號的分?jǐn)?shù)分頻時，分頻器的輸出頻率中的量化噪聲為噪聲成形的，從而輸出頻率中的量化噪聲能夠被一個低通濾波器濾掉。另外，由于sigma-delta調(diào)制器是MASH結(jié)構(gòu)這一事實的功效，該分?jǐn)?shù)計算器對于所有從0到分母值的分子值F均是穩(wěn)定的。
使用中，要計算的所選擇的分?jǐn)?shù)的分子F和分母M的值分別通過第一和第二輸入端口12和14被寫入第一和第二寄存器10和11。分子F的值被加到第一sigma-delta級5的加法器40的A輸入41，并根據(jù)第一sigma-delta級的量化器16的單比特輸出的值，與由多路轉(zhuǎn)接器48轉(zhuǎn)接到加法器40的B輸入42的分母M的正或負(fù)值相加。第一sigma-delta級5的加法器40的進(jìn)位輸入44上的加法量化器16的輸出的反相值同樣被加法器40與A和B輸入41和42上的輸入相加，然后和在調(diào)制器1的每個時鐘被加到第一sigma-delta級5的積分器15，并在其中被積分。積分器輸出15在量化器16中量化，第一sigma-delta級5的積分器輸出的符號值被量化器16加到主加法器27。
當(dāng)分子F與分母M的正或負(fù)值的和在第一sigma-delta級5中被積分和量化時，來自第一和第二sigma-delta級5和6的量化器噪聲分別在第二和第三sigma-delta級6和7的第一加法器40中與分母M的正或負(fù)值相加，這取決于來自第二和第三sigma-delta級6和7的相應(yīng)的量化器16的單比特輸出的值。來自各個量化器16的單比特輸出的反相值被加到相應(yīng)的加法器40的進(jìn)位輸入44，并且同樣在加法器40中與A和B輸入41和42上的輸入相加。第二和第三sigma-delta級的積分器15在分?jǐn)?shù)計算器1的每個時鐘積分相應(yīng)的加法器40的輸出，然后在相應(yīng)的量化器16中量化。來自第二和第三sigma-delta級6和7的量化后的輸出在微分器25中微分，并依次在中間加法器26中相加，并依次在主加法器27中與來自第一sigma-delta級5的量化器16的量化輸出相加。來自主加法器27第一、第二和第三sigma-delta級5、6和7的輸出的相加后的值在輸出總線55上輸出，以提供變化的數(shù)字碼，用于加到多除數(shù)分頻器的控制輸入，以提供分?jǐn)?shù)除法的變化的除數(shù)值。但是，由于由第一和第二sigma-delta級5和6的積分器15引入的傳遞延時，加到第二和第三級6和7的第一加法器40的量化噪聲將從前一sigma-delta級5或6被延時一個時鐘周期。在每個sigma-delta級的前向路徑中引入時鐘周期延時的優(yōu)點是允許每級的操作被傳遞一個時鐘周期。這促進(jìn)了整個sigma-delta調(diào)制器的高通過率。
現(xiàn)參見圖3，示出同樣根據(jù)本發(fā)明的一個N分可變頻率合成器，它通常用參考數(shù)字60表示，用于從一個由晶體振蕩器61生成的參考頻率fr合成可選的輸出頻率fo，以及用于在頻率輸出端62輸出所選擇的輸出頻率fo。本發(fā)明的此實施方式中的合成器60適于輸出多個可選頻率系列，其中每個系列中的相鄰可選頻率間的頻率步長是恒定的，但各系列間是可選的，如下文所說明的。
合成器60包括一個直接頻率合成器，它由一個可選整數(shù)分頻器65提供，該整數(shù)分頻器具有一個控制輸入66，用于選擇整數(shù)R，參考頻率fr將被該整數(shù)所分割以提供一個中間輸出頻率fi。分頻器65輸出的中間頻率fi被加到一個N分頻率合成器68的相位檢測器67的一個第一輸入64，該頻率合成器被實現(xiàn)為一個鎖相環(huán)合成器。相位檢測器67的輸出通過環(huán)路濾波器69到達(dá)一個電壓控制振蕩器70，它生成所選擇的輸出頻率fo。一個負(fù)反饋環(huán)71通過一個多除數(shù)可編程分頻器73反饋來自電壓控制振蕩器70的輸出頻率fo，該多除數(shù)可編程分頻器73將輸出頻率fo分割為分割后的頻率fd。分割后的頻率fd通過負(fù)反饋環(huán)71反饋到相位檢測器67的一個第二輸入72。相位檢測器67將分割后的頻率fd的相位與中間頻率fi的相位進(jìn)行比較，并輸出一個電壓信號，該電壓信號在環(huán)路濾波器69中被濾波，并被加到電壓控制振蕩器70，用于將電壓控制振蕩器70的頻率輸出驅(qū)動到所選擇的輸出頻率fo。
