專利名稱：可變帶寬的鎖相環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可變帶寬的鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)包含產(chǎn)生頻率可變信號(hào)的可控振蕩器、相位比較器、至少包括一阻性元件和一容性元件的濾波電路、可控的第一和第二電流發(fā)生器，將各電流發(fā)生器構(gòu)造成響應(yīng)來(lái)自相位比較器而產(chǎn)生正或負(fù)的脈沖電流，其中的第一電流發(fā)生器有一個(gè)與濾波電路中第一點(diǎn)相連接的輸出端，而第二電流發(fā)生器的一輸出端和該濾波電路的第二點(diǎn)相連接，以及，該鎖相環(huán)還包括用于控制所述電流的幅度的控制器。
就鎖相環(huán)來(lái)說(shuō)，可行的頻率變化和頻率校正的速度取決于環(huán)的帶寬。其次，在其它諸因素中，該速度取決于包括在該環(huán)中的濾波器，而該濾波器的目的在于對(duì)形成的控制振蕩器頻率的控制電壓進(jìn)行低通濾波。為避免電壓波動(dòng)以及總的振蕩器輸出信號(hào)頻率的不希望有的變動(dòng)，有必要對(duì)該控制電壓進(jìn)行低通濾波。但實(shí)際上控制電壓的濾波意味著，對(duì)振蕩器信號(hào)頻率可進(jìn)行變化的速度對(duì)某些應(yīng)用所要求的變化來(lái)說(shuō)是太低了。例如，濾波器可由與電容器串聯(lián)連接的電阻組成。該電阻通常稱為阻尼電阻，因?yàn)槠溆猛驹谟诃h(huán)路響應(yīng)瞬態(tài)變化時(shí)以振蕩方式緩沖過(guò)調(diào)節(jié)和欠調(diào)節(jié)的趨勢(shì)。然而在改進(jìn)環(huán)路穩(wěn)定性的同時(shí)，該阻尼電阻限制了電壓變化及以此頻率變化的速度。一種允許頻率快速變化或允許快速校正大的相位誤差的方法，包括在發(fā)生這種變化時(shí)增加環(huán)路帶寬以及在后來(lái)將帶寬降低標(biāo)準(zhǔn)帶寬值。
在頻率快速變化時(shí)要求增大環(huán)路帶寬是人所共知的技術(shù)，但該方法人所共知的困難是，當(dāng)環(huán)路已穩(wěn)定后，將環(huán)路帶寬切換回到其原始值時(shí)要避免引起瞬態(tài)誤差或“假信號(hào)”(glitch)。
在美國(guó)專利4,167,711號(hào)中描述了一種通過(guò)使用交替受控的兩個(gè)充電泵實(shí)現(xiàn)無(wú)假信號(hào)環(huán)路帶寬變化的方法。在該先有技術(shù)中，環(huán)濾波器由串聯(lián)連接的兩個(gè)電阻器和一個(gè)電容器組成。帶有兩個(gè)電流發(fā)生器的第一充電泵的一輸出通過(guò)兩電阻器與濾波器中的電容器相連接。將來(lái)自有兩個(gè)電流發(fā)生器的第二充電泵的輸出只通過(guò)一個(gè)電阻器與濾波器中的電容器相連接，以這樣方式控制充電泵使得要求低環(huán)帶寬時(shí)使來(lái)自第二充電泵的電流幅度等于零，即只有第一充電泵是在工作。當(dāng)要求高的環(huán)帶寬時(shí)情況正好相反，即只有第二充電泵在工作。
通過(guò)改變來(lái)自第一或第二充電泵的電流幅度可使環(huán)帶寬有輕微變化。這可用以下事實(shí)來(lái)解釋，即，環(huán)帶寬取決于流過(guò)濾波電容器的電流。由于阻尼因子取決于主要電流強(qiáng)度的乘積并也取決于該電流通過(guò)的電阻器的阻抗這樣的事實(shí)，所謂環(huán)的阻尼因子對(duì)給定低環(huán)帶寬和給定高環(huán)帶寬可獲得最優(yōu)值。因此，可分別在高和低值附近對(duì)環(huán)的帶寬作少許改變而不過(guò)分損害阻尼因子。
