[发明专利]频率合成装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于由低频信号提供预定频率的稳定信号的频率合成装置和方法。本发明还涉及一种用于发射和/或接收信号的装置，该装置例如在射频(RF)范围内运行，包括用于输出稳定周期信号的这样一种频率合成装置。

背景技术

频率合成装置用于提供频率稳定的信号，旨在用于例如RF通信系统中。通过这种方式，在信号传输期间，包含待发送信息的信号可以被所述频率稳定信号所调制，该频率稳定信号充当用于输运信息的载波信号。

在这种情况下，所进行的频率合成限定了传输载波频率的值。在信号接收期间，频率合成使得有可能提供这一频率稳定信号以对所接收到的信息进行解调。

例如在载波频率传输/接收系统中所使用的频率合成装置10的实施例的第一示例如图1所示。

装置10包括输出正弦信号的压控振荡器(VCO)12，其中，振荡频率由施加到振荡器12的输入端的电压来控制。振荡器12被实施为使得：其可以输出由包括装置10的通信系统所使用的频带中的振荡信号。

振荡器12被认为输出具有频率f₁的正弦信号。

仅由振荡器12所提供的输出信号在RF频带和微波频带是不稳定的，随时间而漂移，并且具有高的频谱杂质(相位噪声)。因此，需要通过将相位锁定(例如，通过设置或者同步)在与由工作在较低频率(通常在MHz范围内)的例如很高质量的谐振器(比如，石英谐振器)所提供的频率稳定信号完全相同的相位上，来使该输出信号关于频率稳定。

为了锁定由振荡器12所输出的信号相位并且因而使这个信号的振荡频率f₁稳定，振荡器12被锁相环(PLL)控制。该锁相环包括多个串联连接的分频器(表示为图1中标记为14的单个元件的形式)，并且用于一起将由振荡器12所输出的信号的频率f₁除以整数或分数N。

在分频器14的输出端处，得到一频率为f₁/N的周期信号，然后该周期信号与很稳定的参考周期信号(比如，由石英谐振器16所提供的具有频率f_quartz的信号)进行比较，分频器14被实施为使得：所得到的因子N使得频率f₁/N能够接近于频率f_quartz。这两个信号被相位比较器18(或者相位频率检测器PFD)所比较，相位比较器18生成与这两个信号之间测得的相位差成比例的输出信号，其中，其值根据f₁/N-f_quartz的符号为正或者为负。该输出信号作为输入被发送到电荷泵电路和滤波器20，电荷泵电路和滤波器20输出一施加到振荡器12的控制输入端的信号，用于调节其振荡频率，使得一旦f₁/N＝f_quartz，回路稳定。

凭借这样的频率合成装置20，由振荡器12所输出的频率为f₁的信号的频率稳定性、信号随时间的漂移以及其频谱杂质本质上取决于由谐振器16所提供的频率为f_quartz的参考信号的特性和分频器14的分频等级。另外，由装置10所合成的频率也取决于振荡器12的振荡频率范围：

f_oscmin<N·f_quartz<f_oscmax

f_oscmin和f_oscmax分别为振荡器12的最小和最大振荡频率。

例如，振荡器12以差分交叉对(与负电阻连接的谐振器)的形式实施。分频器14根据其位于到达较低频率的链的起点处(接近频率f₁，即，在振荡器12的终点处)还是位于该链的终点处(接近于频率f_quartz，即，在相位频率检测器18的终点处)而使用各种架构。在高频下，分频器使用电流模式逻辑(CML)型电路或者注入锁定分频器(ILFD)型电路。在较低频率下运行的分频器仅使用数值计数型架构。充当分频器14的电路可以是可编程的，以使得由装置10所合成的频率的值经由对N值的选择是可编程的(因此f₁是f_quartz的倍数)，f_quartz的值取决于谐振器16的类型，因而是不可编程的。