專利名稱：具有改進(jìn)的相位噪聲的壓控振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有減小的相位噪聲的壓控振蕩器及其控制設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
與許多無線電系統(tǒng)一樣，移動(dòng)電話將待發(fā)射的信號(hào)從基帶上變頻到發(fā)射頻率。移動(dòng)電話支持相對(duì)寬的發(fā)射頻率擴(kuò)展，因此在這樣的電話內(nèi)提供的發(fā)射振蕩器和本地振蕩器需要在相對(duì)寬的頻率范圍之上可調(diào)諧。
通常，如果希望在相對(duì)寬的頻率范圍之上調(diào)諧壓控振蕩器VCO，則要求在振蕩器輸出頻率與振蕩器輸入控制電壓之間相對(duì)大的比例常數(shù)KVCO。使用大的KVCO使得能夠迅速遍歷調(diào)諧范圍。這意味著本地振蕩器能夠在頻率之間快速移動(dòng)而且鎖定到新頻率。然而，對(duì)于這一調(diào)諧便利有需要付出的代價(jià)。出現(xiàn)在控制電壓上的任何噪聲有可能在振蕩器的輸出譜中出現(xiàn)。該噪聲可能造成振蕩器輸出相位從具有與振蕩器的標(biāo)稱頻率相同的頻率的理想正弦曲線的相位波動(dòng)。這些偏離總計(jì)為振蕩器輸出處的相位噪聲。
用于移動(dòng)電話的GSM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于移動(dòng)電話的發(fā)射包絡(luò)中所能允許的相位噪聲設(shè)有限制。這些限制是強(qiáng)制性的落在這些限制之外的裝置不能授權(quán)使用。移動(dòng)電話的本地振蕩器或發(fā)射振蕩器中產(chǎn)生相位噪聲可能容易造成輸出信號(hào)的功率密度遠(yuǎn)離標(biāo)稱發(fā)射頻率以致超過所允許的發(fā)射功率包絡(luò)。結(jié)果，移動(dòng)電話的壓控振蕩器通常是昂貴的分立裝置。
解決相位噪聲問題的一種方式是讓壓控振蕩器具有低得多的KVCO。因此振蕩器控制電壓上的任何噪聲對(duì)振蕩器輸出頻率具有按比例減小的影響。然而這在減小相位噪聲同時(shí)使得更加難以在寬的工作范圍之上調(diào)諧振蕩器。
在移動(dòng)電話內(nèi)，VCO包括在鎖相環(huán)(PLL)內(nèi)。鎖相環(huán)對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是已知的。相位檢測(cè)器比較基準(zhǔn)信號(hào)和從VCO的輸出所導(dǎo)出的信號(hào)。然后相位檢測(cè)器的輸出變換成(通常通過低通濾波)用于VCO的控制信號(hào)。
對(duì)于某些振蕩器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，振蕩器幅度變化引發(fā)振蕩器頻率變化，也影響KVCO而且因此影響PLL的環(huán)增益。這可能使得難以設(shè)計(jì)和控制快速響應(yīng)頻率靈巧低相位噪聲VCO以及關(guān)聯(lián)電路。
然而，出于其他原因，設(shè)計(jì)者可能實(shí)際上希望振蕩器幅度針對(duì)電話的不同工作模式來設(shè)置成不同目標(biāo)值。因此，與在接收時(shí)段相比，振蕩器幅度在發(fā)射時(shí)段期間可能更大，這是因?yàn)榘l(fā)射過程中的相位噪聲要求更為嚴(yán)格。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種可變頻率振蕩器，包括可變頻率振蕩器芯；振蕩器控制器；以及輸出電壓穩(wěn)定裝置，用于將振蕩器輸出幅度保持在預(yù)定范圍內(nèi)，其中可變頻率振蕩器芯可控制為工作于多個(gè)頻帶之一，而且具有響應(yīng)于振蕩器控制器的頻率控制輸入，以及其中為了設(shè)置新的工作頻率，振蕩器控制器遍及頻帶執(zhí)行頻率搜索以識(shí)別適當(dāng)頻帶，以及其中在頻帶選擇期間執(zhí)行幅度穩(wěn)定。
因此，有可能在振蕩器幅度和頻率域二者中提供改進(jìn)的穩(wěn)定性。這一點(diǎn)是重要的，因?yàn)榉群皖l率控制彼此不完全獨(dú)立，因而調(diào)節(jié)這些振蕩器性能參數(shù)之一對(duì)其他參數(shù)具有影響。
優(yōu)選地，可變頻率振蕩器是壓控振蕩器。
優(yōu)選地，以迭代方式執(zhí)行朝著目標(biāo)頻率來調(diào)諧振蕩器的任務(wù)。因此，振蕩器頻率收斂于目標(biāo)頻率。能夠在多個(gè)調(diào)諧步驟之上執(zhí)行這樣的頻率控制。優(yōu)選地，幅度穩(wěn)定是關(guān)聯(lián)于至少一個(gè)調(diào)諧步驟來執(zhí)行。如果使用逐次逼近法來執(zhí)行調(diào)諧以定位正確頻率，則可以關(guān)于所有逼近步長或者僅某些逼近步長諸如最高有效位/步長來執(zhí)行幅度穩(wěn)定。
在一個(gè)實(shí)施例中，其中二進(jìn)制加權(quán)的調(diào)諧電容器被切換到振蕩器的感應(yīng)器-電容器諧振電路中和從該諧振電路切換出，電容器的切換進(jìn)入造成了諧振頻率下降。類似地，將電容器從諧振電路去除則造成諧振頻率上升。因此，跟隨用以選擇預(yù)定頻率的指令，除了最高有效的電容器C1之外，所的調(diào)諧電容器從諧振電路切換出。然后，輸出電壓穩(wěn)定裝置動(dòng)作為控制振蕩器電路，以便將輸出幅度設(shè)置在可接受值的預(yù)定范圍內(nèi)。假定電壓穩(wěn)定已經(jīng)在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)發(fā)生。在允許電壓穩(wěn)定的時(shí)間段結(jié)束之時(shí)確定振蕩器頻率。在這一時(shí)段中可有利地禁止電壓穩(wěn)定。有利地，僅在選擇振蕩器中的新電容值之后執(zhí)行幅度穩(wěn)定。
作為振蕩器頻率確定的部分，進(jìn)行測(cè)試以確定振蕩器頻率是高于還是低于目標(biāo)頻率。如果振蕩器頻率高于目標(biāo)頻率，則將最高有效電容器保持在振蕩器電路中，否則將它從其中去除。
跟隨最高有效電容器的設(shè)置，該過程進(jìn)展到下一最高有效電容器C2的設(shè)置。再次將受測(cè)電容器C2切換到振蕩器電路中。然后，對(duì)幅度穩(wěn)定裝置進(jìn)行操作，以便將振蕩器輸出電壓控制為落在可接受值的預(yù)定范圍內(nèi)或者達(dá)到(在極限內(nèi))目標(biāo)值。一旦分配給幅度穩(wěn)定過程的預(yù)設(shè)時(shí)間段已經(jīng)到期，則執(zhí)行測(cè)試以查看振蕩器頻率與目標(biāo)頻率相比如何。如果振蕩器頻率高于目標(biāo)頻率，則將電容器C2保持在振蕩器電路中，而如果振蕩器的頻率低于目標(biāo)頻率，則去除電容器C2。
然后，根據(jù)前述過程依次地設(shè)置后續(xù)電容器C3至CN，其中CN是最低有效位。
用以控制振蕩器的這一“頻帶切換”方式使得能夠在振蕩器中使用降低的KVCO，而且這造成降低的相位噪聲。
優(yōu)選地，幅度控制是通過控制從電流源/宿流入或流出振蕩器電路的偏置電流來執(zhí)行。電流控制可用來控制電流幅度，因?yàn)閷?duì)電流進(jìn)行約束就限制了振蕩器中跨過感應(yīng)器的電流變化率，因此限制了跨過感應(yīng)器發(fā)展的電壓。
優(yōu)選地，通過對(duì)來自振蕩器的電壓周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，而且將周期數(shù)目與基準(zhǔn)振蕩器的輸出做比較，來執(zhí)行頻率確定。
