專利名稱：功率自適應(yīng)分頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有可調(diào)分頻因子的分頻器，該分頻器包括一個(gè)輸入和一個(gè)分頻器單元，該分頻器單元帶有接收頻率為第一頻率的第一信號(hào)的輸入和輸出頻率為第二頻率的第二信號(hào)的輸出，以及與分頻器關(guān)聯(lián)的功率控制器以調(diào)節(jié)分頻器單元的偏置電流。
從Peregrine Semiconductor Corporation公司的申請(qǐng)記錄4“在CDMA應(yīng)用中采用PE3291/92”已知這種分頻器。PE3291是一個(gè)N分?jǐn)?shù)的PLL集成頻率合成器(fractional-N PLL integratedfrequency synthesizer)，它包括二個(gè)分頻器一個(gè)16/17模預(yù)定標(biāo)器(PLL1)和一個(gè)帶可變分頻因子的32/33模預(yù)定標(biāo)器(PLL2)。PE3291提供VDD1和VDD2二個(gè)輸入，這二個(gè)輸入允許對(duì)預(yù)定標(biāo)器PLL1和預(yù)定標(biāo)器PLL2的偏置電平進(jìn)行外部控制。當(dāng)以降低的速度使用預(yù)定標(biāo)器時(shí)，可以降低該偏置電平。較低偏置電平的預(yù)定標(biāo)器也較慢，但是可以選擇偏置電平使得速度足夠應(yīng)付在降低的輸入頻率下的運(yùn)行。通過(guò)這種方式功率消耗可以隨輸入頻率的降低而降低。
已知分頻器的一個(gè)缺點(diǎn)是基本上不能降低功率消耗。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種可以降低分頻器功率消耗的電路。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，該分頻器的特征在于該分頻器包括一個(gè)復(fù)用裝置，該裝置帶有用于接收頻率為第二頻率的第二信號(hào)的第一輸入和用于以接收頻率為第三頻率的第三信號(hào)的第二輸入以及輸出第二信號(hào)或者第三信號(hào)的輸出，其中該復(fù)用裝置的第一輸入與分頻器單元的輸出相連接；并且該分頻器的特征在于當(dāng)復(fù)用裝置的第一輸入被釋放時(shí)，運(yùn)行功率控制裝置來(lái)把分頻器單元的偏置電流降為零。
具有可編程分頻因子的分頻器經(jīng)常被用于有不同輸入頻率的系統(tǒng)中。該可編程分頻因子使該系統(tǒng)對(duì)輸入頻率進(jìn)行分頻以生成一個(gè)在規(guī)定的運(yùn)行范圍內(nèi)的頻率。
一個(gè)這樣的實(shí)例是在鎖相環(huán)(PLL)中使用帶可編程分頻因子的分頻器。輸入頻率變化，采用分頻器將輸入頻率分成相位檢測(cè)器正常工作所需的頻率范圍。
如果降低分頻器的輸入頻率，必須降低分頻因子。
當(dāng)降低分頻因子時(shí)，不再需要分頻器中的某些分頻器單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行分頻。那么復(fù)用器釋放這些單元并且該復(fù)用器從該分頻器中另一點(diǎn)獲得輸入信號(hào)。由于不再使用該分頻器單元的輸出，因而可以把該分頻器的偏置電流降為零，實(shí)際上將分頻器單元關(guān)閉從而使該分頻器單元的功率消耗降為零。所以分頻器的功率消耗依賴于分頻器的分頻因子。
在GSM無(wú)線移動(dòng)系統(tǒng)中使用二個(gè)頻率，例如990MHz和1800MHz。