本發(fā)明的目的是提供起始段所述類型的鎖相環(huán)，其帶寬可連續(xù)變化而無(wú)損于環(huán)的穩(wěn)定性。這可通過(guò)在增加環(huán)帶寬時(shí)增加第一和第二電流發(fā)生器的電流輸出幅度來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，至少在要求環(huán)帶寬高于所用的最低帶寬時(shí)這兩個(gè)電路都在工作。而當(dāng)希望減小帶寬時(shí)，減少兩個(gè)電流發(fā)生器的輸出電流幅度。用這種方法，有可能彼此無(wú)關(guān)地對(duì)帶寬阻尼因子加以控制，使帶寬在低值和高值之間連續(xù)變化而同時(shí)維持阻尼因子。
能夠注意到將改變阻尼因子的裝置和改變環(huán)帶寬的裝置分開(kāi)，在由于除了達(dá)到快速頻率變化以外的原因而改變環(huán)路特性時(shí)是有利的。
按照本發(fā)明的可變帶寬鎖相環(huán)的特征在于構(gòu)造所述控制裝置使當(dāng)要求以一種方向改變例如增加環(huán)帶寬時(shí)按第一方向改變例如增加來(lái)自各電流發(fā)生器的電流幅度，而在要求以另一方向改變例如減少環(huán)帶寬時(shí)按另一方向改變例如減少電流幅度，從而連續(xù)改變環(huán)帶寬而維持所要求的阻尼因子。
按照本發(fā)明的可變帶寬鎖相環(huán)的特征還在于，所述第二點(diǎn)是阻性元件和容性元件間的連接點(diǎn)，所述第一點(diǎn)是阻性元件上不同于所述連接點(diǎn)的另一端。
按照本發(fā)明的可變帶寬鎖相環(huán)的特征還在于，構(gòu)造所述控制裝置使要求低環(huán)帶寬時(shí)第二電流發(fā)生器電流幅度為0。
現(xiàn)在參考附圖，更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，附圖中

圖1是具有受控振蕩器的常規(guī)鎖相環(huán)的原理框圖；圖2更詳細(xì)地圖示圖1所示環(huán)中所包括的先前已知的用以產(chǎn)生濾波的振蕩器控制電壓的裝置；圖3和圖4各圖示按照本發(fā)明裝置的兩個(gè)示例性實(shí)施例，該裝置可產(chǎn)生濾波的振蕩器控制電壓并且被安排成允許環(huán)帶變化。
圖1是說(shuō)明常規(guī)鎖相環(huán)的示范性的原理框圖。標(biāo)號(hào)14標(biāo)識(shí)受控振蕩器，例如所謂VCO(電壓受控振蕩器)。用分頻器15劃分該振蕩器輸出信號(hào)的頻率，將分頻后信號(hào)加至相位比較器12。將其準(zhǔn)信號(hào)加到類似分頻器15的分頻器11，該分頻器11與相位比較器12相連接。按照所要求的振蕩器信號(hào)的頻率，用已知方法劃分振蕩器信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)的頻率。相位比較器12在其兩個(gè)與裝置13相連接的輸出端上產(chǎn)生脈沖信號(hào)，而裝置13用于產(chǎn)生加到振蕩器14的濾波控制電壓。
加到相位比較器12的兩個(gè)信號(hào)由短脈沖串組成。當(dāng)兩個(gè)脈沖串的脈沖同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，在兩個(gè)輸出端產(chǎn)生短脈沖。當(dāng)脈沖沒(méi)有同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，在所述兩個(gè)輸出端之一產(chǎn)生短脈沖，在所述輸出端的另一端產(chǎn)生一個(gè)其寬度和一個(gè)脈沖串中脈沖與另一脈沖串中脈沖的時(shí)間差成正比的脈沖。