專利名稱:頻率合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種借助于通過使用鎖相環(huán)(PLL)耦合到壓控振蕩器(VCO)的基準(zhǔn)振蕩器來穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法。本發(fā)明還涉及一種頻率合成器。
背景技術(shù)：
在典型的現(xiàn)代無線收發(fā)器中，根據(jù)基準(zhǔn)振蕩器來導(dǎo)出通信頻率。例如，在無線電話機(jī)中，使用基于基準(zhǔn)振蕩器的頻率來發(fā)起與基站的通信。在已經(jīng)建立連接之后，可以進(jìn)一步借助各種同步方法來改進(jìn)頻率精確度，但是初始通信頻率必須足夠精確以便能夠建立初始通信。
在典型的收發(fā)器體系結(jié)構(gòu)中，基準(zhǔn)振蕩器的輸出被鎖相到VCO的輸出，并且所述VCO的輸出提供了期望的本機(jī)振蕩器(localoscillator，LO)頻率。
在圖1a中描繪了這種基于PLL的頻率產(chǎn)生的例子。使用相位比較器12的輸出13來穩(wěn)定VCO 14的操作；VCO 14的輸出頻率15是基準(zhǔn)振蕩器頻率11乘以分頻器鏈(divider chain)16的分頻因數(shù)(dividing factor)N。
基本的基于PLL的頻率產(chǎn)生利用整數(shù)計(jì)數(shù)器鏈作為分頻器，但是分?jǐn)?shù)版本(fractal version)一般在∑-Δ轉(zhuǎn)換器的控制之下使用分?jǐn)?shù)分頻器來近似連續(xù)輸出的頻率范圍，所述分?jǐn)?shù)分頻器在兩個不同的分頻模(dividing modulo)之間交替。
如果分頻因數(shù)N被設(shè)置為動態(tài)可變的，那么圖1a中所描繪的基于PLL的頻率產(chǎn)生可以發(fā)展為圖1b中所描繪的頻率合成器。
除要求向VCO提供長期頻率精確度之外，由于LO產(chǎn)生的載波所包含的相位噪聲越少，通信信道越適于提供無差錯信息傳輸，所以需要低基準(zhǔn)振蕩器相位噪聲。
基準(zhǔn)振蕩器被用作為頻率合成器中的精確且穩(wěn)定的基準(zhǔn)頻率并且提供精確且穩(wěn)定的基準(zhǔn)頻率信號以便能夠產(chǎn)生可變但穩(wěn)定的頻率，所述頻率可以被用作為可調(diào)諧的LO頻率。
頻率合成器的輸出頻率信號的關(guān)鍵要求是穩(wěn)定性、低相位噪聲以及高熱穩(wěn)定性，例如具有低熱系數(shù)，并且還要求可以迅速地選擇所述輸出頻率的精確值。
在無線通信設(shè)備中，基準(zhǔn)振蕩器通常是基于石英晶體的。石英諧振器穩(wěn)定且精確的機(jī)械振動很適于產(chǎn)生具有優(yōu)秀的長期(漂移和老化)和短期(相位噪聲)穩(wěn)定性的振蕩器。此外，借助適當(dāng)?shù)氖⒅苽浞椒?例如，AT-cut)，可以把諧振頻率的溫度相關(guān)性降低為較低值(小于典型的操作溫度范圍的百萬分之幾)。石英晶體基準(zhǔn)振蕩器模塊的主要缺點(diǎn)是它們相當(dāng)笨重的大小并且難于與收發(fā)器模塊單片集成，所述收發(fā)器模塊典型情況下是基于高度集成的解決方案?，F(xiàn)代微加工技術(shù)可以制造微型機(jī)械諧振器(微機(jī)電系統(tǒng)＝MEMS)，其諧振頻率范圍從幾個kHz直到GHz范圍。在H.J.De Los Santos的“RF MEMSCircuit Design for Wireless Communications”中給出了基于表面或整體微加工硅的這種微諧振器的例子，Artech House，Boston/London，2002年。微諧振器的優(yōu)點(diǎn)包括尺寸小、功耗低、以及可以增加諧振器、振蕩器電子器件和器件封裝之間的集成度。單片集成和芯片級系統(tǒng)方法是用于增加基準(zhǔn)振蕩器集成度的可行解決方案。微加工諧振器和集成電路的單片集成便于更復(fù)雜的微機(jī)電電路，并且可以提供完整的芯片級頻率合成器。
