具有改进稳定性的频率锁定环制造技术

本发明专利技术提供能够转换成具有改进的稳定性的信号频率的频率锁定环（１００）及其方法。本发明专利技术中的频率锁定环（１００）包括用来接收输入信号（１０２）的输入端和用来输出输出信号（１０４）的输出端，输出信号与输入信号相比具有不同的频率。配置频率检测器（１１４），以用于接收来自一级信道的已提取公因子的第一输入和来自二级信道的已提取公因子的第二输入，从而计算已提取公因子的第一输入和已提取公因子的第二输入之间的差值，并且基于两个已提取公因子的输入之间的差值，产生一个输出。配置压控振荡器（１１８），以用于接收来自频率检测器（１１４）的输出，并且产生一个输出信号（１０４）。压控振荡器（１１８）基于频率检测器（１１４）的输出，最终设定输出频率。和传统频率锁定环不一样，频率检测器（１１４）接收来自二进制速率乘法器的输入，该乘法器的运行与输入因数是否需要复杂的简化无关；也就是说，与Ｍ和Ｎ是否够大和是否是素数无关，由于该二进制速率乘法器并不依赖于各输入因数的可约性，因此该电路无法负担较慢的校正。本发明专利技术提供一个电路结构，该电路结构比任何传统设计运行的更快更好，并且在环路中没有内部极点。此外，依据本发明专利技术配置的电路，其运行与Ｍ和Ｎ是否是相对较大的不可约数，诸如素数无关。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及频率锁定环电路，尤其涉及为了改进稳定性而利用二进制速率乘法器的频率锁定环。在所谓的锁相环(PLL)设计中，设计者的目的是产生一个在某种程度上与已知的参考频率相关的输出频率。锁相环通常被用来控制信号的相位频率。这个关系式通常是Fout＝(M/N)*Fref。其中Fref是一个输入信号的输入参考频率，且Fout是最后得到的输出信号。传统分析电路元件产生因数M和N，以除以一个输入信号。这样，提供一个与输入信号相比不同频率的输出信号。通常，大多数传统的锁相环实施如下的处理。因为Fout＝(M/N)Fref，由此可知Fout/M＝Fref/N。因此提供数字分频器来产生公共频率Fout/M，该频率与Fref/N是相同的，并且使用一个被称为频率检测器的装置。这个频率检测器在该公共频率下运行，并且配置模拟滤波器元件，从而控制产生所需输出频率Fout的一个压控振荡器(VCO)。通过使用反馈可以看到，压控振荡器能够被“锁定”在适当的频率之上，并且在环路内进行进一步的调整，然后当Fout/M确实等于Fref/N时停止。很明显，这是一个反馈环路，其中频率检测器的输出，作为Fout/M和Fref/N之间的差值，是驱动环路的误差信号。存在的一个共同的问题，是因为在频率检测器中检测到一个相位差，所以这个环路的阶数大于1。这是因为作为频率的积分的相位，必然与压控振荡器的输入电压存在90度的相位位移响应。这也很清楚地表明在环路响应中有个极点，该环路响应由在频率检测器中测量相位并在VCO中控制频率的运行所创建。因此，该模拟滤波器是个复合体，并且需要具有一个消除该内部极点的零点。因此，至少存在一个第二阶控制系统，该系统需要已知和可预测的速率的两个频率依存设备(通常是两个电容)。其次，从频率检测器中获得用于调节环路的信号。结果，在大多数情况下，在Fout/M的速率下误差信号是有效的速率。在这些情况下，当M和N是无法进一步简化的因数，例如素因数时，频率检测器不能把一个较大的分数M/N简化到一个易于处理的数字。例如，两个素因数都不能进一步简化的分数1771/3997，将会产生输入频率除以1771和压控振荡器频率除以3997的分数。因此，由于在VCO运行频率相对较小时执行了校正，所以频率检测器的输出位于一个低频率。这样，这个环路缓慢的响应这些在控制输入(参考输入信号)中的变化。一个解决第二个问题的建议，是采用一个可变速率预定标器，或者采用一个“脉冲耗尽”预定标器的形式。上述装置评估具有较大的分子数和域约数的分数的简化，从而产生更易于管理的因数。脉冲耗尽预定标器在本领域是已知的，并且能够减轻相对较大的素数M和N因数在额外的复杂性上的消耗的问题。尽管如此，执行上述简化所需的计算中，仍存在着所执行的评估不精确以及速度较慢的问题。对于运用传统锁相环的另外一个缺点，是环路误差主要依靠环路滤波器值。在环路滤波器中电阻(“R”)值和电容(“C”)值能够变化，并且作为第二阶控制系统的传统环路，是基于至少两个时间常量的相关值的。最后，基于环路误差检测器的相位测量的一个频率控制环路的设计是否采用脉冲耗尽技术，需要将在误差检测器的输出端存在的噪声，传输给压控振荡器的控制节点——这是由于环路滤波器中存在必需的零点的原因。因此，使电路的设计者已经将一个第三频率从属元件引入，以“复制”噪声，从而使一个极点频率完全地超过环路单元增益的交叉点。因此，在传统频率控制环路一定要设计至少两个和三个或更多频率从属元件。所有的这些元件与环路的动态特性相关。同样地，元件在电路环路的运行中也能够影响例如，稳定时间，稳定性和其它的因素。因此，在电路中选择这些值，对于电路的设计是很重要的并且也是很困难的。因此，对于一个设备来说，存在一个在锁相环中具有改进性能因素的需要。正如以下所看到的，以一个极好的方式来实现本专利技术。