優(yōu)選地，幅度控制是以數(shù)字地執(zhí)行的。與模擬反饋系統(tǒng)相比，數(shù)字幅度控制系統(tǒng)的使用造成了相位噪聲性能的非顯而易見顯的益處。模擬系統(tǒng)孜孜以求朝著目標(biāo)值來調(diào)節(jié)振蕩器幅度。這一恒定變化以及用來實(shí)現(xiàn)它的裝置可能引起附加的相位噪聲。
通過使用數(shù)字系統(tǒng)，在每個(gè)數(shù)字設(shè)置的持續(xù)時(shí)間期間，單獨(dú)的電壓電平有效地不變。這造成較少的噪聲傳播到振蕩器中，因此在振蕩器輸出處造成較少的相位噪聲。
對(duì)于切換到諧振電路中的給定電容器組合或者對(duì)于控制電壓變化的給定響應(yīng)，在實(shí)際振蕩器頻率方面的振蕩器性能未被嚴(yán)格地規(guī)定。對(duì)振蕩器幅度亦是如此。假如振蕩器性能落在可接受值的合理寬范圍內(nèi)，PLL和輸出電壓穩(wěn)定裝置工作為有效地校準(zhǔn)振蕩器性能。這又允許更為簡單的方案為振蕩器所用。它還去除了提供溫度補(bǔ)償?shù)男枰覝p小了源抑制設(shè)計(jì)的需要。振蕩器的這些屬性又允許省略電路部件即溫度補(bǔ)償電路或者簡化其他關(guān)聯(lián)電路即源調(diào)整。這又減少部件計(jì)數(shù)，因此減少噪聲源數(shù)目，由此減小將噪聲引入到振蕩器及其控制電路/裝置中。這促成了相位噪聲的減小。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種控制具有可調(diào)諧輸出頻率和可調(diào)節(jié)輸出幅度的壓控振蕩器的方法，其中跟隨改變調(diào)諧電容器值的步驟，在確定振蕩器是否工作于可接受頻率范圍內(nèi)之前執(zhí)行幅度控制功能。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于壓控振蕩器的幅度控制系統(tǒng)，其中該控制系統(tǒng)響應(yīng)于振蕩器幅度測(cè)量，而且將之與目標(biāo)幅度做比較以導(dǎo)出幅度誤差值，以及其中該誤差值用來控制數(shù)字幅度控制器，使得振蕩器幅度控制信號(hào)的改變被量化。
因此有可能提供一種不會(huì)不利地影響振蕩器相位噪聲性能的幅度穩(wěn)定系統(tǒng)。
優(yōu)選地，該振蕩器包括交叉耦合配置而且連接到電流源(該術(shù)語亦可包括電流宿)的匹配晶體管對(duì)。這一配置意味著振蕩器中流動(dòng)的電流是良好限定的并且可用來提供振蕩器的幅度控制。
優(yōu)選地，監(jiān)視跨過振蕩器諧振電路中的感應(yīng)器發(fā)展的電壓，以提供振蕩器幅度的測(cè)量?？梢酝ㄟ^對(duì)振蕩器的輸出進(jìn)行整流而且對(duì)之低通濾波以導(dǎo)出幅度測(cè)量來執(zhí)行該幅度測(cè)量。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種控制具有幅度控制輸入的壓控振蕩器幅度的方法，該方法包括步驟確定振蕩器幅度與目標(biāo)幅度之間的誤差，以及基于該誤差測(cè)量對(duì)幅度控制輸入進(jìn)行離散調(diào)節(jié)，該幅度控制輸入被約束為多個(gè)離散值之一。
有利地，幅度控制是通過線性搜索、從最低幅度朝著目標(biāo)幅度值上斜升來執(zhí)行。這一方式盡管比逐次逼近搜索更慢，但是具有決不超過最大允許振蕩器幅度的優(yōu)點(diǎn)。這一點(diǎn)是重要的，因?yàn)樗軌蚍乐辜呻娐穬?nèi)的器件由于跨過它們而出現(xiàn)的過量電壓所造成的過早故障。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于執(zhí)行鎖相環(huán)內(nèi)的壓控振蕩器比例常數(shù)頻率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，包括比例常數(shù)修改器，用于根據(jù)壓控振蕩器的目標(biāo)頻率來修改在頻率控制環(huán)中使用的比例常數(shù)。
優(yōu)選地，該頻率控制由粗頻率控制段和細(xì)頻率控制段組成。粗頻率控制段可設(shè)置為在頻率空間搜索期間將調(diào)諧電容器切換到諧振電路中以及從諧振電路切換出以便將振蕩器設(shè)置為逼近正確頻率。
一旦已經(jīng)執(zhí)行粗頻率調(diào)節(jié)，則可使用變?nèi)荻O管(或等效部件)來執(zhí)行細(xì)頻率調(diào)節(jié)，以調(diào)整諧振電路的有效電容。優(yōu)選地，變?nèi)荻O管是使用一個(gè)或多個(gè)MOSFET來形成，其中柵極被連接到振蕩器輸出而且源極和漏極被連接到頻率控制端口。變?nèi)荻O管的電容將在一個(gè)周期上變化，但是平均電容是控制電壓的函數(shù)。這一函數(shù)貢獻(xiàn)于振蕩器的電壓-頻率增益(KVCO)，該增益又貢獻(xiàn)于對(duì)變?nèi)荻O管進(jìn)行控制的鎖相環(huán)的環(huán)增益。
PLL環(huán)增益影響了帶寬、鎖定時(shí)間、相位噪聲和穩(wěn)定性。如果要獲得良好的響應(yīng)時(shí)間，則應(yīng)當(dāng)很好地控制這一環(huán)增益，因此應(yīng)當(dāng)很好地控制KVCO，同時(shí)避免反饋不穩(wěn)定性。在使用MOSFET變?nèi)荻O管之處，KVCO是振蕩器幅度的強(qiáng)函數(shù)，因而受到頻帶、溫度、批量變化和頻率所影響。頻率幅度校準(zhǔn)有效地去除KVCO對(duì)頻帶、溫度和批量到批量變化的依賴。結(jié)果，留有僅為頻率函數(shù)的有效KVCO。事實(shí)上，校準(zhǔn)的KVCO與頻率3或ω3成比例。
在合成器PLL中，輸出頻率或輸出信號(hào)被鎖相到基準(zhǔn)信號(hào)。相位檢測(cè)器或相位頻率檢測(cè)器生成與基準(zhǔn)頻率FREF和反饋頻率之差成比例的負(fù)反饋控制信號(hào)，其中反饋頻率FFB等于輸出頻率除以N，而N是反饋除法器的相除比。振蕩器輸出頻率FRF等于N×FFB，而這近似地等于N×FREF。在這樣的PLL中，開環(huán)再次與KVCO除以N成比例，而這近似地等于 即增益與 成比例， 由此與F2成比例，其中F是輸出頻率或載波頻率。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種執(zhí)行壓控振蕩器比例常數(shù)頻率補(bǔ)償?shù)姆椒?，該方法包括根?jù)控制振蕩器的目標(biāo)頻率來形成校正信號(hào)而且將該校正信號(hào)施加到壓控振蕩器的控制輸入。
優(yōu)選地，校正信號(hào)根據(jù)頻率平方來平滑地或者以逐步方式變化。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種用于電信裝置中的壓控振蕩器，其中壓控振蕩器的幅度和頻率控制參數(shù)依賴于電信裝置的工作模式而變化。
因此，在GSM模式中，可能希望在發(fā)射階段期間以增加的幅度來運(yùn)行本地振蕩器，以便使發(fā)射信號(hào)內(nèi)的信噪比最大化，由此減小相位噪聲。然而，在接收期間，幅度的減小節(jié)省了電流，因此增加了電池壽命。在雙模電話必如支持GSM和碼分多址方案二者的一個(gè)電話中，與用于GSM發(fā)射的相比，在CDMA發(fā)射中可以減小振蕩器幅度。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了一種與壓控振蕩器相組合的可控電流源，其中該電流源將電流提供給振蕩器用于控制其振蕩幅度，以及其中該電流源包括并聯(lián)布置的多個(gè)電流鏡。
優(yōu)選地，電流鏡是被加權(quán)而且數(shù)字可控為以使它們接通或關(guān)斷。有利地，電流鏡基本上被二進(jìn)制加權(quán)。
