專利名稱：具有溫度補償和倍頻功能的頻率合成器及其方法
發(fā)明的領(lǐng)域本發(fā)明一般涉及與壓電頻率振蕩器共同使用于一種多通道無線通信的頻率合成器，特別涉及一種帶有溫度補償和倍頻功能的頻率合成器及其工作方法。
發(fā)明的背景用于穩(wěn)定頻率無線通信的頻率合成器，一般需要由帶有溫度補償電路的晶體受控頻率振蕩器提供參考頻率信號。這些補償電路可能由模擬或數(shù)字器件構(gòu)成，用來提供隨溫度變化相對平坦的頻率輸出。通常，提供一個電容元件以允許振蕩器最終頻率輸出的精確校正。此電容元件通?；蛘呤且环N微調(diào)電容器的形式，或者是一種受控于外加直流電壓的模擬變?nèi)荻壒艿男问?。通過調(diào)整其電容量，使用者能夠?qū)⒄袷幤髡{(diào)整到最終需要的頻率。
熟悉現(xiàn)有技術(shù)的人應當知道，晶體受控頻率振蕩器的頻率調(diào)整范圍(調(diào)節(jié)能力)受到晶體及其電極的結(jié)構(gòu)尺寸的限制。要增大調(diào)節(jié)能力必須使用增大了寬高比的晶體。但是，與沒有更高調(diào)節(jié)能力要求的晶體相比，寬高比的增加導致晶體更易碎而且成本更高。此外，高調(diào)節(jié)能力晶體的長期穩(wěn)定性由于其更加靈敏特性而削弱。
調(diào)節(jié)能力也可以通過使用具有較大調(diào)整范圍的電容元件來增加。然而，這通常需要器件具有較大的結(jié)構(gòu)尺寸。除了振蕩器成本和尺寸的增加，元件的大小可能帶來其它一些問題。具體地說，模擬變?nèi)莨鼙厝皇呛艽蟮?，不會象?shù)字電路一樣隨集成電路的按比例縮小而縮小。另外，除了晶體的溫度變化，這些電抗元件自身也隨著溫度變化，這種變化必須通過外加電壓來控制，并且需與晶體的溫度變化一起進行補償一樣。為了獲得較好的變?nèi)荻壒軠囟忍匦裕枰峁┹^高的電壓偏置。但是，這限制了低電壓、單電源供電頻率振蕩器的使用。此外，振蕩器的交流輸出振幅也必須受到控制以防止變?nèi)荻壒軐ā?br> 在典型的頻率合成器的應用當中，頻率變換三或三次以上。首先，一個晶體受控頻率振蕩器具有溫度補償電路，用來提供隨溫度變化相對平坦的頻率輸出。其次，振蕩器調(diào)節(jié)到一個需要的頻率上。第三，經(jīng)過校正的振蕩器頻率在鎖相環(huán)(PLL)中倍頻以產(chǎn)生無線通信設(shè)備中本地振蕩器所需的較高頻率。采用不含有附加合成單元的單一單元實現(xiàn)合成器的溫度補償將是有益的。
因此人們需要一種采用PLL頻率合成器的溫度補償頻率振蕩器，它通過更加簡單的線路實現(xiàn)更加精確、線性度更高而且更具可重復性的溫度補償；不需要可調(diào)電抗元件來將振蕩器調(diào)整到所需的頻率，因而，允許使用更小、更便宜的元件；提供一種溫度相關(guān)的倍頻單元，從而可以實現(xiàn)頻率合成器中晶體振蕩器和其它電路元件的溫度補償。此外，希望提供一種低成本、小尺寸、低漏電、高增益的振蕩器和PLL，允許晶體振蕩器的溫度補償控制、調(diào)整、以及PLL倍頻，而不發(fā)生任何有害的寄生頻率響應。
附圖的簡要描述

圖1是一個現(xiàn)有技術(shù)的電路框圖，它為溫度不相關(guān)倍頻器提供溫度補償參考頻率信號；圖2是一個現(xiàn)有技術(shù)的電路框圖，它提供脈沖扣除電路，對隨后用于溫度不相關(guān)PLL的溫度相關(guān)頻率信號進行溫度補償；圖3是一個現(xiàn)有技術(shù)的電路框圖，它利用一個直接數(shù)字合成器，對隨后用于溫度不相關(guān)PLL的溫度相關(guān)頻率信號進行溫度補償；圖4是一個現(xiàn)有技術(shù)的電路框圖，它為一個PLL中的直接數(shù)字合