當(dāng)一個(gè)移動(dòng)電話運(yùn)行在900MHz的頻帶時(shí)，在PLL中產(chǎn)生載波頻率的分頻器必須對(duì)VCO頻率比當(dāng)移動(dòng)電話運(yùn)行在1800MHz的頻帶時(shí)小2個(gè)因子進(jìn)行分頻。如果該分頻器包括一個(gè)為2的分頻器單元，它對(duì)來(lái)自輸入的信號(hào)進(jìn)行分頻，當(dāng)工作在900MHz頻帶時(shí)該分頻器就不需要了。信號(hào)不必通過(guò)該分頻器單元，因而可以關(guān)閉該分頻器單元。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的特征在于復(fù)用裝置的第二輸入與分頻器單元的輸入相連接。
通過(guò)選擇分頻器單元的輸入而不是分頻器單元的輸出，出現(xiàn)在復(fù)用器輸出的輸入信號(hào)沒(méi)有被分頻。通過(guò)對(duì)復(fù)用器切換，復(fù)用器與分頻器單元的組合的分頻因子可以在1與該分頻器單元的分頻因子之間進(jìn)行切換。該復(fù)用器提供給分頻器對(duì)分頻器單元進(jìn)行旁路的選擇。因?yàn)闆](méi)有使用該分頻器單元，所以有可能把分頻器單元的偏置降為零并且因而降低了分頻器的功率消耗。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的特征在于分頻器包括另一個(gè)復(fù)用裝置，該裝置被表示為第二復(fù)用裝置，它帶有第一輸入和第二輸入以及輸出，此處第二復(fù)用裝置的第一輸入與第二分頻器單元的輸出相連接并且此處第二復(fù)用裝置的第二輸入與該復(fù)用裝置的第二輸入相連接并且該實(shí)施方案的特征在于當(dāng)?shù)诙?fù)用裝置的第一輸入被釋放時(shí)，運(yùn)行第二功率控制裝置將第二分頻器單元的偏置電流降為零。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的特征在于當(dāng)選擇與分頻器單元輸出相連接的復(fù)用裝置的第一輸出時(shí)，至少運(yùn)行一個(gè)與該分頻器單元關(guān)聯(lián)的功率控制裝置來(lái)將與該分頻器單元相關(guān)的偏置電流按比例地調(diào)節(jié)到該分頻器單元的輸入頻率。
當(dāng)分頻器單元沒(méi)有運(yùn)行在最大運(yùn)行頻率時(shí)，可以降低該分頻器的偏置電流，于是降低了該分頻器單元的有效速度。通過(guò)將偏置電流調(diào)節(jié)到恰好高出分頻器運(yùn)行會(huì)受到不利影響的電平，可以對(duì)功率耗散進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)這種方式，可以在降低運(yùn)行頻率時(shí)采用將全部分頻器單元旁路和關(guān)閉的方法，在功率降低的步驟之間獲得一個(gè)逐漸降低的功率耗散。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的特征在于運(yùn)行微處理器對(duì)VCO和分頻器功率控制裝置中的至少一個(gè)進(jìn)行控制。
微處理器對(duì)VCO進(jìn)行控制并且，因此得知VCO的運(yùn)行頻率并且還得知該分頻器所需的分頻因子。根據(jù)所需的分頻因子，該微處理器決定哪些分頻器單元是不需要的，將那些分頻器單元關(guān)閉，并且對(duì)相關(guān)的復(fù)用器進(jìn)行切換使得這些分頻器單元被旁路。根據(jù)運(yùn)行頻率，該微處理器還可以降低余下的在運(yùn)行的分頻器單元的偏置電流以便進(jìn)一步優(yōu)化該分頻器的功率消耗。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的特征在于運(yùn)行第三功率控制裝置來(lái)調(diào)節(jié)依賴于該輸入放大器輸入頻率的該放大器偏置電流。
現(xiàn)在參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋，在這些附圖中，

圖1展示出一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的分頻器，其中包括分頻器單元、復(fù)用器、偏置電流源。