加權(quán)電流鏡的使用意味著每個(gè)電流鏡在其晶體管對(duì)之間僅需具有相對(duì)低的增益(例如單一)。因此，引入到限定電流的鏡的一側(cè)中的任何噪聲被傳遞到?jīng)]有顯著增益的鏡的另一側(cè)。另外，來自每個(gè)單獨(dú)鏡的噪聲是不相干的，所以噪聲功率相加為噪聲功率平方貢獻(xiàn)之和的平方根，而電流相加為簡單的和。
在頻繁地執(zhí)行幅度和頻率控制的振蕩器控制系統(tǒng)背景下，變得有可能使用經(jīng)簡化的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。并聯(lián)電流鏡的使用有助于低噪聲鏡，在該使用中控制電流是由流過電阻器的電流來限定。電流鏡可以從調(diào)整器(比如低漏失(drop out)電壓調(diào)節(jié)器LDO)接收其基準(zhǔn)電壓。在這一配置中，電流和電壓的準(zhǔn)確性并不關(guān)鍵，因此LDO和電流鏡能夠針對(duì)低噪聲來設(shè)計(jì)，哪怕這是以電壓調(diào)整的降級(jí)為代價(jià)。
因此，用以針對(duì)低噪聲而不是針對(duì)最大調(diào)整來設(shè)計(jì)電壓調(diào)節(jié)器的該決策給予了進(jìn)一步的噪聲改善，而不包括振蕩器幅度穩(wěn)定性。


將參考附圖，通過實(shí)例，進(jìn)一步描述本發(fā)明，在附圖中圖1示意性地圖示了壓控振蕩器；圖2示意性地圖示了圖1中所示振蕩器的變?nèi)荻O管調(diào)諧元件所表現(xiàn)的電容；圖3a示意性地圖示了與變?nèi)荻O管的開關(guān)電壓相比、到變?nèi)荻O管元件之一的輸入處發(fā)生的峰到峰輸出電壓，而圖3b和3c圖示了對(duì)于不同變?nèi)荻O管控制電壓在振蕩器的工作周期上的變?nèi)荻O管電容；圖4示意性地圖示了圖1振蕩器的粗調(diào)諧塊配置，而圖4a更詳細(xì)地示出了電容器選擇塊的內(nèi)容；圖5示意性地圖示了振蕩器輸出電平控制電路；圖6是電平控制電路實(shí)施例的電路圖；圖7是與其控制器相結(jié)合的電平比較器的電路圖；圖8是頻率控制和幅度控制方案的流程圖；圖9是示意性地圖示了可由VCO選擇的頻帶的頻率范圍圖；圖10更詳細(xì)地示出了幅度控制方案的部分；圖11示意性地圖示了用于比較振蕩器頻率和基準(zhǔn)頻率的電路；以及圖12示意性地圖示了用于執(zhí)行振蕩器細(xì)頻率控制的電路。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地圖示了適于在移動(dòng)電話中用作本地振蕩器和發(fā)射振蕩器的振蕩器配置。該振蕩器包括第一感應(yīng)器2，第一感應(yīng)器2連接在正電源軌VCC與第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管6的漏極端子4之間。場(chǎng)效應(yīng)晶體管6的源極8連接到電流控制裝置比如電流源10的輸出。類似地，第二感應(yīng)器22連接在電源軌VCC與第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管26的漏極24之間。第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管26的源極28亦連接到電流源10的輸出。場(chǎng)效應(yīng)晶體管6和26交叉耦合，使得第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管6的柵極9連接到第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管26的漏極24，而第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管26的柵極29連接到第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管6的漏極24。最后，可變電容提供在第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管6的漏極與第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管26的漏極24之間。該電容是經(jīng)由數(shù)字控制電容器組40而且經(jīng)由變?nèi)荻O管單元42來提供的，電容器組40給予壓控振蕩器的粗頻率控制，變?nèi)荻O管單元42提供VCO輸出頻率的細(xì)頻率控制。
電容器選擇單元包括能夠在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極4與24之間切換到電路中或從電路切換出的多個(gè)電容器。為了簡化，圖1中示意性地圖示了電容器組40內(nèi)的僅一個(gè)電子可控電容器?？梢钥闯觯總€(gè)電子可控電容器實(shí)際上包括設(shè)置在場(chǎng)效應(yīng)晶體管54任一側(cè)的兩個(gè)電容器50和52。晶體管54可被接通以將電容器切換到振蕩器電路中，或者可被關(guān)斷由此將電容器從振蕩器電路有效地去除，遠(yuǎn)離它們所具有的殘留寄生電容?？砷_關(guān)電容塊40的通道內(nèi)的電容器值被有利地二進(jìn)制加權(quán)以便簡化調(diào)諧范圍的控制。
圖4中更詳細(xì)地示出了電容器選擇單元的具體細(xì)節(jié)。如圖4所示，電容器調(diào)諧塊40包括并聯(lián)布置的五個(gè)二進(jìn)制加權(quán)電容器塊100、102、104、106和108。每個(gè)電容器塊具有其自己的選擇信號(hào)S0至S4，該選擇信號(hào)控制相應(yīng)塊內(nèi)的電容器是切換到在圖4中的連接A與B之間形成的電路中還是從該電路去除，這些連接A和B在圖1中一方面連接到在感應(yīng)器2與晶體管4之間形成的節(jié)點(diǎn)，另一方面連接到在感應(yīng)器22與晶體管24之間形成的節(jié)點(diǎn)。在每個(gè)塊內(nèi)，場(chǎng)效應(yīng)晶體管和電容器串聯(lián)連接于諧振電路的節(jié)點(diǎn)A與B之間。晶體管僅充當(dāng)開關(guān)它是響應(yīng)于控制信號(hào)在高阻抗或低阻抗?fàn)顟B(tài)驅(qū)動(dòng)。
圖4a更詳細(xì)地圖示了電容器塊之一的內(nèi)部配置。如前所述，電容器50、場(chǎng)效應(yīng)晶體管54和另一電容器52串聯(lián)連接與節(jié)點(diǎn)“A”與“B”之間。然而為了確保電路一致工作，場(chǎng)效應(yīng)晶體管54的源極和漏極二者經(jīng)由電阻器110和114連接到反相器112的輸出，反相器112在其輸入處接收“電容器選擇”信號(hào)。反相器112的輸出亦提供作為到另一反相器116的輸入，反相器116的輸出經(jīng)由電阻器118連接到晶體管54的柵極。該電路使晶體管54硬接通，由此將對(duì)于給定器件尺寸的通電阻最小化，同時(shí)亦允許器件硬關(guān)斷，小型器件是有利的，因?yàn)樗鼈兙哂袦p小的寄生電容。另外該電路被完全平衡。
回到圖1，變?nèi)荻O管42是公知設(shè)計(jì)而且包括兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管60和62。晶體管60的柵極連接到第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管6的漏極4，而晶體管62的柵極連接到第二場(chǎng)效應(yīng)晶體管26的漏極24。晶體管60和62的漏極和源極連接在一起，還連接到變?nèi)荻O管控制線64。晶體管60和62每一個(gè)的柵極與漏極和源極之間的電壓可視為在晶體管60和62每一個(gè)內(nèi)有效地改變絕緣柵極和導(dǎo)通溝道(其有效地為電容器板之一)之間的尺度，由此引發(fā)變?nèi)荻O管42所表現(xiàn)的電容變化。
