專利名稱：射頻合成器以及含有該合成器的發(fā)射機或接收機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種RF (射頻)合成器以及含有該RF合成器的RF 發(fā)射機或接收機。特別地，本發(fā)明涉及一種用于生成穩(wěn)定RF信號的 RF合成器，其中包括可用于無線發(fā)射機或接收機的VCO (壓控振蕩 器)。
背景技術(shù)：
RF通信發(fā)射機中的載波頻率信號通常由頻率合成器生成，其中該 頻率合成器包括以鎖相環(huán)(PLL)相連接的VCO。包括該VCO的鎖相 環(huán)以精確定義的頻率提供適當(dāng)穩(wěn)定的輸出信號。該VCO通常采用諧振 器部分、調(diào)諧部分、以及放大器或有源部分，該諧振器部分提供了在 包括有該輸出信號頻率的給定頻段內(nèi)的振蕩，該調(diào)諧部分例如采用一 個或多個壓控裝置(例如變?nèi)荻O管)，根據(jù)輸入控制電壓來對輸出頻 率進(jìn)行調(diào)諧。
RF合成器還可以用在RF接收機中，以提供精確的基準(zhǔn)(本地振
蕩器)頻率信號。在許多情況下，該接收機和發(fā)射機組合在單一收發(fā) 信機單元中。
在現(xiàn)有技術(shù)中，基于鎖相環(huán)中VCO的合成器已經(jīng)采用了分頻器， 用于在鎖相環(huán)中提供適當(dāng)?shù)姆答?。在許多情況下，這些分頻器為可變 分頻器，即它們將來自VCO的該反饋信號除以可變除數(shù)。這種分頻器 的一個例子就是所謂的"小數(shù)-N"分頻器。已知的是使用這種分頻器， 特別是可變分頻器，會在VCO的輸出頻譜中產(chǎn)生不期望的偽峰值。當(dāng) VCO操作頻率增加時，這些偽峰值的問題會惡化?，F(xiàn)有技術(shù)中各種的設(shè)置就是為了解決上述不期望的偽峰值問題。
例如US-A-6,642，800， US-A-6，515,525， WO-A-2004/100380以及WO曙 2002/058243中所述的例子。但是，本發(fā)明提供解決方式以及因此獲得 的有益效果是現(xiàn)有技術(shù)中沒有預(yù)見到的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種如所附權(quán)利要求1所定義 的RF合成器。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種如所附權(quán)利要求22所定義 的RF發(fā)射機。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了一種如所附權(quán)利要求23所定義 的RF發(fā)射機。
本發(fā)明的進(jìn)一步的特征在所附從屬權(quán)利要求中定義，并在將要描 述的本發(fā)明實施例中披露。
通過本發(fā)明，提供了一種合成器，其中以一種新的方式解決了如 早些時候所述的現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題，即由于分頻(特別是例如小 數(shù)-N分頻器的可變分頻器)而產(chǎn)生的不期望的偽峰值，以在鎖相環(huán)中 提供反饋。提供了額外控制環(huán)路，用以測量由于該偽峰值而導(dǎo)致的合 成器VCO的輸出信號中的相位誤差，并且提供了相位旋轉(zhuǎn)器，用以改 變該VCO輸出信號的相位，從而對測得的相位誤差進(jìn)行校正(均衡)。
可以有益地以集成電路(例如半導(dǎo)體芯片)的形式，來提供至少 部分新合成器的VCO，其還可以包括至少部分PLL電路。這對于要在 現(xiàn)有技術(shù)中實現(xiàn)比如說小于lGHz的輸出頻率是行不通的，因為無法滿 足在這些頻率下這種形式的合成器的相位噪聲性能。下面將參照附圖通過舉例的方式來描述本發(fā)明的實施例，其中


圖1為說明根據(jù)本發(fā)明實施例的頻率合成器的示意框圖2示意性地說明了集成電路，其中該集成電路在集成電路區(qū)域
中包括了圖2的合成器的部件；
圖3說明根據(jù)本發(fā)明另一實施例的頻率合成器的示意框圖4示意性地說明了集成電路，其中該集成電路在集成電路區(qū)域
中包括了圖3的合成器的部件；
圖5為說明圖l的合成器中使用部件的可替換設(shè)置的方框示意圖； 圖6為說明圖1的合成器中使用部件的另一可替換設(shè)置的方框示
意圖7為顯示圖5中設(shè)置的更詳細(xì)部分的方框示意圖；以及
圖8為當(dāng)含有圖5和7的設(shè)置時適用在圖1的合成器中的相位旋 轉(zhuǎn)器的示意框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照圖1，其中圖1為體現(xiàn)本發(fā)明的頻率合成器， 一般被引作 200的示意性電路圖。該頻率合成器200包括基準(zhǔn)振蕩器102(例如 晶體振蕩器)、控制器108，相位頻率檢測器IIO、電荷泵117、環(huán)路濾 波器118、 VCO120、以及反饋分頻器114。該VCO 120包括如下構(gòu)成 部分VCO調(diào)諧和諧振塊或部分12以及VCO有源塊或部分16。該基 準(zhǔn)振蕩器102與相位頻率檢測器110相連接。該反饋分頻器114與相位 頻率檢測器110、控制器108以及VCO有源塊116相連接。該電荷泵 117與相位頻率檢測器110以及環(huán)路濾波器118相連接。該環(huán)路濾波器 118與VCO調(diào)諧和諧振塊112以及電荷泵117相連接。該VCO有源塊 116與VCO調(diào)諧和諧振塊112以及反饋分頻器114相連接。包括有VC0 120、分頻器114、相位頻率檢測器110、電荷泵117以及環(huán)路濾波器 118的環(huán)路形成了PLL (鎖相環(huán))130。該基準(zhǔn)振蕩器102將基準(zhǔn)信號提供給相位頻率檢測器110。該反饋
