专利名称：多频带调制技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及多频带调制技术，具体而言，涉及一种只采用一个压控振荡器(VCO)，但是产生两个或更多输出频率范围的电路。
图1所示的是一个标准锁相环(PLL)框图。基本锁相环的输入频率fin2被分频器4分频，在分频器4中，输入频率fin2被N分频。分频器4的输出被输入到鉴相器6。鉴相器6输出一个与两个输入频率的相位差成比例的电压。然后鉴相器输出电压被输入到环路滤波器8。环路滤波器8平滑鉴相器的输出电压，并决定基于所选环路滤波器参数的环路性能。环路滤波器8的输出调整压控振荡器(VCO)10，并决定VCO10的输出频率。VCO10的输出然后作为输入通过反馈环路14反馈回鉴相器6。鉴相器6的输出电压将根据VCO10的输出频率和输入频率fin2之间的相位差而变化。
反馈环路14因而提供一种根据输入频率fin2的相位“锁定”输出频率fout12相位的方法。如果输入频率fin2是高度稳定的参考频率，PLL电路将产生高度稳定的输出频率fout12。PLL电路产生的输出频率fout12等于[fin/N]，其中VCO输出频率fout12的相位跟随输入频率fin2的相位。
如图2所示，为了改变输出频率fout12，分频器16可以用于反馈环路14。在这种情况下，VCO10的输出频率fout12等于[(fin*M)/N]。如果分频器16由可编程计数器实现，则M的值可以改变。因而，输出频率fout12可以通过改变M的值调整到所需的值。
现在参考图3，所示的是一种PLL电路的应用。经过相位调制的中间输入频率(IF)18输入到PLL电路的第一分频器4。反馈环路14包含两个附加方框。混频器22将本振信号RFLO26和信号20RFOUT混频，混频器22的输出输入到带通(BP)滤波器24。混频器的输出可以被称为“反馈频率”。反馈频率可以从由谐波混频产生的大量频率中选择出来。一般来说，混频器输出等于[±n*RFOUT±m*RFLO]。如果n和m等于“1”，混频器的选择输出是RFOUT-RFLO或RFLO-RFOUT(假定为下变频)。带通滤波器24除去由混频器22产生的任何不需要的混频产物并决定哪一个频率反馈到M分频器16。剩下的框图部分象前面图示所说明的那样操作。PLL电路将输入频率IF18转换(移动)为和它同相的VCO频率。所以，通过调整频率RFLO26的值，对于一个给定中间频率(IF)18可以产生所需的输出频率RFOUT20。
在下列方程式中，ffb是由混频器输出的反馈频率，fVCO是VCO频率，fin是输入频率。变量“n”和“m”是由谐波混频引入的整数乘数。这些方程说明了图3电路的操作过程。ffb=±n·fVCO±m·fLO⇒fVCO=±1nffb±mnfLO]]>ffb/M=fin/Nffb=fin·MN]]>fOUT=fVCO=±fin·MN·1n±mnfLO]]>假定“n”和“m”是1，方程变为
对于需要两个不同RFOUT频带的应用，比如双频蜂窝电话，一般需要第二个PLL电路。例如，在GSM/DCS1800双频蜂窝电话中，GSM频带的发射频带是890-915MHz，DCS1800频带的发射频带是1710-1785MHz。这将需要采用两个独立的VCO，这将增加整个系统的成本和复杂性。因而，最好有一个PLL电路，这个电路可以只用一个VCO产生两种不同的输出频带。
因而本发明的第一个目的是提供一种电路，其只用一个VCO产生至少两种不同的输出频率。
本发明的第二个目的是提供一种电路，其用单个混频器可以产生至少两个不同的输出频率范围。
本发明的第三个目的是提供一种电路，其能在GSM/DCS1800双频蜂窝电话中高效地工作。
这些及其它目的可以在本发明的第一实施例中实现，其中倍频器(或分频器)连接至标准PLL电路中VCO的输出。VCO的输出和倍频器的输出根据需要哪个输出频率来进行可选择地反馈。输出频率可以直接取自VCO或倍频器。当输出频率取自倍频器的输出时，倍频器的输出被反馈，为了补偿由倍频器引起的环路增益，控制信号调整鉴相器和/或环路滤波器的增益。对于多频带操作，可能要增加附加的倍频器或分频器。但是鉴相器和/或环路滤波器增益必须进行相应调整以补偿电路的环路增益。
