CN101309082B - 基于时钟借用频率控制的相位切换多模分频方法及分频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于时钟借用频率控制的相位切换多模分频方法及分频器；方法将周期T_in射频信号生成相位选择延时时间ΔT_mux+触发计数延时时间T_div+相位切换控制延时时间T_ctrl≤3T_in，设置相位切换控制单元及相位切换控制单元在高频分频器输出频率信号上升沿前的低电平时间段提前开始工作；使相位切换控制信号在高频分频器输出频率信号的上升沿后产生，完成时钟借用频率控制的相位切换型多模分频。分频器包括高频分频器、触发计数器和相位切换控制单元。本发明在射频输入信号频率增加时，在多模分频器输出信号一个周期连续相位切换、分频速度快、功耗低、工作稳定性高。用于无线收发机中的频率综合器、时钟产生和恢复电路。

Description

基于时钟借用频率控制的相位切换多模分频方法及分频器

技术领域

本发明属于半导体集成电路技术领域，涉及相位选择型多模分频器。

现有技术

在锁相环型频率综合器中，多模分频器(multi-modulus divider)将压控振荡器(Voltage Control Osillator)输出的射频本地振荡信号进行分频，分频后的信号与从稳定的晶体振荡器来的信号在鉴频鉴相器(PhaseFrequency Detector)中进行相位的比较，比较后的结果反映了两个信号之间的相位差，并给出了频率差方面的信息，这个结果由环路滤波器(Loop Filter)进行低通滤波后，用来调解压控振荡器的振荡频率，以实现环路锁定。

多模预分频器是锁相环型频率综合器中直接工作在射频频率的高频模块，它对压控振荡器的输出信号进行分频，分频比可以为N、N-1、N-2、......、N-M，具体分频比根据需要选取。

为了实现低功耗设计，采用相位切换技术[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)实现的异步分频器电路，能够在最大程度上减少工作在高频下的电路单元个数，用这种技术实现的多模分频器电路结构如图1所示。多模分频器由三部分组成：4/3分频的高频分频器(4/3Divider)、触发计数器(/N Counter)和相位切换控制逻辑(Phase-switch control)。各部分主要功能是：4/3Divider根据相位切换控制信号C来选择对射频输入信号进行4分频或者3分频，得到高频分频器的输出频率信号F4。异步计数器对频率信号F4再进行/N分频得到整个多模分频器的输出频率信号Fout，频率信号Fout和外部输入的Mode Select信号经过相位切换控制逻辑产生相位切换控制信号C。

4/3Divider由两级触发器和4选1相位选择(MUX4-1)单元构成，两级触发器对输入的射频信号Fin进行四分频，可以得到四个相互正交的相位信号P1、P2、P3、P4，在时间上，这四个信号每一个都落后于另一个信号一个射频信号Fin周期T_in。在多模分频器输出频率信号Fout的一个周期内的某一个时刻，如果我们通过相位切换控制逻辑将F4按(P4→P3或P3→P2或P2→P1或P1→P4)的顺序[2]从一个信号切换到另一个信号，分频器的分频比就会减少1；如果在一个Fout周期内相位切换控制逻辑使F4按此顺序切换M次，则分频器的分频比就会减少M，从而实现了多模分频操作。

相位切换控制环路的延时需要精确的控制，以确保在一个Fout周期内能够进行(......P4→P3→P2→P1→P4......)的连续切换，实现多模分频操作。相位切换控制环路包括4选1相位选择(MUX4-1)单元，触发计数器和相位切换控制逻辑单元三个部分。控制两个相邻正交相位信号进行切换的时序关系直接决定了整个控制环路的延时需求，图2给出了从相位P2切换到P1的时序图[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)。图2中所用标号定义如下：