分頻器114接收具有頻率F0UT的反饋信號作為從VCO有源塊116的輸 出。該反饋分頻器114將該信號的頻率除以除數(shù)M，并將具有頻率 F0UT/M的得到的信號提供給相位頻率檢測器110。該相位頻率檢測器 IIO對該基準(zhǔn)信號和它接收的反饋信號的相應(yīng)相位和頻率進(jìn)行比較，并 生成輸出控制信號作為響應(yīng)。
典型地，該相位頻率檢測器110的操作如下。該相位頻率檢測器 IIO接收兩個輸入信號并生成兩個可能(可替換)輸出信號之一。該輸 入信號為來自基準(zhǔn)振蕩器102的(可變)基準(zhǔn)信號以及來自反饋分頻 器114的反饋信號。這兩個可能輸出信號為兩種類型的脈沖形式，即 第一脈沖類型和第二脈沖類型，例如已知的具有可變寬度的"Up (向 上)"和"Down (向下)"脈沖。當(dāng)由于該反饋信號的頻率小于基準(zhǔn)信 號的頻率而使得基準(zhǔn)信號領(lǐng)先于反饋信號時，該相位頻率檢測器110 生成第一類型的脈沖(例如"Up"脈沖)，用以指出該基準(zhǔn)信號領(lǐng)先。 相反，當(dāng)由于該反饋信號的頻率大于基準(zhǔn)信號的頻率而使得基準(zhǔn)信號 滯后于反饋信號時，該相位頻率檢測器110生成第二類型的脈沖(例 如"Down"脈沖)，用以指出該基準(zhǔn)信號滯后。該第一類型脈沖和第二 類型脈沖的脈沖寬度都與在該基準(zhǔn)信號與反饋信號之間檢測到的相位 差成比例，(因此，導(dǎo)致該相位頻率檢測器iio提供線性相位差響應(yīng))。 由例如相位頻率檢測器110來提供該相位頻率檢測器110的兩個輸入之 間的頻率差以及相位差，以允許例如當(dāng)該PLL 120用在無線電發(fā)射機 中時，例如通過改變上面的數(shù)M的值，對當(dāng)啟動PLL 130或切換該PLL 130的通道頻率時出現(xiàn)的頻率差進(jìn)行校正。
該相位頻率檢測器110包括放大器(未示出)，其對被提供作為輸 出控制信號(適宜的上述第一或第二類型的脈沖)的信號進(jìn)行放大。 該相位頻率檢測器110將其輸出控制信號提供給電荷泵17和環(huán)路濾波 器118。如果該電荷泵117從相位頻率檢測器110接收到了第一種脈沖， 則它驅(qū)使電流進(jìn)入到環(huán)路濾波器118中。如果該電荷泵117從相位頻率檢測器110接收到了第二種脈沖，則它從該環(huán)路濾波器118中拉出電流。
由電荷泵117通過這種方式調(diào)整后的環(huán)路濾波器118將來自相位頻率檢 測器110并且包括一系列脈沖的信號轉(zhuǎn)換為合成輸出控制電壓V0UT， 其中該得到的輸出控制電壓VouT可以被施加于該VCO調(diào)諧和諧振塊 112作為可調(diào)整偏置電壓。
該VCO調(diào)諧和諧振塊112根據(jù)它接收到的輸出控制電壓Vout的 值，將它生成的信號的輸出頻率FouT調(diào)整為等于期望值。當(dāng)該PLL 130 變得穩(wěn)定時，該VouT的值就會與除數(shù)M的值以及由該基準(zhǔn)振蕩器102 提供的基準(zhǔn)信號的頻率相關(guān)。因此在設(shè)計該合成器200時選擇這些參 數(shù)值，以給出所期望的輸出頻率FouT。該VCO有源塊116對由該VCO 調(diào)諧和諧振塊112生成的頻率為FouT的信號進(jìn)行放大，并將其作為頻 率為具有頻率F0UT的輸出信號提供給輸出路徑150以及提供給PLL 130中的反饋分頻器114。
該合成器100中的環(huán)路濾波器118還濾波掉例如由該電荷泵117 的噪聲而導(dǎo)致的抖動，并防止電壓過沖。
該合成器100中的控制器108提供對該除數(shù)M值的控制，并提供 對該VouT值的調(diào)整。在一種形式的反饋分頻器114中，該分頻器114 可以為可變分頻器。在這種形式中，可以由控制器108根據(jù)在第一整 數(shù)N與第二整數(shù)(例如N+l)之間的預(yù)定義切換程序進(jìn)行快速切換， 來改變M的值。這樣做的效果就是提供了等于N與第二整數(shù)之間的值 的M的平均值。在連續(xù)整數(shù)N和N+1之間進(jìn)行切換的情況下，本領(lǐng)域 內(nèi)已知的可變反饋分頻器就是"小數(shù)-N"分頻器。
該控制器108實際上可以為可編程數(shù)字信號處理器。當(dāng)該合成器 100用在RF收發(fā)信機中時，該控制器108可以執(zhí)行該收發(fā)信機的其他 控制和信號處理功能。該合成器200包括位于PLL 120中的額外(further)控制環(huán)路230。 該額外控制環(huán)路230包括與額外環(huán)路濾波器203相連接的相位檢測器 201以及與額外環(huán)路濾波器203相連接的相位旋轉(zhuǎn)器205。該相位旋轉(zhuǎn) 器205位于路徑207中，該路徑207中位于VCO 120與輸出路徑150 之間以及位于VCO 120與反饋分頻器114之間。該相位檢測器201與 反饋分頻器114相連接以及與基準(zhǔn)分頻器104相連接，并且接收來自 該反饋分頻器114的反饋信號以及來自該基準(zhǔn)振蕩器102的基準(zhǔn)信號 作為輸入信號。該相位檢測器201檢測該反饋信號與基準(zhǔn)信號之間的 任何相位差，并相應(yīng)地將該輸出信號提供給環(huán)路濾波器203。該環(huán)路濾 波器203對來自相位檢測器201的輸出信號進(jìn)行濾波和求積分，并將 控制信號提供給相位旋轉(zhuǎn)器205。
