專利名稱：鎖相環、信號產生設備和同步方法
技術領域：
本發明涉及一種鎖相環、一種信號產生設備和一種同步方法，其中，將從相位比較器電路輸出的相位誤差信號提供給控制型振蕩器，從而根據輸入信號來執行同步和頻率變換，由此輸出一個高頻信號。
背景技術：
圖6是一個現有技術的鎖相環(PLL鎖相環)的框圖。這種鎖相環被廣泛應用于諸如數字調制信號產生設備之類的信號產生設備，并也被應用于各種裝置。
圖6所示的鎖相環包括基準信號發生器101、相位比較器電路105、環路濾波器106、控制型振蕩器107、諸如分頻器之類的變頻器108、和調制信號發生器109。
在未執行調制時，與來自基準信號發生器101的基準信號101a同步的輸出信號107a從控制型振蕩器107中輸出。
在執行調制時，將調制信號發生器109產生的調制信號109a加到來自環路濾波器106的輸出信號106a上，從而生成一個控制信號來用于該控制型振蕩器107(例如，參考JP-A-2002-290155和JP-A-1-129615)。
在圖6所示的鎖相環中，將調制信號加到控制型振蕩器的頻率調整端，以便由調制信號直接調制控制型振蕩器。
然而，在這種情況下，如圖7所示，該鎖相環具有關于調制輸入的高通特性。因此，為了在低頻部分執行調制，環頻帶必須相對于調制頻率足夠的窄。然而，縮窄環頻帶易于在低頻部分的調制，但是也縮窄了鎖定范圍。這導致了很難獲得環路同步的問題。還存在由高通特性引起的無法由DC來實現調制的問題。
為了使調制增益平坦，可采用如圖8所示的結構。
在圖8的示例中，由調制信號發生器109產生的調制信號109a通過調制器輸入電路111提供到調制器110，從而產生已調波110a。因此，環路從控制型振蕩器107輸出與已調波110a同步的輸出信號107a。另一方面，由校正信號產生電路112產生的校正信號112a與來自環路濾波器106的輸出信號106a相加，從而生成控制信號來用于該控制型振蕩器107。
以這種方式，將調制信號109a加到調制器110來生成已調波，并且還將調制信號109a部分分流來產生校正信號112a，并將該校正信號112a加到控制型振蕩器107的頻率調整端。該示例中，在環頻帶內，控制型振蕩器107輸出與來自調制器110的已調波110a同步的已調波，而在環頻帶外，該控制型振蕩器107由校正信號112a直接調制。因此，如圖9A所示，可獲得寬帶頻率特性。
然而，在這種情況下，調制器110的調制靈敏度必須與鎖相環的頻率特性匹配。為此目的，必須在外部提供一個用于調整該校正信號增益和頻率特性的電路。為了確定這種調整電路的特性，必須準確獲得環路濾波器106的頻率特性、相位比較器電路105的相位檢測靈敏度和控制型振蕩器107的頻率特性。這將導致難于在寬頻帶上提供平坦的頻率特性的問題。例如，從圖9B可以看出，頻率特性中很可能出現不規則性。
而且，如圖10所示，可在具有通過使環路濾波器的元件常量可變而擴展的鎖定范圍的狀態下保證同步。在圖10所示的示例中，由常量切換器113來對環路濾波器106A的常量進行切換，從而使環頻帶可變。因此，可根據環內的同步過程以及未執行調制或進行調制時的狀態來適當地選擇環頻帶。
在這種情況下，為了改變元件常量，使用模擬切換器。然而，為了改善環路的相位噪聲特性，從抑制熱噪聲的觀點看必須將元件常量設置在一個較低的值。另一方面，由于模擬切換器的導通電阻，所以對元件常量的電阻的減小是有限制的。這導致了無法提供具有優秀的相位噪聲的鎖相環的問題。
考慮以上情況，希望提供一種鎖相環，其可以實現由DC調制，并且能在寬頻帶上容易地給出具有平坦的頻率特性的調制，而不會減小環路的鎖定范圍。而且，希望無需從鎖相環外部提供校正信號就可以進行調制，并且希望不根據模擬切換器的導通電阻來確定環路濾波器的元件常量。
發明內容