成(DDS)累加器提供一個溫度補償信號，以針對于溫度相關(guān)頻率振蕩器作出修正；圖5是一個基于本發(fā)明的電路框圖，提供一種與一個鎖定環(huán)路相耦合的溫度相關(guān)單元，用以對一個來自溫度相關(guān)頻率振蕩器的信號進行溫度補償，并將一個溫度相關(guān)倍頻因子提供給鎖定環(huán)路；圖6基于本發(fā)明，是圖5的一個實施方式，其中，鎖定環(huán)路是一個PLL，而溫度相關(guān)倍頻單元是一個加載噪聲整形數(shù)字調(diào)制器信號的多模分頻器。
圖7是一個基于本發(fā)明的電路框圖，提供一種PLL內(nèi)部的多模分頻器，以對一個溫度相關(guān)的頻率振蕩信號進行溫度補償，該信號用于一個PLL，提供一個溫度相關(guān)倍頻因子；圖8基于本發(fā)明，是圖7電路的一個參考實施方式，其中，一個附加的混頻器用于提升PLL的分辨率；圖9是一個基于本發(fā)明的電路框圖，提供一種多模分頻器及控制電路，以產(chǎn)生一個溫度相關(guān)頻率信號，該信號在VCO輸出處混入PLL回路，提供一個溫度相關(guān)的倍頻因子圖10是一種方法流程圖，該方法通過使用一個溫度相關(guān)PLL單元提供一個經(jīng)過倍頻和溫度補償?shù)念l率輸出。
參考實施方式的詳細說明圖1所示，一種現(xiàn)有技術(shù)的頻率源10提供一個經(jīng)過倍頻和溫度補償?shù)念l率輸出12。在此裝置中，一個溫度補償頻率振蕩器14與一個提供所需頻率輸出12的溫度不相關(guān)倍頻器相耦合。
頻率振蕩器14包括一個晶體振蕩器18、至少一個通常是變?nèi)荻壒艿念l率調(diào)節(jié)元件20、一個溫度補償控制器22、一個溫度傳感器24以及一個存儲器26。存儲器26包含一個預編程的晶體溫度補償值查詢表，表中的數(shù)值與由溫度傳感器24提供的預定溫度變化電壓信號相一致。通常，傳感器24放置于晶體的附近以減少可能由于跨越頻率振蕩器14的溫度梯度而產(chǎn)生的差錯。傳感器24將一個溫度指示信號28提供給控制器22，并指引控制器22在存儲器26中查詢與傳感器信號相一致的晶體補償值。而后，控制器22將相應的調(diào)整電壓信號傳送到調(diào)節(jié)元件20以改變其電容量。調(diào)節(jié)元件20與頻率振蕩器電路相耦合，因而電容量的變化將引起頻率振蕩器14的頻率輸出32的相應變化。通過這種方式，頻率振蕩器14提供一個相當穩(wěn)定的溫度補償頻率輸出32以耦合于倍頻器16。頻率振蕩器14也可能包括一個外加直流電壓調(diào)節(jié)信號(未示出)以允許將頻率振蕩14調(diào)整至一個特定的輸出頻率32。
倍頻器16通常是一個包括鎖相環(huán)(PLL)的頻率合成器?；谥T如分數(shù)分解或希格瑪-德耳塔(∑-Δ)變換等方法的頻率合成器，是所知的在技術(shù)上實現(xiàn)溫度無關(guān)頻率倍增大于一的器件。同樣，分頻器是所知的在技術(shù)上實現(xiàn)溫度無關(guān)頻率倍增小于一的器件。通常，倍頻器16從頻率振蕩器14獲得溫度補償頻率輸出32并輸出另一個倍增的，一般是較高的，頻率12用做無線通信設(shè)備的一種本地振蕩源。
這種現(xiàn)有技術(shù)的頻率源10缺點是，倍頻調(diào)整發(fā)生在電路中，每種調(diào)整都需要其自身的特定附加線路。頻率振蕩器14要求調(diào)節(jié)元件20提供晶體的溫度補償，而頻率源10要求倍頻器16傳送輸出頻率12。調(diào)節(jié)元件20通常包括一些大的非線性模擬變?nèi)荻壒埽鼈冃枰环N對于容性負載變化更敏感的特殊晶體設(shè)計。而且，更敏感的晶體設(shè)計還使得晶體對于溫度變化和老化更加敏感。另外，頻率源中其它部分的溫度變化也沒有得到補償。