包括有相位旋轉(zhuǎn)器205的額外控制環(huán)路230的目的如下。當(dāng)使用 鎖相環(huán)230中的反饋分頻器114作為可變分頻器，例如早些時候所述 的小數(shù)-N分頻器，在由VCO 120生成的輸出信號的頻譜邊帶中就有可 能出現(xiàn)偽信號，這是由于由反饋分頻器114在反饋分頻中施加的除數(shù) M值的快速切換而導(dǎo)致的。這種來自可變反饋分頻器的偽信號在本領(lǐng) 域內(nèi)是已知的。該相位檢測器201測量由VCO 120生成的輸出信號中 按照這種方式產(chǎn)生的任何相位誤差，并且由環(huán)路濾波器203將該指出 相位誤差的控制信號提供給相位旋轉(zhuǎn)器205。該相位旋轉(zhuǎn)器205將相位 變化施加于由該VCO 120提供的輸出信號。通過施加自環(huán)路濾波器203 的控制信號來自適應(yīng)地確定由該相位旋轉(zhuǎn)器205施加的相位變化量， 并由此對該相位變化量進(jìn)行連續(xù)地調(diào)整，以適于對由該VCO 120提供 的輸出信號中的檢測到的相位誤差進(jìn)行均衡。
該相位旋轉(zhuǎn)器205為已知的設(shè)備，用于使輸入信號的相位旋轉(zhuǎn)控 制量，其中該控制量是由施加自該額外控制環(huán)路230的輸入控制信號 指定的所需量。該相位旋轉(zhuǎn)器205可以為模擬或數(shù)字相位旋轉(zhuǎn)器。當(dāng) 該相位旋轉(zhuǎn)器205為數(shù)字相位旋轉(zhuǎn)器時，它可以按照與相位調(diào)制RF發(fā) 射機的調(diào)制器中使用的已知數(shù)字相位旋轉(zhuǎn)器類似的方式進(jìn)行操作，用于對載波信號的相位進(jìn)行調(diào)制。將在后面參照圖8來描述優(yōu)選的特定 形式的數(shù)字相位旋轉(zhuǎn)器的例子。
選擇該合成器200中主要環(huán)路(即PLL130)的環(huán)路帶寬，來實現(xiàn) 由該VCO 120生成的輸出信號的最大相位噪聲抑制。因此，例如對于 Fvco=10至20GHz來說，該帶寬是窄的，例如2kHz至lOMHz的范圍， 優(yōu)選地2kHz至5MHz的范圍。相反，選擇輔助環(huán)路(即額外控制環(huán)路 230)的環(huán)路帶寬，來實現(xiàn)快速度相位誤差均衡和適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)穩(wěn)定性。 因此令人滿意地，該額外控制環(huán)路230的環(huán)路帶寬遠(yuǎn)大于PLL 130的 帶寬，例如是PLL 130帶寬的至少大約兩倍，特別典型地是PLL 130 帶寬的至少大約十倍。例如對于Fvco二10MHz至20GHz來說，令人滿 意地，該額外控制環(huán)路230的帶寬至少為lOMHz，例如從lOMHz至 lOOMHz。
該合成器200的控制器108實際上可以為可編程數(shù)字信號處理器。 當(dāng)該合成器200用在RF收發(fā)信機中時，該控制器108可以執(zhí)行該收發(fā) 信機的其他已知的控制和信號處理功能。
可以有益地通過使用已知的制造技術(shù)而將該合成器200的VCO 120和其他部件制造為集成電路的形式，例如半導(dǎo)體芯片。該集成電路 可以包括該合成器200的大部分其他部件。該基準(zhǔn)振蕩器102和環(huán)路 濾波器118以及203只是正常地需要分立地提供的部件。換句話說， 可以以集成電路，例如半導(dǎo)體芯片的形式來一起制造由圖1中所示虛 線260包圍起來的所有部件。在一些情況下，該集成電路中甚至可以 包括環(huán)路濾波器118和/或環(huán)路濾波器203。
圖2示意性描述了集成電路270，其中包括如圖1中虛線260包圍 起來的部件，其被顯示為集成電路270的區(qū)域280。該集成電路270可 選地可以提供由集成電路270的另一個區(qū)域290中的部分所提供的一 個或多個其他功能?，F(xiàn)在參照圖3，圖3為根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步實施例的頻率合成器(一
般被標(biāo)記為300)的示意性電路圖。圖3中與圖1的合成器200中的部 件具有相同參考數(shù)字的部件具有與這些部件相同的功能并且按照相同 的方式操作。該合成器300為合成器200的修改形式。該合成器300 中的修改為下述設(shè)置的例子，在該設(shè)置中通過對由高頻VCO生成的輸 出信號進(jìn)行分頻降低來獲得所期望頻率的輸出信號。這種設(shè)置為本申 請人在同一天提出的共同未決UK專利申請的主題。
在圖3的頻率合成器300中，用VCO 320來代替圖1中的VCO 120。該VCO 320具有VCO調(diào)諧和諧振塊312以及VCO有源塊316。 (對于給定輸出頻率)該VCO 320在比VCO 120更高的頻率處操作。 例如，如果所期望的輸出頻率的范圍為1 OOMHz至1 GHz ，則該VCO 320 可以以至少6GHz的頻率進(jìn)行振蕩，并生成輸出信號，該輸出信號具有 至少為6GHz的頻率Fvco，例如在6GHz至60GHz的范圍中。與合成 器200中一樣，由該VCO 320生成的輸出信號被施加于反饋分頻器114， 其中該反饋分頻器114與相位頻率檢測器110、電荷泵117、環(huán)路濾波 器118、以及VCO 320 —起都位于PLL 330中。該PLL330以與PLL 130 相同的方式操作，但是使用來自VCO 320的更高頻率的信號。
由該VCO 320生成的輸出信號也被施加于輸出路徑350，該輸出 路徑具有兩個分支351和352。該輸出路徑350的分支351包括輸出分 頻器341。該輸出路徑350的分支352包括輸出分頻器343。該輸出分 頻器341和343按照已知的方式操作，用于分別用固定數(shù)Nl和N2對 來自VCO 320的輸出信號的頻率Fvco進(jìn)行分頻。輸出分頻器341對頻 率Fvco進(jìn)行分頻所用的數(shù)Nl不同于輸出分頻器343對頻率Fvco進(jìn)行 分頻所用的數(shù)N2。數(shù)Nl和N2取決于Fvco的值以及期望輸出頻率的 值。例如，當(dāng)Fvco為lOGHz時，Nl可以為12并且N2可以為24，它 們分別給出了分別具有10/12GHz和10/24GHz的頻率，即大約833MHz 和大約416MHz的頻率。將由該輸出分頻器341和343生成的不同頻率的信號傳遞給在控制器347控制下操作的波段選擇器345。該波段選 擇器345通過以適當(dāng)?shù)姆绞竭x擇來自輸出分頻器341或來自輸出分頻 器343的輸出信號，來提供具有所期望頻率Fcx;T的輸出信號。