ΔT_mux：在不进行相位切换时，P2→F4经过MUX4-1单元的延时；

ΔT_div：F4→F_out经过触发计数器单元的延时；

ΔT_ctrl：F_out→Ctrl经过相位切换控制单元的延时；

ΔT_{c_P1}：Ctrl的上升沿领先P1下一个上升沿的时间；

ΔT_{p1_F4}：相位切换时，P1→F4经过MUX4-1单元的延时；

T₃：P2的上升沿到下一个P1上升沿的延时，T₃等于3个输入射频信号(Fin)周期T_in；

T_{F4_sw}：相位进行切换时，F4的第一个信号周期；

T_out：进行相位切换时，分频器输出信号周期；

从图2的延时时序关系，我们可以分析出，如果ΔT_{c_P1}＝3T_in-ΔT_mux-ΔT_div-ΔT_ctrl大于4选1相位选择(MUX4-1)单元的延时，相位P2可以顺利切换到P1，两者在4选1相位选择单元处不会相互干扰。如果满足这个条件，那么ΔT_{P1_F4}＝ΔT_mux，并且T_{F4_sw}等于3倍的射频输入信号周期Tin，否则T_{F4_sw}可能是3倍到4倍射频输入信号周期间的任何值。

发明内容

为了解决现有的技术方案不能对高速输入信号Fin在多模分频器输出信号Fout的一个周期内进行连续的相位切换的问题，本发明的目的是当射频输入信号Fin的频率增加时，能够在一个Fout周期内能够进行(......P4→P3→P2→P1→P4......)的连续切换、实现多模分频操作、实现低功耗，为此，本发明提供一种基于时钟借用频率控制的相位切换多模分频方法及分频器。

为了实现本发明的目的，本发明第一方面提供的基于时钟借用频率控制的相位切换型多模分频方法的技术方案如下：

步骤1：输入周期为T_in的射频信号Fin，使相位切换控制环路各部分生成4选1相位选择延时时间ΔT_mux、触发计数延时时间ΔT_div和相位切换控制延时时间ΔT_ctrl；

步骤2：在多模分频器输出频率信号Fout的一个周期内，使相位切换控制环路相位连续切换的条件采用如下形式：

2ΔT_mux+ΔT_div+ΔT_ctrl≤3T_in

步骤3：根据相位连续切换的条件，设置相位切换控制单元的电路结构，获得相位切换控制单元的延时时间ΔT_ctrl；

步骤4：根据相位连续切换的条件，设置相位切换控制单元的电路结构，使相位切换控制单元在高频分频器输出频率信号F4上升沿前的低电平时间段提前开始工作；

步骤5：通过触发脉冲产生单元中的脉冲控制单元电路保证相位切换控制信号Ci在高频分频器输出频率信号F4的上升沿后产生，完成时钟借用频率控制的相位切换型多模分频。

对相位选择单元延时时间ΔT_mux延时达到最小是通过优化逻辑电路结构并配合相位切换控制单元实现。

为了实现本发明的目的，本发明第二方面提供的基于时钟借用频率控制的相位切换型多模分频器的技术方案如下：

一高频分频器，用于将输入频率信号Fin和Fin生成高频分频器的输出频率信号F4；一触发计数器，用于将高频分频器的输出频率信号F4生成分频信号Fm；一相位切换控制单元，用于将频率信号F4和分频信号Fm生成相位切换控制信号Ci。

