專利名稱：N分頻合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種N分頻合成器及一種包括該N分頻合成器的發(fā)射機，可被應(yīng)用于諸如GSM等蜂窩式無線電應(yīng)用中。該發(fā)射機包括接收發(fā)信機的發(fā)射部分。本發(fā)明還涉及一種包括N分頻合成器的集成組件的集成電路。
PCT說明書WO99/14859公開了一種用于頻率合成器和/或產(chǎn)生一相位調(diào)制信號的sigma-delta調(diào)制器可控鎖相環(huán)(PLL)。該引用公開了一種包括具有確定分頻器中分割因數(shù)的信號的控制輸入的分頻器的PLL。生成調(diào)制信號的sigma-delta調(diào)制器具有一個耦合到數(shù)字濾波器的輸出端，該數(shù)字濾波器過濾該調(diào)制信號并產(chǎn)生可應(yīng)用于分頻器的控制輸入端上的過濾信號。通過過濾sigma-delta調(diào)制器的輸出，sigma-delta調(diào)制器產(chǎn)生的輸出信號中的量化噪聲可被減少到一定的頻度范圍內(nèi)。而量化噪聲的減少可換取減少的過抽樣率和/或下降的相位噪聲。
當(dāng)應(yīng)用提到的PLL時，選擇數(shù)字濾波器的系數(shù)以使當(dāng)其輸入為整數(shù)值時其輸出也是整數(shù)值。因為分頻器僅處理整數(shù)化分割因數(shù)，所以這是一個重要的特征。
為了數(shù)字濾波器能夠執(zhí)行操作，假設(shè)它被用作具有引入零以減少噪聲所必需的多級有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。然而，由于存在這種多級，所以PLL的分頻器中也要有相同數(shù)量的標(biāo)度率，這又轉(zhuǎn)化為大的頻率增益。這樣降低了PLL輸出端處的信噪(S/N)比，并引起能量消耗的上升。這種差的S/N比在需要頻率偏移為±67.7kHz的GSM上下文中有解釋。向sigma-delta調(diào)制器的輸入是對應(yīng)于不歸零(NRZ)位的正和負電壓的連續(xù)。如果PLL的頻率增益大，則sigma-delta調(diào)制器的輸入信號由增益的倒數(shù)來衰減。因為來自sigma-delta調(diào)制器的輸出噪聲是不變的，所以這減少了在PLL輸出端的S/N比。數(shù)字濾波器的主要任務(wù)是由過濾來減少噪聲，但是這一效果由于其恰好出現(xiàn)引起的PLL頻率增益的增加而抵消。
本發(fā)明的目的是提供一種具有比從已知的PLL得到的連續(xù)調(diào)諧范圍大的低噪聲N分頻合成器。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面是提供一種頻率合成器，包括一信號輸入端，一與該信號輸入端耦合的sigma-delta調(diào)制器，一與sigma-delta調(diào)制器的輸出端耦合的數(shù)字濾波器裝置和一包括一具有耦合到數(shù)字濾波器裝置的輸出端上的控制輸入端的分頻器的鎖相環(huán)(PLL)，其特征在于，該分頻器包括一分數(shù)分頻器，該濾波器裝置可將輸出狀態(tài)的數(shù)量增加一個以超出輸入狀態(tài)的數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面是提供一種發(fā)射機，包括生成數(shù)字化信號輸入抽樣的數(shù)字化裝置，一耦合到所述數(shù)字化裝置的信號輸出端的sigma-delta調(diào)制器，一耦合到該sigma-delta調(diào)制器的一個輸出端的數(shù)字濾波器裝置，和一個包括一具有耦合到數(shù)字濾波器裝置的輸出端上的控制輸入端的分頻器的鎖相環(huán)(PLL)，該PLL具有由PLL確定的頻率下的信號的輸出端，其特征在于，該分頻器包括一分數(shù)分頻器，該濾波器裝置可將輸出狀態(tài)的數(shù)量增加一個以超出輸入狀態(tài)的數(shù)量。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面是提供一集成電路，包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的頻率合成器。
與WO99/14859中公開的裝置相比，該數(shù)字濾波器是一具有兩級的相對基準的FIR濾波器，它對于具有兩個可能狀態(tài)的輸入而言，可以將輸出狀態(tài)的數(shù)量增加至三，而不會妨礙量化噪聲的高度期望的譜形接近于零頻率。這種條件下的濾波器不會產(chǎn)生PLL頻率增益的增加，并且因此對來自PLL的S/N比不會有明顯的影響。具體而言，該頻率合成器能對半比進行操作，這已使得噪聲水平提高了12dB，并且因為可疊加三個半比的連續(xù)組，所以能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)調(diào)諧。