然而，在頻率合成器中使用基于硅的微諧振器的基礎(chǔ)復(fù)雜性源于它們的大溫度系數(shù)，典型情況下df/dT從-10到-30ppm/K。這種溫度相關(guān)性如果不加以應(yīng)對的話則對于基準(zhǔn)應(yīng)用來說太大。因此要求補(bǔ)償此溫度相關(guān)性以使微諧振器適于作為頻率合成器的基準(zhǔn)頻率。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是消除現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)并且提供一種用于穩(wěn)定頻率合成器的頻率的改進(jìn)方法以及一種改進(jìn)的頻率合成器。
本發(fā)明提供了LO頻率合成器體系結(jié)構(gòu)，其中具有非零溫度系數(shù)的MEMS基準(zhǔn)振蕩器單元用于頻率穩(wěn)定，并且其中在合成器級應(yīng)對基準(zhǔn)頻率的溫度相關(guān)性。
本發(fā)明是基于以下原理的，測量諧振器溫度以便電子補(bǔ)償溫度相關(guān)性以及所產(chǎn)生的與溫度相關(guān)的頻移。通過測量如在圖1c中所描述的MEMS諧振器的溫度T并且通過使用已知的頻率vs.溫度函數(shù)fr(T)，諧振頻率變?yōu)榫_定義的量，其可以用來改進(jìn)依照圖1b的現(xiàn)有技術(shù)頻率合成器的穩(wěn)定性。
在優(yōu)選實(shí)施例中，溫度測量是基于激勵MEMS諧振器中具有不同溫度系數(shù)的兩個模式。通過查看兩個模式的頻移，可以測量并且電補(bǔ)償溫度的改變。此方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1)不需要溫度傳感器來消除與所述傳感器和諧振器的溫度差異相關(guān)聯(lián)的溫度瞬時滯后，2)頻率測量是準(zhǔn)確的并且直接數(shù)字地實(shí)現(xiàn)，和3)由于諧振器也是傳感器，所以不需要附加傳感器。這簡化了構(gòu)造并且降低了成本。
在所附權(quán)利要求
中詳細(xì)地給出了本發(fā)明的特征。
在本發(fā)明中所給出方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)樵陬l率合成中直接考慮MEMS振蕩器的相當(dāng)大的(但是可預(yù)測的)溫度相關(guān)性，所以在振蕩器本身不被補(bǔ)償?shù)那闆r下，基準(zhǔn)振蕩器的長期穩(wěn)定性和低相位噪聲可以被更好地優(yōu)化。使用所描述的方法，MEMS基準(zhǔn)振蕩器可以(單片地)集成為無線收發(fā)器模塊的一部分。
結(jié)合附圖根據(jù)本發(fā)明的以下具體實(shí)施方式
，將更清楚地理解本發(fā)明的上述和附加目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1a是典型的基于PLL的頻率合成器的框圖，其中VCO產(chǎn)生LO頻率，
圖1b是頻率合成器的簡化框圖，圖1c是依照本發(fā)明的頻率合成器的簡化框圖，圖2a是依照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的頻率合成器的框圖，圖2b是依照本發(fā)明實(shí)施例的簡化頻率合成器的框圖，圖2c是依照本發(fā)明另一實(shí)施例的頻率合成器的框圖，圖3a和3b圖示了對方形板諧振器(square plate resonator)所觀察的具有不同溫度系數(shù)的兩個振動模式，圖4公開了兩個方形板振動模式的測量頻率系數(shù)，圖5a、5b圖示了用于同時檢測兩個方形板振動模式的兩種方法，和圖6圖示了利用根據(jù)兩個模式測量所提取的溫度信息來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例。
具體實(shí)施方式本發(fā)明涉及一種通過使用基準(zhǔn)振蕩器來穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法，所述基準(zhǔn)振蕩器使用鎖相環(huán)(PLL)或頻率比較控制器耦合到壓控振蕩器(VCO)，其中利用基準(zhǔn)MEMS振蕩器來穩(wěn)定所述VCO，借此通過測量MEMS諧振器的溫度T并且通過使用其已知的頻率vs.溫度函數(shù)fr(T)，輸出頻率變?yōu)榫_定義的量，其可以被用為頻率合成器中的基準(zhǔn)。