根据本发明的实施例，所述高频分频器包括：

第一分频触发器，用于将输入频率信号生成两路频率信号；

第二分频触发器，用于将两路频率信号生成四路相位信号；以及

相位选择单元，用于将四路相位信号生成高频分频器的输出频率信号。

根据本发明的实施例，第一分频触发器采用两输入和两输出的两分频触发器；第二分频触发器采用两输入和四输出的两分频触发器；相位选择单元采用四选一相位选择单元。

根据本发明的实施例，所述触发计数器包括：由n个两分频触发器串联连接，用于分别输出多个分频信号。

根据本发明的实施例，所述触发计数器采用单输入单输出两分频触发器。

根据本发明的实施例，所述相位切换控制单元，包括：

一触发脉冲产生单元，对频率信号、分频信号和外部输入控制信号的逻辑操作，用于产生相位切换控制状态机的触发脉冲信号；

一相位切换控制状态机，用于将触发脉冲信号生成相位切换控制信号，用于控制相位选择单元四路相位信号的中的某一位连接到高频分频器输出频率信号的相位切换操作。

根据本发明的实施例，所述相位切换控制单元的分频比由外部输入控制信号选择。

根据本发明的实施例，所述触发脉冲产生单元包括：

一脉冲准备单元，用于将高频分频器的输出频率信号和触发计数器的输出频率信号以及外部输入控制信号生成脉冲信号；

一脉冲控制单元，用于将高频分频器的输出分频信号和脉冲准备单元的输出脉冲信号，生成触发脉冲信号。

本发明提出新型的多模分频器相位切换控制环路，具有以下优点：

1.本发明提出的新型多模分频器相位切换控制环路能够保证在射频输入信号频率增加时，在多模分频器输出信号Fout的一个周期进行连续的相位切换。

2.本发明提出的新型多模分频器相位切换控制环路比原有技术方案分频速度快、功耗低，实现简单。

3.本发明提出的新型多模分频器相位切换控制环路工作稳定性高，对具体加工工艺参数变化不敏感。

4.本发明可应用于无线收发机中的频率综合器、时钟产生和恢复电路等技术领域。

附图说明

图1示出现有技术相位选择型多模分频器

图2示出图1的相位切换时序关系图

图3本发明的多模分频器结构框图

图4示出图3示出多模分频器实施例结构框图

图5示出图3中相位切换控制单元细化结构框图

图6示出示出触发脉冲产生单元电路结构框图

图7示出图6中触发脉冲产生单元电路结构的实施例

图8示出图4中四选一相位选择单元电路结构

图9示出图5中控制状态机状态转移图

图10示出图5中控制状态机电路图

具体实施方式

下面将结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

为了实现低功耗的多模分频器，当射频输入信号Fin的频率增加时，保证在多模分频器输出信号Fout的一个周期内相位能够连续切换的条件可写成如下形式：

2ΔT_mux+ΔT_div+ΔT_ctrl≤3T_in          (公式1)

满足了这个公式，多模分频器就可以正确工作。4选1相位选择单元是相位切换的必经之路，当4选1相位选择单元电路结构确定以后，4选1相位选择单元的延时时间ΔT_mux也随之确定，所以只能设法减少相位切换控制单元的延时时间ΔT_ctrl和触发计数器的延时时间ΔT_div。本发明就是使系统能够在射频输入信号Fin的频率增加时满足公式1的要求。

从图2中，我们可以发现，相位切换控制信号Ci以高频分频器的输出频率信号F4的上升沿为基准，经过一段延时时间ΔT_ctrl+ΔT_div后产生。当然，当前相位切换控制信号Ci必须在前一次的相位切换全部完成后，也就是在高频分频器的输出频率信号F4的上升沿后产生，否则逻辑上将出现错误。但是，我们可以“借用”高频分频器输出频率信号F4上升沿前的低电平时间段，使相位切换控制单元提前开始工作，通过脉冲控制单元保证相位切换控制信号Ci在高频分频器输出频率信号F4的上升沿后产生，就相当于将相位切换控制单元的延时时间ΔT_ctrl移到了高频分频器输出频率信号F4的上升沿前，这就是“时间借用”切换控制技术。以上是“时间借用”技术的主要思路，具体电路结构见后面的具体实施方案。

本发明的另一重点是在减少4选1相位选择单元ΔT_mux延时时间方面。前面已经说过，4选1相位选择(MUX4-1)单元是相位切换的必经之路，我们不能完全消除这个延时时间，但可以通过优化逻辑电路结构并配合相位切换控制状态机使4选1相位选择单元ΔT_mux延时时间达到最小，具体的电路结构在后面的具体实施方案中将详细表述：

具体实施方案中，图3给出本发明多模分频器的结构框图，图中包括：高频分频器1、触发计数器2、相位切换控制单元3；输入信号Fin和Fin给入高速分频器1的信号输入端，高速分频器1的输出频率信号F4输入给触发计数器2和相位切换控制单元3的信号输入端。触发计数器2的输出分频信号F8、F16、F32、F64、......Fm分别输入给相位切换控制单元3的信号输入端，相位切换控制单元3输出的相位切换控制信号Ci，在实施例中为相位切换控制信号C0、C1、C2分别输入给高速分频器1的信号输入端。外部输入控制信号M0、M1、M2、......Mt给入相位切换控制单元3的信号输入端；上述，m＝8，16，32，64，......；n＝0，1，2，3，4，......；t＝0，1，2，3，4，......；i＝0，1，2。