該半比使得分頻器的輸出相位在該比改變之前穿過Π弧度的整數(shù)倍，而不是提及的在先技術(shù)中所用的2Π弧度。因此，在本發(fā)明的一個實施例中，PLL的參考頻率是sigma-delta調(diào)制器的半個時鐘頻率。通過二等分該參考頻率可得到6dB的噪聲特性的提高。因為可從分頻器比之間的階梯間隔得到另一6dB的提高，所以與由一位的sigma-delta調(diào)制器直接訪問相鄰的一對分頻器的情況相比，能夠得到12dB的噪聲水平的提高。
參照下列附圖、通過實例來描述本發(fā)明，其中，

圖1是適于與GSM移動電話一起使用的N分頻發(fā)射機的一個實施例的示意框圖；以及圖2是說明圖1中所示的發(fā)射機的調(diào)諧范圍的一個調(diào)諧圖。
參見圖1，發(fā)射機10包括在GSM條件下包括數(shù)據(jù)傳輸速率為270.8333kB/s的數(shù)據(jù)碼元的數(shù)據(jù)源12。每個碼元由一單個二進制位代表，隨后該二進制位被換算并轉(zhuǎn)換以生成一信號抽樣的雙極性流，其中邏輯1和0被分別賦予數(shù)值+1和-1。該數(shù)據(jù)源耦合于具有BT系數(shù)(帶寬*位周期)BT=0.3、抽樣速率為2.1667兆符號/秒(MS/s)的高斯濾波器14。在某一幅度換算后，由于調(diào)制，濾波器14的輸出為一等于載波的瞬間頻率偏移的多位并行表示法，并因此具有赫茲單位。
在52MS/s被抽樣的第四序列sigma-delta調(diào)制器16耦合于濾波器14的輸出端。該調(diào)制器16是一個純數(shù)字元件，它對其輸入信號的影響是用一n位的分辨率來進行量化。在當(dāng)前實例中，n=1，調(diào)制器16的輸出為±1值的抽樣二進制流。在本實例中與預(yù)定的52Hz時鐘頻率相等的速率下的、且其平均計算值超過一適當(dāng)?shù)臅r間周期的抽樣呈現(xiàn)基本接近于輸入信號值。一個好的DC調(diào)諧命令信號被應(yīng)用于輸入端17。
具有兩個接頭的FIR濾波器18耦合于sigma-delta調(diào)制器16的一個輸出端，以用一個額外的輸出狀態(tài)來增加來自調(diào)制器16的輸出狀態(tài)的數(shù)量，它們是三個狀態(tài)+1、0、-1，不會妨礙量化噪聲的高度期望譜形接近于零頻率。這三個離散的輸出狀態(tài)對應(yīng)于三個離散的分頻器比，例如鎖相環(huán)(PLL)分頻器20的35.0、34.5和34.0。這三個為一個子集的分頻器比的總數(shù)主要由調(diào)諧范圍要求來確定。
PLL進一步包括一相位比較器22，該比較器包括一乘法器，該乘法器具有耦合于26MHz穩(wěn)定參考觸發(fā)器24的一個第一輸入端和一個耦合于分頻器20的一個輸出端的第二輸入端。相位比較器22的輸出在一具有通頻帶低于400kHz的低通濾波器26中過濾。積分器28和與積分器28并聯(lián)的放大器30形成一耦合于低通濾波器26輸出和發(fā)射機電壓可控觸發(fā)器(TxVCO)32之間的窄帶PLL。TxVCO32的輸出耦合于分頻器20的輸入端和功率放大器34。天線36或其它信號傳播裝置或信號存儲裝置(未圖示)耦合于能量放大器34的一個輸出端。因為PLL頻率合成器的基本操作是公知的，所以不必描述。
使用具有0.5的增加級的分頻器比的結(jié)果是，分頻器20在其輸出已僅穿過Π弧度的整數(shù)倍數(shù)而不是使用整數(shù)分頻器時所用的2Π之后能夠轉(zhuǎn)換比率。因此，由輸入端17的需求信號向sigma-delta調(diào)制器16形成的特定比的請求可在分頻器輸出的每一周期中被重復(fù)兩次，因此在26MHz參考觸發(fā)器24的周期中重復(fù)兩次。這意味著參考頻率可以是sigma-delta時鐘的一半。
通過將參考頻率二等分為26MHz可生成將噪聲性能提高6dB，并且另一個6dB的提高來源于使分頻器比之間的階梯間隔二等分，因此總共為12dB。
圖2說明具有每個由0.5分離的三個有效分頻器比的調(diào)諧范圍。對于分頻器而言，調(diào)諧范圍ftune=(0.7xfclk.Ntaps)/4其中，Ntaps為FIR濾波器中的分接頭的數(shù)量，系數(shù)0.7由sigma-delta調(diào)制器16施加。
這樣，對于fclk=52MHz,Ntaps=1,ftune=9.1MHz。然而當(dāng)Ntune=2時，ftune=18.2MHz。這樣，通過用該二分接頭FIR濾波器18(圖A)將一套三個分頻器比確定為比如N、N-0.5,N-1，就能夠具有覆蓋頻帶較低端的調(diào)諧范圍R1，該低端與對應(yīng)于N-0.5、N-1、N-1.5的相鄰調(diào)諧范圍R2的較高端疊加(圖B)。具有這種設(shè)置，則有效區(qū)域中沒有間隙，僅該有效的分頻器比的數(shù)量和TxVCO32的調(diào)諧能力來限制調(diào)諧范圍。
