專利名稱：使用頻率偏移補(bǔ)償?shù)恼{(diào)制器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及調(diào)頻(FM)發(fā)射機(jī)，更具體地說，涉及一種用于補(bǔ)償因?yàn)殡p端口頻率合成器在其工作頻率范圍上調(diào)諧造成的偏移偏差(deviation variance)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
鎖相環(huán)(PLL)是具有被連續(xù)調(diào)整以匹配相位從而鎖定到參考信號頻率上的電壓或電流驅(qū)動振蕩器的電路。PLL經(jīng)常在無線通信系統(tǒng)內(nèi)使用，尤其在使用調(diào)頻(FM)(即一種通過改變電磁波的瞬時(shí)頻率將數(shù)據(jù)疊加在交流波形上的方法)發(fā)送信息的情況下。
PLL通常包括電壓受控振蕩器(VCO)，例如利用電容或電感振蕩電路(tank circuit)來進(jìn)行調(diào)諧。相位比較器、電荷泵和低通濾波器反饋環(huán)路使VCO能夠根據(jù)參考頻率搜索和鎖定到所期望的頻率上。如果VCO頻率偏離選定的參考頻率，則相位比較器結(jié)合電荷泵和低通濾波器生成提供給VCO調(diào)諧系統(tǒng)的誤差電壓，以將VCO帶回到參考頻率。PLL、VCO、參考信號、電荷泵、低通濾波器和相位比較器以及在反饋環(huán)路內(nèi)的可編程除法器包括通常所稱的頻率合成器。
在典型的單端口VCO的情況下，通過提供變化的輸入數(shù)據(jù)給可編程的除法器，調(diào)制VCO輸出的中心頻率(fc)。隨后將除法器的輸出和具有頻率(FREF)的參考信號提供給相位檢測器，它比較參考信號的相位與除法器輸出的相位，并在由電荷泵處理之后提供相位誤差信號給環(huán)路低通濾波器。將濾波器的電壓或電流輸出提供給單個(gè)VCO輸入以將該VCO調(diào)諧到期望的頻率上。
不幸的是，單端口調(diào)制方法可能不適合于高速數(shù)據(jù)應(yīng)用；例如，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)速率超過PLL的自然環(huán)路頻率時(shí)。例如，如果數(shù)字輸入數(shù)據(jù)在每秒1兆比特的速率上改變，和環(huán)路響應(yīng)例如是40kHz，則環(huán)路響應(yīng)將濾除正在改變的數(shù)據(jù)，并且將改變調(diào)制特性。在高數(shù)據(jù)速率的頻移鍵控(FSK)系統(tǒng)中，就是這種情況。FSK是一種發(fā)射數(shù)字信號的方法，所述數(shù)字信號具有兩種二進(jìn)制狀態(tài)；即邏輯0(低)和邏輯1(高)，分別用頻率自fc的偏差表示。也就是，邏輯0用在第一特定頻率上的波形表示，邏輯1用在另一頻率上的波形表示。
雙端口VCO包括第二調(diào)制端口，用于接收如此組合低通響應(yīng)和高通響應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)的模擬形式。這種雙端口調(diào)制允許在高于自然環(huán)路頻率的頻率上的調(diào)制。因而，在不犧牲輸入數(shù)據(jù)速率的情況下，在建立主端口環(huán)路帶寬方面實(shí)現(xiàn)了某種程度的靈活性。單端口和雙端口合成器的結(jié)構(gòu)是公知的，不需要進(jìn)一步的討論。然而，感興趣的讀者可以參考于1996年9月11日授權(quán)的標(biāo)題為“Dual-Port Phase andMagnitude Balance Synthesizer and Modulator and Method forTransceiver”的美國專利US 5,557,244和于1999年6月15日授權(quán)的標(biāo)題為“Method of an Apparatus for Controlling Modulation ofDigital Signals in Frequency Modulated Transmissions”的美國專利US 5,912,926。
FSK FM發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)成在包括多個(gè)(例如80個(gè))不同頻率信道的特定頻帶上工作，所述頻率信道分別具有中心頻率和上下頻率限制。這個(gè)特定頻帶在上述類型的雙端口VCO的調(diào)諧范圍內(nèi)，可以使用雙端口合成器將VCO的輸出調(diào)諧到期望的信道上。隨后，VCO將圍繞它調(diào)諧到的特定信道的中心頻率調(diào)制輸出載波。