一個控制輸入74被提供給分頻器73，用于接收變化的數(shù)字碼，以提供整數(shù)除數(shù)的變化值，頻率fo將被該變化值所分割，以進(jìn)行分?jǐn)?shù)除法，從而產(chǎn)生所選擇的頻率fo。在這種方法中，反饋頻率fo可被一個具有整數(shù)部分I和分?jǐn)?shù)部分F/M的有理數(shù)所除。
有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分F/M被一個可變模分?jǐn)?shù)計算器計算，該分?jǐn)?shù)計算器通常表示為參考數(shù)字75，它與可變模分?jǐn)?shù)計算器1相同，相同的元件用相同的參考數(shù)字標(biāo)識。為了方便，分?jǐn)?shù)計算器1的三階sigma-delta調(diào)制器3在圖3中僅以方框表示。
所選擇的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子F和分母M的值分別通過輸入端口12和14寫入分?jǐn)?shù)計算器75的第一和第二寄存器10和11。一個第三寄存器76被用于存儲所選擇的有理數(shù)的整數(shù)I的值的數(shù)字值。所選擇的整數(shù)I的值通過一個第三輸入端口77寫入第三寄存器76。主數(shù)字加法器78將存儲在第三寄存器76中的整數(shù)I與分?jǐn)?shù)計算器75在分?jǐn)?shù)計算器75的每個時鐘通過輸出端口8輸出的變化的數(shù)字碼相加，其中該數(shù)字碼表示有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的值。相加后的有理數(shù)的整數(shù)部分與分?jǐn)?shù)部分在總線79上被加到可編程分頻器73的控制輸入74。可編程分頻器73的分頻后的輸出頻率fd作為分?jǐn)?shù)計算器76的時鐘，以便當(dāng)在每個時鐘變化碼與有理數(shù)的整數(shù)值相加時，適當(dāng)?shù)某龜?shù)值被加到可編程分頻器73的控制輸入。
一個第四寄存器80存儲所選擇的整數(shù)R的值，用于選擇分頻器65的除數(shù)。一個輸入端口81被用于將所選擇的整數(shù)R的值輸入到第四寄存器80。第四寄存器80的比特長度將足夠存儲所允許的整數(shù)R的值，這由分頻器65的控制輸入66的比特長度決定。通常，到分頻器65的輸入66的比特長度將為4比特。一個4比特總線82將第四寄存器80中的存儲的整數(shù)R的值傳送到分頻器65的控制輸入66。
通常，整數(shù)I的值將被減小，以減小噪聲增益，但是，通常第三寄存器76將是一個10比特寄存器。一個相應(yīng)長度的總線84將第三寄存器76中存儲的整數(shù)I的值傳送到主加法器78。
分?jǐn)?shù)頻率合成器60尤其適用于合成用于移動電話通信中的一系列可選頻率，相鄰可選頻率間具有不同的頻率步長。分?jǐn)?shù)合成器60的轉(zhuǎn)移函數(shù)為1R(I+FM)]]>因此，分?jǐn)?shù)合成器60的可選輸出頻率fo由下列方程給出fo=1R(1+FM)fr]]>此方程可寫成以如下方式給出fo的值fo=MI+FRMfr]]>因此，通過改變分母M/或整數(shù)R，可改變各個可選頻率系列的相鄰可選頻率間的頻率步長。
可選擇整數(shù)R和分母M的多個值，但是，以下是如何選擇各個頻率系列中的相鄰頻率間的頻率步長，以及當(dāng)已選擇了步長后如何選擇一個所選擇的頻率系列的頻率值的例子。在這些例子中，可變頻率合成器60被說明成用于合成適于在GSM標(biāo)準(zhǔn)下和在IS-136標(biāo)準(zhǔn)下的通信的頻率。這兩個標(biāo)準(zhǔn)都在900MHz附近的信道頻率操作。但是，在GSM通信中，相頻可選頻率間的頻率步長為200kHz，而在IS-136標(biāo)準(zhǔn)中，相鄰可選頻率間的頻率步長為30kHz。在本發(fā)明的此實施方式中，晶體振蕩器61產(chǎn)生的參考頻率為13MHz。