當(dāng)所述一個(gè)脈沖串的脈沖間的時(shí)間差和另一所述脈沖串的脈沖相比連續(xù)變化，即脈沖頻率相互不同時(shí)，在一輸出端產(chǎn)生短脈沖而在另一輸出端產(chǎn)生脈沖寬度連續(xù)增大的脈沖信號(hào)。當(dāng)脈沖寬度達(dá)到最大值，所述脈沖便開(kāi)始新的其脈沖不斷增大的序列。哪一個(gè)輸出產(chǎn)生短脈沖以及哪一個(gè)所述輸出產(chǎn)生長(zhǎng)脈沖是由從基準(zhǔn)信號(hào)導(dǎo)出的脈沖串中的脈沖是先于還是后于從振蕩器信號(hào)導(dǎo)出的脈沖串中的脈沖到達(dá)來(lái)決定。
圖2示出用于裝置13的已知技術(shù)的一實(shí)例，該裝置13的功能是產(chǎn)生一濾波的振蕩器控制電壓。該裝置包含兩個(gè)電流發(fā)生器21、22和由與電容器24串聯(lián)連接的電阻器23組成的濾波器。然而，實(shí)際上該裝置13可包括比濾波器23、24以外更多的濾波器電路，這些增加的電路可置于所示濾波器的左邊和右邊。
當(dāng)激活電流發(fā)生器21時(shí)，有正的電流傳送到該濾波器，而當(dāng)激活電流發(fā)生器22時(shí)，將負(fù)的電流傳送到所述濾波，因此，在電流發(fā)生器21激活時(shí)電容器24兩端電壓增大，而當(dāng)激活電流發(fā)生器22時(shí)所述兩端電壓就下降。圖1中相位比較器12以這種方式作用，即使得當(dāng)由基準(zhǔn)信號(hào)中導(dǎo)出的脈沖串的脈沖先于由振蕩器信號(hào)中導(dǎo)出的脈沖串的脈沖到達(dá)時(shí)激活電流發(fā)生器21。這便導(dǎo)致振蕩器信號(hào)頻率增加。在另一場(chǎng)合下，激活電流發(fā)生器72，以使所述振蕩器信號(hào)頻率降低。
由于前述的對(duì)振蕩器控制信號(hào)的濾波，如前所提及的，進(jìn)行足夠快的頻率變化和相位校正并非總是可能的。
圖3說(shuō)明按照本發(fā)明用于產(chǎn)生供給振蕩器濾波控制電壓的裝置的第一示范性實(shí)施例，該裝置這樣進(jìn)行構(gòu)造，使環(huán)帶寬可變化。該裝置包括兩個(gè)電流發(fā)生器21、22和濾波23、24，它們和圖2中相應(yīng)部件相一致，而其不同在于可控制電流發(fā)生器使該電流幅度也受控。所說(shuō)明裝置還包括第二對(duì)電流發(fā)生器25、26。這些發(fā)生器與電阻器23和電容器24間的連接點(diǎn)相連，即連接到濾波器中不同于電流發(fā)生器21、22所連接點(diǎn)的一點(diǎn)上。電流發(fā)生器25、26也是可控制的，以使電流幅度可變化。來(lái)自電流發(fā)生器21、22和25、26的電流幅度成對(duì)地、彼此無(wú)關(guān)地由控制裝置27控制，這從圖中看是顯然的。從圖中也可看到，電流發(fā)生器25和電流發(fā)生器21由同一脈沖串激活。電流發(fā)生器22和26也由一個(gè)并且由同一個(gè)脈沖串所激活。
因?yàn)榈诙?duì)電流發(fā)生器25、26使電流只流過(guò)電容器而不流過(guò)電阻器，所以有可能確定流過(guò)電容器的電流量而與流過(guò)電阻器的電流量無(wú)關(guān)，從而以不受電阻器限制的速度對(duì)電容器充放電。
在要求低的環(huán)帶寬的時(shí)間周期中，將從所述第二對(duì)電流發(fā)生器25、26導(dǎo)出的電流幅度設(shè)置為0即不用這些電流發(fā)生器是適宜的。在這些時(shí)間周期中，圖3所示裝置大體上以圖2所示已知裝置同樣方式運(yùn)行。然而，由于幅度是可控制的，所以有可能使從電流發(fā)生器21、22導(dǎo)出的電流強(qiáng)度比適宜于圖2所示裝置的電流強(qiáng)度要弱。