該控制器347實際上可以為可編程數(shù)字信號處理器。它可以與控 制器108組合在單一單元中。當(dāng)該合成器300用在RF收發(fā)信機中時， 該控制器347可以執(zhí)行該收發(fā)信機的其他控制和信號處理功能。
該合成器300說明了使用多個輸出分頻器來生成不同的輸出頻率。 原則上，可以使用任意數(shù)量的多個不同的輸出分頻器?？商鎿Q地，該 輸出路徑350能夠與單一輸出分頻器相連接。
雖然上面按照由輸出分頻器341和343施加的單一分頻來描述合 成器300，但是對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說很清晰的是，能夠在串聯(lián) 的兩個或更多級中進(jìn)行所需分頻。例如，可以通過連續(xù)的8分頻和3 分頻來獲得整體上的24分頻。
通過將VCO 320的頻率偏移為遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于VCO 120的頻率，可以進(jìn) 一步制造集成電路形式的VCO 320的產(chǎn)品，例如通過已知的方式在半 導(dǎo)體芯片上制造。包含有VCO 320的集成電路還可以包括該合成器300 的大部分其他部件。該基準(zhǔn)振蕩器102和環(huán)路濾波器118以及203只 是正常地需要分立提供的部件。換句話說，可以以集成電路的形式來 一起制造由虛線360包圍起來的所有部件。在一些情況下，該集成電 路甚至可以包括環(huán)路濾波器118和/或環(huán)路濾波器203。
圖4示意性描述了集成電路370，其中包括如圖3中虛線360指出 的部件，其被顯示為集成電路370的區(qū)域380。該集成電路270可以可 選地提供由集成電路的另一個區(qū)域390中的部件提供的一個或多個其 他功能。操作在10GHz頻率的PLL振蕩器電路或者以集成電路形式制造的
更多電路己經(jīng)在光通信行業(yè)中被廣泛地使用，并且用于生產(chǎn)這些電路
的技術(shù)可以合適地適用于使用由集成電路370的區(qū)域380所指出的部 件來生產(chǎn)合成器300。
通過輸出分頻器341和輸出分頻器343對VCO輸出頻率Fvco進(jìn) 行分頻顯著提高了該合成器300的相位噪聲性能。特別地，與頻率為 Fvco的信號相比，該輸出信號的相位噪聲性能在頻率FouT被增強了因 子20 log1()(Nx)，其中該頻率FouT的輸出信號是通過使具有頻率Fvco 的信號除以數(shù)Nx而生成的。例如，在大約為800MHz的輸出頻率，能 夠得到的相位噪聲性能大約為在10kHz偏移時的-120dBc、在25kHz 偏移時的-130dBc、在500Hz偏移時-150dBc、以及在2MHz偏移時的 大約-170dBc。在大約為400MHz的輸出頻率，能夠得到的相位噪聲性 能大約為在10kHz偏移時-125dBc、在25kHz偏移時的-135dBc、在 500kHz偏移時的-150dBc、以及在2MHz偏移時的大約-170dBc。
在該合成器200和300中，該基準(zhǔn)振蕩器102為所期望的低噪聲 振蕩器，其在至少lOOMHz (例如lOOMHz至200MHz的范圍)的頻率 處操作。 一種用作基準(zhǔn)頻率振蕩器102的適當(dāng)?shù)驮肼曊袷幤骶褪且陨?標(biāo)Vectron VCC1-B3B- 155M52出售的產(chǎn)品，其在155MHz時產(chǎn)生輸出 基準(zhǔn)頻率信號。
圖5示出了與合成器200 (或合成器300)類似的合成器中使用的 部件的可替換設(shè)置600，代替了包括相位檢測器201、環(huán)路濾波器203、 相位旋轉(zhuǎn)器205以及VCO 120的設(shè)置。該設(shè)置600是取代合成器200 中所使用的模擬設(shè)置的替代數(shù)字設(shè)置。該設(shè)置600包括與向上/向下 (up/down)計數(shù)器402相連接的相位頻率檢測器400、與該向上/向下 計數(shù)器402以及相位旋轉(zhuǎn)器406相連接的數(shù)字編碼器404、以及與該相 位旋轉(zhuǎn)器406相連接的VCO 408。該相位頻率檢測器400按照與相位 頻率檢測器IIO (圖1)類似的方式操作。該相位頻率檢測器400從基準(zhǔn)振蕩器102 (圖1)接收基準(zhǔn)信號"REF"，并從反饋分頻器114 (圖 1)接收反饋或可變信號"VAR"。如果VAR先于REF，則該相位頻率 檢測器400生成"向上"(Up)輸出脈沖，并且如果REF先于VAR， 則生成"向下"(Down)輸出脈沖。每個生成的"向上"或"向下"脈 沖都具有與信號VAR與REF之間相位差成比例的寬度。該"向上"或 "向下"脈沖被發(fā)送給向上/向下計數(shù)器402。該向上/向下計數(shù)器402 通過執(zhí)行積分函數(shù)而在數(shù)字域中起到與模擬域中的低通濾波器類似的 作用。計數(shù)器402對由該相位頻率檢測器400生成的"向上"和"向 下"脈沖進(jìn)行計數(shù)，對于"向上"脈沖，則該計數(shù)器402遞增，而對 于"向下"脈沖，則該計數(shù)器402遞減，其中每個遞增或遞減都與接 收到的脈沖寬度成比例。該計數(shù)器402的輸出為數(shù)字字，例如，16比 特字，其表示通過遞增或遞減過程(對于給定的采樣信號幀)得到的 總數(shù)。由該計數(shù)器402產(chǎn)生的數(shù)字字被提供給數(shù)字編碼器404,該數(shù)字 編碼器404將該數(shù)字字翻譯為可由該相位旋轉(zhuǎn)器406使用的數(shù)字控制 字，例如64比特字。該相位旋轉(zhuǎn)器406通過按照如后面將參照圖8詳 細(xì)描述的方式，使用該數(shù)字字來操作，以改變來自VCO 408的輸出信 號的相位。該VCO 408適于將在后面參照圖7描述的方式的形式，用 于提供具有該相位旋轉(zhuǎn)器406中采用的各種相位分量的輸出信號，用 以獲得由來自數(shù)字編碼器404的輸出數(shù)字字所指出的適當(dāng)相位。