图4示出多模分频器实施例结构框图，图中所示为：

高速分频器1包括第一分频触发器11、第二分频触发器12和相位选择单元13，其中：

第一分频触发器11可采用两输入和两输出的两分频触发器；第二分频触发器12可采用两输入和四输出的两分频触发器；第一分频触发器11，用于将输入频率信号Fin和Fin生成两路频率信号F2和F2；第二分频触发器12，用于将两路频率信号F2和F2生成四路相位信号P1、P2、P3和P4；相位选择单元13可采用四选一相位选择单元。相位选择单元13，用于将四路相位信号P1、P2、P3和P4生成高频分频器1的输出频率信号F4。

触发计数器2包括：由n个两分频触发器2n串联连接，用于分别输出分频信号F8、F16、F32、F64、......Fm。实施例中触发计数器2采用单输入单输出两分频触发器20、21、22、23、......2n，n＝0，1，2，3，4，......。

相位切换控制单元3与图3中相同。

图4的工作原理如下表示：射频输入信号Fin和Fin给入第一分频触发器11的信号输入端，第一分频触发器11的输出分频信号F2和F2是第二分频触发器12的输入，第二分频触发器12生成的四路相位信号为第一输出相位信号P1、第二输出相位信号P2、第三输出相位信号P3和第四输出相位信号P4是4选1相位选择单元13的输入信号，4选1相位选择单元13的输出频率信号F4给入第一分频触发器20和相位切换控制单元3的输入端。第一分频触发器20的输出分频信号F8是第二分频触发器21和相位切换控制单元3的输入信号，第二分频触发器21的输出分频信号F16是第三分频触发器22和相位切换控制单元3的输入信号，第三分频触发器22的输出分频信号F32是第四分频触发器23和相位切换控制单元3的输入信号，第四分频触发器23的输出分频信号F64是第五分频触发器24和相位切换控制单元3的输入信号，依此类推。最后，第n分频触发器2n的输出分频信号Fm是相位切换控制单元3的输入信号，并作为整个多模分频器的输出频率信号。

如图5相位切换控制单元3的细化结构框图，相位切换控制单元3包括：触发脉冲产生单元31、控制状态机32。在图中引入了频率信号F4、分频信号F8、F16、F32、F64、......Fm和外部输入控制信号M0、M1、M2、......Mt作为相位切换控制单元3的输入信号进入触发脉冲产生(Pusle_generate)单元31，通过这些信号的逻辑操作产生相位切换控制状态机32(Control_state_machine)的触发脉冲信号TP，控制状态机32收到触发脉冲信号TP信号后给出3位的相位切换控制信号C2、C1和C0，4选1相位选择单元13根据相位切换控制信号C2、C1和C0选择第一输出相位信号P1、第二输出相位信号P2、第三输出相位信号P3或第四输出相位信号P4中的某一位作为输出，完成一次相位切换操作。本发明多模分频器具体的分频比由外部输入控制信号M0、M1、M2、......Mt选择，t＝0，1，2，3，4，......。

图6示出触发脉冲产生单元电路31结构框图，包括：脉冲准备单元311和脉冲控制单元312。脉冲准备单元311的输入包括三部分，第一部分是高频分频器1的输出频率信号F4，第二部分是来自触发计数器2输出的分频信号F8、F16、F32、F64、......Fm，第三部分是外部输入控制信号M0、M1、M2、......Mt。脉冲准备单元311，通过对高频分频器1的输出频率信号F4和触发计数器2的输出分频信号F8、F16、F32、F64、......Fm以及外部输入控制信号M0、M1、M2、......Mt的逻辑操作生成脉冲信号PR；脉冲准备单元311输出的脉冲信号PR是脉冲控制单元312的输入，脉冲控制单元312的另一个输入是频率信号F4，脉冲控制单元312的输出是触发脉冲信号TP。

触发脉冲产生单元31(pulse_generate)的具体电路结构如图7中所示的脉冲准备单元311包括：

反相器311z0、311z1、311z2、311z3、311z4、......311zn，多输入与非门3110以及多输入与非门311k0、311k1、311k2、311k3、......311kt。

脉冲控制单元312，用于将高频分频器1的输出频率信号F4和脉冲准备单元311的输出脉冲信号PR生成触发脉冲信号TP。脉冲选择单元312采用两输入与非门3121和反相器3122。