希望圍繞每個(gè)信道中心頻率的頻率偏移在特定頻帶上基本上是恒定的。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，VCO的第二端口增益在VCO的工作范圍上應(yīng)當(dāng)保持恒定。然而，實(shí)際上，與第二端口相關(guān)的增益(以頻率每伏即MHz/volt為單位測量)并不恒定，而是對中心頻率敏感的。也就是說，第二端口VCO增益隨著將VCO在其工作頻帶上調(diào)諧而改變。這種在第二端口增益特性上的改變導(dǎo)致在用于不同信道的基本上類似的調(diào)制電壓的瞬時(shí)載波頻率的不同改變。例如，所期望的自每條信道的中心頻率的偏移可以是170kHz。將特定調(diào)制電壓提供給VCO的第二端口以實(shí)現(xiàn)這一偏移可能導(dǎo)致在一條信道內(nèi)120kHz的偏移和在另一條信道內(nèi)250kHz的偏移。
已經(jīng)使用若干種方法來避免與變化的第二端口增益特性相關(guān)的問題?？梢允褂猛耆煌慕Y(jié)構(gòu)。也就是，可以使用單端口結(jié)構(gòu)，從而避免與第二端口增益特性相關(guān)的問題。不幸的是，同時(shí)失去了與雙端口VCO相關(guān)的高數(shù)據(jù)速率和低功耗的優(yōu)點(diǎn)。可選擇地，可以使用機(jī)械或電子調(diào)諧設(shè)備。然而，必需將這樣的設(shè)備合并在每個(gè)單元內(nèi)，這明顯地增加了生產(chǎn)成本。另一種方法涉及嚴(yán)格限制在VCO制造過程中的處理參數(shù)，從而降低VCO的第二端口增益在其頻帶內(nèi)的可變性。這同樣增加了生成成本，并使制造非常復(fù)雜。如果VCO工作在非常窄的頻帶上，則與可變的第二端口增益特性相關(guān)的問題將不再明顯，這是顯而易見的。不幸的是，某些應(yīng)用需要在很寬的頻帶上的操作。例如，為了滿足藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，VCO必需工作在80MHz的帶寬上。
因此，希望提供一種用于補(bǔ)償在使用雙端口VCO的FSK FM發(fā)射機(jī)的工作頻帶上的偏移偏差的方法和設(shè)備。


下面的附圖用于說明具體的實(shí)施例，因此，并不限制本發(fā)明的范圍，而是有助于正確理解本發(fā)明。將在下面的詳細(xì)描述中結(jié)合使用這些附圖。在下文中，將結(jié)合附圖描述本發(fā)明，其中類似的數(shù)字表示類似的單元，和圖1圖示VCO在其工作頻帶上的可變第二端口增益特性；圖2圖示由于圖1所示的VCO的第二端口增益特性導(dǎo)致的在VCO的工作頻帶內(nèi)兩個(gè)信道中出現(xiàn)的偏移偏差；圖3是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的雙端口PLL結(jié)構(gòu)的簡化方框圖；圖4是用于在圖3所示的系統(tǒng)內(nèi)使用的乘法器的簡化示意圖；和圖5是在圖3所示的VCO內(nèi)使用的振蕩電路的簡化示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面的描述實(shí)質(zhì)上是示例性的，并不以任何方式限制本發(fā)明的范圍、可應(yīng)用性或配置。而是，下面的描述提供用于方便地說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以在在此所描述的單元的功能和結(jié)構(gòu)中對所描述的實(shí)施例進(jìn)行各種改變。
參見圖1和圖2，將雙端口VCO的工作頻帶圖示為具有頻率下限(f1)和頻率上限(f2)。如先前所描述的，工作頻帶包括多個(gè)信道，在圖2中僅將其中兩個(gè)信道圖示為信道A和信道B。如圖所示，信道A具有頻率下限fLA、頻率上限fUA和第一中心頻率fCA。信道B具有頻率下限fLB、頻率上限fUB和中心頻率fCB。
如先前所描述的，理想上，VCO的第二端口增益特性在VCO的工作頻帶上保持相對恒定，以便提供給VCO的第二端口的恒定電壓擺動導(dǎo)致在工作頻帶上在VCO的輸出上的相同頻率偏差。參見圖1，可接受的第二端口增益偏移圖示為具有下限g1、上限g2和中心gc。不幸的是，第二端口VCO增益特性并不恒定，而是在VCO的工作頻帶上對頻率是敏感的。因而，基本上類似的調(diào)制電壓伴隨有不同的VCO增益。也就是，雖然自每個(gè)信道中心頻率的偏移應(yīng)當(dāng)保持相對恒定，但是實(shí)際上，因?yàn)樵赩CO工作頻帶上可變的第二端口增益，它將作為頻率(信道)的函數(shù)而改變。例如，在給定的情況下，第二端口增益特性可以是遞增的線性函數(shù)，如在圖1中的10所圖示的。因?yàn)樵谛诺繟的中心頻率(fCA)上的增益保持低于圖1所示的可接受的增益偏移，圍繞中心頻率fCA的頻率偏移可能低于所期望的，如在圖2中12所圖示的。相反地，在信道B的中心頻率(fCB)上的第二端口增益特性保持低于可接收的增益偏移，在信道B內(nèi)的頻率偏移可能超過所期望的頻率偏移，如在信道B內(nèi)14所圖示的。