圖6示出了與合成器200 (或合成器300)類似的合成器中使用的 部件的進(jìn)一步可替換設(shè)置700，代替了包括相位檢測器201、環(huán)路濾波 器203、相位旋轉(zhuǎn)器205以及VCO 120的設(shè)置。該設(shè)置700為與數(shù)字 設(shè)置600類似的半模擬形式。該設(shè)置700包括相位頻率檢測器500， 其與電荷泵502相連接，而該電荷泵接下來與模擬環(huán)路濾波器504相 連接。該模擬環(huán)路濾波器504與A/D (模-數(shù))轉(zhuǎn)換器506相連接，而 該模-數(shù)轉(zhuǎn)換器506接下來與數(shù)字編碼器508相連接。該數(shù)字編碼器508 與相位旋轉(zhuǎn)器40相連接，而該相位旋轉(zhuǎn)器與圖5中的相位旋轉(zhuǎn)器406 相同。該相位頻率檢測器500按照與相位頻率檢測器(圖1 )類似的方式
操作。該電荷泵502以及模擬環(huán)路濾波器503分別按照與圖1的電荷 泵117以及環(huán)路濾波器203類似的方式操作。該A/D轉(zhuǎn)換器506將由 該模擬環(huán)路濾波器504生成的模擬輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字字，該數(shù)字字 被傳遞給了數(shù)字編碼器。該數(shù)字編碼器508將它接收到的數(shù)字字翻譯 為可以由該相位旋轉(zhuǎn)器406使用的數(shù)字控制字。該相位旋轉(zhuǎn)器406按 照將在后面參照圖8更詳細(xì)描述的方式，使用該數(shù)字控制字進(jìn)行操作， 用以改變由該V C O 40 8生成的輸出信號的相位。
圖7說明了本發(fā)明實施例中部件的設(shè)置800，其為圖5的設(shè)置600 或圖6的設(shè)置700部分的更詳細(xì)形式。在該設(shè)置800中，相位旋轉(zhuǎn)器 406接收來自如下項的組合的輸入信號(i)分相器和反相器614以及
(ii) VC0 612，它們一起等同于圖5和6中所示的VCO 408。該相位 旋轉(zhuǎn)器406還接收來自數(shù)字編碼器(例如數(shù)字編碼器404 (圖5)或數(shù) 字編碼器508 (圖6))的數(shù)字編碼控制信號。該VC0 612按照與前面 所述VCO 120相同的方式生成輸出信號。輸出信號被分為四個分量信 號，該四個分量信號分別具有由分相器和反相器614分開的九十度相 位。振蕩器例如產(chǎn)生該分量信號的VCO在本領(lǐng)域中被己知為一種具有
"四相位時鐘"配置的振蕩器。這四個分量信號在圖7中被表示為信 號00， 090， 0180以及0270。該分相器和反相器614還生成四個額外 分量信號，它們等于四個分量信號00，辨0，々180以及0270中每一個 的反相信號。這些信號被表示為信號^0INV， (/>90INV， 018OINV以及 027OINV。這樣，該分相器和反相器614總共產(chǎn)生八個分量信號，用于 傳遞給相位旋轉(zhuǎn)器406，其中這八個分量信號分別為分量信號00， 090， 0180和0270，以及它們的反相信號0O療，09O^v，018O!Nv以及027Owv。
實際上，該分量信號0O可用作來自VCO 612的輸出信號，并且 只需要通過單一相位改變就能夠獲得來自該分量信號的分量信號c/)90， 并接著使用反相過程來獲得其他分量信號。分量信號^180是00的反 相信號，并且信號</)270是090的反相信號。每個分量信號00譜，090雨，018OINV以及027(^nv都是得到的分量信號</)0， 090， 0180和0270之一
的反相信號。
可以通過對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說已知的多種方式來實現(xiàn)該 VCO 612以及圖7的分相器和反相器614，其采用了 "四相位時鐘"加 反相器的形式。例如，該VC0 612可以被配置為正交VCO，其固有地 生成所期望的四相位分量00， 090， </)180和0270。生成這些分量的反 相分量也是公知的簡單過程，并且廣泛地用在電路設(shè)計中，例如通過 使用差分電路。
可替換地，在另一種已知設(shè)置中， 一般由VC0 612生成輸出信號 (按照參照圖1參照VCO 120所述的方式)，但是是以所期望頻率的兩 倍。該信號能夠被傳送通過分頻器，其中該分頻器通過使用兩個觸發(fā) 器的鎖存器來進(jìn)行分頻。接著可以按照已知的方式，從在該鎖存器之 間接合處的端子獲得所需要的090分量信號，并且可以按照已知的方 式從輸出端子獲得0O分量信號。如果如現(xiàn)有技術(shù)中已知的那樣，該鎖 存器由差分電路實現(xiàn)，則接著也可以通過反相來獲得分量0180和 0270。
可替換地，在另一種己知設(shè)置中，由該VC0 612生成的輸出信號 (按照參照圖l參照VCO 120所述的方式) 一般地被傳送通過多相濾 波器，其中該多相濾波器生成九十度的相移，也就是說，該多相濾波 器從輸入信號生成分量信號090，并接著通過反相來生成其他所需 分量0180和0270。