在下面對于基于MEMS振蕩器的頻率合成器給出了三種穩(wěn)定方法。
依照第一方法，利用在圖2a中所描繪的框圖，VCO 24產(chǎn)生LO頻率(例如在1GHz)fLO。典型情況下以相當(dāng)?shù)偷念l率(例如在10MHz)操作MEMS基準(zhǔn)振蕩器21。VCO輸出頻率在分頻器25中被分頻，以便使分頻器的輸出頻率28等于MEMS基準(zhǔn)振蕩器頻率。它們的相對相位由相位檢測器22來檢測，并且在低通濾波(LPF)23之后，該結(jié)果被用來穩(wěn)定VCO 24。此環(huán)路形成了基本PLL，如先前所描述。
MEMS基準(zhǔn)振蕩器21的頻率隨溫度是不穩(wěn)定的，但是其隨溫度而變的頻率偏移可以通過修改分頻器25來補(bǔ)償。
先前已知的可連續(xù)調(diào)諧的分?jǐn)?shù)N分頻器(fractional-N divider)技術(shù)可以方便地用來調(diào)節(jié)分頻器鏈(divider chain)25的計(jì)數(shù)。這可以例如通過使用∑-Δ調(diào)制器技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，所述∑-Δ調(diào)制器技術(shù)連續(xù)地調(diào)節(jié)分頻器級的計(jì)數(shù)模N。使用∑-Δ調(diào)制器27來調(diào)節(jié)26分頻器25，VCO頻率變?yōu)榛鶞?zhǔn)頻率的N+x[n]倍并且可以是幾乎可連續(xù)調(diào)整的。N表示分頻器的模整數(shù)設(shè)置(module integer setting)而x[n]是用來控制∑-Δ調(diào)制器27的相位檢測器輸出信號28。
根據(jù)所測量29的MEMS基準(zhǔn)振蕩器21的溫度T和MEMS基準(zhǔn)21的T相關(guān)性f(T)，使用LOGIC(邏輯)電路30來產(chǎn)生x[n]32信號，所述x[n]信號使Δ-∑調(diào)制器27補(bǔ)償由溫度引發(fā)的MEMS基準(zhǔn)振蕩器21的輸出頻率偏移。
所述補(bǔ)償借助于用于調(diào)節(jié)分頻器鏈25的模N的Δ-∑調(diào)制器27。邏輯電路30可以有益地使用查找表31，所述查找表31提供使用所測量的基準(zhǔn)振蕩器21的溫度T而選擇的所需要的校正控制信號x(n)?；鶞?zhǔn)頻率中的制造容差偏移也被校準(zhǔn)并可以依照相同方式被額外用于調(diào)節(jié)x[n]，例如通過使用二維查找表31或適當(dāng)?shù)慕M合算法。
使用稍后所描述的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)MEMS基準(zhǔn)振蕩器21?？梢愿鶕?jù)體聲波(bulk acoustic wave，BAW)操作使用單個MEMS振蕩器來提供基準(zhǔn)振蕩器的長期穩(wěn)定性和低相位噪聲。如果必要的話，可以使用兩個或多個MEMS組件來實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)振蕩器的改進(jìn)性能，其中所述MEMS組件的屬性被有選擇地組合。例如，可以通過組合兩個MEMS組件的屬性來得出基準(zhǔn)振蕩器的長期穩(wěn)定性和低相位噪聲。
在圖2b中描繪了第二方法的框圖。它圖示了VCO 44自身能夠產(chǎn)生具有所要求的頻譜純度(相位噪聲)的信號并且只需要基準(zhǔn)振蕩器41來提供長期頻率穩(wěn)定性的情況。
在這種情況下，可以使VCO反饋環(huán)路是非常窄帶的，并且可以在分頻器43中使用恒定的整數(shù)N進(jìn)行分頻來產(chǎn)生輸出以便在混合器42中與來自基準(zhǔn)振蕩器41的基準(zhǔn)頻率相混合?；旌掀?2輸出混合頻率的總和以及差異頻率，但是在低通濾波器48之后只有基準(zhǔn)頻率fr和經(jīng)分頻的VCO輸出頻率fVCO/N之間的低頻差異頻率fbeat＝fr-fVCO/N(或fVCO/N-fr)保留，并且可以用來產(chǎn)生VCO的控制信號，所述控制信號調(diào)節(jié)VCO以便輸出期望的頻率。重要的是應(yīng)當(dāng)注意，VCO輸出信號不必是基準(zhǔn)信號的恒定倍數(shù)。通過適當(dāng)?shù)剡x擇差異頻率fbeat，可以精調(diào)輸出頻率fVCO＝N·(fr-fbeat)。這可以用來數(shù)字補(bǔ)償在基準(zhǔn)振蕩器中由溫度引發(fā)的改變。