在第二实施例中，通过调整N和M分频值来取代第一实施例中对鉴相器和/或环路滤波器的增益的调整。
在本发明的第三实施例中，倍频器(或分频器)连接至VCO的输出。倍频器将VCO的输出乘以乘数“H”。但是倍频器的输出不反馈。附加倍频器可根据需要增加，并通过控制信号选择所需输出。分频值N被控制信号调整，使得当输出频率从倍频器输出提取时，N/M的值等于“H”的值。这种结构使环路输入与输出的调制指数相等。
在第四实施例中，为了使N/M的值等于乘数“H”的值并补偿由改变M的值引起的环路增益，M的值，N的值，鉴相器增益和环路滤波器增益都可以调整。第四实施例在第三实施例不足以覆盖所需频率范围的设计环境下有优势。为了使N/M值调整简单并允许多频带操作，N和M分频器可作成可编程形式。
本发明的特性，及其目的和优点，将通过下列对附图的说明，变得显而易见，附图中参考数字说明贯穿全图图1是基本锁相环(PLL)框图；图2是在反馈环路中采用程序计数器的PLL频率合成器框图；图3是PLL框图，其中的反馈环路包含混频器；图4是根据本发明的第一实施例的PLL框图，其中倍频器和频带开关用来提供两个不同的输出频率范围；图5是根据本发明的第二实施例的PLL框图；图6是根据本发明的第三实施例的PLL框图，其中倍频器和选择器在反馈环路之外；图7是根据本发明的第四实施例的PLL框图。
下面的描述是为了使本领域技术人员实现和使用本发明，并且给出了发明人认为的实现本发明的最好模式。由于本发明的基本原则是提供一种只采用一个压控振荡器(VCO)产生两个不同的输出频率范围的电路，因而对那些精通此技术的人来说，各种变型是显而易见的。
本发明将参考图4进行说明。PLL框图大致按照图3所述进行操作。但是本发明对基本电路增加了两个附加部件，二倍频器28和频带开关38。当频带开关38直接连接VCO10的输出时(即频带开关38在“38a”的位置)，电路按参考图3描述的方式进行操作。即，fOUT=fVCO=±fin·MN±fLO]]>
当频带开关38在“38b”的位置时，PLL电路的操作将会完全不同。VCO10的输出不会反馈回混频器22，二倍频器28的输出将被反馈。二倍频器28将VCO10提供的输入频率二倍频，输出频率信号RFOUT130。虽然当前描述的优选实施例采用二倍频器，本发明可以采用任何倍频器(或分频器)而不背离其原则。例如，二倍频器28可以实际将VCO10的输出频率二分频，或三倍频。应注意，由于乘1/2等于除2，所以本发明使用“倍频器”一词含有分频器之意。
本电路满足下列方程，H是倍增值。fOUT=H·fVCOfOUT=±finMN·1n±mn·fLO]]>
注意调制指数独立于倍增值H。因而通过根据需要设置输入频率IF18,VCO10，和混频器输入频率RFLO26的值，可以只采用一个VCO10，由PLL电路输出两个不同的频率范围。采用此方案的另一个优点是不需要调整N/M的比值，使得分频器4,16不需要是可编程的。
但是如果采用二倍频器28，假定M分频器16的值保持不变，PLL电路的环路增益将加倍。如果改变M的值以补偿环路增益，则输入与输出频率间的相位关系将改变。因而，当频带开关38连接至二倍频器28的输出时，需要补偿电路的环路增益。这个问题可以这样解决，采用带有可选择增益的环路滤波器8，采用带有可选择增益的鉴相器6，或采用带有可选择增益的鉴相器6和环路滤波器8。控制信号线40输入到频带开关38，鉴相器6和/或环路滤波器8。当控制信号线40上的控制信号将频带开关38置于位置“38a”时，鉴相器6和/或环路滤波器8的增益被设为所需值以直接从VCO10取得输出。当控制信号线40上的控制信号将频带开关38置于位置“38b”时，鉴相器6和/或环路滤波器8的增益被设为所需值以从二倍频器28取得输出。所以，只采用一个VCO，可以利用一条控制信号线调整PLL电路来产生两个不同的输出频率范围。
以GSM/DCS1800双频蜂窝电话为例，VCO的输出频率范围可以设计为855-915MHz。直接从VCO取得输出频率可以为GSM发射频带(890-915MHz)提供所需的频率范围。把频带开关38置于位置“38b”将加倍输出频率，并为DCS1800发射频带提供所需的频率范围1710-1785MHz。