這個(gè)問題的解決方法涉及將真正的第二端口特性的逆向(inverse)轉(zhuǎn)移函數(shù)應(yīng)用于最終以調(diào)制電壓的形式提供給VCO的第二端口的數(shù)據(jù)。這個(gè)逆向轉(zhuǎn)移函數(shù)在圖1中圖示為直線16。應(yīng)當(dāng)理解雖然第二端口增益特性在圖1中圖示為隨著頻率遞增的線性函數(shù)，但是第二端口增益特性也可以包括二次和更高次的分量。在這些情況下，將使用包含二次和更高次分量的適當(dāng)逆向轉(zhuǎn)移函數(shù)。然而，為了便于解釋，下文對本發(fā)明的設(shè)備和方法的描述將涉及在圖1中10所示類型的線性第二端口增益特性。
圖3是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的雙端口PLL結(jié)構(gòu)的方框圖。參見圖3，將輸入數(shù)據(jù)(DATA IN)提供給調(diào)制ROM電路18，所述調(diào)制ROM電路18包括耦合到分?jǐn)?shù)(fractional)除法器20和乘法器22的輸出。調(diào)制ROM 18接收數(shù)字輸入數(shù)據(jù)，在這個(gè)實(shí)施例中，將其轉(zhuǎn)換成輸入數(shù)據(jù)流的過抽樣高斯濾波器。
分?jǐn)?shù)除法器20包括耦合到調(diào)制器ROM 18的輸出的第一輸入，耦合到VCO 28的輸出32的第二輸入和耦合以接收信道選擇信號34的第三輸入。分?jǐn)?shù)除法器20具有隨著時(shí)間變化的除法比例，以便有效的除法比例可以以非整數(shù)的步長改變。將分?jǐn)?shù)除法器20的輸出提供給相位檢測器/電荷泵24的輸入。相位檢測/電荷泵24的第二輸入耦合以接收具有參考頻率(FREF)的信號。相位檢測器/電荷泵24的輸出與參考信號和分?jǐn)?shù)除法器20的輸出之間的相位誤差成正比。電荷泵提供用于充電或放電低通濾波器(LPF)26的脈沖，所述LPF又生成提供給VCO 28的端口1的輸出電壓。最后，VCO 28的輸出32表示已經(jīng)合成的輸出，從而完成鎖相環(huán)路。VCO 28安裝有圖5所示類型的振蕩電路30(在下文中將詳細(xì)描述)。通過利用本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的調(diào)整(trim)算法改變振蕩電路30的電容，以離散步長在其工作頻帶上粗調(diào)VCO 28。
如此所述的結(jié)構(gòu)還包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的雙端口合成器。然而，為了進(jìn)一步討論包括分?jǐn)?shù)除法器和雙端口VCO的鎖相環(huán)合成器(其中利用電容振蕩電路根據(jù)已經(jīng)建立的調(diào)整算法粗調(diào)雙端口VCO)，感興趣的讀者可以參考于1996年9月17日授權(quán)的標(biāo)題為“Dual-Port Phase and Magnitude Balanced Synthesizer Modulatorand Method for a Transceiver”的美國專利US 5,557,244、于2000年10月17日授權(quán)的標(biāo)題為“Self-Calibrating VCO Correction Circuitand Method of Operation”的美國專利US 6,133,797、于1996年2月27日授權(quán)的標(biāo)題為“Fractional N Frequency Synthesis with ResidualError Correction and Method Thereof”的美國專利US 5,495,206，其教導(dǎo)在此引用作為參考。
再次參見圖3，將調(diào)制器ROM 18的輸出提供給乘法器22的第一輸入。還提供給乘法器22的輸入的是來自VCO 28的調(diào)整信號，它表示通過內(nèi)部振蕩電路和實(shí)現(xiàn)當(dāng)前選定信道中心頻率必需的調(diào)整算法生成的調(diào)整結(jié)果或參數(shù)。因而，可以為每個(gè)信道向乘法器22提供不同的調(diào)整參數(shù)(trim parameter)。乘法器22使用VCO 28的調(diào)整參數(shù)在調(diào)制器ROM 18的輸出上應(yīng)用轉(zhuǎn)移函數(shù)(transfer function)，它如前所述地與第二端口增益特性逆向相關(guān)。
將結(jié)合圖4更詳細(xì)地描述乘法器22的操作。如前所述，已經(jīng)選擇線性第二端口增益特性來解釋本發(fā)明。因而，應(yīng)用于乘法器22的逆向轉(zhuǎn)移函數(shù)將采用線性等式的形式；即y＝mx+b，其中y表示轉(zhuǎn)移函數(shù)，它補(bǔ)償調(diào)制器ROM 16的輸出，從而顯著地降低上面結(jié)合不恒定的第二端口增益函數(shù)描述的問題。