VCO控制信號49由邏輯電路45產(chǎn)生并且可以向此控制信號進(jìn)一步添加校正控制電壓以便產(chǎn)生VCO的調(diào)諧電壓，其另外為基準(zhǔn)振蕩器校正與溫度相關(guān)的頻率偏移和/或在校準(zhǔn)期間所發(fā)現(xiàn)的偏移。
如果頻率的相對頻率感測不改變，才可以使用所描述的混合方法。另一更通用的方法是通過使用一個公共信號選通計(jì)數(shù)器來直接計(jì)數(shù)兩個較低頻率信號fr和fVCO/N來確定頻率差異及其感測。該時鐘例如可以是所述信號中的任何一個。
邏輯電路45輸出調(diào)諧控制電壓49，所述調(diào)諧控制電壓49按照這樣一種方式取決于頻率差異，即，經(jīng)分頻的VCO輸出頻率和基準(zhǔn)頻率之間的差異頻率更接近于期望的頻率差異。
取決于所測量的振蕩器溫度T和任何校準(zhǔn)校正(calibrationcorrection)的電壓可以另外被設(shè)置來調(diào)節(jié)VCO 44的調(diào)諧電壓，有益地是通過簡單地使用查找表和DAC來調(diào)節(jié)。依照先前針對第一方法所描述的相同方式，查找表可以包含校準(zhǔn)校正值和取決于MEMS基準(zhǔn)振蕩器的已知的與溫度相關(guān)的特性的校正值。
此方法的有益實(shí)施例是借助模擬方法使用頻率差異來控制VCO并且使用邏輯電路45和控制信號50來為溫度和校準(zhǔn)校正數(shù)字地調(diào)節(jié)整數(shù)計(jì)數(shù)器鏈以便改變分頻器計(jì)數(shù)器鏈43的分頻模。
每當(dāng)合成器分頻器使用整數(shù)值來分頻時(例如對于信道選擇)，邏輯電路如果被饋送了期望信道的信息，那么可以迅速地提供信道選擇，在圖2b的例子中，邏輯電路45可以直接地向期望的信道提供所需要的、經(jīng)溫度校正的N，并且從而提供迅速的信道選擇。
在收發(fā)器中用于迅速信道選擇的此方法不局限于在圖2b中所描繪的方法，而是每當(dāng)校正值被安排來修改計(jì)數(shù)器鏈時就可以使用。從而此方法也可以與優(yōu)選實(shí)施例一起使用。在未示出的一個有利實(shí)施例中，使用三維表來代替二維校正表以便為制造校準(zhǔn)校正、基準(zhǔn)振蕩器溫度校正和信道選擇頻率偏移的所有組合提供校正值。
可以依照對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的許多其它方式來實(shí)現(xiàn)向計(jì)數(shù)器鏈提供溫度、校準(zhǔn)或信道校正的N值。例如除改變計(jì)數(shù)器鏈的?；蚴褂梅?jǐn)?shù)方法之外，可以通過以規(guī)則的速率增加或減小計(jì)數(shù)來修改計(jì)數(shù)器本身的計(jì)數(shù)值以便增加或減小輸出頻率。此方法(通常在相位累加器中用來給出固定的相位偏移)可以針對連續(xù)相位改變而容易地修改，其實(shí)際上提供了可控制地增加或減少輸出頻率。
圖2c是依照本發(fā)明另一實(shí)施例的頻率合成器的框圖，其中使用偏移合成器來用于VCO 55輸出頻率的溫度穩(wěn)定。VCO產(chǎn)生LO頻率(例如在1GHz)fLO。MEMS基準(zhǔn)振蕩器51提供了基準(zhǔn)頻率，典型情況下為10MHz。VCO輸出頻率在分頻器54中被分頻，并且使用混合相位檢測器52把經(jīng)分頻的VCO輸出與基準(zhǔn)振蕩器相混合。利用低通濾波器53來濾波混合器輸出以便獲得f1＝fVCO-fr。第二混合器57用來把由振蕩器58所提供的偏移頻率foffset添加到所述信號。在利用第二低通濾波器56濾波之后，獲得所產(chǎn)生的頻率f2＝f1-foffset。當(dāng)相位環(huán)路被鎖定時，頻率f2是零并且VCO輸出等于fVCO＝N·(fr+foffset).