图5所示为本发明的第二实施例。在第一实施例中，M值假定不变。但是，为了补偿环路增益，M值应可以调整。但是，如果调整M值，为了输出所需频率，N值也应被调整。在图5中，控制信号线41上的控制信号根据需要调整M和N值。而且，鉴相器和/或环路滤波器的增益如果需要也可以被调整(没有表示出来)。
再参考图3，给出了一种众所周知的产生恒定包络调制信号的现有技术方法。锁相环(PLL)电路将经调制的IF输入信号作为鉴相器6的参考输入。如图6所示，通过修改这种结构，可以产生等于H*fc的调制信号，其中fc是VCO的输出频率。但是，为了使此种方法正常工作，N/M的比值必须等于施加给VCO输出频率的调制因数“H”。这种设计要求使环路输入与输出处的调制指数(和调制带宽)保持相等。考虑下列方程ffb=±n·fVCO±m·fLO⇒fVCO=±1nffo±mnfLO]]>ffb/M=fin/Nffb=fin·MN]]>fVCO=±fin·MN·1n±mnfLO]]>fOUT=H·fVCO=±MN·Hnfin±mHnfLO]]>
假定“n”等于1，为了保持调制指数，分频器比值N/M必须等于H。
图6所示为本发明的第三实施例。VCO10的输出被反馈回混频器22，环路按图3所示进行操作。VCO10的输出也被输入到两个倍频器框图46,48。倍频器框图46,48将VCO10的输出分别乘以“H1”和“H2”。例如，如果VCO10是可调整的以覆盖频率范围855-915MHz，H1可设为“1”，H2设为“2”。如果输出取自H1框图46，可以覆盖GSM频带(890-915MHz)。如果输出取自H2框图48，可以覆盖DCS1800频带(1710-1785MHz)。为了输出所需频率，控制信号线54控制输出选择器50。
为了使N/M的值等于H，控制信号线54根据选择哪一个输出频率来调整N的值。注意为了不改变电路的环路增益，需要M的值保持不变。因此，最好只调整N的值。但是，并不是总能只通过调整N的值就能覆盖所需的频率范围。
图7所示为本发明的第四实施例。除了M的值和N的值都能调整外，本实施例与第四实施例类似。这能在设计覆盖所需输出频率范围的电路时获得很大灵活性。但是，如果M的值可以调节，环路增益将改变。因此，为了补偿环路增益，鉴相器6和/或环路滤波器8的增益也被调整。
这种结构优于现有技术体现在为了覆盖两个(或更多)频带，只需要一个VCO。同时，环路中的混频器总是具有相同的输入频率范围，使得混频器能够对特定的应用进行优化。通过控制分频比N/M的值，使N/M=H，当两个频带的调制相似时(就象GSM/DCS1800频带那样)，输入IF的调制可以保持不变。为了使N/M的值易于调整并允许多频带操作，N和M分频器可作成可编程的。
那些熟悉本领域技术的人应理解在不背离本发明的范围和精神的原则下可对上述优选实施例进行调整和修改。因此，可以理解在下列权利要求的范围内，本发明可以不采用这里的描述方法来实现。
权利要求
1．一种产生两个或更多输出频率范围的锁相环(PLL)电路，包括对输入频率信号进行N分频的第一分频器；具有可选增益控制，并连接到第一分频器的鉴相器；连接到鉴相器输出的环路滤波器；连接到环路滤波器输出的压控振荡器(VCO)；连接到VCO输出的倍频器；频带开关，其具有连接至VCO输出的第一输入，连接至倍频器的输出的第二输入，和可以选择性地连接至第一或第二输入的输出；具有两个输入的混频器，其中一个输入连接至频带开关的输出，另一个输入连接射频信号；对频率进行M分频的第二分频器，其连接至混频器的输出，第二分频器的输出连接至鉴相器的输入；连接至频带开关和鉴相器的控制信号线，当控制信号线上的控制信号为频带开关选择所需的反馈频率时，鉴相器的可选择增益被相应地进行设置。
2．根据权利要求1的电路，其特征在于环路滤波器具有可选增益并且环路滤波器增益由控制信号线上的控制信号而不是由鉴相器增益所设置。
3．根据权利要求2的电路，其特征在于环路滤波器增益和鉴相器增益由控制信号线上的控制信号设置。