圖2所示，另一種現(xiàn)有技術(shù)的頻率源50，應用一個允許頻率隨溫度變化的頻率振蕩器52。在此頻率源50中，振蕩器輸出54是溫度相關(guān)的，卻在隨后由一個脈沖扣除電路56補償，以在將輸出54連接到一個PLL58之前為其提供溫度校正。PLL58包括一個第一分頻器60、一個第二分頻器62、一個鑒相器64、一個低通環(huán)路濾波器66，以及一個壓控振蕩器(VCO)68。而且，該頻率源包括一個用來控制脈沖扣除電路56的溫度補償控制電路72。
頻率振蕩器52的輸出54是一個隨溫度變化的方波脈沖序列，通過脈沖扣除電路56耦合到PLL58?？刂齐娐?2控制脈沖扣除電路56從脈沖序列中扣除脈沖，以依據(jù)頻率振蕩器52的溫度變化降低頻率。通過這種方式，一個相當穩(wěn)定的溫度補償頻率輸出76耦合到PLL58。
脈沖扣除電路的輸出76經(jīng)第一分頻器60分頻并作為參考信號輸入到鑒相器64。輸出所需頻率的VCO68的一個輸出經(jīng)第二分頻器62分頻并輸入到鑒相器64。鑒相器64通過環(huán)路濾波器66輸出一個相位差信號78到VCO68的一個控制端80。環(huán)路濾波器66減少由于丟失脈沖序列中的脈沖而在鑒相器64中產(chǎn)生的開關(guān)暫態(tài)(switching transients)。
這種現(xiàn)有技術(shù)的頻率源50缺點是，脈沖扣除強制鑒相器64在脈沖丟失的任一期間都產(chǎn)生一個到VCO68的長相差信號78。這種長和短相差信號78之間的切換在VCO68中產(chǎn)生邊帶信號，可能引起無線通信收發(fā)機在錯誤的頻率上接收或發(fā)送。這就必須使用一個頻率非常低的低通環(huán)路濾波器66，它需要大的濾波器元件并導致慢的鎖定時間。例如，對15MHz參考信號的1ppm修正需要從脈沖序列中扣除15個脈沖/秒，導致一個15Hz相差信號78加于環(huán)路濾波器66。環(huán)路濾波器66需要抑制15Hz相差信號78起作用。一個15Hz濾波器通常需要很大的元件，這是一個缺點。
圖3所示，另一種現(xiàn)有技術(shù)的頻率源100，有與圖2的頻率源非常近似的線路，但是采用一個直接數(shù)字合成器(DDS)102代替圖2的脈沖扣除電路。DDS102由來自溫度相關(guān)頻率振蕩器104的信號定時，一個微控制器106完成溫度補償位修正，而DDS后102中的一個D-A轉(zhuǎn)換器將修正值轉(zhuǎn)換為一個溫度補償頻率輸出110。此頻率源100的優(yōu)點是產(chǎn)生一個規(guī)則的脈沖序列而減少了邊帶信號，但付出了D-A轉(zhuǎn)換器中大漏電流的代價。而且，此頻率源100有需要在電路中附加倍頻單元112以獲得所需倍頻輸出的缺點，而頻率源中其它部分的溫度變化也沒有得到補償。
圖4所示，另一種現(xiàn)有技術(shù)的頻率源150，應用一個DDS累加器152提供頻率振蕩器156的溫度補償，以得到高的頻率分辨率。此頻率源150的缺點是累加器152的一個輸出154的惡劣寄生效應，這是由于使用單一累加器，它從一個累加寄存器的高位得到輸出。應當認識到累加器在技術(shù)上是為人熟知的。此方法需要有效的濾波，與圖2脈沖扣除電路56所需相似。