圖2展示出根據(jù)本發(fā)明的另一種配置的分頻器，其中包括分頻器單元、復(fù)用器、偏置電流源。
圖3展示出一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的分頻器，其中包括多個(gè)分頻器單元、多個(gè)復(fù)用器、多個(gè)偏置電流源。
圖4展示出根據(jù)本發(fā)明的鎖相環(huán)。
圖5展示出該分頻器中的帶可調(diào)偏置電流的放大器的應(yīng)用。
圖6展示出該分頻器的功率消耗。
根據(jù)圖1的分頻器2包括帶有輸入5和輸出7的分頻器單元1。該輸出7與復(fù)用器3的第一輸入9相連接。復(fù)用器3配有輸出13。分頻器單元1配有一個(gè)與偏置電流控制器15相連的偏置控制輸入17。當(dāng)復(fù)用器3釋放其第一輸入9時(shí)，該電路不再使用分頻器單元的輸出7。因?yàn)榉诸l器單元1的唯一目的是將存在于分頻器單元的輸入5的輸入信號(hào)進(jìn)行分頻并通過(guò)復(fù)用器使經(jīng)過(guò)分頻的信號(hào)能夠被該分頻器的其它部分所用，所以分頻器單元對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分頻不再有意義。作為結(jié)果，通過(guò)將分頻器單元的偏置電流降低到零可以關(guān)閉分頻器單元，該偏置電流從偏置電流源15通過(guò)偏置電流輸入17被提供給分頻器單元1。復(fù)用器3可以通過(guò)第二輸入11選擇另一個(gè)信號(hào)并且當(dāng)釋放分頻器單元11的輸出7時(shí)使該信號(hào)在輸出13上可以得到。
圖2展示出分頻器2的另一種配置。
這里復(fù)用器3的第二輸入11與分頻器單元1的輸入5相連接。
當(dāng)復(fù)用器3選定分頻器單元1的輸出7時(shí)，使得被分頻的輸入信號(hào)在復(fù)用器3的輸出13上可以被獲得。
當(dāng)復(fù)用器3釋放輸出7時(shí)，可以通過(guò)將偏置電流控制器15供應(yīng)的偏置電流降低為零來(lái)關(guān)閉該分頻器單元。這種情況下，在復(fù)用器3輸出13上可以獲得的的信號(hào)是分頻器單元1的輸入信號(hào)。復(fù)用器3使得對(duì)分頻器單元的輸入5與復(fù)用器3的輸出13之間的有效分頻因子進(jìn)行切換成為可能，該有效分頻因子的切換范圍是從1(當(dāng)輸入信號(hào)直接由復(fù)用器3選定時(shí))到分頻器單元的分頻因子(當(dāng)分頻器單元的輸出7由復(fù)用器3選定時(shí))之間。
圖3展示出一種包括多分頻器單元、多復(fù)用器、和多偏置電流控制器的分頻器。
這里第二分頻器單元19的輸入21與第一復(fù)用器的輸出13相連接。第二分頻器單元19還包括偏置控制輸入27，偏置控制輸入27與第二偏置電流源25相連接。第二分頻器單元19的輸出23與第二復(fù)用器29的第一輸入31相連接。第二復(fù)用器29包括一個(gè)輸出35和一個(gè)第二輸入33。第二輸入33與第一復(fù)用器3的第二輸入11相連接。當(dāng)選定第二復(fù)用器29的第二輸入33時(shí)，使得第一分頻器單元的輸入5上的輸入信號(hào)可以在第二復(fù)用器的輸出上被獲得，得到輸入5與輸出35之間的有效分頻因子為1。可以關(guān)閉二個(gè)分頻器單元1和19。
當(dāng)選定第二復(fù)用器29的第一輸入31時(shí)，該輸入信號(hào)至少被第二分頻器單元19分頻，并且，根據(jù)復(fù)用器3的狀態(tài)，該輸入信號(hào)還被第一分頻器單元1分頻。如果第一分頻器單元1被第一復(fù)用器3釋放，那么該有效分頻因子是第二分頻單元19的分頻因子，并且可以把由偏置電流控制器供應(yīng)給第一分頻器單元1的偏置電流降低到零。如果第一復(fù)用器3選定第一分頻器單元1，那么該有效分頻因子是第一分頻器單元的分頻因子與第二分頻器單元的分頻因子的乘積，并且分頻器單元1和19必須由它們對(duì)應(yīng)的偏置電流控制器15和25提供偏置電流。