考慮上述情況設計本發明，并提供一種鎖相環、一種信號產生設備和一種同步方法，本發明的設備和方法可以在寬頻帶上容易地獲得平坦的頻率特性，同時保證大的鎖定范圍。
在一些實施方案中，通過基于輸入信號執行同步和頻率變換來輸出高頻信號的本發明的鎖相環包含控制型振蕩器；相位比較器電路，其用于將輸入信號的相位與所述控制型振蕩器的輸出信號的相位進行比較，并用于將相位誤差信號輸出并提供到該控制型振蕩器；以及校正部分，其用于將所述輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號的所述輸出的相位誤差信號上。
根據該鎖相環，將相位比較器電路輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號的該相位誤差信號上，以便能在寬頻帶上獲得平坦的頻率特性。
本發明的鎖相環可包括開關部分，其用來對由校正部分執行的校正進行開關。
在這種情況下，可根據情況來選擇頻率特性。
本發明的鎖相環可包括校正量調整部分，其用來對校正部分的校正量進行調整。
在這種情況下，可根據情況來改變頻率特性。
本發明的鎖相環可包括變頻器，其根據作為輸入信號的基準頻率信號來將控制型振蕩器輸出的信號頻率變換為低頻，并且用來將該低頻反饋到該相位比較器電路。
本發明的鎖相環可包括相位噪聲檢測部分，其用來檢測鎖相環中的相位噪聲；和顯示器，其用來顯示檢測到的相位噪聲。
在一些實施方案中，本發明的信號產生設備包含調頻器電路，其根據調制信號來執行調頻；和根據本發明的鎖相環，其中，將該調頻器電路的輸出信號提供到該鎖相環的相位比較器電路作為輸入信號。
在一些實施方案中，本發明的信號產生設備包含調相器電路，其根據調制信號來執行調相；和根據本發明的鎖相環，其中，將該調相器電路的輸出信號提供到該鎖相環的相位比較器電路作為輸入信號。
在一些實施方案中，本發明的信號產生設備包含鎖相環，其包括控制型振蕩器、相位比較器電路和校正部分，該相位比較器電路將輸入信號的相位與從所述控制型振蕩器輸出的信號的相位進行比較，并且該校正部分將所述相位比較器電路輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號的所述輸出的相位誤差信號上，并將已加上高頻分量的相位誤差信號提供到所述控制型振蕩器；調頻器電路，其根據調制信號來執行調頻，并將輸出信號提供到該鎖相環的相位比較器電路作為輸入信號；和開關部分，當在調頻器電路中執行調頻時該開關部分開啟由校正部分執行的校正，并且當在調頻器電路中未執行調頻時其關閉由校正部分執行的校正。
根據該信號產生設備，當在調頻器電路中執行調制時，由校正部分執行的校正被開啟，而當在調頻器電路中未執行調制時，由校正部分執行的校正被關閉。由此，可以兼顧未執行調制時的操作的穩定性和執行調制時的寬頻帶特性。
在一些實施方案中，本發明的信號產生設備包含鎖相環，其包括控制型振蕩器、相位比較器電路和校正部分，該相位比較器電路將輸入信號的相位與從所述控制型振蕩器輸出的信號的相位進行比較，并且該校正部分將所述相位比較器電路輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號的所述輸出的相位誤差信號上，并將添加了高頻分量的相位誤差信號提供到所述控制型振蕩器；調相器電路，其根據調制信號來執行調相，并將輸出信號提供到該鎖相環的相位比較器電路作為輸入信號；和開關部分，當在調相器電路中執行調相時該開關部分開啟由校正部分執行的校正，并且當在調相器電路中未執行調相時其關閉由校正部分執行的校正。
根據該信號產生設備，當在調相器電路中執行調制時，由校正部分執行的校正被開啟，而當在調相器電路中未執行調制時，由校正部分執行的校正被關閉。由此，可以兼顧未執行調制時的操作的穩定性和執行調制時的寬頻帶特性。