理想地，變?nèi)荻O管電容相關(guān)于控制線64上控制電壓的改變將是線性的。圖2示意性地圖示了變?nèi)荻O管的響應(yīng)。在圖2中，橫坐標(biāo)代表了施加到變?nèi)荻O管的控制電壓，該控制電壓是晶體管60和62每一個(gè)的柵極與源極/漏極(源極和漏極耦合在一起)之間的電壓。圖2的縱坐標(biāo)代表了變?nèi)荻O管的電容。可以看出，隨著控制電壓從零升向第一閾值VT1，變?nèi)荻O管的電容基本上保持不變。然后，隨著控制電壓從VT1升向VT2，電容陡峭地上升。對(duì)于VT2以上的控制電壓，電容隨著增加的控制電壓僅非常緩慢地增加。電壓VT1和VT2相對(duì)近地在一起，因此變?nèi)荻O管響應(yīng)可視為基本上具有數(shù)字上的響應(yīng)，該響應(yīng)在范圍VT1至VT2中具有短的過渡區(qū)。
圖3a示意性地圖示了關(guān)于時(shí)間在晶體管6和26之一的漏極處出現(xiàn)的電壓。圖3a上還示意性地圖示了代表在變?nèi)荻O管控制線64上施加的不同控制電壓的兩個(gè)電壓80和82。然而，將理解的是，變?nèi)荻O管實(shí)際上不是僅響應(yīng)于其控制線64上的電壓，而是實(shí)際上響應(yīng)于控制線64上的電壓與晶體管60和62的柵極處電壓之間的電壓差。因此，變?nèi)荻O管響應(yīng)于交變電壓與DC控制電壓之和。因此，在壓控振蕩器的工作周期上，變?nèi)荻O管可被接通和關(guān)斷，如圖3b和3c所示，通時(shí)段與斷時(shí)段之間的脈沖間隔比是通過改變輸入線64上的DC控制電壓來變化。圖3b示出了如下結(jié)果，在控制線64上具有相對(duì)低的控制電壓，使得控制電壓與來自振蕩器的輸出電壓之和在相對(duì)短的時(shí)間段僅超過開關(guān)閾值，也就是跨過變?nèi)荻O管晶體管的電壓超過由鏈?zhǔn)骄€80代表的閾值之時(shí)。圖3c示出了如下效應(yīng)，在控制線64上具有較大的DC輸入電壓，使得當(dāng)振蕩器的輸出超過由鏈?zhǔn)骄€82代表的閾值之時(shí)超過變?nèi)荻O管開關(guān)電壓。因此在圖3c中，與圖3b中的情況相比，變?nèi)荻O管在其較高電容狀況中度過更久。這意味著取平均時(shí)，圖3c狀況中的變?nèi)荻O管比圖3b狀況中的變?nèi)荻O管具有更高電容，因此與圖3b狀況相比，壓控振蕩器的振蕩頻率將減小。
如前所述，總的頻率選擇是通過選擇或取消選擇電容器組40內(nèi)的各電容器來確定。此類電容器的選擇和取消選擇造成了貢獻(xiàn)于振蕩器電路的部件的改變，而這總是引起振蕩器品質(zhì)因子Q的改變。這一點(diǎn)能夠部分地顯現(xiàn)為開關(guān)晶體管54內(nèi)的電阻損耗。品質(zhì)因子的這些改變引發(fā)了振蕩器輸出幅度的改變。振蕩器輸出幅度的改變引發(fā)了跨過變?nèi)荻O管的電壓VGSD超過開關(guān)閾值所用時(shí)間的變化，因此變得明顯的是，壓控振蕩器的頻率依賴于壓控振蕩器的輸出幅度。
因此，為了獲得良好的頻率控制，有必要穩(wěn)定壓控振蕩器的幅度。應(yīng)當(dāng)注意，VCO輸出幅度的改變有效地改變振蕩器的比例常數(shù)KVCO，而這又變化了用來控制VCO工作頻率的鎖相環(huán)PLL的環(huán)增益。
圖1中所示電路有兩個(gè)工作狀況，這些狀況引發(fā)了對(duì)VCO的電壓振蕩幅度以及因此對(duì)其輸出的控制或限制。第一限制狀況是電流限制狀況?？邕^感應(yīng)器2和22每一個(gè)的電壓由下式給出
V=Ldidt]]>其中 是通過感應(yīng)器的電流的變化率。
給定振蕩器具有標(biāo)稱開關(guān)頻率，遵循的是，電流變化率 受到從電流源10供給的偏置電流的限制。因此，跨過感應(yīng)器2和22發(fā)展的電壓波形能夠通過變化流過電流源10的電流來控制。
替選的限制狀況是電壓控制狀況，該狀況之所以發(fā)生是因?yàn)殡娏髟?0實(shí)際上將使用晶體管來構(gòu)建，并且這些晶體管將要求跨過它們的最小電壓峰值儲(chǔ)備(headroom)以便恰當(dāng)?shù)毓ぷ鳌Ｒ虼?，隨著振蕩幅度增加，跨過電流源10的電壓峰值儲(chǔ)備減小。最終，跨過電流源10的峰值儲(chǔ)備減小到這樣的程度以至于它停止正確地運(yùn)作。這必然造成對(duì)壓控振蕩器輸出電壓的限制。
這兩個(gè)幅度限制過程是模擬過程而且基本不可預(yù)測(cè)。因而變得有必要通過反饋電路來控制電流鏡。
可以設(shè)想這最好是在模擬域中完成。因此，將使用峰到峰檢測(cè)器來測(cè)量壓控振蕩器內(nèi)的峰到峰振蕩幅度，而且該電壓將供應(yīng)給誤差放大器的第一輸入。誤差放大器的第二輸入將接收基準(zhǔn)電壓，而誤差放大器的輸出將是測(cè)量的峰到峰電壓與目標(biāo)峰到峰電壓之差的函數(shù)。然后將誤差放大器的輸出提供給可變電流源10的控制輸入以便穩(wěn)定VCO的振蕩幅度。
盡管該技術(shù)從幅度控制的觀點(diǎn)來看是令人滿意的，但是對(duì)于壓控振蕩器的噪聲性能卻并不令人滿意。正是反饋持續(xù)地試圖穩(wěn)定輸出電壓這一事實(shí)，通過電流源的方式將噪聲引入電路中。電流源中的噪聲造成了振蕩器振蕩幅度中的噪聲。振蕩幅度中的噪聲借助圖3a至3c中示意性圖示的過程而轉(zhuǎn)換成VCO相位域中的噪聲。該噪聲使VCO的相位性能降級(jí)，并且實(shí)際上可能使該裝置不滿足在GSM規(guī)范中規(guī)定的嚴(yán)格相位噪聲要求。在其他電信系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)類似的振蕩器性能要求。
發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，為了從圖1所示電路中獲得可接受的相位噪聲性能，對(duì)電流源進(jìn)行模擬控制以便控制振蕩器幅度是不合需要的。
發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，電流源的數(shù)字控制提供了增強(qiáng)的相位噪聲性能。這是因?yàn)閿?shù)字控制的定期性意味著，對(duì)于電流源運(yùn)行的大部分時(shí)間，到電流源的電流控制信號(hào)是不變的。電流控制信號(hào)的不變性意味著控制信號(hào)不會(huì)變成由電流源提供的電流中的噪聲源，因此不會(huì)借助VCO的動(dòng)作而轉(zhuǎn)換成相位噪聲。在時(shí)域復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)電話不進(jìn)行發(fā)射和/或接收時(shí)，可以約束偏置電流改變的發(fā)生。
在CDMA系統(tǒng)內(nèi)，不容易實(shí)現(xiàn)這樣的約束，在此情況下應(yīng)當(dāng)約束振蕩器偏置電流改變的大小以免造成所接收或發(fā)射的符號(hào)變壞。