當(dāng)?shù)谝环诸l器單元1被釋放并且第二分頻器單元19運(yùn)行在其最高運(yùn)行頻率以下時(shí)，降低由第二偏置電流控制器25供應(yīng)給第二分頻器單元19的偏置電流，由此降低了分頻器2的功率消耗。當(dāng)?shù)谝环诸l器單元1被旁路時(shí)，第二分頻器單元19有效地成為處理在第一分頻器輸入5上的輸入信號(hào)的第一分頻器單元。因此，打算用于第二分頻器19的運(yùn)行頻率是保持在運(yùn)行的分頻器單元的最高頻率，并且與其它有源分頻器單元相比，該偏置電流因而相對(duì)較高。降低該相對(duì)高的偏置電流是一種降低分頻器2功率消耗的有效途徑。
與關(guān)閉不需要的分頻器單元的情況相比，它還導(dǎo)致以最佳和更加漸變的方式降低功率消耗，因?yàn)樵谶@種情況下，即使實(shí)際上對(duì)具有低得多頻率的輸入信號(hào)進(jìn)行分頻時(shí)，仍然要向分頻器單元19供應(yīng)大偏置電流以確保分頻器單元19適當(dāng)運(yùn)行在其最高的運(yùn)行頻率。在采用逐漸降低第二分頻器單元19的偏置電流的情況下，功率消耗總是處于接近最佳的狀態(tài)；而在僅僅關(guān)閉分頻器單元的情況下，只有當(dāng)?shù)谝环诸l器單元1被剛剛被關(guān)閉時(shí)才達(dá)到最佳，即第二分頻器單元19以接近其最高運(yùn)行頻率運(yùn)行。
圖4展示出一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)37，該鎖相環(huán)受處理器57控制并且包括一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的分頻器2。
PLL37包括一個(gè)相位檢測(cè)器39，相位檢測(cè)器39檢測(cè)參考輸入51上的參考信號(hào)與比較輸入49上的被分頻的VCO輸出信號(hào)之間的相位差。該相位檢測(cè)器與電壓控制振蕩器(VCO)41相連接并且給VCO41提供關(guān)于二個(gè)輸入信號(hào)之間相位差的信息。根據(jù)該信息，VCO41產(chǎn)生一個(gè)在VCO41的輸出43上能獲得的輸出信號(hào)。VCO的輸出43與分頻器2的輸入45相連接。該分頻器的輸入45與分頻器2的第一分頻器單元的輸入5相連。
所以VCO41的輸出43上的VCO輸出信號(hào)被施加到分頻器2的輸入45上，結(jié)果被分頻器2分頻，這導(dǎo)致在分頻器2的輸出35上產(chǎn)生一個(gè)被分頻的VCO輸出信號(hào)。
為了改變PLL37的運(yùn)行頻率，必須改變分頻器2的分頻因子。這可以通過(guò)以下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即處理器發(fā)出信號(hào)控制分頻器2中的復(fù)用器3、29，有效使得VCO輸出信號(hào)旁路所釋放的分頻器單元。由此，處理器有效地對(duì)VCO43的輸出頻率以及所以對(duì)PLL的輸出頻率進(jìn)行了控制。
因?yàn)樘幚砥?7控制復(fù)用器3、29，它還可以確定可以關(guān)閉哪一個(gè)分頻器單元。另外，由于處理器57了解PLL37的運(yùn)行頻率和復(fù)用器3、29的狀態(tài)，它可以確定哪一個(gè)分頻器單元1、19正在運(yùn)行以及以什么頻率運(yùn)行。所以該處理器能確定適合分頻器單元的相應(yīng)的偏置電流。處理器57與偏置電流控制器15通過(guò)控制端口61相連并且通過(guò)控制端口55與偏置控制25相連接。通過(guò)控制端口55、61，處理器57可以完全關(guān)閉相應(yīng)的分頻器單元1、19的偏置電流或者將該偏置電流降低以適合相應(yīng)的分頻器1、19的運(yùn)行頻率。