MEMS基準(zhǔn)振蕩器51的頻率隨溫度是不穩(wěn)定的，但是其隨溫度而變的頻率偏移可以通過調(diào)節(jié)foffset來補(bǔ)償。根據(jù)所測量的MEMS基準(zhǔn)的溫度T和MEMS基準(zhǔn)51的T相關(guān)性f(T)，邏輯電路60和查找表59用來控制偏移振蕩器58。偏移振蕩器可以是具有寬調(diào)諧范圍的VCO或MEMS振蕩器(例如撓性振蕩器)。
依照本發(fā)明另一實(shí)施例，以兩個模式同時激勵硅諧振器，每個模式具有不同的溫度系數(shù)。在圖3中示出了用于示出這兩類模式的有用諧振器結(jié)構(gòu)的例子。圖3a圖示了板中的擴(kuò)展模式振動(在f0＝13.1MHz，Q＝120000)并且圖3b是Lamé模式振動(在f0＝12.1MHz，Q＝60000)。擴(kuò)展振動模式被表征為保留原始方形的2-D板擴(kuò)展(plateexpansion)。Lamé模式被表征為保留板體積的板彎曲(platebending)。所述組件可以通過絕緣體上硅結(jié)構(gòu)(silicon-on-insulatorSOI)晶片的深度反應(yīng)離子蝕刻來制造。可以利用角錨定(T型角錨定)來電接觸到諧振器使得可以利用一個掩模來制造整個器件。另外已經(jīng)示出非常適于獲得低相位噪聲的擴(kuò)展模式，參見V.Kaajakari、T.Mattila、A.Oja、J.Kiihamaki、H.Kattelus、M.Koskenvuori、P.Rantakari、I.Tittonen和H.Sepp刊登于Transducers′03的論文“Square-Extensional Mode Single-Crystal Silicon MicromechanicalRF-resonator”(Boston，2003年6月)。圖4示出了兩個模式中所測量的溫度相關(guān)性，所述兩個模式彼此不同。
在圖5a和圖5b中描繪了兩個振動的同時且獨(dú)立的檢測。在圖5a和5b中，示出了聲模(BAW)硅諧振器，包括方形板、在所述板的各個面上提供電容耦合的電極ELE1-ELE4、被連接到所述電極的電壓源Uin和Ubias和輸出電壓。利用在圖5a中所示出的差分電極結(jié)構(gòu)，可以利用相同電極來檢測兩個模式。這對于這兩個模式給出了最大的信號幅度但是使振蕩器電子器件變得復(fù)雜。在圖5b中所示出的結(jié)構(gòu)使用具有不同偏壓的不同電極(對于另一Lamé電極來說具有不同的極性)以便激勵和/或激勵Lamé和擴(kuò)展模式。驅(qū)動電子器件更為簡單并且兩個模式具有良好的隔離，但是該結(jié)構(gòu)對于信號功率來說并非是最優(yōu)的。為簡單起見，所示出兩個模式的電極大小相等，但是實(shí)際的實(shí)現(xiàn)方式可以對于用來產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的模式使用較大電極并且對于用來產(chǎn)生溫度信息的模式使用較小電極。
在相同諧振器中檢測兩個模式的替換方式是在鄰近熱觸點(diǎn)中(例如在相同的襯底上)制造兩個諧振器，以板擴(kuò)展模式驅(qū)動一個諧振器并且以Lamé模式驅(qū)動另一個諧振器。由于這些諧振器在相同的硅襯底上，所以諧振器溫度是高度相關(guān)的。此結(jié)構(gòu)的好處在于所述模式在電和機(jī)械上是隔離的并且簡化了振蕩器電子器件。
還可以使用其它微諧振器結(jié)構(gòu)來產(chǎn)生溫度信息。例如，可以從扭轉(zhuǎn)和撓性梁振動模式獲得溫度信息，因?yàn)檫@兩個模式也具有不同的溫度相關(guān)性?；蛘?，可以使用由具有不同溫度相關(guān)性的不同材料制成的兩個諧振器。
可以如下產(chǎn)生頻率補(bǔ)償所需的溫度信息兩個模式在頻率f1和f2諧振。兩個模式被同時激勵并且由兩個諧振所產(chǎn)生的脈沖如先前描述被檢測并且分別在計(jì)數(shù)器1和2中計(jì)數(shù)。如果計(jì)數(shù)器1已經(jīng)存儲N1個周期，那么計(jì)數(shù)器2已經(jīng)在相同時間內(nèi)存儲了N2＝f2/f1·N1個周期。保持N1固定，從而可以獲得溫度。
這種溫度信息可以由本發(fā)明用來依照第一方法、其簡化形式和第三方法來校正頻率合成器的輸出頻率。也可以使用其它溫度測量方法來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，但是雙模式方法尤其適用于MEMS基準(zhǔn)振蕩器。