圖5示意性示出了構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例的振蕩器和電平控制電路(其形成振蕩器控制器的部分)。大致指示為200的振蕩器是參考圖1至4的前述類型。進(jìn)行了到節(jié)點(diǎn)202和204的連接，這些節(jié)點(diǎn)分別地代表振蕩器200第一側(cè)中的感應(yīng)器2與晶體管6之間的連接以及振蕩器200第二側(cè)中的感應(yīng)器22與晶體管26之間的連接。來自節(jié)點(diǎn)202和204的連接經(jīng)由去耦電容器210和212延伸到整流器216的第一和第二輸入，整流器216調(diào)整電壓差以獲得振蕩器輸出的峰到峰幅度的測(cè)量。整流器216的輸出218經(jīng)由低通濾波器220供應(yīng)給比較器224的非反相輸入222。比較器224的反相輸入226接收基準(zhǔn)輸入，該基準(zhǔn)輸入指示了振蕩器200的目標(biāo)幅度。比較器的輸出被提供給電平控制器230，電平控制器230經(jīng)由控制總線250將控制信號(hào)提供給多個(gè)數(shù)字可控電流鏡240、242、244、246和248。將理解到，如果希望的話則可提供更多電流鏡。電流鏡具有共同結(jié)構(gòu)，而且為了簡明，將僅詳述第一電流鏡240。鏡240包括其柵極耦合在一起的匹配晶體管對(duì)260和262。晶體管260和262亦令其源極端子耦合在一起而且耦合到本地接地連接264。晶體管260的漏極端子經(jīng)由電控制開關(guān)268和電流控制電阻器270而連接到電源軌266。晶體管262的漏極端子連接到振蕩器200，具體而言是連接到感應(yīng)器274的輸入處的節(jié)點(diǎn)272，感應(yīng)器274又連接到晶體管6和26的源極所連接到的節(jié)點(diǎn)276。感應(yīng)器274是有益的，因?yàn)樗鼘?duì)于傳播到電流鏡中的振蕩呈現(xiàn)高阻抗。其他電流控制配置是可能的，比如僅將電阻器切換到振蕩器與地之間的路徑中，或者將電阻器切換到電流鏡240的基準(zhǔn)臂中以及從該基準(zhǔn)臂切換出。偏置方案是簡易的，因?yàn)樗话囟妊a(bǔ)償而且具有低的源抑制。
如前所述，所有電流鏡具有相同配置，但是電流控制電阻器的值在鏡之間變化。電流鏡被有利地二進(jìn)制加權(quán)。如果鏡240是最高有效鏡，則如果鏡240中的電阻器270具有值R，則下一鏡中的電流控制電阻器具有值2R，從而與在電流鏡240中流動(dòng)的電流相比，一半電流在鏡242中流動(dòng)。電流鏡246中電流控制電阻器的值是4R，下一電流鏡248中電流控制電阻器的值是8R，等等。
提供另一電流鏡280，其電流是用以維持振蕩器工作而要求的最小量(加上安全裕度)，并且該電流鏡280永久為通。
電源軌266能夠從電壓基準(zhǔn)導(dǎo)出，但有利地是到振蕩器芯200的電壓電源軌。以該方式，去耦電容器282扮演雙重角色在LDO輸出處限制噪聲帶寬和確保穩(wěn)定(通常是基本的功能)，同時(shí)在偏置生成電路中限制噪聲帶寬。
為了簡易，到振蕩器芯的源可以經(jīng)由低漏失電壓調(diào)節(jié)器(即不要求很多電壓峰值儲(chǔ)備的調(diào)節(jié)器)，這可以是相對(duì)簡單的設(shè)計(jì)。該調(diào)節(jié)器有利地不設(shè)計(jì)成使調(diào)節(jié)最大化，而是設(shè)計(jì)成使噪聲最小化。這就改進(jìn)了振蕩器的相位噪聲性能。
圖6和7示出了根據(jù)本發(fā)明而且如圖5中示意性地示出的振蕩器實(shí)施例。大體標(biāo)記為200的振蕩器在功能上與圖1中所示電路對(duì)應(yīng)。感應(yīng)器2和22實(shí)施于功能塊302內(nèi)，粗調(diào)諧由調(diào)諧塊40內(nèi)的可開關(guān)電容器實(shí)施，而細(xì)控制由變?nèi)荻O管42執(zhí)行。交叉耦合的場(chǎng)效應(yīng)晶體管6和26接收來自大體指定為306的電流鏡的電流。電流鏡306內(nèi)的各晶體管由開關(guān)電路308控制。回到振蕩器200，它進(jìn)一步包括緩沖器電路310，緩沖器電路310產(chǎn)生可在電信裝置的其他部分中使用的振蕩器輸出緩沖版。還提供了檢測(cè)抽頭電路312，該電路提供了代表振蕩幅度的信號(hào)316和318。檢測(cè)器抽頭電路312的輸出被提供給另一檢測(cè)元件322，如圖7中所示，該檢測(cè)元件322用來調(diào)整和平滑線316和318上的信號(hào)以產(chǎn)生復(fù)合檢測(cè)信號(hào)。
檢測(cè)元件322亦經(jīng)由輸入330從控制器230接收目標(biāo)幅度。該檢測(cè)元件比較主導(dǎo)幅度和目標(biāo)值，而且將該比較的結(jié)果輸出到比較器224的非反相輸入。該比較的取反被提供給比較器224的反相輸入。比較器224動(dòng)作為縮放和電平移位該檢測(cè)元件320的輸出，從而獲得適于其他數(shù)字電路使用的數(shù)字信號(hào)。
控制器230(圖7)能夠借助電流鏡10(圖1)來控制振蕩器幅度。電流鏡(在圖6中詳細(xì)示出)包括六個(gè)數(shù)字可控二進(jìn)制加權(quán)電流鏡240、242、246、248、340、342以及一個(gè)永久為通的通道280，該通道確保了最小值電流流動(dòng)總是存在。這一點(diǎn)是有用的，因?yàn)樗乐拐袷幤鞅徊蛔⒁獾仃P(guān)斷。
GSM電話移動(dòng)系統(tǒng)是時(shí)分多址TDMA系統(tǒng)，其中移動(dòng)電話僅在預(yù)定義時(shí)隙期間發(fā)射或接收。因此，變得有可能在電話不發(fā)射或接收的時(shí)段期間執(zhí)行振蕩器幅度的數(shù)字控制、然后中止幅度控制，也就是在TDMA系統(tǒng)中在發(fā)射或接收脈沖串期間有效地達(dá)到“開環(huán)”。然而，本發(fā)明亦可應(yīng)用到碼分多址CDMA系統(tǒng)，包括3G電話系統(tǒng)，其中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)持續(xù)地起作用。將本發(fā)明應(yīng)用到CDMA系統(tǒng)是適宜的，因?yàn)閿?shù)字系統(tǒng)的定期性意味著，到電流源即電流鏡10的控制字或信號(hào)仍然僅定期地更新，因此在時(shí)鐘周期的大部分期間該控制信號(hào)/字不變，因此不是噪聲源。
盡管振蕩器電壓可能隨溫度和源電壓而變化，但是它們相對(duì)緩慢地變化這一點(diǎn)是合理的預(yù)期。因此，僅需定期地執(zhí)行幅度校正。事實(shí)上，可以在上電時(shí)執(zhí)行一次且僅執(zhí)行一次幅度校正。然而，為了改進(jìn)性能，將預(yù)期時(shí)時(shí)和再度重復(fù)幅度校正以便應(yīng)對(duì)溫度改變，例如由于來自用戶手部的熱使造成移動(dòng)電話逐漸變暖。
移動(dòng)電話可能需要是頻率靈巧的。例如，GSM電話系統(tǒng)可能要求移動(dòng)電話在電話呼叫期間改變工作頻率。如果指示了頻率改變，則電話僅有約200μs的時(shí)段用以在其下一發(fā)射周期之前設(shè)置其工作頻率。
制造容差和對(duì)溫度的依賴意味著，圖1中所示的振蕩器配置在植入集成電路內(nèi)時(shí)不是完全可預(yù)測(cè)的。因此，當(dāng)選擇發(fā)射頻率時(shí)，執(zhí)行遍及振蕩器頻率空間的頻率搜索，以便確定將要切換到振蕩器中以及確實(shí)從振蕩器切換出的粗調(diào)諧單元40內(nèi)電容器的最適宜選擇。
假定選擇塊40內(nèi)的電容器值是二進(jìn)制加權(quán)的，將電容器切換到振蕩器電路中和從振蕩器電路切換出，以執(zhí)行頻率空間的逐次逼近搜索。在這樣的搜索中，最高有效即最大電容器被切換到電路中，并切進(jìn)行振蕩頻率的測(cè)量以確定振蕩器高于還是低于目標(biāo)頻率。如果振蕩器高于目標(biāo)頻率，則電容器保持被選，否則將它從振蕩器電路向回切換出去。然后，下一最高有效電容器被切換到振蕩器電路中，而且再次進(jìn)行頻率測(cè)量以確定振蕩器頻率高于還是低于目標(biāo)頻率。如果振蕩器高于目標(biāo)頻率，則電容器保持被選，否則再次將它從電路去除。對(duì)于每個(gè)電容器重復(fù)這一過程，了然于心的是，每個(gè)電容器的選擇降低了工作頻率。