圖8更詳細(xì)地示出了相位旋轉(zhuǎn)器406可以在本發(fā)明的實施例中實 現(xiàn)的特定形式。圖8中所示相位旋轉(zhuǎn)器406的電路為差分信號形式。 這是集成電路設(shè)計中最經(jīng)常使用的電路形式，因為它增強了對于噪聲 的抗擾性。通過使用導(dǎo)體對來生成所有的信號，并且所需信號的值為 導(dǎo)體之間的電壓差。該相位旋轉(zhuǎn)器406包括四級，每級都包括一對背對背的晶體管，
這樣，該四級包括(0晶體管T1和T2; (ii)晶體管T3和T4; (iii) 晶體管T5和T6;以及(iv)晶體管T7和T8。每對晶體管，例如，晶 體管T1和T2形成了差分對；換句話說，施加于每個差分對的信號是 另一個的反相信號。圖8中所示的晶體管Tl至T8為NMOS (負(fù)金屬 氧化物半導(dǎo)體)形式的場效應(yīng)晶體管，但是也可以為其他的已知形式， 例如雙極形式，這對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說將是很清晰的。每個 晶體管Tl， T3， T5和T7都具有與第一導(dǎo)體658相連接的電極(漏極)， 并且每個晶體管T2， T4， T6和T8都具有與第二導(dǎo)體660相連接的電 極(漏極)。導(dǎo)體658通過電阻Rl與電位為Vdd的正軌跡(rail) 652 相連接，并且導(dǎo)體6660通過電阻R2與電位為Vdd的正軌跡652相連 接。這種設(shè)置實現(xiàn)了 "添加"的功能，用于添加如下面所述的相位矢
每個晶體管Tl至T8都在其柵極接收輸入信號，其中該輸入信號 為早些時候參照圖7所述的分量信號之一。這樣，晶體管T1接收信號 00,晶體管T2接收信號0OINV，晶體管T3接收信號090，晶體管T4 接收信號0卯inv，晶體管T5接收信號0180，晶體管T6接收信號 018OINV,晶體管T7接收信號0270，并且晶體管T8接收信號027O!nv。
每個晶體管Tl和T2在其源極處都與四個晶體管開關(guān)SW1、SW2、 SW3以及SW4的簇(bank)相連接(再一次顯示為NMOS形式，但 是也可以由其他形式實現(xiàn))。該晶體管開關(guān)SW1、 SW2、 SW3以及SW4 用作壓控電流開關(guān)。每個晶體管開關(guān)SW1、 SW2、 SW3以及SW4都通 過將其柵極與數(shù)字總線650相連接來進(jìn)行壓控。
類似地，每個晶體管T3和T4在其源極處都與四個尾電流晶體管 開關(guān)SW5、 SW6、 SW7以及SW8的簇(bank)相連接(再一次顯示為 NMOS形式，但是也可以由其他形式實現(xiàn))。該晶體管開關(guān)SW5、 SW6、SW7以及SW8用作壓控電流開關(guān)。每個晶體管開關(guān)SW5、 SW6、 SW7 以及SW7都通過將其柵極與數(shù)字總線650相連接來進(jìn)行壓控。
類似地，每個晶體管T5和T6在其源極處都與四個尾電流晶體管 開關(guān)SW9、 SWIO、 SW11以及SW12的簇相連接(再一次顯示為NMOS 形式，但是也可以由其他形式實現(xiàn))。該晶體管開關(guān)SW9、 SWIO、 SW11 以及SW12用作壓控電流開關(guān)。每個晶體管開關(guān)SW9、 SWIO、 SW11 以及SW12都通過將其柵極與數(shù)字總線650相連接來進(jìn)行壓控。
類似地，每個晶體管T7和T8在其源極處都與四個尾電流晶體管 開關(guān)SW13、SW14、SW15以及SW16的簇相連接(再一次顯示為NMOS 形式，但是也可以由其他形式實現(xiàn))。該晶體管開關(guān)SW13、SW14、SW15 以及SW16用作壓控電流開關(guān)。每個晶體管開關(guān)SW13、 SW14、 SW15 以及SW16都通過將其柵極與數(shù)字偏置總線650相連接來進(jìn)行壓控。
圖8的相位旋轉(zhuǎn)器406還包括一系列16個相同的壓控電流源晶體 管T9至T24(再一次顯示為NMOS形式，但是也可以由其他形式實現(xiàn))。 每個晶體管開關(guān)SW1至SW16在其源極處都與壓控電流源晶體管T9 至T24中對應(yīng)一個晶體管的漏極相連接。每個電流源晶體管T9至T24 使其柵極與偏置電壓電位VmAs的共用模擬偏置線670相連接，并且使 其源極接地。由于該晶體管T9至T24是相同的，因此它們運送相同的 電流。按照這種方式提供的每個晶體管開關(guān)及其對應(yīng)電流源晶體管的 串聯(lián)(例如晶體管開關(guān)SW1和電流源晶體管T9，或晶體管開關(guān)SW2 和電流源晶體管TIO)提供了可開關(guān)的電流源。通過沿著數(shù)字總線650 傳送并指向特定開關(guān)的信號，來控制每個晶體管開關(guān)SW1至SW16。 這些信號是從控制環(huán)路230中的數(shù)字編碼器接收的，例如圖5中的數(shù) 字編碼器404或圖6中的數(shù)字編碼器508。用于每個開關(guān)SW1至SW16 的每個這種信號都為"高"(例如5V)或"低"(例如OV)。例如，當(dāng) 通過總線650指向晶體管開關(guān)SW7的信號為高時，該晶體管開關(guān)SW7 將傳導(dǎo)電流。當(dāng)通過總線650指向晶體管開關(guān)SW7的信號為低時，該晶體管開關(guān)SW7將不會傳導(dǎo)電流。該晶體管SW1至SW16是相同的， 并且都按照類似的方式操作，即根據(jù)通過數(shù)字總線650接收到的對應(yīng) 信號傳導(dǎo)或者不傳導(dǎo)電流。
通過根據(jù)通過數(shù)字總線650接收的信號使要導(dǎo)通的晶體管開關(guān) SW1至SW16的被選組合按照需要進(jìn)行切換，就可以按照需要來修改 (以差分形式)被輸入給晶體管Tl至T8的相位旋轉(zhuǎn)器406的四個相 位中的每一個，以生成具有所期望相位的輸出。該輸出作為圖8中所 示導(dǎo)體658和660上的差分信號對，即信號0OUT和其反相信號 ,T雨。