如在圖6中所描述，可以直接使用此雙模式方法來使基準(zhǔn)振蕩器用于高頻率合成器。所描繪的合成器使用基準(zhǔn)振蕩器和分?jǐn)?shù)N的鎖相環(huán)路?；鶞?zhǔn)振蕩器71具有兩個頻率輸出72和73，其具有不同的溫度相關(guān)性。頻率輸出72被設(shè)計(jì)成具有低相位噪聲。這些輸出72和73利用計(jì)數(shù)器174和計(jì)數(shù)器275來計(jì)數(shù)。如先前已經(jīng)描述，計(jì)數(shù)器輸出由邏輯電路77用來計(jì)算振蕩器溫度。使用溫度信息連同在存儲器76中所存儲的校準(zhǔn)信息來計(jì)算分頻器83中的正確的分頻因數(shù)N，以產(chǎn)生由fVCO＝N·f1所給出的期望LO頻率。由于f1取決于溫度，所以所要求的分頻N因數(shù)可能是分?jǐn)?shù)而不是整數(shù)。
使用VCO 80合成期望的頻率來產(chǎn)生LO頻率。VCO輸出頻率在分頻器83中被分頻，以便使分頻器的輸出頻率81等于MEMS基準(zhǔn)振蕩器頻率72。依照先前所描述的方式由分?jǐn)?shù)∑-Δ調(diào)制器82來改變分頻器83中的分頻因數(shù)。邏輯電路77用來控制∑-Δ調(diào)制器以便獲得分?jǐn)?shù)分頻?；鶞?zhǔn)振蕩器信號72和經(jīng)分頻的信號81之間的相對相位由相位檢測器78來檢測，并且在LPF 79中低通濾波之后，使用相位比較結(jié)果來穩(wěn)定VCO 80。如先前所描述，此環(huán)路形成了基本PLL。
基準(zhǔn)振蕩器71被設(shè)計(jì)成使得輸出信號72主要具有低相位噪聲并且只是其次才具有高溫穩(wěn)定性。期望的LO頻率使用具有低質(zhì)量因數(shù)的壓控振蕩器來合成，并且因此為了良好的穩(wěn)定性而被鎖定到基準(zhǔn)振蕩器以便提供低抖動的LO信號，該信號為載波信號及其它用途所需要。
使用分?jǐn)?shù)N調(diào)制器以便對VCO頻率進(jìn)行分?jǐn)?shù)分頻來校正任何基準(zhǔn)振蕩器頻移。
所存儲的校準(zhǔn)值和已知的溫度相關(guān)性由邏輯電路用來控制分?jǐn)?shù)N調(diào)制器。
可以有益地使用∑-Δ調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)N PLL。此技術(shù)提供了幾乎連續(xù)的頻率調(diào)諧并且已經(jīng)被證明能夠滿足GSM相位噪聲規(guī)范。
對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯然，本發(fā)明的不同實(shí)施例不局限于上述例子，而是它們可以在所附權(quán)利要求
的范圍內(nèi)改變。
權(quán)利要求
1.一種借助于耦合到壓控振蕩器(VCO)的基準(zhǔn)振蕩器單元來穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法，其中所述合成器裝備有鎖相環(huán)(PLL)來穩(wěn)定所述壓控振蕩器的操作，其特征在于所述基準(zhǔn)振蕩器單元是MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))基準(zhǔn)振蕩器單元，測量所述MEMS基準(zhǔn)振蕩器單元的溫度，通過使用頻率/溫度函數(shù)、依照所測量的溫度來校正輸出頻率。
2.如權(quán)利要求
1所述的用于穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法，其中所述壓控振蕩器產(chǎn)生本機(jī)振蕩器頻率，所述壓控振蕩器輸出頻率被分頻成等于所述MEMS基準(zhǔn)振蕩器頻率，并且它們的相對相位被檢測并用于調(diào)諧所述壓控振蕩器，其特征在于使用分頻器來補(bǔ)償隨溫度而變的基準(zhǔn)頻率偏移誤差。
3.如權(quán)利要求