频率信号F4、分频信号F8、F16、F32、F64、......Fm分别为反相器311z0、311z1、311z2、311z3、311z4、......311zn的输入信号，反相器311z0、311z1、311z2、311z3、311z4、......311zn的输出信号分别是F4、F8、F16、F32、F64......Fm。多输入与非门311k0、311k1、311k2、311k3、......311kt的输入信号M0、M1、M2、......Mt。反相器311z0输出的频率信号F4是多输入与非门311k0、311k1、311k2、311k3、......311kt的共用输入信号。图7的电路结构看似复杂，但其中有规律可循。例如多输入与非门311k2有5个输入信号，除了输入频率信号F4和控制信号M2以外，另外三个分别是反相器311z1和反相器311z2的输入频率信号以及反相器311z3的输出频率信号，依此类推，多输入与非门311kx(x是0，1，2，3......t中的任一取值)有x+3个输入端，除了输入频率信号F4和控制信号Mx以外，其余的分别是反相器311z1、311z2、......311zx的输入频率信号以及反相器311z(x+1)的输出频率信号。同理，多输入与非门311k2的输出脉冲信号是S[t-2]，多输入与非门311kx的输出脉冲信号就是S[t-x]。S[0]、......、S[t-3]、S[t-2]、S[t-1]、S[t]是多输入与非门3110的输入脉冲信号，多输入与非门3110的输出脉冲信号PR是两输入与非门3121的输入脉冲信号，两输入与非门3121的另一个输入脉冲信号是频率信号F4。两输入与非门3121的输出脉冲信号是反相器3122的输入脉冲信号，反相器3122的输出脉冲信号是触发脉冲信号PT。

触发脉冲产生单元31根据外部输入控制信号M0、M1、M2、......Mt的状态，在输出端产生一系列触发脉冲信号TP。图7中的标号S[0]、......、S[t-3]、S[t-2]、S[t-1]、S[t]表示相对应的与非门产生的脉冲个数，例如S[t-3]表示当M3为高电平时，S[t-3]端将产生2³＝8个脉冲，依此类推，S[t-x](x是0，1，2，3......t中的任一取值)表示当Mx为高电平时，S[t-x]端将产生2^x个脉冲，这些脉冲经过一个与非门后，再对频率信号F4进行逻辑与操作，以保证TP信号在频率信号F4的上升沿后产生，否则随后的相位切换将出现错误。

4选1相位选择(MUX4-1)单元13的电路结构如图8所示，具有两输入与非门131、132、133、134、135、136、137、138和139及反相器13a、13b和13c。图中相位切换控制信号C2、C1和C0是图4中相位切换控制单元3的输出，第一输出相位信号P1、第二输出相位信号P2、第三输出相位信号P3和第四输出相位信号P4是图4中第二分频触发器12的输出。

反相器13a的输入是相位切换控制信号C2，它的输出是两输入与非门131的输入，两输入与非门131的另一个输入是第四输出相位信号P4，两输入与非门131的输出是两输入与非门135的输入。两输入与非门132的一个输入是相位切换控制信号C2，另一个输入是第二输出相位信号P2，两输入与非门132的输出是两输入与非门135的另一个输入。两输入与非门135的输出端连接到相位信号PI。

反相器13b的输入是相位切换控制信号C1，它的输出是两输入与非门133的输入，两输入与非门133的另一个输入是第三输出相位信号P3，两输入与非门133的输出是两输入与非门136的输入。两输入与非门134的一个输入是相位切换控制信号C1，另一个输入是第一输出相位信号P1，两输入与非门134的输出是两输入与非门136的另一个输入。两输入与非门136的输出端连接到相位信号PQ。

反相器13c的输入是相位切换控制信号C0，它的输出是两输入与非门137的输入，两输入与非门137的另一个输入是相位信号PI，两输入与非门137的输出是两输入与非门139的输入。两输入与非门138的一个输入是相位切换控制信号C0，另一个输入是相位信号PQ，两输入与非门138的输出是两输入与非门139的另一个输入。两输入与非门139的输出是频率信号F4。