為合成GSM標(biāo)準(zhǔn)下的通信所需的頻率，整數(shù)R被選擇為等于1，分母M的值被選擇為等于65。當(dāng)R和M的值這樣選擇時，頻率輸出方程變成fo=(65I+F)65fr]]>當(dāng)參考頻率fr為13MHz，整數(shù)R和分母M的值這樣設(shè)置時，頻率輸出信號fo可選擇為具有200kHz的整數(shù)倍的頻率步長，其方法是對于不超過64的分子F值選擇整數(shù)I值等于67，而對于大于64的F值選擇整數(shù)I值等于65，并取分子F的值從F＝0至F＝64，以1為步長，如下foI FM883.80 67 64 65884.00 68 065884.20 68 165884.40 68 265……
要用相同的13MHz的參考頻率fr合成IS-136標(biāo)準(zhǔn)中的通信的頻率，整數(shù)R的值選擇為等于1，分母M的值被選擇為等于1300，從而，頻率輸出的等式變?yōu)閒OUT=1300I+F1300fr]]>頻率輸出信號fo可選擇為具有30kHz的頻率步長，其方法為對于不大于1300的F值選擇整數(shù)I值等于67，對于大于1300的F值選擇整數(shù)I值等于68，并將F值從0至1297以步長3分步，如下foI F M883.97671297 1300884.00680 1300884.03683 1300884.06686 1300……上文所說明的在不需要提供單獨的參考頻率的情況下，能夠改變頻率步長這一事實是一個尤其重要的優(yōu)點，因為相同的環(huán)路濾波器69可被用于鎖相環(huán)合成器68。
具有與已經(jīng)說明的系列相同或不同的頻率步長的其他系列的可選頻率可用同樣的方法合成，即選擇其他R和M的值以選擇頻率步長，并適當(dāng)?shù)剡x擇I值用于選擇基本頻率，以及選擇F值用于通過各自的頻率步長對該系列的頻率進(jìn)行分步。
在頻率合成器60的一個實際實現(xiàn)中，將提供一個查找表(未顯示)，它具有相應(yīng)于可選頻率系列的頻率步長的整數(shù)R和分母M的適當(dāng)值，它們將可能需要用于可變頻率合成器60的合成。各頻率步長的值將與用于選擇各個步長的整數(shù)R和分母M的相應(yīng)值關(guān)聯(lián)。同樣將提供一系列查找表，它們具有用于選擇各個頻率系列內(nèi)的可選頻率的適當(dāng)?shù)恼麛?shù)I和分母F的值。對于各個頻率系列，適當(dāng)?shù)目蛇x頻率值將與其相應(yīng)的整數(shù)I和分母F的值相關(guān)聯(lián)。將提供適當(dāng)?shù)碾娐?，允許輸入適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)，用于選擇各自的可選頻率。例如，當(dāng)可變頻率合成器60被用于移動電話通信時，將為適當(dāng)?shù)碾娐诽峁┮粋€輸入，它允許選擇GSM標(biāo)準(zhǔn)和IS-136標(biāo)準(zhǔn)下的通信所要求的一系列頻率。一個單獨的輸入將被用于允許輸入要選擇的頻率值。然后該電路將從查找表中選擇整數(shù)R和分母M的適當(dāng)值，用于選擇適當(dāng)?shù)目蛇x頻率系列，然后該電路將從適當(dāng)?shù)牟檎冶碇羞x擇整數(shù)I和分子F的適當(dāng)值，用于合成所選擇的頻率。
現(xiàn)參見圖4，示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的一個N分可變頻率合成器，它通常表示為參考數(shù)字90。該可變頻率合成器90與可變頻率合成器60有些相似，相同的元件用相同的參考數(shù)字標(biāo)識?？勺冾l率合成器90與可變頻率合成器60之間的主要差別是直接分頻器由一個多除數(shù)可編程分頻器91所提供，并可在可變模分?jǐn)?shù)計算器1的控制下操作。一個用來分割分頻器91中的頻率的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子F和分母M的所選值分別通過分?jǐn)?shù)計算器1的輸入端口12和14被寫入到第一和第二寄存器10和11。有理數(shù)的整數(shù)部分I通過輸入端口77被寫入第三寄存器76。另外，在本發(fā)明的此實施方式中，間接頻率合成器由一個與間接合成器68的相同的鎖相環(huán)提供，但是，反饋環(huán)71中的分頻器是一個可選整數(shù)分頻器92。用于去分割通過分頻器92的頻率的整數(shù)值通過輸入端口81被寫入第四寄存器80。