重新參見圖1,35.0、34.5和34.0的分頻器比的好的調(diào)諧范圍為18MHz，即888到906MHz?？稍O(shè)置該調(diào)諧的分辨率依賴于用于在sigma-delta調(diào)制器16的輸入處的字長P。具有15位的字長時，頻率分辨率fres為fres=2xfref/(2P-1)=2×26000/(215-1)=1.587kHz對于粗調(diào)諧而言，提供一功能塊38，對應(yīng)于輸入端40上的粗調(diào)諧需求，來計算將TxVCO32設(shè)置在包括所需頻率的最佳頻段中所需的基本分頻器比N。在當(dāng)前應(yīng)用中，一組大小連貫的分頻器比可提供一超過45MHz的調(diào)諧范圍。
為了描述方便，參考GSM移動電話系統(tǒng)的請求來描述本發(fā)明，但應(yīng)該明白，本發(fā)明也可用于用其它系統(tǒng)、特別是TDMA系統(tǒng)操作的頻率合成器。
圖1中說明的結(jié)構(gòu)被高度數(shù)字化，使其在CMOS技術(shù)中受歡迎。除了需要sigma-delta調(diào)制器16之外，它不需要ADC或DAC，以及片外濾波器。
在本說明書和權(quán)利要求中，元件前的字“a”或“an”并不排除多個這種元件。另外，字“包括”也不排除除所列的之外的其它元件或步驟。
通過閱讀本公開內(nèi)容，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，其它改進是明顯的這種改進將涉及設(shè)計、制造和使用頻率合成器、包括該頻率合成器和其部件的發(fā)射機中已知的可替代或附加于這里描述的特征的其它特征。
N分頻合成器適用于移動電話和類似裝置中。
權(quán)利要求
1．一種頻率合成器，包括一信號輸入端，一與該信號輸入端耦合的sigma-delta調(diào)制器，一與sigma-delta調(diào)制器的輸出端耦合的數(shù)字濾波器裝置和一包括一具有耦合到數(shù)字濾波器裝置的輸出端上的控制輸入端的分頻器的鎖相環(huán)(PLL)，其特征在于，該分頻器包括一分數(shù)分頻器，該濾波器裝置可將輸出狀態(tài)的數(shù)量增加一個以超出輸入狀態(tài)的數(shù)量。
2．如權(quán)利要求1的頻率合成器，其特征在于輸出狀態(tài)的數(shù)量為3。
3．如權(quán)利要求1或2的頻率合成器，其特征在于該sigma-delta調(diào)制器包括一具有頻率f的時鐘信號發(fā)生器，該PLL包括一具有一頻率為f/2的參考振蕩器。
4．一種發(fā)射機，包括生成數(shù)字化信號輸入抽樣的數(shù)字化裝置，一耦合到所述數(shù)字化裝置的信號輸出端的sigma-delta調(diào)制器，一耦合到該sigma-delta調(diào)制器的一個輸出端的數(shù)字濾波器裝置，和一個包括一具有耦合到數(shù)字濾波器裝置的輸出端上的控制輸入端的分頻器的鎖相環(huán)(PLL)，該PLL具有由PLL確定的頻率下的信號的輸出端，其特征在于，該分頻器包括一分數(shù)分頻器，該濾波器裝置可將輸出狀態(tài)的數(shù)量增加一個以超出輸入狀態(tài)的數(shù)量。
5．如權(quán)利要求4的發(fā)射機，其特征在于輸出狀態(tài)的數(shù)量為3。
6．如權(quán)利要求4的發(fā)射機，其特征在于該sigma-delta調(diào)制器包括一具有頻率f的時鐘信號發(fā)生器，該PLL包括一具有一頻率為f/2的參考振蕩器。
7．一種包括如權(quán)利要求1、2或3的頻率合成器的集成電路。
全文摘要
一種用于發(fā)射TDMA信號的發(fā)射器中的N分頻合成器,包括具有一數(shù)字化信號的輸入端的第四序列sigma－delta調(diào)制器(16),一個具有耦合到該sigma－delta調(diào)制器的輸出端的兩個分接頭的FIR濾波器(18),該FIR濾波器(18)在其輸出端增加增加一個以超出在連接于sigma－delta調(diào)制器的輸出端的其輸入端的數(shù)量,一個包括具有增量比為0.5的分頻器(20)并具有耦合到該FIR濾波器的輸出端的控制輸入端的鎖相環(huán)(PLL)。具有增量比為0.5的該分頻器(20)使得PLL具有一在sigma－delta調(diào)制器(16)的一半抽樣頻率上操作的一參考振蕩器(24)。因此,該頻率合成器使得噪聲水平提高了12dB,并且因為通過疊加而形成三個半比的相鄰調(diào)諧的連續(xù)組,所以能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)調(diào)諧。
文檔編號H03L7/183GK1320301SQ00801654
公開日2001年10月31日 申請日期2000年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月10日
發(fā)明者B·J·明尼斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司