4选1相位选择单元选择正确的输出信号通过两步完成。相位切换控制信号C2选择第四输出相位信号P4或第二输出相位信号P2通过两输入与非门输出135输出的相位信号PI到两输入与非门137的输入端，相位切换控制信号C1选择第三输出相位信号P3或第一输出相位信号P1通过两输入与非门输出136输出的相位信号PQ到两输入与非门138的输入端。因为第一输出相位信号P1、第二输出相位信号P2、第三输出相位信号P3和第四输出相位信号P4在相位上依次延时四分之一周期，因此相位信号PI与相位信号PQ正交。相位切换控制信号C0选择相位信号PI或相位信号PQ通过两输入与非门输出139输出频率信号F4，这个电路与三个相位切换控制信号C2、C1和C0配合可使ΔT_mux延时时间仅为相位信号PI或相位信号PQ到频率信号F4的延时，这个延时等于通过两个与非门的传播延时。具体方法是，当相位切换控制信号C0选择相位信号PI路作为输出时，相位切换控制信号C1将相位信号PQ路准备好，也就是将第三输出相位信号P3或第一输出相位信号P1传送给相位信号PQ，当相位切换控制信号C0选择相位信号PQ路作为输出时，不需要等待第三输出相位信号P3或第一输出相位信号P1到相位信号PQ的传播延时，可直接将相位信号PQ输出给频率信号F4。同理，相位切换控制信号C0再切换到相位信号PI路时，相位切换控制信号C2已经将该路信号准备好。因此，这个电路与相位切换控制信号C2、C1和C0的配合可使4选1相位选择(MUX4-1)单元的延时(ΔT_mux)仅为两个与非门的传播延时，使公式1的约束条件更容易实现。相位切换控制信号C2、C1和C0的状态与相对应的频率信号F4输出见下面附表1所示：

从表中我们可以相位切换控制信号C2、C1和C0共有4种控制状态，周期循环。

相位切换控制信号C2、C1和C0状态转移图如图9所示，图中椭圆圈内为控制状态，控制状态按照相位切换控制信号C2、C1和C0的顺序状态转移。

控制状态机32(Control_state_machine)的电路图如图10所示，相位切换控制状态机32，用于将触发脉冲信号TP生成相位切换控制信号Ci即为相位切换控制信号C1、C2和C0，用于控制相位选择单元13四路第一相位信号P1、第二相位信号P2、第三相位信号P3或第四相位信号P4的中的某一位连接到高频分频器1输出频率信号F4的相位切换操作。图中控制状态机32是D触发器321、D触发器322和D触发器323，每个D触发器有一个输入端in，一个时钟端clk和一个输出端out。图中是NMOS晶体管326和327，NMOS晶体管有三端，G表示栅极，S表示源极，D表示漏极。图中是反相器324和325，它们一起构成图5中的控制状态机32。

D触发器321、322和323的clk端连接到触发脉冲信号PT。D触发器321、322和323的out端分别连接到相位切换控制信号C2、C1和C0。反相器324的输入是相位切换控制信号C1，它的输出信号连接到D触发器321的in端和NMOS晶体管327的S端。反相器325的输入是相位切换控制信号C0，它的输出连接到323的in端和NMOS晶体管326的G端。NMOS晶体管327的D端连接到NMOS晶体管326的D端和D触发器322的in端。NMOS晶体管327的G端连接到相位切换控制信号C0，NMOS晶体管326的S端连接到相位切换控制信号C1。

控制状态机32的电路实现是通过观察附表1和图9的状态转移过程而得来的。通过观察我们可以发现，如果相位切换控制信号C0的当前状态为0，相位切换控制信号C1的下一个状态与相位切换控制信号C1的当前状态相同；如果相位切换控制信号C0的当前状态为1，相位切换控制信号C1的下一个状态与相位切换控制信号C1的当前状态相反。而相位切换控制信号C2的下一个状态一直是与相位切换控制信号C1的当前状态相反，根据这些观察我们可容易理解这个状态机电路图。这个电路图的另一个重要特点是，它不需要外部的上电复位信号，也就是说无论状态机初始上电的状态如何，都可以回到状态转移图中四个正确状态中的一个，进入正确的循环轨道，如状态转移图9所示。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于时钟借用频率控制的相位切换型多模分频方法，其特征在于，分频步骤如下：

步骤1：输入周期为T_in的射频信号Fin，使相位切换控制环路各部分生成4选1相位选择单元延时时间ΔT_mux、触发计数延时时间ΔT_div和相位切换控制延时时间ΔT_ctrl；