圖5示出了一個根據(jù)本發(fā)明的頻率合成器200的一般實現(xiàn)。一個來自未補償?shù)臏囟认嚓P(guān)參考頻率振蕩器202的信號204輸入到一個包含一個溫度相關(guān)倍頻單元208的鎖定環(huán)電路206。鎖定環(huán)電路206可能是一個相位鎖定環(huán)路、一個頻率鎖定環(huán)路或一個延遲鎖定環(huán)路。尤其是，一個相位鎖定環(huán)電路可能包括一個鑒相器、一個頻率鎖定環(huán)路可能包括一個鑒頻器或一個延遲鎖定環(huán)路可能包括一個鑒延遲器。在一個實施方式中，鎖定環(huán)電路206是一個相位鎖定環(huán)，而單元208是一個多模分頻器，最好由一個噪聲整形數(shù)字調(diào)制器校正，以容許頻率的小數(shù)分割，得到比整數(shù)分頻器更好的分辨率。
在一個優(yōu)選實施方式中，單元208是一個模二分頻器，并且隨溫度變化，以對頻率振蕩器202溫度補償。這是由一個溫度補償控制電路210實現(xiàn)的，它把一個溫度相關(guān)控制信號212送入單元208。使用單元208不僅僅是為了溫度補償頻率振蕩器202，也是為了倍增振蕩器頻率并提供頻率綜合。單元208也可用來溫度補償頻率合成器電路200的所有元件。這比對溫度相關(guān)單元獨立進行溫度補償?shù)默F(xiàn)有技術(shù)優(yōu)越。使用單一溫度補償單元208給現(xiàn)有技術(shù)的合成器以很大的簡化，也符合低成本和低漏電的要求。
本發(fā)明還帶來另一方面的好處，頻率振蕩器不再需要具有特別敏感性的晶體。這是因為晶體振蕩器無須寬調(diào)整范圍以調(diào)整到額定頻率。此頻率調(diào)整功能現(xiàn)在可以與單元208的倍頻功能一起完成。因此，可以使用更不敏感和更耐用的晶體，以降低成本。而且，更不敏感的晶體具有較好的長期穩(wěn)定性(老化)。另外，不再需要諸如變?nèi)荻壒艿拇笳{(diào)諧阻抗元件，就能將振蕩器調(diào)整到所需頻率。
圖6所示，一個本發(fā)明的實施方式，包括一個溫度相關(guān)的頻率振蕩器202、一個鎖定環(huán)電路206(如PLL所示)、一個噪聲整形數(shù)字調(diào)制器214、以及一個溫度補償控制電路210。鎖定環(huán)電路206包括一個鑒相器216,它的一個輸出耦合到一個環(huán)路濾波器218,218的一個輸出耦合到一個壓控振蕩器220,220的一個輸出耦合到一個多模分頻器222，再通過鎖定環(huán)電路206的反饋通路240接鑒相器216的第一輸入。頻率振蕩器202通過一個信號通路242將一個頻率加到鑒相器216的第二輸入。最好是，振蕩器通過一個改善了頻率輸出238選擇適應性的溫度無關(guān)第二分頻器224，給出一個信號。控制電路210包括一個溫度傳感器226和一個連接到溫度補償控制器228的存儲器230，為控制分頻器222，控制電路210的控制器228連接到分頻器222。
溫度補償控制電路210監(jiān)測來自所接溫度傳感器226的溫度信號232，并利用溫度信號232在所接存儲器230中查詢相應值。存儲器230存儲著由先前合成器溫度訓練預定的數(shù)值。計算這些數(shù)值以補償由于合成器電路元件遇到溫度變化而產(chǎn)生的輸出頻率誤差。溫度補償過程可利用一個查詢表，兩者的計算或組合很好的相等，以決定適當?shù)臏囟妊a償數(shù)值。由于傳感器226指示環(huán)境溫度的變化，存儲器230為溫度補償控制器228提供適當?shù)南鄳a償數(shù)值?？刂破?28產(chǎn)生一個適當?shù)臏囟认嚓P(guān)調(diào)制控制信號212，與所需的一個PLL倍頻因子一同送到分頻器222。在一個優(yōu)選實施方式中，控制信號212通過一個噪聲整形數(shù)字調(diào)制器214起作用，以便將一個降噪溫度相關(guān)分頻器模數(shù)控制信號用于分頻器222，從而得到一個經(jīng)倍頻和溫度補償?shù)念l率合成器輸出。