圖5展示出包括放大器67和輸出65的PLL37，放大器67帶有與分頻器2的輸入45相連接的輸入63，輸出65與第一分頻器1的輸入5相連接。放大器67對(duì)輸入信號(hào)(在本實(shí)例中是VCO輸出信號(hào))進(jìn)行放大，因此允許分頻器2以比沒(méi)有放大器時(shí)低的信號(hào)電平工作。放大器67的偏置電流依賴于放大器67的增益因子。當(dāng)?shù)驮鲆孀阋垣@得適當(dāng)?shù)妮斎胄盘?hào)的電平為分頻器單元工作時(shí)，可以降低放大器67的偏置電流。通過(guò)這種方式有可能降低分頻器2的功率消耗。可以通過(guò)一些方式獲得有關(guān)分頻器單元1、19的輸入信號(hào)的信號(hào)電平信息。例如，與自動(dòng)增益控制電路相似，可以采用電平表測(cè)量信號(hào)電平并且相應(yīng)地對(duì)放大率進(jìn)行調(diào)節(jié)。在圖5中，處理器根據(jù)VCO41的運(yùn)行頻率及得知VCO41的特性確定該信息。VCO的已知特性往往表現(xiàn)出依賴于運(yùn)行頻率變化的輸出信號(hào)電平的變化。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行頻率，處理器57可以包括一個(gè)查詢表或者可以運(yùn)用數(shù)學(xué)關(guān)系確定所期望的VCO41輸出43上的信號(hào)電平。處理器57還可以確定分頻器2中各分頻器單元1、19所需的信號(hào)電平，該信號(hào)電平可能會(huì)依賴于頻率和分頻器單元，并且相應(yīng)地對(duì)放大器67的增益和偏置電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)這種方式，即分頻器單元對(duì)放大器67的輸出65上的信號(hào)進(jìn)行處理可以優(yōu)化功率消耗。
圖6展示出分頻器的功率消耗。
該水平軸表示該分頻器的運(yùn)行頻率Foper。
該垂直軸表示該分頻器總的功率消耗Ptot。
圖6中的實(shí)線表示分頻器中關(guān)閉分頻器單元的效果。在最高頻率Fmax處，所有單元必須是激活的并可以處理最高輸入頻率。當(dāng)輸入信號(hào)的運(yùn)行頻率Foper被降低到Fhigh時(shí)，不再需要分頻器中的第一分頻器單元，可以將其釋放或旁路以及關(guān)閉。通過(guò)將第一分頻器單元關(guān)閉，降低了功率耗散。當(dāng)進(jìn)一步降低該輸入頻率，可以釋放下一個(gè)分頻器單元并將其關(guān)閉，從而進(jìn)一步有效地降低了功率消耗。
圖6中的虛線表示除關(guān)閉相應(yīng)分頻器單元外還降低與分頻器單元運(yùn)行頻率Foper相關(guān)的分頻器單元的偏置電流的效果。
當(dāng)輸入信號(hào)的頻率是Fmax，第一分頻器單元必須以其最高頻率工作并且偏置電流也相應(yīng)的高。偏置電流也可與輸入頻率一起被降低。當(dāng)運(yùn)行頻率Foper略高于Fhigh時(shí)，第一分頻器單元仍然在運(yùn)行并且，因此仍然需要一定大小的偏置電流。在頻率Fhigh處，可以釋放第一分頻器單元并且將其關(guān)閉從而導(dǎo)致該偏置電流的降低。在Fhigh與Flow之間的頻率范圍內(nèi)，第二分頻器單元在系統(tǒng)中以最高頻率運(yùn)行并且現(xiàn)在其偏置電流可以有利地根據(jù)運(yùn)行頻率Foper降低。這導(dǎo)致直至到達(dá)Flow的沿虛線的偏置電流降低。在該點(diǎn)處，可以將第二分頻器單元關(guān)閉從而導(dǎo)致該分頻器功率消耗的降低。
權(quán)利要求