由于幅度和振蕩頻率的相互關(guān)系，發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，適宜的是將幅度穩(wěn)定與電容器頻率搜索相交織。這是通過將測(cè)試加以集成來實(shí)現(xiàn)，使得一旦第一電容器切換到電路中，就在進(jìn)行頻率測(cè)量和頻率決策之前執(zhí)行幅度測(cè)試和穩(wěn)定。事實(shí)上，該過程能夠加以擴(kuò)展使得一旦選擇第一電容器，第二電容器測(cè)試的選擇或起動(dòng)就造成了在執(zhí)行與第二電容器相關(guān)聯(lián)的頻率測(cè)量步驟之前再次執(zhí)行幅度控制。亦可關(guān)于第三和后續(xù)電容器重復(fù)這一過程，不過能夠合理地預(yù)期，隨著電容器選擇從最高有效移向最低有效電容器，與這一過程相關(guān)聯(lián)的幅度變化亦將降低。因此，設(shè)計(jì)者在必要時(shí)具有對(duì)于最低有效電容器禁止幅度穩(wěn)定的選擇。
圖8是示意性地圖示了正如在構(gòu)成本發(fā)明實(shí)施例的移動(dòng)電話內(nèi)所實(shí)施的頻率或頻帶選擇和電平控制過程的框圖。控制器(未示出)利用移動(dòng)電話基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)來處置對(duì)控制信號(hào)的處理。因此，在開始圖9中所示過程之前，控制器已經(jīng)接收和解碼了與電話要在什么頻率上接收和發(fā)射有關(guān)的指令。
該步驟始于步驟400，其中加載新頻率字。該字代表了壓控振蕩器的目標(biāo)頻率。然后控制傳遞到執(zhí)行VCO校準(zhǔn)的步驟402。一旦已經(jīng)完成這一步驟，控制就傳遞到執(zhí)行發(fā)射或接收操作的步驟404?？刂瓶蓮牟襟E404傳遞到其他過程(未示出)或者可由控制器指引返回到步驟400。
步驟402實(shí)際上是迭代步驟，該步驟本身引起若干步驟得以執(zhí)行。在圖8中的輪廓框406內(nèi)示意性地圖示了步驟402的子步驟。VCO校準(zhǔn)涉及了遍及頻率空間的逐次逼近搜索以將振蕩器鎖定到包括所需頻率的頻帶。
如前所述，振蕩器的粗調(diào)諧是由二進(jìn)制加權(quán)電容器(盡管二進(jìn)制加權(quán)不是基本的)的切換來控制。細(xì)控制可以使用變?nèi)荻O管來執(zhí)行。在頻率選擇期間，變?nèi)荻O管被設(shè)置到其最小電容值。這具有如下結(jié)果，變?nèi)荻O管僅能用來在向下方向上細(xì)調(diào)諧振蕩器頻率。其他模式是可能的，例如變?nèi)荻O管可被設(shè)置到其最大電容，因此細(xì)頻率控制將是在增加頻率的方向上。
圖9示出了工作頻率如何隨電容控制字和變?nèi)荻O管電壓而變化。因此，如果對(duì)應(yīng)于其最小值而且在所有電容器在名義上從振蕩器切換出時(shí)將電容控制字設(shè)置為0，則振蕩器將在其最高頻率振蕩。當(dāng)控制字順序地向其最大值N增加時(shí)，則選擇第一、第二......至第N頻帶，每一個(gè)具有比先前帶更低的初始頻率。對(duì)于頻率覆蓋而言重要的是，頻帶與至少最近相鄰頻帶交迭，以便確保在必須產(chǎn)生的最小與最大頻率之間的工作范圍中沒有間隙。
假設(shè)有標(biāo)記為0至63的64個(gè)調(diào)諧頻帶可用。這些頻帶可經(jīng)由6位控制字來選擇。如果假定最低有效位是位0而最高有效位是位5，則VCO建立過程執(zhí)行頻率搜索如下。
通過重復(fù)地運(yùn)行步驟410、412和414(圖8)，從位5至位0逐次地測(cè)試頻率選擇位。
因此，在步驟410設(shè)置頻率控制字的受測(cè)位。在第一次通過這一測(cè)試遍期間，這是位5。然后控制傳遞到執(zhí)行幅度級(jí)別控制的步驟412。一旦已經(jīng)設(shè)置振蕩器幅度，控制就傳遞到步驟414，其中將振蕩器頻率與如在步驟400加載的頻率控制字所限定的目標(biāo)頻率做比較。該比較是通過對(duì)照從晶體振蕩器提供的基準(zhǔn)頻率來量度振蕩器而進(jìn)行的。
如果振蕩器以高于目標(biāo)的頻率正在運(yùn)行，則保持控制位，否則將其復(fù)位。
選擇下一最高有效位，并且重復(fù)步驟410、412和414。因此，在6次通過這一過程之后，已經(jīng)定位正確頻帶。有利地，如果不保持最后的頻率控制位(LSB)，則可運(yùn)行進(jìn)一步的幅度級(jí)別控制循環(huán)，以對(duì)于已選擇的實(shí)際頻帶來調(diào)節(jié)幅度。
然后振蕩器控制傳遞到鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)鎖定到目標(biāo)頻率切經(jīng)由變?nèi)荻O管控制電壓來進(jìn)行振蕩器頻率的細(xì)調(diào)。
圖10示意性地圖示了在圖9的步驟412內(nèi)執(zhí)行的過程。
盡管遍及幅度空間的逐次逼近搜索將是迅速的，但是有如下可能，最大的可允許幅度可能被超過而且可能是被超過大的裕度。這可能損壞振蕩器內(nèi)的部件。較慢但是較安全的策略是執(zhí)行從最低幅度開始而且向目標(biāo)幅度上斜的線性搜索。然而，更好的是涉及了幅度調(diào)節(jié)的粗調(diào)步驟和細(xì)調(diào)步驟二者的線性搜索。這既安全又快速。圖10中示意性圖示的算法執(zhí)行這樣的搜索。由電流源提供的電流是由已被指定“級(jí)別”的幅度控制字所控制?！凹?jí)別”值約束在零與63之間。
有兩個(gè)目標(biāo)值TGT1和TGT2，它們分別用在搜索的粗和細(xì)階段中。將TGT1的值約束成小于最大安全幅度減去最大預(yù)期粗步長的大小。將TGT2設(shè)置成等于所需幅度值減去最低有效位1/2等效值。
該算法始于步驟420，其中將“級(jí)別”設(shè)置成初始值三。然后控制傳遞到步驟422，其中將振蕩器幅度與第一目標(biāo)值TGT1進(jìn)行比較。在步驟422進(jìn)行比較，并且如果振蕩器幅度值超過第一目標(biāo)TGT1，則控制傳遞到步驟424。然而，如果振蕩器幅度值仍小于TGT1，則控制傳遞到對(duì)“級(jí)別”值進(jìn)行測(cè)試的步驟426。如果“級(jí)別”值小于63，則控制傳遞到將“級(jí)別”值增加4的步驟428，然后控制返回到步驟422。然而，如果在步驟426的測(cè)試確定“級(jí)別”值不小于63，則控制傳遞到代表了從幅度控制例程退出的步驟440。
如果步驟422將控制傳遞到步驟424，則步驟424動(dòng)作位將“級(jí)別”值減三。然后控制傳遞到將振蕩器幅度與第二目標(biāo)TGT2做比較的步驟432。第二目標(biāo)TGT2的值被設(shè)置成所需振蕩器幅度減去電平控制最低有效位值的一半。如果步驟432確定幅度大于值TGT2，則控制傳遞到代表了從級(jí)別設(shè)置例程退出的步驟440。然而，如果步驟432確定振蕩器幅度小于TGT2，則控制傳遞到步驟434。步驟434測(cè)試“級(jí)別”值，并且如果它小于63，則控制傳遞到步驟430，否則控制傳遞到步驟440。在步驟430，將“級(jí)別”值增加1。然后控制傳遞到步驟432。
圖11和圖12示意性地圖示了適用于確定圖1中所示振蕩器的振蕩頻率的電路。如前所述，能夠指示電話將其振蕩器設(shè)置到預(yù)定頻率系列中的任一個(gè)。頻率不是隨機(jī)選擇的，而是事實(shí)上預(yù)分配的信道頻率。每個(gè)GSM電話提供有形成電話用頻率和時(shí)序基準(zhǔn)的高度精確振蕩器。