這不同于(如圖1所示的)現(xiàn)有技術(shù)，那里諸如參考頻率振蕩器的分立合成器單元是分別進行溫度補償?shù)摹６?，就現(xiàn)有技術(shù)振蕩器而言，使用頻率調(diào)節(jié)元件提供的溫度補償并不包括所有的合成器單元。本發(fā)明具有無須使用附加單元就可以在一個單一溫度補償單元內(nèi)提供所有溫度補償和倍頻功能。
在一個優(yōu)選實施方式中，一個噪聲整形數(shù)字調(diào)制器214連接在從控制器222到多模分頻器222的控制信號通路212上，來控制分頻器222，以便PLL能夠在減少寄生頻率的同時完成高質(zhì)量的頻率分辨。溫度補償控制電路210使得噪聲整形數(shù)字調(diào)制器214的輸出與溫度相關(guān)。調(diào)制器214在一個特定的時段，增大或減小多模分頻器222的模數(shù)，以便得到一個平均分數(shù)模。應當認識到，較快的開關(guān)提供較好的平均模數(shù)。此外，調(diào)制器214通過溫度相關(guān)分頻器模數(shù)控制器236將多模分頻器222的倍頻因子作為一個溫度的函數(shù)加以改變，以便獲得一個倍頻及溫度補償?shù)暮统善黝l率輸出238。
噪聲整形數(shù)字調(diào)制器214可以多種方式實現(xiàn)。現(xiàn)有技術(shù)中已知的數(shù)字調(diào)制器的實現(xiàn)方式是分數(shù)分解和希格瑪-德耳塔變換，兩者都能提供其輸出的充分的噪聲整形。一個一位輸出的希格瑪-德耳塔變換器就可達到分頻器的良好分辨率，因而達到合成器頻率輸出的良好分辨率。這些變換器適用于通過以下列方式改變分頻器模數(shù)來產(chǎn)生一個平均分頻器模數(shù)當分頻器模數(shù)改變時整形所產(chǎn)生的噪聲，并從分頻器額定輸出頻率將噪聲轉(zhuǎn)換出來。
圖7所示，一個圖6合成器的替代實施方式，其中溫度相關(guān)多模分頻器222置于振蕩器202的信號通路242上，并且溫度無關(guān)分頻器224置于鎖定環(huán)電路206的反饋通路240上，206最好是一個PLL。應當認識到，合成器中任意或所有的分頻器可以用一個溫度相關(guān)信號來控制，但是，除非系統(tǒng)的性能要求需要附加的復雜性，這將是多余、低效和不經(jīng)濟的。
圖8所示，一個圖7合成器的替代實施方式，其中一個混頻器244連接在反饋通路240上，并耦合到來自振蕩器信號通路242的前饋通路。附加混頻器244是為了提高鎖定環(huán)電路206的分辨率。
圖9所示，另一個本發(fā)明的實施方式，其中一個第三溫度無關(guān)分頻器246連接在一條來自振蕩器242的前饋通路上，并且一個溫度無關(guān)分頻器224置于鎖定環(huán)電路206的反饋通路240上，206最好是一個PLL。一個混頻器248連接在反饋通路240上，并通過一個多模分頻器222耦合到信號通路242。應當認識到，許多其它的環(huán)路結(jié)構(gòu)也可能應用溫度相關(guān)多模分頻器222。例如，依分辨率和復雜性的不同需要，反饋通路、振蕩器信號通路及前饋通路中的每一中，合成器都可以有不止一個。另外，多種獨立的鎖定環(huán)電路可以用一個控制電路并行控制，獨立的鎖定環(huán)信號由一個混頻器合并，以提供改善的分辨率。這些通路的任一或全部加上一個溫度相關(guān)多模分頻器可以控制溫度補償和倍頻這兩方面。
圖10所示，一個根據(jù)本發(fā)明的方法300的流程圖，該方法通過使用一個溫度相關(guān)倍頻單元，提供一個經(jīng)過倍頻和溫度補償?shù)念l率輸出。此方法300包括一個第一步驟302在一個作為頻率振蕩器溫度和倍頻因子的函數(shù)而發(fā)生變化的鎖定環(huán)路中，提供一個溫度相關(guān)頻率振蕩器和至少一個倍頻單元。在一個優(yōu)選實施方式中，提供倍頻單元是一個多模分頻器，而鎖定環(huán)電路是一個相位鎖定環(huán)。
