[發明專利]基于時鐘借用頻率控制的相位切換多模分頻方法及分頻器

有效

• 申請號: 200710099287.8
• 申請日: 2007-05-16
• 公開（公告）號: CN101309082A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 楊海鋼;袁泉
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: H03L7/197
• 分類號: H03L7/197
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明屬于半導體集成電路技術領域，涉及相位選擇型多模分頻器。

現有技術

在鎖相環型頻率綜合器中，多模分頻器(multi-modulus?divider)將壓控振蕩器(Voltage?Control?Osillator)輸出的射頻本地振蕩信號進行分頻，分頻后的信號與從穩定的晶體振蕩器來的信號在鑒頻鑒相器(PhaseFrequency?Detector)中進行相位的比較，比較后的結果反映了兩個信號之間的相位差，并給出了頻率差方面的信息，這個結果由環路濾波器(Loop?Filter)進行低通濾波后，用來調解壓控振蕩器的振蕩頻率，以實現環路鎖定。

多模預分頻器是鎖相環型頻率綜合器中直接工作在射頻頻率的高頻模塊，它對壓控振蕩器的輸出信號進行分頻，分頻比可以為N、N-1、N-2、......、N-M，具體分頻比根據需要選取。

為了實現低功耗設計，采用相位切換技術[1](J.craninckx?andM.S.J.Steyaert，“A1.75-GHz/3-V?Dual-Modulus?Divide-by-128/129Prescaler?in0.7um?CMOS”，IEEE?Journal?of?Solid-State?Circuits，July1996)實現的異步分頻器電路，能夠在最大程度上減少工作在高頻下的電路單元個數，用這種技術實現的多模分頻器電路結構如圖1所示。多模分頻器由三部分組成：4/3分頻的高頻分頻器(4/3Divider)、觸發計數器(/N?Counter)和相位切換控制邏輯(Phase-switch?control)。各部分主要功能是：4/3Divider根據相位切換控制信號C來選擇對射頻輸入信號進行4分頻或者3分頻，得到高頻分頻器的輸出頻率信號F4。異步計數器對頻率信號F4再進行/N分頻得到整個多模分頻器的輸出頻率信號Fout，頻率信號Fout和外部輸入的Mode?Select信號經過相位切換控制邏輯產生相位切換控制信號C。

4/3Divider由兩級觸發器和4選1相位選擇(MUX4-1)單元構成，兩級觸發器對輸入的射頻信號Fin進行四分頻，可以得到四個相互正交的相位信號P1、P2、P3、P4，在時間上，這四個信號每一個都落后于另一個信號一個射頻信號Fin周期T_in。在多模分頻器輸出頻率信號Fout的一個周期內的某一個時刻，如果我們通過相位切換控制邏輯將F4按(P4→P3或P3→P2或P2→P1或P1→P4)的順序[2]從一個信號切換到另一個信號，分頻器的分頻比就會減少1；如果在一個Fout周期內相位切換控制邏輯使F4按此順序切換M次，則分頻器的分頻比就會減少M，從而實現了多模分頻操作。

相位切換控制環路的延時需要精確的控制，以確保在一個Fout周期內能夠進行(......P4→P3→P2→P1→P4......)的連續切換，實現多模分頻操作。相位切換控制環路包括4選1相位選擇(MUX4-1)單元，觸發計數器和相位切換控制邏輯單元三個部分。控制兩個相鄰正交相位信號進行切換的時序關系直接決定了整個控制環路的延時需求，圖2給出了從相位P2切換到P1的時序圖[2](K.Shu，E.Sanchez-Sinencio?andJ.Silva-Martinez，“A2.1-GHz?monolithic?frequency?synthesizer?with?robustphase?switching?prescaler?and?loop?capacitance?scaling”，in?Proc.IEEE?Int.Symp.Circuits?and?Systems(ISCAS)，vol.4，Phoenix，AZ，May2002，pp.791-794)。圖2中所用標號定義如下：

ΔT_mux：在不進行相位切換時，P2→F4經過MUX4-1單元的延時；

ΔT_div：F4→F_out經過觸發計數器單元的延時；

ΔT_ctrl：F_out→Ctrl經過相位切換控制單元的延時；

ΔT_{c_P1}：Ctrl的上升沿領先P1下一個上升沿的時間；

ΔT_{p1_F4}：相位切換時，P1→F4經過MUX4-1單元的延時；

T₃：P2的上升沿到下一個P1上升沿的延時，T₃等于3個輸入射頻信號(Fin)周期T_in；