在一些實施方案中，在通過基于輸入信號執行同步和頻率變換來輸出高頻信號的鎖相環中，本發明的同步方法包含將輸入信號的相位與所述控制型振蕩器的輸出信號的相位進行比較，從而輸出相位誤差信號并將該相位誤差信號提供到所述控制型振蕩器；將所述輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號的該輸出的相位誤差信號上，從而在擴展鎖定范圍的狀態下保證同步；以及在保證了同步之后停止將該校正信號加到所述相位誤差信號。
根據該同步方法，通過添加了該相位誤差信號作為校正信號，在擴展鎖定范圍的狀態下保證了同步，并且在保證了同步之后，不將該校正信號加到所述相位誤差信號。由此，可兼顧擴展的鎖定范圍和保證同步之后操作的穩定性。
根據該鎖相環，將所述相位比較器電路輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號所述相位誤差信號上，以便能獲得寬頻帶上平坦的頻率特性。
根據該信號產生設備，當在調頻器電路中執行調制時，由校正部分執行的校正被開啟，而當在調頻器電路中未執行調制時，由校正部分執行的校正被關閉。由此，可以兼顧未執行調制時的操作的穩定性和執行調制時的寬頻帶特性。
根據該信號產生設備，當在調相器電路中執行調制時，由校正部分執行的校正被開啟，而當在調相器電路中未執行調制時，由校正部分執行的校正被關閉。由此，可以兼顧未執行調制時的操作的穩定性和執行調制時的寬頻帶特性。
根據該同步方法，通過添加作為校正信號的該相位誤差信號，在擴展鎖定范圍的狀態下保證了同步，并且在保證了同步之后，不將該校正信號加到所述相位誤差信號。由此，可兼顧擴展的鎖定范圍和保證同步之后操作的穩定性。
圖1是示出使用了根據本發明一個實施例的鎖相環的信號發生器的構造的框圖。
圖2A是示出包括了環路濾波器和校正信號產生電路的電路頻率特性的示圖。
圖2B是示出鎖相環開環增益的頻率特性的示圖。
圖2C是示出鎖相環閉環增益的頻率特性的示圖。
圖3是示出使用了根據本發明一個實施例的鎖相環的測量系統構造的框圖。
圖4是示出在顯示部分上的示例性顯示的示圖。
圖5是示出使用了根據本發明一個實施例的鎖相環的信號發生器的構造的框圖。
圖6是現有技術的鎖相環的框圖。
圖7是示出現有技術的鎖相環的頻率特性的示圖。
圖8是示出用于組成環頻帶內部和外部特性的鎖相環構造的框圖。
圖9A和9B是示出圖8所示構造的頻率特性的示圖。
圖10是示出鎖相環構造的框圖，其中的環路濾波器的元件常量可變。
具體實施例方式
下面將給出對根據本發明的鎖相環的各個實施例的解釋。
第一實施例現在參考圖1和2給出對根據本發明的鎖相環的第一實施例的解釋。
圖1是示出使用了根據本發明第一實施例的鎖相環的信號發生器構造的框圖。
圖1所示的信號發生器包括用于產生基準信號1a的基準信號發生器1、用于產生調制信號2a的調制信號發生器2、用于產生已調波3a的調制器3、相位比較器電路5、環路濾波器6、控制型振蕩器7、和諸如分頻器之類的變頻器8。該調制器3可執行調頻或調相。
環路濾波器6、控制型振蕩器7、變頻器8和相位比較器5構成一個鎖相環(PLL鎖相環)。在未執行調制時，與基準信號發生器1輸出的基準信號1a同步的輸出信號7a從控制型振蕩器7中輸出。變頻器8將輸出信號7a的頻率變化為低頻來產生變換信號8a，并將該信號提供到相位比較器電路5。
在未執行調制時，來自基準信號發生器1的基準信號1a被提供到相位比較器電路5。相位比較器電路5將基準信號1a的相位與變換信號8a的相位進行比較。在執行調制時，來自調制信號發生器2的調制信號2a被提供到調制器3來產生已調波3a。將已調波3a提供到相位比較器電路5。相位比較器電路5將已調波3a的相位與變換信號8a的相位進行比較。從相位比較器電路5輸出的相位誤差信號5a被提供到環路濾波器6。