參見圖4，可以看出將通過VCO調(diào)整算法確定的可變調(diào)整參數(shù)X反饋給乘法器電路40的第一輸入。乘法器電路40的第二輸入接收通過測試許多設(shè)備經(jīng)驗(yàn)地確定的乘法器項(xiàng)(m)。也就是，通過實(shí)驗(yàn)室測試，確定逆向轉(zhuǎn)移函數(shù)的斜率(m)，并作為輸入提供給乘法器電路40。將乘法器電路40的輸出(mx)提供給加法器42的第一輸入。將通過經(jīng)驗(yàn)確定的截取項(xiàng)(b)提供給加法器42的第二輸入。將所獲得的逆向轉(zhuǎn)移函數(shù)提供給乘法器44的第一輸入，將調(diào)制器ROM18的輸出提供給乘法器44的第二輸入。以這種方式，已經(jīng)在正確的方向上校正或調(diào)節(jié)(scale)在乘法器44的輸出上出現(xiàn)并提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器(MOD DAC)36的信號，從而抑制不恒定的第二端口增益特性的不利影響。再次參見圖3，來自數(shù)模轉(zhuǎn)換器36的電壓信號輸出調(diào)制VCO 28的第二端口，并因此調(diào)制輸出載波。
圖5是用于在圖3所示的雙端口VCO中使用的簡化振蕩電路的一個(gè)例子的示意圖。電路的總電感用電感器L表示，CF表示電路的固定電容。該電路的總調(diào)整電容用NCT表示，其中變量N是用于設(shè)置VCO 28的粗略頻率的調(diào)整電容器的數(shù)量并且與圖4中的參數(shù)x直接相關(guān)。在上面引用的美國專利US 6,133,797中可以找到使用電容振蕩電路調(diào)諧VCO的更詳細(xì)的討論。
因而，已經(jīng)提供了一種用于補(bǔ)償雙端口電壓受控振蕩器的第二端口增益的偏差的方法和設(shè)備。已經(jīng)參考具體實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而，應(yīng)當(dāng)理解在不脫落權(quán)利要求書中闡述的本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改和改變。因此，說明書附圖應(yīng)當(dāng)視為說明性的，而非限制性的，所有這些修改將包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種頻率合成器，包括雙端口電壓受控振蕩器，包括第一和第二輸入端口和輸出，所述第一輸入端口耦合在用于接收輸入數(shù)據(jù)和參考頻率、并響應(yīng)于調(diào)整參數(shù)調(diào)諧所述振蕩器的鎖相環(huán)配置中，所述第二輸入端口具有可變增益特性；和乘法器，耦合到所述第二輸入端口，用于將所述輸入數(shù)據(jù)乘以轉(zhuǎn)移函數(shù)，以改變所述輸入數(shù)據(jù)，從而補(bǔ)償所述可變增益特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的合成器，其中所述乘法器接收所述調(diào)整參數(shù)，以形成所述轉(zhuǎn)移函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的合成器，其中所述乘法器包括第一乘法電路，用于將所述調(diào)整參數(shù)乘以經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)出的乘法器項(xiàng)，以生成所述轉(zhuǎn)移函數(shù)的第一項(xiàng)；求和電路，用于求和所述轉(zhuǎn)移函數(shù)的所述第一項(xiàng)與經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)出的截取項(xiàng)，以生成所述轉(zhuǎn)移函數(shù)的第二項(xiàng)；和第二乘法電路，用于將所述輸入數(shù)據(jù)乘以所述轉(zhuǎn)移函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的合成器，其中所述可變增益特性是頻率的函數(shù)，并且其中所述轉(zhuǎn)移函數(shù)與所述可變增益特性逆向相關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的合成器，其中所述增益特性是第一基本上線性的函數(shù)，所述轉(zhuǎn)移函數(shù)是與所述第一線性函數(shù)逆向相關(guān)的第二線性函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的合成器，其中所述第二線性函數(shù)采取y＝mx+b的形式，其中x是所述調(diào)整參數(shù)，m和b是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的常數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的合成器，其中所述鎖相環(huán)包括除法器，具有耦合到所述輸入數(shù)據(jù)的第一輸入、耦合到所述振蕩器輸出的第二輸入和被配置為接收信道選擇信號的第三輸入；相位檢測器和電荷泵，具有耦合到