信號00、 090、 0180和0270的相位可以被視為矢量，可根據(jù)被 選擇導(dǎo)通的晶體管開關(guān)SW1至SW16的組合將該矢量增加到不同的量 中。例如，假設(shè)信號0OUT的期望輸出相位為225度。這是通過將晶 體管開關(guān)SW9和SW10以及晶體管開關(guān)SW13和SW14切換為導(dǎo)通而 獲得的。所有的其他晶體管開關(guān)都o(jì)ff (非導(dǎo)通)。導(dǎo)通的晶體管開關(guān)， 即SW9和SW10以及SW13和SW14，提供180度和270度的等"量" 相位矢量，以獲得225度的所需加權(quán)平均數(shù)或矢量和。
參照圖8描述的特定形式的相位旋轉(zhuǎn)器406具有四個電流源，可 用于修改量化步驟中相位旋轉(zhuǎn)器406的每個輸入級處的相位。實際上， 可以使用多于4的數(shù)量，以獲得合適的小規(guī)模量化步驟。例如，由總 共64個晶體管開關(guān)提供的每級(輸入相位)16個電流源就給出了適當(dāng) 的相位量化步驟。
對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說很清晰的是，在與圖1或3中的反 饋環(huán)路230類似的反饋環(huán)路中可以使用與數(shù)字設(shè)置600 (包括向上/向 下計數(shù)器和數(shù)字編碼器)或半模擬設(shè)置700 (包括模-數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字 編碼器)類似的設(shè)置，以生成用于控制VCO130的數(shù)字控制信號。上述本發(fā)明各種實施例中的合成器200和300(包括所述的類似形 式)適合用在RF收發(fā)信機中，例如，提供用于傳輸?shù)妮d波頻率信號或 提供用于接收機處理的本地振蕩器信號。該合成器200和300特別適 用于以高功率電平發(fā)射或接收高靈敏度電平的收發(fā)信機。高功率發(fā)射 機電平的例子就是至少10Watts (瓦特)的輸出RF功率，其中該輸出 RF功率是在發(fā)射機的輻射器(天線)處測量的。高靈敏度接收機的例 子就是，對于x/4差分求積相移鍵控(DQPSK)調(diào)制信號來說，具有 比在3。/。靜態(tài)BER (比特誤差率)的-118dBm更好的靈敏度。這種收發(fā) 信機適用于移動無線通信系統(tǒng)的基站收發(fā)信機，例如特別是用于根據(jù) TRTRA標(biāo)準(zhǔn)使用的收發(fā)信機。
權(quán)利要求
1. 一種包括VCO(壓控振蕩器)的RF(射頻)合成器，所述VCO(壓控振蕩器)在操作中用于提供具有期望頻率的輸出信號，鎖相環(huán)包括(i)所述VCO；(ii)分頻器，在操作中用于接收所述VCO的輸出信號并用于提供反饋信號，其中相對于所述VCO的輸出信號對所述反饋信號進(jìn)行分頻；以及(iii)相位頻率檢測器，在操作中用于接收由所述額外分頻器生成的所述反饋信號，并將所述反饋信號的相位和頻率與基準(zhǔn)信號的相位和頻率進(jìn)行比較；以及其特征在于，(iv)位于所述鎖相環(huán)內(nèi)部的額外控制環(huán)路；以及(v)相位旋轉(zhuǎn)器，該相位旋轉(zhuǎn)器與所述VCO的輸出相連接并在操作中用于均衡由所述VCO生成的輸出信號的相位誤差，所述額外控制環(huán)路與所述相位旋轉(zhuǎn)器相連接，以提供控制信號給所述相位旋轉(zhuǎn)器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的RF合成器，其中所述分頻器為可變分頻器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的RF合成器，其中所述分頻器為小數(shù)-N分頻器。
4. 根據(jù)前面任何一個權(quán)利要求的RF合成器，其中所述相位旋轉(zhuǎn) 器為模擬或數(shù)字相位旋轉(zhuǎn)器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的RF合成器，包括分相器，用于從由所述 VCO生成的所述輸出信號中生成四個分量信號，所述四個分量信號具 有九十度的相對相位相差，其中所述相位旋轉(zhuǎn)器為數(shù)字相位旋轉(zhuǎn)器并 且在操作中用于選擇和偏移所述分量信號中一個或多個分量信號的相 位，并將包括任何施加的相移的選定分量信號進(jìn)行組合，以生成均衡 了所述相位誤差的相位。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的RF合成器，其中所述相位旋轉(zhuǎn)器包括四個級，用于分別施加所述四個分量信號并且在操作中用于使多個電流源 與每一級相連接，其中通過來自所述額外控制環(huán)路的信號使所述多個電流源中的每一個電流源選擇性地進(jìn)行操作，用于將電流注入到所述 級中，從而使施加于該級的所述分量信號的相位進(jìn)行偏移。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的RF合成器，其中每一級包括與所述多個電流源相連接的晶體管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7的RF合成器，其中的每個所述電流源包 括晶體管開關(guān)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的RF合成器，其中每個所述電流源包括與電 流源晶體管串聯(lián)連接的晶體管開關(guān)。