第二步驟304包括測量一個振蕩器附近的環(huán)境溫度，并產(chǎn)生一個環(huán)境溫度值。第三步驟306包括在一個查詢表中尋找一個與環(huán)境溫度值及所需頻率的倍頻因子相應的預定溫度相關(guān)控制信號。做為一種選擇，步驟306可包括計算溫度相關(guān)控制信號或?qū)ふ液陀嬎憧刂菩盘柕暮喜?。最后的步驟308包括將控制信號用于至少一個倍頻單元，以便從合成器中獲得所需經(jīng)溫度補償和倍頻的輸出頻率。
溫度補償方案往往要選擇是否對溫度相關(guān)頻率振蕩器的老化做修正。一個線性步長的補償對老化的修正是可取的，因為溫度補償?shù)挠柧氃诶匣斑M行。如果溫度補償方案步長是非線性的，老化的補償就不可能線性地疊加到溫度補償上。這種情形需要使用非線性外推電路以正確地補償老化。在本發(fā)明中使用噪聲整形數(shù)字調(diào)制器提供附加的線性度，這對使用老化補償是有益的。在本發(fā)明中使用噪聲整形數(shù)字調(diào)制器的線性的優(yōu)點，可以通過例子看出，參考圖8的發(fā)明。首先，使模分頻器222不受噪聲整形數(shù)字調(diào)制器的控制。這意味著N是在一個給定溫度上的固定的整數(shù)值。令Fout經(jīng)倍頻和溫度補償?shù)妮敵鲱l率，F(xiàn)osc為溫度相關(guān)頻率振蕩器的頻率。對于M=1的第二分頻器224Fout=Fosc(1+1N)]]>經(jīng)倍頻和溫度補償?shù)妮敵鲱l率，F(xiàn)out關(guān)于N的導數(shù)是∂Fout∂N=∂∂N(Fosc(1+1N))=-FoscN2]]>歸一化到Fosc時，此式變?yōu)?∂Fout/∂N)Fosc=-1N2]]>本例允許的最小頻率變化發(fā)生在整數(shù)N的變化量為1時。這代表了Fout處的最小可能頻率分辨率。為了在Fout點N只變化一步就能將頻率改變0.1ppm,N必須是大約3200，如下因為|∂Fout/∂NFosc|=1N2=10-7,]]>所以N≈3162為將頻率改變50ppm,N的變化范圍是從大約2730到大約3756，如下ΔFoutFosc=(13162-12730)≈-50×10-6]]>ΔFoutFosc=(13162-13756)≈+50×10-6]]>但是，N每變化一個步長，頻率變化在各自的限度內(nèi)變化。當N=2730，每步的頻率變化是ΔFoutFosc=(12730-12731)=1.34×10-7]]>相當于0.134ppm的分辨率。在額定的N=3162時，分辨率是0.100ppm，而當N=3756，分辨率是0.071ppm。因此，使用一個標稱0.1ppm頻率分辨率的整數(shù)分頻器導致大約±30％的微分非線性。
試圖用N=3162時的給定頻率分辨率，0.1ppm，調(diào)整頻率±50ppm，將產(chǎn)生嚴重誤差。例如，在一個線性系統(tǒng)，±500步(±50ppm/0.100ppm/步)將需要完成±50ppm的頻率調(diào)整。但是，由于頻率分辨率的非線性，導致下面的頻率變化ΔFoutFosc=(13662-13162)=-43.2ppm]]>ΔFoutFosc=(12662-13162)≈+59.4ppm]]>N的500等步長的積分非線性，上升和下降兩者，是-6.8ppm和+9.4ppm。在所需的±50ppm范圍的限制內(nèi)，這分別相當于-14％和+19％的誤差。對于圖8的發(fā)明，當多模分頻器中只使用整數(shù)步長時，如需要優(yōu)于±10ppm的精確度，老化補償使用簡單的線性相加基本上是行不通的。
本發(fā)明通過使用由噪聲整形數(shù)字調(diào)制器控制的多模分頻器(圖8所示222)提供改進的線性補償功能，從而降低了老化補償?shù)膹碗s性。用于本發(fā)明的噪聲整形數(shù)字調(diào)制器提供一種控制多模分頻器的途徑，以便它能夠有效地提供一個分數(shù)的而非整數(shù)的除數(shù)，例如N加上一個分數(shù)。數(shù)字調(diào)制器通過控制多模分頻器在一個指定的時間間隔內(nèi)除以多于一個的數(shù)值來做到這一點。在此指定的時間間隔內(nèi)有效的除數(shù)是多于一個除數(shù)的一個加權(quán)平均。例如，如果多模分頻器受控在時間間隔的99％除以N，而在時間間隔的1％除以N+1，則分頻器的有效除數(shù)是(N+1/100)。此技術(shù)允許用小N值得到較高分辨率。
噪聲整形數(shù)字調(diào)制器的輸出頻率有一個基頻以及基頻附近的噪聲邊帶。數(shù)字調(diào)制器中的噪聲整形是這樣一項技術(shù)，數(shù)字調(diào)制器的過采樣輸出使它的噪聲在除掉基頻的頻率范圍內(nèi)整形。這導致了具有改善的噪聲邊帶和一個較純凈的合成輸出頻率的發(fā)明。與只對多模分頻器使用整數(shù)值的可能相比，本發(fā)明中噪聲整形數(shù)字調(diào)制器的應用，通過提供一個基本線性的溫度補償工作過程，減小了老化補償?shù)膹碗s性。為與前面唯整數(shù)工作過程相比較，基本線性工作過程描述如下。
在一個優(yōu)選實施方式中，本發(fā)明，以圖8所示為例，為了滿足同樣的0.1ppm步長需要及±50ppm范圍，使用一個數(shù)值N=100/101的模二分頻器連同一個大小為Num/Den(分子/分母)分數(shù)-N步長。尤其推薦，分數(shù)分解噪聲整形調(diào)制器連接在模二分頻器的控制信號通路上。噪聲整形調(diào)制器用長度Den=1000的累加器，而Num從0到1000變化。參考圖8；Fout=Fosc(1+1(N+(Num/Den)))]]>所得的由溫度補償輸出頻率Fout的變化相對Num變化引起的模二分頻器有效N的微小變化是∂Fout/∂NFosc=1Den(-1(N+(Num/Den))2)]]>模二分頻器的最小可能分辨率在分子步長為1時。額定的Num/Den=500/1000時分辨率是0.099ppm，而Num/Den=1000/1000時分辨率是0.098ppm,Num/Den=0/1000時分辨率是0.100ppm。本例中，由噪聲整形調(diào)制器控制的模二分頻器給出了一個令人吃驚的結(jié)果，大約±1％的微分非線性，這在由使用固定整數(shù)N而得到的大約± 30％的微分非線性之上大大地改進了。另外，本發(fā)明的積分非線性是意想不到的大約0.5％，這將使在想要的±50ppm范圍的極限處的誤差減小至大約0.25ppm。因此，當精確度要求好于0.5ppm時，模二分頻器具有使老化補償可以使用簡單的線性加的優(yōu)點。
盡管已經(jīng)展示和描述了本發(fā)明的多種實施方式，可以理解，除了可以重新排列和組合前面的實施方式外，精通技術(shù)的人還可做出許多修改和代換，而不脫離本發(fā)明的創(chuàng)新精神和范圍。
權(quán)利要求
1．一種具有溫度補償及倍頻功能的頻率合成器，包括一個溫度相關(guān)頻率振蕩器；至少一個倍頻單元，此單元編程為作為頻率振蕩器的溫度的函數(shù)和一個倍頻因子的函數(shù)而變化；至少一個從相位鎖定環(huán)路、頻率鎖定環(huán)路及延遲鎖定環(huán)路的集合中選出的鎖定環(huán)路；以及所述振蕩器和單元與所述鎖定環(huán)路耦合，從而提供一個溫度無關(guān)的倍頻。