在圖11中所示的電路中，振蕩器控制器包括構(gòu)造相同的兩個(gè)計(jì)數(shù)器500和502。第一計(jì)數(shù)器500在時(shí)鐘輸入處接收頻率基準(zhǔn)信號(hào)Fref，而且以預(yù)定數(shù)例如32將頻率信號(hào)分頻。在這一分頻結(jié)束之時(shí)，計(jì)數(shù)器500的輸出506將例如通過進(jìn)入邏輯高來改變狀態(tài)。計(jì)數(shù)器502經(jīng)由分?jǐn)?shù)除法器512而連接到壓控振蕩器510。如前所述，目標(biāo)VCO頻率是頻率基準(zhǔn)的倍數(shù)。這一頻率基準(zhǔn)倍數(shù)指定為“N”。因此，如果分?jǐn)?shù)除法器512編程為除以N，則提供給第二計(jì)數(shù)器512的信號(hào)應(yīng)當(dāng)與提供給第一計(jì)數(shù)器500的信號(hào)處于相同頻率。因此，僅僅通過同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器500和502二者、使它們對(duì)相同數(shù)目的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)、以及確定哪個(gè)先結(jié)束，就能夠執(zhí)行VCO頻率與目標(biāo)頻率的比較。先結(jié)束的一個(gè)將以較高速率來鐘控，經(jīng)受由如下事實(shí)造成的小量化誤差不能確保對(duì)計(jì)數(shù)器500和502的兩個(gè)時(shí)鐘在計(jì)數(shù)開始時(shí)是同相的。第一計(jì)數(shù)器500的輸出506被提供給控制器516的第一輸入514。第二計(jì)數(shù)器502的輸出520被提供給控制器516的第二輸入522?？刂破?16可經(jīng)由共享控制線524將計(jì)數(shù)器500和502復(fù)位或者允許它們開始計(jì)數(shù)。因此，復(fù)位/控制線524可變低以復(fù)位計(jì)數(shù)器，而且可變高以起動(dòng)計(jì)數(shù)。如果信號(hào)是從計(jì)數(shù)器500之前的計(jì)數(shù)器502接收的，則可斷定輸出524，輸出524斷定壓控振蕩器比基準(zhǔn)運(yùn)行得更快。
因此，有可能提供一種用于設(shè)置壓控振蕩器粗頻率的相對(duì)簡單和可靠的電路配置。
圖12示出了用于執(zhí)行壓控振蕩器510的細(xì)頻率控制的電路配置。這里，如圖12中，VCO的輸出是由分?jǐn)?shù)除法器512分割。提供了相位頻率敏感的檢測(cè)器530，該檢測(cè)器在其第一輸入處接收頻率基準(zhǔn)信號(hào)，而在其第二輸入處接收分?jǐn)?shù)除法器512的輸出。作為公知部件的相位頻率敏感的檢測(cè)器產(chǎn)生了代表其輸入信號(hào)之間相位差的輸出531。這一信號(hào)被供應(yīng)給電荷泵536的第一輸入，該信號(hào)的極性和量值代表了將施加到壓控振蕩器的校正。校正計(jì)算器534響應(yīng)于來自控制器的頻率控制字，而且將校正值輸出到對(duì)電荷泵536的偏置電流進(jìn)行控制的第二輸入。電荷泵的輸出被低通濾波而且用來控制壓控振蕩器510中的變?nèi)荻O管42。
校正計(jì)算器534能夠有利地實(shí)施為查找表，因?yàn)檫@就允許了校正計(jì)算器所實(shí)施的分辨度和函數(shù)形狀得以根據(jù)設(shè)計(jì)者的意愿來變化。通常，校正計(jì)算器將實(shí)施隨頻率平方而變化的函數(shù)，以便補(bǔ)償如下事實(shí)相關(guān)于電容改變的頻率改變是隨頻率立方而變化。
假定粗頻率控制和細(xì)頻率控制是以獨(dú)立的控制環(huán)來執(zhí)行，則希望能在粗頻率控制期間禁止細(xì)頻率控制環(huán)的工作。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在到VCO的輸入處提供開關(guān)540。該開關(guān)能夠選擇為將壓控振蕩器的輸入連接到基準(zhǔn)電壓542，以便將變?nèi)荻O管頻率控制維持在預(yù)定值。
因此有可能提供一種具有低相位噪聲而且通過集成到集成電路中而相對(duì)廉價(jià)的壓控振蕩器。
權(quán)利要求
1.一種可變頻率振蕩器，包括可變頻率振蕩器芯；振蕩器控制器；以及輸出電壓穩(wěn)定裝置，用于將振蕩器輸出幅度保持在預(yù)定范圍內(nèi)，其中所述可變頻率振蕩器芯可控制為工作于多個(gè)頻帶之一，而且具有響應(yīng)于所述振蕩器控制器的頻率控制輸入，以及其中為了設(shè)置新的工作頻率，所述振蕩器控制器遍及所述頻帶執(zhí)行頻率搜索以識(shí)別適當(dāng)頻帶，以及其中在遍及所述頻帶的所述頻率搜索期間執(zhí)行幅度穩(wěn)定。
2.如權(quán)利要求1所述的可變頻率振蕩器，其中所述頻率搜索是逐次逼近搜索。
3.如權(quán)利要求1所述的可變頻率振蕩器，其中跟隨頻帶的選擇，控制所述振蕩器的幅度，以在測(cè)試所述振蕩器的工作頻率之前達(dá)到目標(biāo)值。
4.如權(quán)利要求1所述的可變頻率振蕩器，其中所述振蕩器與電流控制裝置串聯(lián)，而且經(jīng)過所述電流控制裝置的電流量值可變化以便控制所述振蕩器的輸出信號(hào)幅度，以及其中所述電流控制裝置被數(shù)字控制。
5.如權(quán)利要求4所述的可變頻率振蕩器，其中所述電流控制裝置包括并聯(lián)布置的多個(gè)電阻器，每個(gè)電阻器具有與之相關(guān)聯(lián)的電可控開關(guān)裝置，使得經(jīng)過每個(gè)電阻器的電流可選擇性地使能或禁止。
6.如權(quán)利要求4所述的可變頻率振蕩器，其中所述電流控制裝置包括并聯(lián)連接的多個(gè)電流源，并且所述電流源可單獨(dú)地控制為將其接通或關(guān)斷。
7.如權(quán)利要求6所述的可變頻率振蕩器，其中所述電流源被二進(jìn)制加權(quán)。
8.如權(quán)利要求4所述的可變頻率振蕩器，其中所述振蕩器控制器響應(yīng)于所述振蕩器的幅度測(cè)量，而且所述振蕩器控制器調(diào)節(jié)所述電流控制裝置中的電流以便將所述振蕩器的幅度保持在可接受的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的可變頻率振蕩器，其中所述振蕩器控制器基于基本單調(diào)增加的電流改變來選擇在所述振蕩器中流動(dòng)的電流，直到達(dá)到正確幅度。
10.如權(quán)利要求9所述的可變頻率振蕩器，其中所述振蕩器控制器執(zhí)行用以達(dá)到可接受的幅度而要求的電流粗搜索，然后利用細(xì)搜索將之細(xì)化，以便細(xì)化所供給的電流，從而控制所述振蕩器的幅度。
11.一種可變頻率振蕩器，其中控制振蕩量值的所述振蕩器中的電流以第一大小的步長單調(diào)地增加，直到比如超過第一目標(biāo)振蕩幅度之時(shí)。
12.如權(quán)利要求11所述的可變頻率振蕩器，其中一旦超過所述第一目標(biāo)振蕩幅度則所述電流減少。
13.如權(quán)利要求12所述的可變頻率振蕩器，其中所述電流減少至少所述第一步長大小。
14.如權(quán)利要求11所述的可變頻率振蕩器，其中在超過所述第一目標(biāo)振蕩幅度之后，所述幅度以小于所述第一步長大小的第二步長大小的步長逐次地增加，直到比如所述幅度超過第二目標(biāo)幅度之時(shí)。
15.如權(quán)利要求1所述的可變頻率振蕩器，其中所述振蕩器是壓控振蕩器，而且所述振蕩器頻率由鎖相環(huán)控制，以及其中根據(jù)頻率而變化的校正因子被施加到所述壓控振蕩器。