如圖1所示，在該鎖相環中提供校正信號產生電路11和連接到該校正信號產生電路11的輸出端的開關部分12，其中，從相位比較器電路5輸出的相位誤差信號5a被提供到該校正信號產生電路11。由來自校正信號控制部分13的信號來控制該開關部分12的開/關。如果開關部分12為“開”，則加法器15將校正信號產生電路11輸出的校正信號11a與環路濾波器6的輸出信號6a相加。將加法器15輸出的控制信號15a提供到控制型振蕩器7的頻率調整終端。如果開關部分12為“關”，則將來自環路濾波器6的輸出信號6a作為控制信號15a來應用于控制型振蕩器7的頻率調整端。
圖2A是示出包括了環路濾波器6和校正信號產生電路11的電路的頻率特性的示圖。圖2B是示出鎖相環開環增益的頻率特性的示圖。圖2C是示出鎖相環閉環增益的頻率特性的示圖。
如圖2A所示，在本實施例中，在加上了來自校正信號產生電路11的校正信號11a從而對來自環路濾波器6的輸出信號6a進行校正的情況下，控制信號15a的頻帶被擴展到一個較高的頻率端。在圖2A中，長虛線表示在未執行校正情況下的環路濾波器6的特性，而實線表示在執行校正情況下的環路濾波器6的特性。此外，短虛線表示從校正信號產生電路11輸出的校正信號11a的頻率特性。因此，該校正信號產生電路11表現了在較高頻率范圍內增益增加的特性。可使用例如包括了放大器和旁路濾波器的電路作為校正信號產生電路11來獲得這一特性。
在圖2B中，長虛線表示在未執行校正情況下鎖相環的開環增益的頻率特性；實線表示在執行校正情況下鎖相環的開環增益的頻率。
在圖2C中，長虛線表示在未執行校正情況下鎖相環的閉環增益的頻率特性；實線表示在執行校正情況下鎖相環的閉環增益的頻率。
如圖2B和2C所示，通過加上校正信號11a進行的校正，可將鎖相環的頻帶上限從頻帶上限f1擴展到另一頻帶上限f2。
下面將說明對該信號發生器的操作。
首先，在啟動該信號發生器時，通過校正信號控制部分13提供的信號來打開開關部分12，從而設置了由校正信號11a來對環路濾波器6的輸出信號6a進行校正的狀態。因此，可擴展鎖相環中同步處理的鎖定范圍，從而將控制型振蕩器7的振蕩頻率穩定地設置在一個預定頻率。在鎖相環的同步處理中，不將來自調制信號發生器2的調制信號2a提供到調制器3，從而不執行調制操作。
接下來，通過校正信號控制部分13提供的信號來關閉開關部分12，從而設置了將未校正的輸出信號6a提供到控制型振蕩器7的狀態。因此，可縮窄鎖相環的頻帶，從而抑制了振蕩波形的失真，同時保持了控制型振蕩器7的振蕩頻率。在這種狀態下，未執行調制操作，從而從控制型振蕩器7中獲得了較少失真的非調制信號波形。
下面，將來自調制信號發生器2的調制信號2a提供到調制器3，從而啟動該調制器3的調制操作。在啟動該調制操作時，由來自校正信號控制部分13的信號再次打開該開關部分12，從而設置了由校正信號11a來對環路濾波器6的輸出信號6a進行校正的狀態。因此，通過校正，擴展了鎖相環的頻帶，從而在寬頻帶上執行具有平坦特性的調制。
如上所述，根據本實施例，可擴展鎖相環中的環頻帶，從而在執行調制時可保證寬頻帶上的環頻帶。此外，可擴展鎖相環同步處理中的鎖定范圍。而且，在不由環頻帶來限制已調波的情況下，即可執行調制操作。所以可實現由DC進行調制。另外，在未執行調制時，不進行校正，以便能獲得失真較小的波形。
而且，通過增加開環增益擴展了環頻帶，但是不在環頻帶以外進行校正。因此，通過將環路濾波器6、相位比較器電路5和控制型振蕩器7的特性實現為某一等級，可在寬頻帶上相對容易地進行具有平坦特性的調制。
而且，由于只根據在鎖相環內部產生的信號來產生校正信號，所以無需從外部提供校正信號。