10. 根據(jù)前面任何一個權(quán)利要求的RF合成器，其中所述額外控制 環(huán)路包括相位檢測器以及環(huán)路濾波器，所述相位檢測器在操作中用于 接收由所述分頻器生成的所述反饋信號以及將所述反饋信號的相位與 基準(zhǔn)信號的相位進(jìn)行比較，所述環(huán)路濾波器在操作中用于接收由所述 相位檢測器生成的信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的RF合成器，其中所述額外控制環(huán)路包括 模-數(shù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字編碼器，所述模-數(shù)轉(zhuǎn)換器在操作中用于接收由所 述環(huán)路濾波器生成的信號，所述數(shù)字編碼器在操作中用于將由所述模-數(shù)轉(zhuǎn)換器生成的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字控制信號，以施加于所述相位旋轉(zhuǎn)器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1-9中任何一個的RF合成器，其中所述額外控制環(huán)路包括相位頻率檢測器、計數(shù)器、以及數(shù)字編碼器，其中所述 相位頻率檢測器在操作中用于生成脈沖形式的輸出，所述計數(shù)器在操作中用于對由所述相位頻率檢測器生成的脈沖進(jìn)行計數(shù)并生成指出所 計數(shù)的脈沖總數(shù)的輸出信號，所述數(shù)字編碼器在操作中用于將由所述計數(shù)器生成的輸出信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字控制信號，以施加于所述相位旋轉(zhuǎn) 器。
13. 根據(jù)前面任何一個權(quán)利要求的RF合成器，其中所述額外控制環(huán)路具有大于所述鎖相環(huán)帶寬的帶寬。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的RF合成器，其中所述鎖相環(huán)的帶寬不大 于10MHz，并且所述額外控制環(huán)路的帶寬不小于10MHz。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的RF合成器，其中所述鎖相環(huán)的帶寬范圍 為從2kHz至5MHz，并且所述額外控制環(huán)路的帶寬范圍為從10MHz 至100MHz。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12-15中任何一個的RF合成器，包括基準(zhǔn)振蕩 器，該基準(zhǔn)振蕩器在操作中用于將具有至少100MHz頻率的基準(zhǔn)信號 傳遞給所述相位檢測器和所述額外相位。
17. 根據(jù)前面任何一個權(quán)利要求的RF合成器，其中所述VCO在 操作中用于在至少6GHz頻率處進(jìn)行振蕩。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的RF合成器，其在操作中用于生成具有大 于100MHz的一個或多個頻率的輸出信號。
19. 根據(jù)前面任何一個權(quán)利要求的RF合成器，包括有集成電路， 其中所述集成電路包括所述VCO的至少一部分。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的RF合成器，其中所述集成電路還包括鎖 相環(huán)的至少一部分。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20的RF合成器，其中所述集成電路包括所述額外控制環(huán)路的至少一部分。
22. —種用于無線通信的RF發(fā)射機，包括根據(jù)前面任何一個權(quán)利 要求的RF合成器。
23. —種用于無線通信的RF接收機，包括根據(jù)前面權(quán)利要求1-21 中任何一個的RF合成器。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22的RF發(fā)射器或根據(jù)權(quán)利要求23的RF接收 機，適用于移動無線通信的基站收發(fā)信機。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1-21中任何一個并基本上如參照附圖2至9中 的任何一個或多個所述的RF合成器。
全文摘要
一種RF(射頻)合成器(200)，包括VCO(壓控振蕩器)(120)該VCO(壓控振蕩器)在操作中用于提供具有期望頻率的輸出信號，鎖相環(huán)(130)包括(i)VCO；(ii)分頻器(114)，在操作中用于接收VCO的輸出信號并用于提供反饋信號，其中相對于VCO的輸出信號對反饋信號進(jìn)行分頻；以及(iii)相位頻率檢測器(110)，在操作中用于接收由VCO生成的反饋信號，并將反饋信號的相位和頻率與基準(zhǔn)信號的相位和頻率進(jìn)行比較；以及其特征在于，(iv)位于該鎖相環(huán)(130)內(nèi)部的額外控制環(huán)路(230)；以及(v)相位旋轉(zhuǎn)器(205)，該相位旋轉(zhuǎn)器與VCO的輸出相連接并在操作中用于均衡由該VCO生成的輸出信號的相位誤差，該額外控制環(huán)路與相位旋轉(zhuǎn)器相連接，以提供控制信號給該相位旋轉(zhuǎn)器。該合成器可以有益地包括集成電路，該集成電路包括VCO、鎖相環(huán)以及額外控制環(huán)路中的至少一部分。還描述了例如用于基站收發(fā)信機的RF發(fā)射機或接收機，其中包括該混合器。
文檔編號H03L7/081GK101421927SQ200680033046
公開日2009年4月29日 申請日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者索倫·彼得·拉森, 雅各布·特拉內(nèi)高·漢森 申請人:摩托羅拉公司