因此，頻率合成器90的轉(zhuǎn)移函數(shù)由下列等式給出RI+FM]]>它可被改寫為RMMI+F]]>因此，可由可變頻率合成器90合成的可選輸出頻率fo由下列等式給出fo=RMMI+Ffr]]>將被欣賞的是，如果需要，由分頻器65提供的直接頻率合成器可從參考圖3說明的可變頻率合成器60中省去。還將被欣賞的是，間接頻率合成器68將從參考圖4說明的可變頻率合成器90中省去。通過從可變頻率合成器60中省略直接頻率合成器65，頻率合成器60的可選輸出頻率fo的等式將變?yōu)閒o=MI+FMfr]]>因此，在這種情況下，各個可選頻率系列的相鄰可選頻率間的頻率步長可通過選擇分母M的值選擇。
通過從可變頻率合成器90中省去間接頻率合成器68，可選輸出頻率fo的等式將變?yōu)閒o=MMI+Ffr]]>將看到可變頻率合成器90的間接頻率合成器68可由一個簡單的鎖相環(huán)提供，其反饋環(huán)中沒有分頻器92。在鎖相環(huán)充當(dāng)對中間頻率進(jìn)行濾波的帶通濾波器時，其頻率將變成合成器90的輸出頻率。
但在參考圖1和2說明的可變模分?jǐn)?shù)計算器中，其中在相應(yīng)的sigma-delta級的負(fù)反饋環(huán)中的反饋的量化器的輸出與分母M的值相乘，已被說明為實現(xiàn)成一個多路轉(zhuǎn)接器，將看到在本發(fā)明的sigma-delta調(diào)制器的各個sigma-delta級的各個量化器的輸出為多比特輸出的實施方式中，乘法將在每個級中的一個適當(dāng)?shù)臄?shù)字乘法器中進(jìn)行。乘法器實現(xiàn)為一個多路轉(zhuǎn)接器一般僅適用于量化器的輸出為單比特輸出的sigma-delta級。將乘法器實現(xiàn)為每個sigma-delta級的反饋環(huán)中的一個多路轉(zhuǎn)接器是本發(fā)明的一個尤其有利的實現(xiàn)，因為它產(chǎn)生了本發(fā)明的一種相對簡單、便宜并且不復(fù)雜的實現(xiàn)，在集成電路芯片所需的模區(qū)最小。
還將被欣賞的是，不是將來自第二寄存器11的分母值M通過多個反相器以向多路轉(zhuǎn)接器提供分母M的負(fù)值，而是可將分母M的負(fù)值存儲在一個單獨的寄存器中，分母M的負(fù)值可從中加到多路轉(zhuǎn)接器48的輸入50。還將被欣賞的是，除二進(jìn)制加法器40外，可提供其他的適當(dāng)?shù)亩M(jìn)制加法器，用于將分子F的存儲值與分母M的正和負(fù)值中適當(dāng)?shù)哪且粋€相加，這些加法器取決于所使用的算法類型，在某些情況下，不需要對來自量化器的輸出比特的反相值進(jìn)位，因為這是當(dāng)算法基于雙補碼算法時的一個特殊要求。
還將被欣賞的是，雖然分?jǐn)?shù)計算器已被說明為實現(xiàn)成一個三階sigma-delta調(diào)制器，但分?jǐn)?shù)計算器可為一個二階分?jǐn)?shù)計算器，或者具有任何高于三階的階數(shù)。另外，將看到，雖然sigma-delta調(diào)制器已被說明為實現(xiàn)成MASH級聯(lián)結(jié)構(gòu)，sigma-delta調(diào)制器也可以其他適當(dāng)?shù)募壜?lián)結(jié)構(gòu)提供。
雖然sigma-delta調(diào)制器的寄存器、總線、加法器、積分器和其他元件已被說明成具有指定的比特長度，但也可使用具有其他比特長度的元件，并且元件和總線的比特長度的選擇可根據(jù)分?jǐn)?shù)計算器的功能以及將被計算的變量來適當(dāng)?shù)剡x擇。雖然sigma-delta調(diào)制器已被說明為包括由調(diào)制器的各個sigma-delta級的前向路徑所提供的時鐘延時，但時鐘延時也可位于sigma-delta級的反饋路徑中。sigma-delta調(diào)制器中的這些變化以及其他變化對于本領(lǐng)域技術(shù)熟練者是已知的，并且對sigma-delta調(diào)制器的具體說明將不會以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
雖然時鐘周期延時已被說明為在每個sigma-delta級的前向路徑的積分器中引入，但看到時鐘周期延時也可在各個sigma-delta級的反饋路徑中引入。這對于本領(lǐng)域技術(shù)熟練者將很容易清楚并了解。
不用說，將被欣賞的是根據(jù)sigma-delta調(diào)制器的階數(shù)，將實現(xiàn)適當(dāng)?shù)膫鬟f路徑。
權(quán)利要求
1.一個用于將一個分?jǐn)?shù)計算為一個代表該分?jǐn)?shù)的變化的數(shù)字碼的可變模分?jǐn)?shù)計算器，該可變模分?jǐn)?shù)計算器包括一個具有N個級聯(lián)的sigma-delta級的N階sigma-delta調(diào)制器，其中N為大于1的整數(shù)，該sigma-delta調(diào)制器響應(yīng)分?jǐn)?shù)的分子和分母以輸出變化的數(shù)字碼，其中分子和分母的值可選。
2.權(quán)利要求1要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中sigma-delta調(diào)制器的N個sigma-delta級級聯(lián)成MASH結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求1要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中sigma-delta調(diào)制器的每個sigma-delta級包括一個反饋環(huán)。
4.權(quán)利要求3要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中一個乘法器位于各個sigma-delta級的反饋環(huán)中，用于在將反饋信號的負(fù)值與到該sigma-delta級的級輸入相加前，將該級的反饋環(huán)中的反饋信號所代表的值與所選擇的分?jǐn)?shù)的分母值相乘。
5.權(quán)利要求4要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中第一sigma-delta級的級輸入為所選擇的分?jǐn)?shù)的分子值，其后每個sigma-delta級的級輸入為來自前一sigma-delta級的量化噪聲的負(fù)值。
6.權(quán)利要求3要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中每個sigma-delta級包括一個積分器，用于對級輸入與從反饋環(huán)反饋到級輸入的信號的負(fù)值之和積分，一個量化器，用于量化積分器的輸出，量化器的輸出通過反饋環(huán)反饋，以及一個第一加法器，用于將來自反饋環(huán)的信號的負(fù)值與到sigma-delta級的級輸入相加，并將和輸出到積分器。
7.權(quán)利要求6要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中從第一級至第N-1級的每個sigma-delta級具有個第二加法器，用于將該級的積分器的輸出與乘法器輸出的負(fù)值相加，以將量化噪聲的負(fù)值提供給下一sigma-delta級的級輸入。
8.權(quán)利要求6要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中每個sigma-delta級的量化器是一個單比特輸出量化器。
9.權(quán)利要求8要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中每個sigma-delta級量化器的單比特輸出代表該級的積分器輸出的符號值。
10.權(quán)利要求8要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中每級的量化器的輸出代表自該sigma-delta級的積分器接收的信號的最高比特。