2所述的用于穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法，其特征在于，使用∑-Δ調(diào)制器技術(shù)來實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的(分?jǐn)?shù)-N)分頻器，借此使用對所述分頻器的∑-Δ調(diào)制器反饋，壓控振蕩器頻率變?yōu)樗龌鶞?zhǔn)頻率的N+x[n]倍，其中N表示分頻器的整數(shù)設(shè)置并且x[n]是用于引導(dǎo)所述∑-Δ調(diào)制器的輸入序列，并且根據(jù)所測量的MEMS振蕩器(T)的溫度(T)和基準(zhǔn)頻率T相關(guān)性fr(T)，使用邏輯電路來產(chǎn)生x[n]，所述x[n]用于補(bǔ)償由溫度引發(fā)的基準(zhǔn)頻率的偏移。
4.如權(quán)利要求
2所述的用于穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法，其特征在于，所述壓控振蕩器自身能夠產(chǎn)生具有所要求的頻譜純度(相位噪聲)的信號，并且需要基準(zhǔn)振蕩器來提供長期頻率穩(wěn)定性，借此通過計(jì)數(shù)拍頻(fr-fVCO/N)來求解所述基準(zhǔn)頻率fr和經(jīng)分頻的VCO頻率(fVCO/N)之間的差異，然后把所述頻率差異與所測量的T和已知函數(shù)fr(T)相組合以便產(chǎn)生用于VCO的正確的調(diào)諧電壓。
5.如權(quán)利要求
2所述的用于穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法，其特征在于，所述壓控振蕩器自身能夠產(chǎn)生具有所要求的頻譜純度(相位噪聲)的信號，并且需要基準(zhǔn)振蕩器來提供長期頻率穩(wěn)定性，借此通過利用所述基準(zhǔn)頻率fr和經(jīng)分頻的VCO頻率(fVCO/N)信號之一作為計(jì)數(shù)的時鐘來直接計(jì)數(shù)這兩個頻率(fr)和(fVCO/N)，從而求解這兩個頻率(fr)和(fVCO/N)之間的差異，并且其中然后把所述頻率差異與所測量的T和已知函數(shù)fr(T)相組合以便產(chǎn)生用于VCO的正確的調(diào)諧電壓。
6.如權(quán)利要求
1所述的用于穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法，其特征在于，使用可以調(diào)諧的第二低頻振蕩器來進(jìn)行對上變頻PLL中的基準(zhǔn)振蕩器頻率的溫度補(bǔ)償。
7.如權(quán)利要求
1所述的用于穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法，其特征在于，將偏移合成器用于VCO(55)輸出頻率的溫度穩(wěn)定，所述VCO產(chǎn)生LO頻率，所述MEMS基準(zhǔn)振蕩器(51)提供基準(zhǔn)頻率，所述VCO輸出頻率在分頻器(54)中被分頻并且使用混合相位檢測器(52)把經(jīng)分頻的VCO輸出與基準(zhǔn)振蕩器相混合，利用低通濾波器(53)來對混合器輸出進(jìn)行濾波以便獲得f1＝fVCO-fr，使用第二混合器(57)來把由振蕩器(58)所提供的偏移頻率(foffset)添加到信號，而且在利用第二低通濾波器(56)濾波之后，獲得所產(chǎn)生的頻率(f2＝f1-foffset)。
8.如權(quán)利要求
1所述的用于穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法，其特征在于，通過在MEMS諧振器中激勵具有不同溫度系數(shù)的兩個模式來測量溫度，其中通過查看所述兩個模式的頻移，可以測量溫度的改變。
9.如權(quán)利要求
1所述的用于穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法，其特征在于，在PLL計(jì)數(shù)器鏈的相位累加器中以恒定速率連續(xù)地增加或減去由不管任何方法的溫度測量所選擇的校正值，以便根據(jù)所述溫度來增加或減小所述輸出頻率。
10.一種頻率合成器，裝備有被耦合到壓控振蕩器(VCO)以便穩(wěn)定頻率合成器的頻率的基準(zhǔn)振蕩器，其中所述合成器裝備有鎖相環(huán)(PLL)以便穩(wěn)定所述壓控振蕩器的操作，其特征在于基準(zhǔn)振蕩器單元是MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))基準(zhǔn)振蕩器單元，而且頻率合成器具有用于測量MEMS基準(zhǔn)振蕩器單元的溫度、并且用于通過使用頻率/溫度函數(shù)依照所測量的溫度來校正輸出頻率的裝置。