16.如權(quán)利要求1所述的可變頻率振蕩器，其中僅在經(jīng)由頻帶選擇的所述振蕩器的調(diào)諧期間執(zhí)行幅度穩(wěn)定。
17.一種設(shè)置具有幅度控制的振蕩器的頻率的方法，該方法包括重復(fù)步驟a.對(duì)所述振蕩器的頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)；b.調(diào)節(jié)所述振蕩器的振蕩幅度以達(dá)到目標(biāo)幅度；以及c.比較所述振蕩器頻率與目標(biāo)頻率。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中使用對(duì)幅度控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的搜索過程來調(diào)節(jié)所述振蕩幅度，而且測(cè)量作為結(jié)果的幅度，并且如果所述幅度尚未達(dá)到所述目標(biāo)幅度，則對(duì)所述幅度控制參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述幅度控制參數(shù)從最小值向最大值增加，直到實(shí)現(xiàn)所述目標(biāo)幅度。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中粗設(shè)置過程用來通過使用第一步長大小增加所述幅度控制參數(shù)來尋找近似幅度，而且一旦已經(jīng)近似所述值則實(shí)施細(xì)設(shè)置過程，在所述細(xì)設(shè)置過程中進(jìn)行小于所述第一步長大小的第二步長大小的改變以獲得所述目標(biāo)幅度。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述振蕩器幅度通過供給所述振蕩器的電流來控制，而且所述電流是以數(shù)字方式來控制以便控制所述振蕩器的幅度。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述電流由多個(gè)電可控電流源供給，而且所述電流源被二進(jìn)制加權(quán)，并且所述電流源中的所選電流源被接通以實(shí)現(xiàn)所希望的電流。
23.一種用于振蕩器的幅度控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)響應(yīng)于振蕩器幅度的測(cè)量，而且將之與目標(biāo)幅度做比較以導(dǎo)出幅度誤差值，以及其中所述幅度誤差值用來控制數(shù)字幅度控制器，使得振蕩器幅度控制信號(hào)的改變被量化。
24.如權(quán)利要求23所述的幅度控制系統(tǒng)，其中所述幅度誤差值僅指示所述振蕩器幅度是大于還是小于所述目標(biāo)幅度。
25.如權(quán)利要求24所述的幅度控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)使所述振蕩器幅度從最小值逐次增加到所述目標(biāo)值。
26.如權(quán)利要求25的幅度控制系統(tǒng)，其中在幅度控制的第一階段期間，所述幅度控制信號(hào)以第一步長大小的步長來增加，直到實(shí)現(xiàn)對(duì)所述目標(biāo)幅度的第一可接受的逼近，隨后實(shí)施第二階段，在所述第二階段中進(jìn)行第二步長大小的調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述目標(biāo)值的第二可接受的逼近，所述第二步長大小小于所述第一步長大小。
27.如權(quán)利要求26的幅度控制系統(tǒng)，其中所述目標(biāo)幅度的所述第一可接受的逼近小于所述目標(biāo)幅度的所述第二可接受的逼近。
28.如權(quán)利要求26的幅度控制系統(tǒng)，其中一旦超過所述第一可接受的逼近，則在進(jìn)行到所述第二階段之前，所述幅度控制信號(hào)減少所述第一步長大小。
29.如權(quán)利要求23所述的幅度控制系統(tǒng)，其中所述幅度控制信號(hào)用來驅(qū)動(dòng)數(shù)字控制的電流供給裝置。
30.如權(quán)利要求29的幅度控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字控制的電流供給裝置包括并聯(lián)布置的多個(gè)電流鏡，所述電流鏡可單獨(dú)地控制于通與斷之間。
31.如權(quán)利要求30的幅度控制系統(tǒng)，其中所述電流鏡被二進(jìn)制加權(quán)。
32.如權(quán)利要求29的幅度控制系統(tǒng)，其中所述數(shù)字控制的電流供給裝置包括永久為通的至少一個(gè)電流鏡。
33.一種控制具有幅度控制輸入的壓控振蕩器的幅度的方法，該方法包括步驟確定所述振蕩器幅度與目標(biāo)幅度之間的誤差，以及基于所述誤差測(cè)量對(duì)供給所述幅度控制輸入的信號(hào)進(jìn)行離散調(diào)節(jié)，供給所述幅度控制輸入的所述信號(hào)被約束為多個(gè)離散值之一。
34.一種用于執(zhí)行壓控振蕩器“比例常數(shù)”頻率補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，包括比例常數(shù)修改器，用于根據(jù)所述壓控振蕩器的目標(biāo)頻率來修改在頻率控制環(huán)中使用的所述比例常數(shù)。
35.如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其中所述控制信號(hào)修改器產(chǎn)生隨所述目標(biāo)振蕩器頻率的平方而變化的校正信號(hào)。
36.如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其中所述控制信號(hào)修改器包括查找表以便導(dǎo)出對(duì)所述控制信號(hào)的校正。
37.一種執(zhí)行鎖相環(huán)內(nèi)的壓控振蕩器比例常數(shù)頻率補(bǔ)償?shù)姆椒?，該方法包括步驟1)讀取用于所述壓控振蕩器的目標(biāo)頻率；2)基于所述目標(biāo)頻率來導(dǎo)出校正值；3)供給所述校正值用于由所述壓控振蕩器直接或間接使用。
38.一種執(zhí)行壓控振蕩器比例常數(shù)頻率補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ摲椒òㄐ纬深l率誤差信號(hào)、使用所述頻率誤差信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所述振蕩器、以及使用所述頻率誤差信號(hào)來導(dǎo)出另一校正信號(hào)。
39.一種用于電信裝置中的壓控振蕩器，其中所述壓控振蕩器的幅度和頻率控制參數(shù)依賴于所述電信裝置的工作模式而變化。
40.一種與壓控振蕩器相組合的可控電流源，其中所述電流源將電流提供給所述壓控振蕩器用于控制其振蕩幅度，而且其中該電流源包括并聯(lián)布置的多個(gè)電流鏡。
41.如權(quán)利要求40所述的可控電流源，其中所述電流鏡是數(shù)字可控的。
42.一種包括如權(quán)利要求1所述的壓控振蕩器的移動(dòng)電話。
全文摘要
提供了一種頻率靈巧的壓控振蕩器，其中幅度控制是通過數(shù)字地控制從電流源(10)供給振蕩器的電流來執(zhí)行。數(shù)字控制裝置的使用意味著振蕩器的相位噪聲性能不會(huì)由于從電流源控制器引入噪聲而降級(jí)。
文檔編號(hào)H03L5/00GK1879290SQ200480033078
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月7日
發(fā)明者斯蒂芬·喬納森·布雷特, 喬納森·理查德·斯特, 保羅·福韋爾斯, 克里斯托弗·杰蘭特·瓊斯 申請(qǐng)人:模擬裝置公司