2．權(quán)利要求1的頻率合成器，其中所述至少一個倍頻單元是從分頻器、多模分頻器及模二分頻器的集合中選擇的。
3．權(quán)利要求2的頻率合成器，其中所述至少一個倍頻單元連接在一個環(huán)路的反饋通路和一個振蕩器的信號通路的至少一個中。
4．權(quán)利要求3的頻率合成器，進一步包括至少一個混頻器和至少一個前饋通路用于相位鎖定環(huán)路，至少一個混頻器與至少一個前饋通路及至少一個反饋通路耦合，以便提高相位鎖定環(huán)路的頻率分辨率，而其中至少一個倍頻單元連接在從至少一個前饋通路、至少一個鎖相環(huán)反饋通路和一個至少振蕩器信號通路中選擇的一種電通路上。
5．權(quán)利要求1的頻率合成器，進一步包含一個包括一個溫度傳感器及一個與溫度補償控制器耦合的存儲器的控制電路，控制電路中的控制器耦合于并控制著該單元。
6．權(quán)利要求5的頻率合成器，進一步包含一個連接在該控制電路的一個控制信號通路中的噪聲整形數(shù)字調(diào)制器。
7．權(quán)利要求1的頻率合成器，其中至少一個倍頻單元編程為作為一個分數(shù)倍頻因子的函數(shù)而變化。
8．權(quán)利要求1的頻率合成器，其中鎖定環(huán)路從下列組中選出的一個一個包括一耦合于環(huán)路濾波器的鑒相器的相位鎖定環(huán)路，此環(huán)路濾波器耦合于一個壓控振蕩器，該壓控振蕩器有一個輸出經(jīng)該單元耦合回鑒相器的第一輸入，振蕩器連接鑒相器的第二輸入；一個耦合于環(huán)路濾波器的鑒頻器，此環(huán)路濾波器耦合于一個壓控振蕩器，該壓控振蕩器有一個輸出經(jīng)該單元耦合回鑒頻器的第一輸入，振蕩器連接鑒頻器的第二輸入；以及一個耦合于環(huán)路濾波器的鑒延遲器，此環(huán)路濾波器耦合于一個壓控振蕩器，該壓控振蕩器有一個輸出經(jīng)該單元耦合回鑒延遲器的第一輸入，振蕩器連接鑒延遲器的第二輸入。
9．一種在頻率合成器中進行溫度補償和倍頻輸出的方法，包含下列步驟提供一個溫度相關(guān)的頻率振蕩器，耦合于至少一個被編程為作為頻率振蕩器溫度的函數(shù)和倍頻因子的函數(shù)而變化的倍頻單元；在振蕩器的附近測量一個環(huán)境溫度值；在一個查詢表中尋找一個與環(huán)境溫度值及倍頻因子相應的預定溫度相關(guān)控制信號；以及將此控制信號提供給至少一個倍頻單元，以便從合成器中獲得所需經(jīng)溫度補償和倍頻的輸出頻率。
10．權(quán)利要求9的方法，其中所提供的步驟包括至少一個倍頻單元，該倍頻單元帶有一個噪聲整形數(shù)字調(diào)制器且耦合于至少一個從相位鎖定環(huán)路、頻率鎖定環(huán)路及延遲鎖定環(huán)路的集合中選出的鎖定環(huán)路。
全文摘要
一種具有溫度補償和倍頻功能的頻率合成器(200)。此合成器(200)具有一個未經(jīng)溫度補償?shù)念l率振蕩器(202),聯(lián)接一個包括至少一個溫度補償和倍頻單元(208)的鎖相環(huán)(206)。單元(208)最好是一個多模分頻器。單元(208)由一個控制電路(210)編程,以作為溫度和分數(shù)倍頻因子的函數(shù)而變化。單元(208)亦可為頻率振蕩器(202)提供額定頻率校正。頻率振蕩器(202),并且最好是合成器(200)的所有單元都由單元(208)進行溫度補償以產(chǎn)生一個經(jīng)過倍頻和溫度補償?shù)念l率輸出。
文檔編號H03L1/02GK1213468SQ97192993
公開日1999年4月7日 申請日期1997年1月31日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月22日
發(fā)明者史蒂文·F·吉利格 申請人:摩托羅拉公司