11.如權(quán)利要求
10所述的頻率合成器，其特征在于，至少一個組件是具有方形板和在所述板的各個面上所布置的用于電容耦合的電極的微機(jī)械體聲波模式(BAW)硅諧振器，其中振動模式被表征為用于保留原始方形的2-D板擴(kuò)展。
12.如權(quán)利要求
10所述的頻率合成器，其特征在于包括用于產(chǎn)生本機(jī)振蕩器頻率的裝置，用于對壓控振蕩器輸出頻率進(jìn)行分頻以便等于MEMS基準(zhǔn)振蕩器頻率的裝置，和用于檢測它們的相對相位以及用于調(diào)諧壓控振蕩器的裝置。
13.如權(quán)利要求
12所述的頻率合成器，其特征在于包括一個分頻器以便補(bǔ)償隨溫度而變的基準(zhǔn)頻率偏移誤差。
14.如權(quán)利要求
12所述的頻率合成器，其特征在于，可調(diào)諧的(分?jǐn)?shù)-N)分頻器是∑-Δ調(diào)制器。
15.如權(quán)利要求
12所述的頻率合成器，其特征在于，壓控振蕩器具有用于由自身產(chǎn)生具有所要求的頻譜純度(相位噪聲)的信號的裝置，并且需要基準(zhǔn)振蕩器來提供長期頻率穩(wěn)定性。
16.如權(quán)利要求
10所述的頻率合成器，其特征在于，偏移合成器被用于VCO(55)輸出頻率的溫度穩(wěn)定，而且它包括產(chǎn)生LO頻率的VCO，所述MEMS基準(zhǔn)振蕩器(51)提供基準(zhǔn)頻率，所述VCO用于在分頻器(54)中對輸出頻率進(jìn)行分頻，并且使用混合相位檢測器(52)把經(jīng)分頻的VCO輸出與基準(zhǔn)振蕩器相混合，利用低通濾波器(53)來對混合器的輸出進(jìn)行濾波以便獲得f1＝fVCO-fr，使用第二混合器(57)來把由振蕩器(58)所提供的偏移頻率(foffset)添加到信號，而且存在用于在利用第二低通濾波器(56)濾波之后獲得所產(chǎn)生的頻率(f2＝f1-foffset)的裝置。
17.如權(quán)利要求
10或11所述的頻率合成器，其特征在于，MEMS諧振器具有溫度系數(shù)不同的兩個模式，使得通過在MEMS諧振器中激勵具有不同溫度系數(shù)的兩個模式來測量溫度，其中通過查看所述兩個模式的頻移，可以測量溫度的改變。
18.如權(quán)利要求
19所述的頻率合成器，其特征在于，它具有用于同時檢測所述兩個模式的裝置。
19.如權(quán)利要求
18所述的頻率合成器，其特征在于，電極結(jié)構(gòu)具有用于利用相同電極檢測兩個模式的裝置。
20.如權(quán)利要求
18所述的頻率合成器，其特征在于，所述電極結(jié)構(gòu)具有不同偏壓的不同電極(對于另一Lamé電極來說具有相反的極性)以便激勵Lamé和擴(kuò)展模式。
21.如權(quán)利要求
18所述的頻率合成器，其特征在于，所述電極結(jié)構(gòu)具有用于激勵兩個模式的不同諧振器。
22.如權(quán)利要求
10所述的頻率合成器，其特征在于，它包括基準(zhǔn)頻率振蕩器和鎖相環(huán)(分?jǐn)?shù)-N PLL)，借此基準(zhǔn)振蕩器給出用于產(chǎn)生溫度信息的頻率(f1)和(f2)，所述振蕩器被設(shè)計(jì)成使得信號頻率f1具有低相位噪聲，而且利用壓控振蕩器(VCO)來合成期望的頻率。
23.如權(quán)利要求
10所述的頻率合成器，其特征在于，所述頻率合成器具有三維表以便為制造校準(zhǔn)校正、基準(zhǔn)振蕩器溫度校正和信道選擇頻率偏移的所有組合提供校正值。
專利摘要
一種借助于耦合到壓控振蕩器(VCO)的基準(zhǔn)振蕩器單元來穩(wěn)定頻率合成器的頻率的方法和頻率合成器，其中所述合成器裝備有鎖相環(huán)(PLL)以便穩(wěn)定壓控振蕩器的操作，其中所述基準(zhǔn)振蕩器單元是MEMS(MicroElectromechanicalSystem，微機(jī)電系統(tǒng))基準(zhǔn)振蕩器單元，測量MEMS基準(zhǔn)振蕩器單元的溫度，并且通過使用頻率/溫度函數(shù)依照所測量的溫度來校正輸出頻率。
文檔編號H03L7/16GK1993890SQ20048004361
公開日2007年7月4日 申請日期2004年6月24日
發(fā)明者托米·馬蒂拉, 奧利·加庫拉, 維利·卡加卡里, 阿奈·奧加, ?；と?申請人:諾基亞公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan