[發明專利]注入鎖定振蕩器

有效

• 申請號: 201110288551.9
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102437849B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: 尼古拉斯·索爾寧
• 申請（專利權）人: 高通技術國際有限公司
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

本發明涉及一種注入鎖定振蕩器，具體地，涉及一種利用脈沖發生器來保持參考信號和由該振蕩器輸出的信號之間的相位對準的注入鎖定振蕩器。

背景技術

鎖相環是眾所周知的用于產生與參考信號具有預定的頻率關系的信號的電路。在其最基本的形式中，鎖相環包括以反饋環方式控制的振蕩器。反饋環獲取振蕩器的輸出，將該輸出與參考信號進行比較并相應地調整振蕩器。通常，反饋環包括用于分頻輸出信號的分頻器、用于將經分頻的信號的相位與參考信號相比較的相位比較器以及用于根據相位比較來輸出使振蕩器加速或減速的電荷脈沖的電荷泵。鎖相環通常還包括用于在電荷脈沖到達振蕩器的輸入端之前從該電荷脈沖去除雜散噪聲的濾波器。

通過將分頻器結合進反饋環，鎖相環能夠輸出是參考信號的整數倍的頻率。一些鎖相環能夠輸出是參考信號的非整數倍的信號。這些鎖相環被稱為“frac-N”鎖相環。Frac-N鎖相環在反饋環中包括小數分頻器。該小數分頻器以變化的整數分頻輸出信號，以獲得是參考信號的非整數倍的輸出信號。

盡管鎖相環在從單個頻率參考產生具有寬范圍的不同頻率的信號方面是有效的，但它們并不總是適合于低功率實施方式。相位比較器和分頻器通常非常消耗功率。因此，對于一些實施方式來說，優選使用產生信號的不同方式，諸如注入鎖定(injection?locking)。

注入鎖定是當外部周期信號的頻率非常接近于振蕩器的固有頻率或該固有頻率的一個諧波時振蕩器同步于該信號的物理現象。假設頻率為ω_i的信號被注入自由振蕩頻率為ω₀的振蕩器。當ω_i和ω₀非常不同時，振蕩器輸出包含兩個頻率的差拍(beat)的信號。然而，隨著ω_i接近ω₀，差拍頻率下降，直到隨著ω_i進入被稱為“鎖定范圍”的范圍，差拍消失并且振蕩器開始在ω_i振蕩。注入鎖定還在ω_i接近ω₀的諧波或子諧波(即，nω₀或1/nω₀)時發生。將振蕩器鎖定在ω₀的諧波可用于分頻，而將振蕩器鎖定在ω₀的子諧波可用于倍頻。

在注入鎖定振蕩器的一實施方式中，窄脈沖流被注入振蕩器。這通常如圖1所示。該脈沖可通過周期性地短路振蕩器的儲能電路(tank)來幫助保持振蕩器與注入頻率同步。這種電路的一個實例在圖2中示出，該圖示出了連接至振蕩器202的脈沖發生器210，該振蕩器又連接至輸出緩沖器203。脈沖發生器所生成的脈沖流控制開關204，開關204在脈沖變高時短路振蕩器的電容組。脈沖序列頻率根據是否期望分頻或倍頻而被設定為期望頻率的倍數或分數。脈沖的寬度優選地應被設定為比參考信號的振蕩周期小得多，從而儲能電路的品質因數Q不會被太嚴重地劣化。

圖3示出了所涉及信號的實例。301示出了參考信號，302示出了由脈沖發生器輸出的脈沖流。如圖中所示，每個脈沖對應于參考信號的上升沿。如果該脈沖在振蕩器信號(信號305)的零交叉點處出現，則對輸出無影響(假設脈沖非常窄)。如果該短路出現在振蕩器的零交叉點之前或之后，則振蕩器信號被推向參考信號的零交叉點，使得其自身相位被延遲(信號303)或提前(信號304)。因此，該脈沖的作用是在振蕩器信號相對于參考信號晚的情況下增加振蕩器信號的頻率并在振蕩器信號相對于參考信號早的情況下降低振蕩器信號的頻率。此周期性的相位偏移使振蕩器的平均頻率與期望的頻率相匹配。

注入鎖定振蕩器是用于替代鎖相環的緊湊、低功率且極好的解決方案。然而，注入鎖定振蕩器具有一些大的缺陷，因為，就精度來說，如果振蕩器信號被注入鎖定至參考信號，這意味著，在參考信號的上升沿處采樣的振蕩器信號的相位是恒定的。因此，注入鎖定振蕩器不能實現非整數的倍頻或相位調制。

因此，需要一種將注入鎖定振蕩器的優點與執行非整數倍頻和相位調制的能力相結合的經改進的振蕩器。

發明內容

根據本發明的第一實施方式，提供了一種用于生成頻率為參考信號的頻率的倍數的輸出信號的信號發生器，該信號發生器包括：振蕩器，被配置為根據參考信號和控制信號來生成輸出信號；以及控制電路，被配置為生成包括一系列脈沖的控制信號，其中，一個或多個脈沖相對于參考信號在相位上被偏移，從而該控制電路能夠控制輸出信號的頻率和/或相位。

該控制電路可被設置為通過將各脈沖的相位控制為從參考信號偏移來將輸出信號的相位控制為從參考信號偏移。