借助圖3所示裝置，有可能彼此無(wú)關(guān)地確定環(huán)帶寬和阻尼因子。所以有可能以正確方式改變電流發(fā)生器的電流強(qiáng)度來(lái)改變環(huán)帶寬而同時(shí)保持阻尼因子不變并維持環(huán)穩(wěn)定性。假定在正常條件下，第一對(duì)電流發(fā)生器21、22的電流為一低值I0，而第二對(duì)電流發(fā)生器25、26的電流為0值。當(dāng)要求高環(huán)帶寬例如頻率變化時(shí)，借助于來(lái)自控制裝置27的信號(hào)及時(shí)地將第一對(duì)電流發(fā)生器電流從低值I0改變?yōu)檩^高值I1，而將來(lái)自第二對(duì)電流發(fā)生器的電流從0改變?yōu)樽詈酶哂贗1的值I2。可以看到當(dāng)電流I1獲得N×I0的值，電流I2達(dá)到N×(N-1)×I0值時(shí)，該帶寬增大N倍。這產(chǎn)進(jìn)行頻率變化所化時(shí)間就減小N倍。
當(dāng)重新要求低環(huán)帶寬時(shí)，借助于來(lái)自控制裝置27的控制信號(hào)使電流返回其正常值。例如，當(dāng)相位比較器12檢測(cè)出的相位誤差低于給定值，或簡(jiǎn)單地說(shuō)，當(dāng)開(kāi)始頻率變化后已過(guò)一給定時(shí)間周期時(shí)，上述情形伴隨頻率變化出現(xiàn)。
不時(shí)改變環(huán)帶寬是適宜的。如上所述，借助于來(lái)自兩對(duì)電流發(fā)生器的并發(fā)電流，對(duì)帶寬和阻尼因子彼此無(wú)關(guān)地加以控制。帶寬由通過(guò)電容器的組合電流確定而阻尼因子由通過(guò)電阻器的電流確定。后者完全從電流發(fā)生器21、22中導(dǎo)出。
圖4說(shuō)明用于產(chǎn)生加到振蕩器的濾波的控制電壓并構(gòu)成本發(fā)明裝置一部分的裝置的第二示范性實(shí)施例。按照該實(shí)施例，該裝置包含三對(duì)電流發(fā)生器31-36以及比先前描述和說(shuō)明的更為復(fù)雜的濾波器。該濾波器馀三個(gè)電阻器37-39和三個(gè)電容器40-42。每個(gè)電容器有一接地端，三對(duì)電流發(fā)生器中的每一對(duì)和電容器上各個(gè)第二端相連接。三個(gè)上電流發(fā)生器31、33、35由同一信號(hào)激活，三個(gè)低電流發(fā)生器32、34、36也由單個(gè)信號(hào)激活，雖然圖中未示出。這種情形下也包括與圖3實(shí)施例控制裝置27相對(duì)應(yīng)的控制裝置，該控制裝置對(duì)控制電流發(fā)生器產(chǎn)生的電流幅度起作用。這在圖1也未示出。
在正常條件下，即要求低環(huán)帶寬時(shí)，例如只使用電流發(fā)生器35、36或電流發(fā)生器33、34。當(dāng)要求高帶寬時(shí)，使用兩對(duì)或所有三對(duì)電流發(fā)生器。電流發(fā)生器31、32專門提供由濾波電路產(chǎn)生的控制電壓的快速電壓變化。但另一些可能性是可想象到的。在這種條件下帶寬也可在低和高值之間連續(xù)變化而維持阻尼因子，因?yàn)楹脦讓?duì)電流發(fā)生器可同時(shí)工作。
允許附加的電流發(fā)生器例如圖3中的25、26在要求低環(huán)帶寬也產(chǎn)生電流是可以想見(jiàn)的。這些電流的幅度應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高帶寬要求的電流幅度。
如依次改變環(huán)帶寬，例如以每個(gè)電流脈沖一級(jí)按多級(jí)來(lái)改變不同電流脈沖的幅度。最好在兩個(gè)電流脈沖間隔進(jìn)行每次這樣的幅度變化，從而避免振蕩器控制信號(hào)中不希望有的電壓變動(dòng)。