而且，根據本實施例，諸如環路濾波器內的元件自身發生改變的情況，不會發生由于模擬開關的導通電阻而產生的影響。因此，無需根據模擬開關的導通電阻就可確定環路濾波器的元件常量。
而且，可修改本實施例，從而根據同步處理、非調制和調制時的狀態，通過由校正信號控制部分13進行的控制來自動選擇開關部分12的開關狀態。
第二實施例現在參考圖3和4來給出對根據本發明的鎖相環的第二實施例的說明。
圖3是示出使用了根據本發明第二實施例的鎖相環的測量系統構造的框圖。在圖3中，相同的符號表示與根據本發明第一實施例中相同的成分。
以下主要說明與第一實施例的不同之處。
圖3中示出的測量系統包括相位噪聲計算部分18和用于顯示該相位噪聲計算部分18中的計算結果的顯示部分19，其中來自相位比較器電路5的相位誤差信號5a被提供到所述相位噪聲計算部分18。
設計了與根據第一實施例的校正信號產生電路11相對應的校正信號產生電路11A，以便能改變該電路增益。由增益控制部分16控制該校正信號產生電路11A的增益。
圖4是示出在顯示部分19上的示例性顯示的示圖。
在本實施例中，當提供具有特定相位噪聲特性的測量信號20時，在相位比較器電路5中將測量信號20的相位與變換信號8a的相位進行比較。相位噪聲計算部分18分別根據相位誤差信號5a來計算環頻帶之外的相位噪聲的檢測結果，以及根據控制信號15a來計算環頻帶之內的相位噪聲的檢測結果。如圖4所示將這兩個檢測結果都顯示在顯示部分19上。
根據本實施例，通過校正信號產生電路11A的增益來調整由校正信號11a執行的校正量，以便能使環頻帶可變。例如，如果該環路的相位噪聲顯示了由實線表示的特性，則由“B”表示的寄生(非必須波)分量被隱藏在環路的相位噪聲中并無法被觀察到。如果該環路的相位噪聲顯示了由虛線表示的特性，由“A”表示的寄生分量被隱藏在環路的相位噪聲中并無法被觀察到。然而，根據本實施例，通過調整環頻帶，可觀察到這些寄生分量。
以這種方式，通過該測量系統中的相位噪聲特性來對接近了該測量系統中的測量極限情況下的寄生分量的測量進行控制。因此，只要用戶可改變環頻帶，就可根據測量信號20的屬性來改變測量系統的相位噪聲特性，并可對接近了測量極限情況下的可測量范圍進行擴展。
第二實施例采用了其中的校正信號產生電路11A的增益可變的結構。
然而，只要環頻帶可變，可采用任意的結構。
第三實施例現在參考圖5將給出針對根據本發明的鎖相環的第三實施例的說明。
圖5是示出使用了根據本發明第三實施例的鎖相環的信號發生器的構造的框圖。在圖5中，相同的符號表示與根據本發明第一和第二實施例中相同的成分。以下主要說明與第一和第二實施例的不同之處。
圖5所示的信號發生器包括基準信號發生器30，其用來將基準信號提供到變頻器8A。該變頻器8A可以是例如高頻混頻器。在這種情況下，可通過從基準信號發生器30輸出的基準信號來控制鎖相環的振蕩頻率。
不應將本發明的應用領域限制在上述實施例內。本發明不僅可應用于信號產生設備，而且可被廣泛應用于基于輸入信號來執行同步和頻率變換的鎖相環中來輸出高頻信號。
本領域技術人員可以容易地根據所述本發明的優選實施例來作出各種修改和變形，而不脫離本發明的精神和范圍。因此本發明意在涵蓋由權利要求和其同等物的范圍組成的本發明的所有修改和變形。
權利要求
1.一種鎖相環，其通過基于輸入信號執行同步和頻率變換來輸出高頻信號，該鎖相環包含控制型振蕩器；相位比較器電路，其用于將輸入信號的相位與所述控制型振蕩器的輸出信號的相位進行比較，并用于將相位誤差信號輸出并提供到所述控制型振蕩器；以及校正部分，其用于將所述輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號的所述輸出的相位誤差信號上。
2.根據權利要求1的鎖相環，還包含開關部分，其用來對由校正部分執行的校正進行開關。