4．根据权利要求3的电路，其特征在于带通滤波器连接在混频器和第二分频器之间。
5．根据权利要求4的电路，其特征在于倍频器是二倍频器，而且环路滤波器或鉴相器的可选增益有两种设置，一种对应于频带开关连接至VCO输出，第二种设置对应于频带开关连接至二倍频器输出。
6．根据权利要求5的电路，其特征在于VCO输出频率范围是855-915MHz。
7．根据权利要求1的电路，其特征在于N和M分频值，而不是鉴相器增益被调整。
8．一种由锁相环(PLL)电路产生两个或更多输出频率范围的方法，该锁相环电路具有鉴相器，环路滤波器，和单个压控振荡器(VCO)，该方法包括以下步骤将VCO的输出乘以一个预定的值，以产生倍增的输出；选择所需的输出频率；根据选定的所需输出频率，将VCO的输出或经过倍增的输出可选择地反馈回鉴相器，当选择VCO的输出时，VCO的输出被反馈，当选择倍增的输出时，倍增的输出被反馈；将鉴相器或环路滤波器的增益控制设置为预定的值，其增益控制根据选定的输出频率进行设置。
9．根据权利要求8的方法，其中设置步骤包括设置鉴相器和环路滤波器的增益控制。
10．根据权利要求8的方法，其中根据选定的输出频率调整N和M的值，而不是设置增益控制。
11．根据权利要求9的方法，其中倍增的步骤进一步包括将VCO的输出乘以多个预定值，可选择地反馈的步骤包括根据选定的所需输出频率将VCO的输出或多个经倍增的输出之一反馈回鉴相器。
12．一种产生两个或更多输出频率范围的锁相环(PLL)电路，包括将输入频率信号进行N分频的第一分频器，其中N值可以调整；连接到第一分频器输出的鉴相器；连接到鉴相器输出的环路滤波器；连接到环路滤波器输出的压控振荡器(VCO)；一个或多个连接到VCO输出的倍频器；具有两个输入的混频器，其中一个输入连接至VCO的输出，另一个输入连接本振信号；对频率进行M分频的第二分频器，其连接至混频器的输出，第二分频器的输出连接至鉴相器的输入；连接至一个或多个倍频器输出的选择器，用于选择输出频率；连接至选择器和第一分频器的控制信号线，其调整N的值，以使N/M的比值等于与选定的输出频率相关的倍频值。
13．根据权利要求11的电路，其特征在于控制信号线连接至第二分频器，鉴相器和环路滤波器；M的值，鉴相器增益和/或环路滤波器增益都根据选定的输出频率进行调整。
14．根据权利要求11的电路，其特征在于带通滤波器连接在混频器和第二分频器之间。
15．根据权利要求12的电路，其特征在于只有一个倍频器连接至VCO的输出，选择器在VCO的输出和倍频器的输出之间选择。
16．根据权利要求15的电路，其特征在于倍频器是二倍频器，VCO输出频率范围是855-915MHz。
17．一种由锁相环(PLL)电路产生两个或更多输出频率范围的方法，该锁相环电路具有单个压控振荡器(VCO)，可调整的N分频的第一分频器，M分频的第二分频器，鉴相器，和环路滤波器，此方法包括以下步骤将VCO的输出乘以一个预定的值，以产生倍增的输出频率；选择所需的输出频率，其是VCO的输出或是经倍增的输出频率；当选择倍增的输出时，调整第一分频器的值以使N/M的值等于预定值，当选择VCO的输出时，调整N/M的值等于1。
18．根据权利要求16的方法，其中的调整步骤进一步包括调整M的值，鉴相器增益和/或环路滤波器增益也被调整。
19．根据权利要求16的方法，其中倍增步骤进一步包括将VCO的输出乘以多个预定值，选择步骤进一步包括选择VCO的输出或多个经倍增的输出频率之一，调整步骤进一步包括根据选定的输出频率调整N/M的值等于预定值。
全文摘要
该调制技术采用含有一个压控振荡器(VCO)的锁相环电路产生两个或更多个输出频率范围。其中,倍频器连接至VCO的输出,VCO的输出和倍频器的输出根据需要哪一个输出频率进行可选择性地反馈,输出频率可以直接取自VCO或取自倍频器,当输出频率取自倍频器的输出时,为了补偿由倍频器引起的环路增益,控制信号调整鉴相器和/或环路滤波器的增益。
文档编号H03L7/185GK1237042SQ9910302
公开日1999年12月1日 申请日期1999年3月19日 优先权日1998年3月19日
发明者莫腾·达姆高, 另一发明人译名待定 申请人:科内克森特系统公司