可以理解，用單個(gè)電流發(fā)生器取代每對(duì)電流發(fā)生器也是可以想見(jiàn)的，所述單個(gè)電流發(fā)生器可借助于控制信號(hào)或供給正的或供給負(fù)的電流給判定點(diǎn)。
每個(gè)電流發(fā)生器也可由具有多個(gè)電阻器、可借助控制信號(hào)以合適方式加以激勵(lì)的電壓源所取代。
使用三對(duì)或多對(duì)電流發(fā)生器而不把所有發(fā)生器對(duì)連接到濾波電路中不同點(diǎn)上也是可能的。但所述對(duì)中至少兩對(duì)必須始終與不同的點(diǎn)相連。
而且，可構(gòu)造相位比較器以便以不同于以上說(shuō)明的方式產(chǎn)生脈沖。
權(quán)利要求
1.一種可變帶寬的鎖相環(huán)，它包含用于產(chǎn)生可變頻率信號(hào)的受控振蕩器(14)，相位比較器(12)，包括至少一個(gè)阻性元件(23，37-39)和一個(gè)容性元件(24，40-42)的濾波電路，可控制的第一(21-22，35-36)和第二(25-26，31-32)電流發(fā)生器，使每個(gè)電流發(fā)生器構(gòu)造成可響應(yīng)來(lái)自相位比較器(12)的輸出信號(hào)而產(chǎn)生正的或負(fù)的脈沖電流，其中的第一電流發(fā)生器的一輸出端連接到濾波電路中的第一點(diǎn)，而第二電流發(fā)生器的一輸出端連接到濾波電路中的第二點(diǎn)，該鎖相環(huán)還包括用于控制所述電流的幅度的控制裝置(27)，該鎖相環(huán)的特征在于，將所述控制裝置(27)構(gòu)造成使當(dāng)要求以一種方向改變例如增加環(huán)帶寬時(shí)按第一方向改變例如增加來(lái)自各個(gè)電流發(fā)生器(21-22，25-26，31-36)的電流的幅度而在要求以另一方向來(lái)改變例如減小環(huán)帶寬時(shí)則按另一方向改變例如減少電流幅度，從而使環(huán)帶寬得以連續(xù)變化而維持所要求的阻尼因子。
2.如權(quán)利要求1所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述第二點(diǎn)是阻性元件(23，37)和容性元件(24，42)間的連接點(diǎn)，所述第一點(diǎn)是阻性元件上不同于所述連接點(diǎn)的另一端。
3.如權(quán)利要求2所述的鎖相環(huán)，其特征在于，這樣構(gòu)造所述控制裝置(27)使得要求低環(huán)帶寬時(shí)第二電流發(fā)生器(25-26，31-32)的電流幅度為0。
全文摘要
具有可變帶寬的鎖相環(huán)包含受控振蕩器，相位比較器，兩個(gè)電流發(fā)生器(21-22，25-26)和環(huán)濾波器(23-24)。各個(gè)電流發(fā)生器用于響應(yīng)來(lái)自相位比較器的信號(hào)而產(chǎn)生正的或負(fù)的脈沖電流。電流發(fā)生器的各個(gè)輸出各自與環(huán)濾波器相應(yīng)點(diǎn)相連接。通過(guò)在增加帶寬時(shí)增加來(lái)自各電流發(fā)生器(21-22，25-26)的電流幅度以及減小帶寬時(shí)減小來(lái)自各電流發(fā)生器的電流幅度來(lái)連續(xù)改變環(huán)帶寬而維持要求的阻尼因子。
文檔編號(hào)H03L7/107GK1053334SQ9010927
公開(kāi)日1991年7月24日 申請(qǐng)日期1990年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月13日
發(fā)明者保羅·威爾金森·登特 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司