11.權(quán)利要求10要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中每個sigma-delta級被設(shè)置為以雙補碼算法積分，并且每級的量化器的輸出代表該級的積分器的輸出的符號值。
12.權(quán)利要求9要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中每個sigma-delta級的乘法器實現(xiàn)為一個開關(guān)電路，它根據(jù)來自該級的量化器的輸出比特的狀態(tài)，選擇性的將所選擇的分母值和其負(fù)值中的一個加到sigma-delta級的第一加法器，以便通過由量化器的輸出所代表的符號值來影響分母的乘法。
13.權(quán)利要求12要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中所選擇的分母值被加到每個sigma-delta級的開關(guān)電路的第一輸入，并且所選擇的分母值經(jīng)過一個反相電路加到開關(guān)電路的一個第二輸入。
14.權(quán)利要求12要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中響應(yīng)代表負(fù)號的sigma-delta級的量化器的單比特輸出，所選擇的分母值被開關(guān)電路加到每個sigma-delta級的第一加法器，響應(yīng)代表正號的sigma-delta級的量化器的單比特輸出，所選擇的分母的負(fù)值被開關(guān)電路加到第一加法器。
15.權(quán)利要求12要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中開關(guān)電路包括一個多路轉(zhuǎn)接器。
16.權(quán)利要求12要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中每個sigma-delta級的第一加法器包括一個二進(jìn)制加法器，它具有一個第一輸入，用于接收到該sigma-delta級的級輸入，以及一個第二輸入，用于接收來自該級的開關(guān)電路的所選擇的分母的正或負(fù)值，該二進(jìn)制加法器將第一和第二輸入各自的輸入相加，并將和輸出到該sigma-delta級的積分器。
17.權(quán)利要求16要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中每個sigma-delta級的二進(jìn)制加法器包括一個進(jìn)位輸入用于接收該級的量化器的單比特輸出的負(fù)值，并將量化器的單比特輸出的負(fù)值與該二進(jìn)制加法器的第一和第二輸入上的輸入相加。
18.權(quán)利要求1要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中一個第三加法器被用于將來自sigma-delta調(diào)制器的各個sigma-delta級的量化后的輸出相加，以提供變化的數(shù)字碼。
19.權(quán)利要求1要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中第二級至第N級的每一級的量化后的輸出被通過m-1個微分器，其中m為MASH結(jié)構(gòu)級聯(lián)中的該sigma-delta級的級號。
20.權(quán)利要求1要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中一個第一寄存器被用于存儲所選擇的分?jǐn)?shù)的分子值，一個第二寄存器被用于存儲所選擇的分?jǐn)?shù)的分母值。
21.權(quán)利要求20要求的一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，其中一個第一輸入被用于向第一寄存器輸入所選擇的分子值，一個第二輸入被用于向第二寄存器輸入所選擇的分母值。