所述除法器的輸出的第一輸入，并且具有耦合到參考頻率的第二輸入；和低通濾波器，具有耦合到所述相位檢測器和電荷泵的輸出的輸入，并且具有耦合到所述第一端口的輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的合成器，其中所述除法器是分?jǐn)?shù)除法器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的合成器，還包括調(diào)制電路，具有被耦合以接收所述輸入數(shù)據(jù)的輸入，并且具有耦合到所述除法器和所述乘法器的輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的合成器，還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有耦合到所述乘法器的輸出的輸入，并且具有耦合到所述第二端口的輸出。
11.一種用于在包括可調(diào)諧電壓振蕩器的雙端口調(diào)頻發(fā)射機(jī)內(nèi)使用的頻率合成器，所述可調(diào)諧電壓振蕩器包括用于對所述振蕩器進(jìn)行調(diào)諧和調(diào)頻的第一端口和用于對所述振蕩器進(jìn)行調(diào)頻的第二端口，包括乘法器，具有第一和第二輸入并具有輸出，所述乘法器在其第一輸入上接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入信號，并在其第二輸入上接收來自所述振蕩器的反饋信號，所述反饋信號表示在所述振蕩器的第一端口上的調(diào)制特性，所述乘法器響應(yīng)于所述反饋信號，用于提供轉(zhuǎn)移函數(shù)，當(dāng)將該轉(zhuǎn)移函數(shù)與所述數(shù)據(jù)信號相乘時(shí)在其所述輸出上生成校正后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號，用于修改施加給所述第二端口的調(diào)制信號，從而隨著在預(yù)定調(diào)諧范圍內(nèi)調(diào)諧該振蕩器，改變?nèi)魏蜦M偏移偏差；和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，耦合到所述乘法器和所述第二端口，用于將所述校正后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的雙端口合成器，其中所述乘法器包括第一乘法電路，用于將所述反饋信號乘以經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)出的乘法器項(xiàng)，以生成所述轉(zhuǎn)移函數(shù)的第一項(xiàng)；求和電路，用于求和所述轉(zhuǎn)移函數(shù)的所述第一項(xiàng)與經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)出的截取項(xiàng)，以生成所述轉(zhuǎn)移函數(shù)的第二項(xiàng)；和第二乘法電路，用于使所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號與所述轉(zhuǎn)移函數(shù)相乘。
13.一種用于補(bǔ)償在包括電壓控制振蕩器的頻率合成器內(nèi)的偏移偏差的方法，包括隨著調(diào)諧所述振蕩器，自動提供與所述振蕩器的調(diào)制特性相關(guān)的反饋信息；和響應(yīng)于所述反饋信息，自動調(diào)整施加給第二端口的調(diào)制，以改變在所述振蕩器的調(diào)諧范圍內(nèi)的FM偏移偏差。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中自動修改所述振蕩器的調(diào)制特性的步驟還包括通過向所述輸入信息施加與所述振蕩器的第二端口增益特性逆向相關(guān)的轉(zhuǎn)移函數(shù)，來改變數(shù)字輸入信息的步驟。
全文摘要
一種用于在頻率合成器內(nèi)使用的雙端口電壓控制振蕩器(28)，包括第一和第二輸入端口和輸出。第一端口耦合在用于接收輸入數(shù)據(jù)和參考頻率的鎖相環(huán)配置中。響應(yīng)于信道選擇和調(diào)整參數(shù)，該鎖相環(huán)調(diào)諧所述振蕩器。該振蕩器的第二端口具有可變增益特性。乘法器(22)耦合到第二端口，用于將輸入數(shù)據(jù)乘以轉(zhuǎn)移函數(shù)，以改變該輸入數(shù)據(jù)，從而補(bǔ)償?shù)诙丝诘目勺冊鲆嫣匦浴?br> 文檔編號H03C3/09GK1717861SQ03825721
公開日2006年1月4日 申請日期2003年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者保羅·B.·索菲亞諾思, 戴維·W.·費(fèi)爾德鮑默, 達(dá)林·K.·溫尼格 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司