技术实现思路
本专利技术提供能够转换成具有改进的稳定性的信号频率的频率锁定环及其方法。本专利技术中的频率锁定环包括一个用于接收输入信号的输入端和一个用于输出输出信号的输出端，该输出信号与输入信号相比具有不同的频率。配置频率检测器，以用于接收来自一级信道的已提取公因子的第一输入和来自二级信道的已提取公因子的第二输入，从而计算已提取公因子的第一输入和已提取公因子的第二输入之间的差值，并且基于两个已提取公因子的输入之间的差值，产生一个输出。配置压控振荡器，以用于接收来自频率检测器的输出，并且产生一个输出信号。压控振荡器基于频率检测器的输出，最终设定输出频率。和传统频率锁定环不同，频率检测器接收来自二进制速率乘法器的输入，该乘法器的运行与输入因数是否需要复杂的简化无关；也就是说，与M和N是否够大和是否是素数无关，由于该二进制速率乘法器并不依赖于各输入因数的可约性，因此该电路无法负担较慢的校正。本专利技术提供一个电路结构，该电路结构比任何传统设计运行的更快更好，并且在环路中没有内部极点。此外，依据本专利技术配置的电路，其运行与M和N是否是相对较大的不可约数，诸如素数无关。附图说明图1是依据本专利技术的一个电压电流转换器的图；图2是描述本专利技术一个实施例的作用的一个流程图；图3是用于为VCO产生增加和减少信号的一个装置的图以及图4是描述本专利技术一个实施例的作用的一个流程图。具体实施例方式在下面的一个实施例中，对本专利技术进行了描述，该实施例是一个具有改进性能特性，包括改进稳定性的频率锁定环。然而，本领域技术人员将意识到，可以在频率锁定环有效的应用中实现本专利技术其它有效应用，并且不会脱离本专利技术的精神和由所附权利要求及其等价物所定义的范围。本专利技术提供一个具有改进稳定性的频率锁定环及其方法。依据本专利技术而设计的一个电路，克服了传统电路的许多缺点，例如以上所讨论的具有脉冲耗尽器的锁相环的问题。该电路不需要一个传统PLL中的脉冲耗尽预定标器。依照本专利技术设计的这样一个频率锁定环的一个优点是，无论环路滤波器中电阻(“R”)或电容(“C”)的取值如何，作为一个第一阶控制系统，该频率锁定环都是稳定的。一个简单的RC电路，其中R＝100k 并且C＝10pf，对于许多应用来说是足够的。频率则一直被锁定并且保持稳定，且与这些值无关。本专利技术中一个频率锁定环，包括一个接收一个输入信号的输入端，和一个输出一个输出信号的输出端，该输出信号与输入信号相比具有一个不同的频率。该电路进一步是一个二进制速率乘法器(BRM)电路。依照本专利技术，该BRM在一个第一因数值中提取公因数，从而产生一个已提取公因数的第一输入。在一个优选实施例中，第一因数值与输入和输出频率相关，并且包括一个特殊应用的预制因数值。配置一个频率检测器，以接收来自第一信道的已提取公因数的第一输入和来自第二信道的已提取公因数的第二输入，从而计算已提取公因数的第一输入和已提取公因数的第二输入之间的差值，并且基于已提取公因数的两个输入之间的差值，产生一个输出。配置一个压控振荡器，以接收来自频率检测器的输出，并且产生一个输出信号。压控振荡器基于频率检测器的输出，最终设定输出频率。与传统的锁相环不一样，在频率锁定环中的频率检测器接收来自BRM的输入，其运行与输入因数是否需要复杂的简化无关，从而大幅降低校正所引入信号的速率。与传统的结构不一样，由于BRM并不依赖各输入因数的可约性，所以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个具有改进稳定性的频率锁定环设备，包括：一个用来接收一个输入信号的输入端；一个用来输出一个输出信号的输出端，该输出信号与输入信号相比具有一个不同的频率；一个一级信道，该信道有一个二进制速率乘法器电路，配置该电路，以 在第一因数值中的提取公因数，从而产生一个已提取公因数的第一输入；一个二级二进制速率乘法器信道，配置该信道，以接收来自输出端的输出信号，并且在第二因数值中的提取公因数，从而产生一个已提取公因数的第二输入；一个频率检测器，配置该 频率检测器，以接收来自一级信道的已提取公因数的第一输入，和来自二级信道的已提取公因数的第二输入，该频率检测器有一个频率差电路，配置该频率差电路，以计算已提取公因数的第一输入和已提取公因数的第二输入之间的差值，并且基于该差值，产生一个输出；以及一个压控振荡器，配置该压控振荡器，以接收来自频率检测器的输出，和产生一个输出信号，并且响应所接收的来自频率检测器的输出，以控制输出信号的频率，其中二级信道以一个从压控振荡器到频率检测器的反馈环路的方式运行。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：AM马林森，
申请(专利权)人：ESS技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]