3.根據權利要求1的鎖相環，還包含校正量調整部分，其用來對校正部分的校正量進行調整。
4.根據權利要求1的鎖相環，還包含變頻器，其根據作為輸入信號的基準頻率信號將所述控制型振蕩器輸出的信號頻率變換為低頻，并且用來將該低頻反饋到所述相位比較器電路。
5.根據權利要求1的鎖相環，還包含相位噪聲檢測部分，其用來檢測鎖相環中的相位噪聲；和顯示器，其用來顯示檢測到的相位噪聲。
6.一種信號產生設備，其包含調頻器電路，其根據調制信號來執行調頻；和根據權利要求1的鎖相環，其中，將該調頻器電路的輸出信號提供到該鎖相環的相位比較器電路作為輸入信號。
7.一種信號產生設備，其包含調相器電路，其根據調制信號來執行調相；和根據權利要求1的鎖相環，其中，將該調相器電路的輸出信號提供到該鎖相環的相位比較器電路作為輸入信號。
8.一種信號產生設備，其包含鎖相環，所述鎖相環包括控制型振蕩器、相位比較器電路和校正部分，所述相位比較器電路將輸入信號的相位與所述控制型振蕩器的輸出信號的相位進行比較，并且所述校正部分將所述相位比較器電路輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號的所述輸出的相位誤差信號上，并將添加了高頻分量的相位誤差信號提供到所述控制型振蕩器；調頻器電路，其根據調制信號來執行調頻，并將輸出信號提供到所述鎖相環的相位比較器電路來作為輸入信號；和開關部分，當在所述調頻器電路中執行調頻時，所述開關部分開啟由所述校正部分執行的校正，并且當在所述調頻器電路中未執行調頻時，所述開關部分關閉由所述校正部分執行的校正。
9.一種信號產生設備，其包含鎖相環，所述鎖相環包括控制型振蕩器、相位比較器電路和校正部分，所述相位比較器電路將輸入信號的相位與所述控制型振蕩器的輸出信號的相位進行比較，并且所述校正部分將所述相位比較器電路輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號的所述輸出的相位誤差信號上，并將添加了高頻分量的相位誤差信號提供到所述控制型振蕩器；調相器電路，其根據調制信號來執行調相，并將輸出信號提供到該鎖相環的相位比較器電路作為輸入信號；和開關部分，當在所述調相器電路中執行調相時該開關部分開啟由所述校正部分執行的校正，并且當在所述調相器電路中未執行調相時其關閉由所述校正部分執行的校正。
10.一種鎖相環中的同步方法，所述鎖相環通過基于輸入信號執行同步和頻率變換來輸出高頻信號，所述同步方法包含將輸入信號的相位與一控制型振蕩器的輸出信號的相位進行比較，從而輸出相位誤差信號并將該相位誤差信號提供到所述控制型振蕩器；將所述輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號的該輸出的相位誤差信號上，從而在擴展鎖定范圍的情況下保證同步；以及在保證了同步之后停止將所述校正信號加到所述相位誤差信號。
全文摘要
一種通過基于輸入信號執行同步和頻率變換來輸出高頻信號的鎖相環，以及一種相位比較器電路，其用于將輸入信號的相位與控制型振蕩器的輸出信號的相位進行比較，并用于將相位誤差信號通過環路濾波器輸出并提供到所述控制型振蕩器。該鎖相環還包括用于將相位比較器電路輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號該相位誤差信號上的校正信號產生電路。根據該鎖相環，將相位比較器電路輸出的相位誤差信號的高頻分量加到作為校正信號的環路濾波器的輸出信號上，以便能獲得寬頻帶上平坦的頻率特性。
文檔編號H03L7/18GK1870437SQ200610081059
公開日2006年11月29日 申請日期2006年5月23日 優先權日2005年5月24日
發明者田中竜太 申請人:橫河電機株式會社