22.一個用于從一個參考頻率合成可選的輸出頻率的直接可變頻率合成器，該頻率合成器包括一個多除數(shù)可編程分頻器，用于分割參考頻率，合成一個所選擇的輸出頻率，該分頻器響應(yīng)一個控制信號來改變其除數(shù)，以進(jìn)行分?jǐn)?shù)除法，一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，用于將一個可選值的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分計算成一個代表該分?jǐn)?shù)的變化的數(shù)字碼，該可變模分?jǐn)?shù)計算器響應(yīng)所選擇的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子和分母值來輸出變化的數(shù)字碼，以及一個主加法器，用于將代表所選擇的有理數(shù)的整數(shù)值的數(shù)字碼與來自可變模分?jǐn)?shù)計算器的變化的數(shù)字碼相加，以便向可編程分頻器提供一個變化的控制信號，從而向可編程分頻器提供變化的除數(shù)值以進(jìn)行分?jǐn)?shù)除法，以根據(jù)所選擇的有理數(shù)值產(chǎn)生選定的合成輸出頻率。
23.權(quán)利要求22要求的一個直接可變頻率合成器，其中可變模分?jǐn)?shù)計算器包括一個具有N個級聯(lián)的sigma-delta級的N階sigma-delta調(diào)制器，其中N為大于1的整數(shù)。
24.權(quán)利要求23要求的一個直接可變頻率合成器，其中sigma-delta調(diào)制器的N個sigma-delta級級聯(lián)成MASH結(jié)構(gòu)。
25.權(quán)利要求23要求的一個直接可變頻率合成器，其中一個乘法器位于每個sigma-delta級的反饋環(huán)中，用于在將反饋信號的負(fù)值與到該sigma-delta級的級輸入相加前，將該級的反饋環(huán)中的反饋信號所代表的值與所選擇的分?jǐn)?shù)的分母值相乘。
26.權(quán)利要求25要求的一個直接可變頻率合成器，其中第一sigma-delta級的級輸入為所選擇的分?jǐn)?shù)的分子值，其后的每個sigma-delta級的級輸入為來自前一sigma-delta級的量化噪聲的負(fù)值。
27.權(quán)利要求22要求的一個直接可變頻率合成器，其中來自多除數(shù)可編程分頻器的輸出頻率通過一個帶通濾波器，該帶通濾波器的中心頻率取在輸出頻率上。
28.權(quán)利要求27要求的一個直接可變頻率合成器，其中帶通濾波器實現(xiàn)為一個鎖相環(huán)。
29.一個間接可變頻率合成器，用于從一個參考頻率合成可選頻率，并用于改變可選頻率的相鄰可選頻率間的頻率步長，該頻率合成器包括一個位于頻率合成器的反饋環(huán)中的多除數(shù)可編程分頻器，用于分割反饋環(huán)中的反饋頻率，該可編程分頻器響應(yīng)一個控制信號，以改變其除數(shù)進(jìn)行分?jǐn)?shù)除法，一個可變模分?jǐn)?shù)計算器，用于將一個可選值的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分計算成一個代表該分?jǐn)?shù)的變化的數(shù)字碼，該可變模分?jǐn)?shù)計算器響應(yīng)所選擇的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子和分母值來輸出變化的數(shù)字碼，以及一個主加法器，用于將代表所選擇的有理數(shù)的整數(shù)值的數(shù)字碼與來自可變模分?jǐn)?shù)計算器的變化的數(shù)字碼相加，以便向可編程分頻器提供一個變化的控制信號，從而向可編程分頻器提供變化的除數(shù)值來進(jìn)行分?jǐn)?shù)除法，從而根據(jù)所選擇的有理數(shù)值產(chǎn)生選定的合成輸出頻率，可選輸出頻率的相鄰可選輸出頻率間的頻率步長響應(yīng)所選擇的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分母的值。
30.權(quán)利要求29要求的一個間接可變頻率合成器，其中當(dāng)有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分母值已被選擇后，合成后的輸出頻率可根據(jù)有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子以及有理數(shù)的整數(shù)中的一個或兩個進(jìn)行選擇。