1.一種具有可調(diào)分頻因子的分頻器，它包括一個(gè)輸入、一個(gè)分頻器單元、和一個(gè)功率控制裝置，該分頻器單元帶有一個(gè)用于接收頻率為第一頻率的第一信號(hào)的輸入和一個(gè)用于輸出頻率為第二頻率的第二信號(hào)的輸出，該功率控制裝置與該分頻器關(guān)聯(lián)以調(diào)節(jié)分頻器單元偏置電流，其特征在于該分頻器包括一個(gè)復(fù)用裝置，它帶有第一輸入、第二輸入、和輸出，該第一輸入用于接收頻率為第二頻率的第二信號(hào)，該第二輸入用于接收頻率為第三頻率的第三信號(hào)，該輸出用于輸出第二信號(hào)或者第三信號(hào)，其中復(fù)用裝置的第一輸入與分頻器單元的輸出相連接，并且其特征在于當(dāng)該復(fù)用裝置的第一輸入被釋放時(shí)，該功率控制裝置工作將該分頻器單元的偏置電流降低為零。
2.權(quán)利要求1所要求的分頻器，其特征在于該復(fù)用裝置的第二輸入與該分頻器單元的輸入相連接。
3.權(quán)利要求1或2所要求的分頻器，其中包括另一個(gè)分頻器單元，該分頻器單元被表示為第二分頻器單元，它帶有一個(gè)輸入和一個(gè)輸出，其特征在于第二分頻器單元的輸入與該復(fù)用裝置的輸出相連接。
4.權(quán)利要求3所要求的分頻器，其中包括另一個(gè)功率控制裝置，該功率控制裝置被表示為第二功率控制裝置，它與第二分頻器單元關(guān)聯(lián)，以調(diào)節(jié)第二分頻器單元的偏置電流，其特征在于該分頻器包括另一個(gè)復(fù)用裝置，該復(fù)用裝置被表示為第二復(fù)用裝置，它帶有第一輸入和第二輸入以及輸出，其中第二復(fù)用裝置的第一輸入與第二分頻器單元的輸出相連接并且這里第二復(fù)用裝置的第二輸入與該復(fù)用裝置的第二輸入相連接，并且其特征在于當(dāng)?shù)诙?fù)用裝置的第一輸入被釋放時(shí)，第二功率控制裝置工作將第二分頻器單元的偏置電流降低為零。
5.權(quán)利要求1、2、3、或4所要求的分頻器，其特征在于當(dāng)選定與該分頻器單元輸出相連接的復(fù)用裝置的第一輸入時(shí)，與該分頻器單元關(guān)聯(lián)的功率控制裝置工作按比例地將相關(guān)分頻器單元的偏置電流調(diào)節(jié)到該分頻器單元的一個(gè)輸入頻率。
6.權(quán)利要求1、2、3、4、或5所要求的分頻器，其中包括一個(gè)帶放大器偏置電流的輸入放大器，一個(gè)與該分頻器輸入相連接的輸入，以及一個(gè)與該分頻器單元的輸入相連接的輸出，其特征在于第三功率控制裝置工作來(lái)調(diào)節(jié)依賴于該輸入放大器輸入頻率的該輸入放大器的放大器偏置電流。
7.權(quán)利要求1、2、3、4、5、或6所要求的分頻器，其特征在于至少一個(gè)功率控制與處理器相連接，當(dāng)相關(guān)分頻器單元被釋放時(shí)，運(yùn)行該處理器調(diào)節(jié)該功率控制裝置。
8.一種鎖相環(huán)，其中包括一個(gè)VCO和一個(gè)如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、或7所要求的分頻器。
9.權(quán)利要求8所要求的鎖相環(huán)，其特征在于微處理器來(lái)對(duì)VCO以及分頻器工作的功率控制裝置中的至少一個(gè)進(jìn)行控制。
10.一種移動(dòng)電話，其中包括權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、或7所要求的分頻器。
全文摘要
當(dāng)信號(hào)頻率的變化量大于分頻器中分頻器單元的分頻因子時(shí),可以有效地降低分頻器的功率消耗。低頻輸入信號(hào)所要求的分頻因子較低,可以將該分頻器中的分頻器單元旁路和關(guān)閉以獲得該較低的分頻因子,由此降低功率消耗。
文檔編號(hào)H03K23/66GK1372719SQ01801163
公開日2002年10月2日 申請(qǐng)日期2001年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月1日
發(fā)明者C·S·沃謝, H·H·M·維雷肯 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司