31.權(quán)利要求29要求的一個間接可變頻率合成器，其中可變模分?jǐn)?shù)計算器包括一個具有N個級聯(lián)的sigma-delta級的N階sigma-delta調(diào)制器，其中N為大于1的整數(shù)。
32.權(quán)利要求31要求的一個間接可變頻率合成器，其中sigma-delta調(diào)制器的N個sigma-delta級級聯(lián)成MASH結(jié)構(gòu)。
33.權(quán)利要求31要求的一個間接可變頻率合成器，其中sigma-delta調(diào)制器的每個sigma-delta級包括一個反饋環(huán)。
34.權(quán)利要求31要求的一個間接可變頻率合成器，其中一個乘法器位于每個sigma-delta級的反饋環(huán)中，用于在將反饋信號的負(fù)值與到該sigma-delta級的級輸入相加前，將該級的反饋環(huán)中的反饋信號所代表的值與所選擇的分?jǐn)?shù)的分母值相乘。
35.權(quán)利要求34要求的一個間接可變頻率合成器，其中第一sigma-delta級的級輸入為所選擇的分?jǐn)?shù)的分子值，其后的每個sigma-delta級的級輸入為來自前一sigma-delta級的量化噪聲的負(fù)值。
36.權(quán)利要求33要求的一個間接可變頻率合成器，其中每個sigma-delta級包括一個積分器，用于對級輸入與從反饋環(huán)反饋到級輸入的信號的負(fù)值之和積分，一個量化器，用于量化積分器的輸出，量化器的輸出通過反饋環(huán)反饋回來，以及一個第一加法器，用于將來自反饋環(huán)的信號的負(fù)值與到sigma-delta級的級輸入相加，并將和輸出到積分器。
37.權(quán)利要求36要求的一個間接可變頻率合成器，其中每個sigma-delta級的量化器是一個單比特輸出量化器。
38.權(quán)利要求37要求的一個間接可變頻率合成器，其中每個sigma-delta級量化器的單比特輸出代表該級的積分器的輸出的符號值。
39.權(quán)利要求38要求的一個間接可變頻率合成器，其中每個sigma-delta級的乘法器實現(xiàn)為一個開關(guān)電路，它根據(jù)來自該級的量化器的輸出比特的狀態(tài)，選擇性的將所選擇的分母值和其負(fù)值中的一個加到該sigma-delta級的第一加法器，以便通過由量化器的輸出所代表的符號值來影響分母的乘法。
40.權(quán)利要求39要求的一個間接可變頻率合成器，其中響應(yīng)代表負(fù)號的sigma-delta級的量化器的單比特輸出，所選擇的分母值被開關(guān)電路加到每個sigma-delta級的第一加法器，響應(yīng)代表正號的sigma-delta級的量化器的單比特輸出，所選擇的分母的負(fù)值被開關(guān)電路加到第一加法器。
41.權(quán)利要求29要求的一個間接可變頻率合成器，其中一個第一寄存器被用于存儲所選擇的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分子，一個第二寄存器被用于存儲所選擇的有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分的分母，以及一個第三寄存器被用于存儲所選擇的有理數(shù)的整數(shù)值。
全文摘要
一個可變模分?jǐn)?shù)計算器(1)用于計算一個有理數(shù)的分?jǐn)?shù)部分，該有理數(shù)被用在一個可變頻率合成器的多除數(shù)分頻器中去分割一個參考頻率，該可變頻率合成器包括一個MASH級聯(lián)結(jié)構(gòu)的三階sigma－delta調(diào)制器(3)，它具有第一、第二和第三sigma－delta級(5、6、7)。
文檔編號H03M7/00GK1465029SQ02802389
公開日2003年12月31日 申請日期2002年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月15日
發(fā)明者邁克爾·F·凱萬尼, 威廉·P·亨特 申請人:阿納洛格裝置公司