步骤2：在多模分频器输出频率信号Fout的一个周期内，使相位切换控制环路相位连续切换的条件采用如下形式：

      2ΔT_mux+ΔT_div+ΔT_ctrl≤3T_in

步骤3：根据相位连续切换的条件，设置相位切换控制单元的电路结构包括：触发脉冲产生单元和相位切换控制状态机，所述触发脉冲产生单元对频率信号、分频信号和外部输入控制信号的进行逻辑操作，用于产生相位切换控制状态机的触发脉冲信号；所述相位切换控制状态机将触发脉冲信号生成相位切换控制信号，用于控制相位选择单元四路相位信号的中的某一位连接到高频分频器输出频率信号的相位切换操作，获得相位切换控制单元的延时时间ΔT_ctrl；

步骤4：根据相位连续切换的条件，设置相位切换控制单元的电路结构，使相位切换控制单元在高频分频器输出频率信号F4上升沿前的低电平时间段提前开始工作；

步骤5：通过触发脉冲产生单元中的脉冲控制单元电路保证相位切换控制信号Ci在高频分频器输出频率信号F4的上升沿后产生，完成时钟借用频率控制的相位切换型多模分频。

2.根据权利要求1所述的多模分频方法，其特征在于，优化相位选择单元的逻辑电路结构，生成4选1相位选择单元；所述4选1相位选择单元由9个两输入与非门和3个反相器构成，并配合相位切换控制单元产生的相位切换控制信号C0、C1和C2对4路输入信号P1、P2、P3和P4进行选择，其中C2控制输入信号P4或P2连接到中间相位信号PI，C1控制输入信号P1或P3连接到中间相位信号PQ，C0控制信号PI或PQ连接到输出信号F4；所述4选1相位选择单元选择正确的输出信号通过两步完成，当相位切换控制信号C0选择相位信号PI路作为输出时，相位切换控制信号C1将相位信号PQ路准备好，当相位切换控制信号C0选择相位信号PQ路作为输出时，不需要等待，直接将相位信号PQ输出；同理，相位切换控制信号C0再选择相位信号PI路作为输出时，相位切换控制信号C2已经将该路信号准备好，这种优化的逻辑电路结构与相位切换控制信号C2、C1和C0的配合可使相位选择单元延时时间ΔT_mux延时达到最小。

3.一种基于时钟借用频率控制的相位切换型多模分频器，其特征在于，包括：

一高频分频器(1)，用于将输入频率信号(Fin)和

生成高频分频器(1)的输出频率信号(F4)；

一触发计数器(2)，用于将高频分频器(1)的输出频率信号(F4)生成分频信号(Fm)；

一相位切换控制单元(3)，用于将频率信号(F4)和分频信号(Fm)生成相位切换控制信号(Ci)。

4.根据权利要求3所述的多模分频器，其特征在于，所述高频分频器(1)包括：

第一分频触发器(11)，用于将输入频率信号(Fin)和

生成两路频率信号(F2)和

第二分频触发器(12)，用于将两路频率信号(F2)和

生成四路相位信号；以及

相位选择单元(13)，用于将四路相位信号生成高频分频器(1)的输出频率信号(F4)。

5.根据权利要求4所述的多模分频器，其特征在于，第一分频触发器(11)采用两输入和两输出的两分频触发器；第二分频触发器(12)采用两输入和四输出的两分频触发器；相位选择单元(13)采用四选一相位选择单元。

6.根据权利要求3所述的多模分频器，其特征在于，所述触发计数器(2)由n个两分频触发器串联连接，用于分别输出分频信号(Fm)，n＝0，1，2，3，4，……。

7.根据权利要求6所述的多模分频器，其特征在于，所述触发计数器(2)采用单输入单输出两分频触发器。

8.根据权利要求3所述的多模分频器，其特征在于，所述相位切换控制单元(3)，包括：

一触发脉冲产生单元(31)，对频率信号(F4)、分频信号(Fm)和外部输入控制信号(Mt)的逻辑操作，用于产生相位切换控制状态机(32)的触发脉冲信号(TP)；

一相位切换控制状态机(32)，用于将触发脉冲信号(TP)生成相位切换控制信号(Ci)，用于控制相位选择单元(13)四路相位信号的中的某一位连接到高频分频器输出频率信号(F4)的相位切换操作。

9.根据权利要求8所述的多模分频器，其特征在于，所述相位切换控制单元(3)的分频比由外部输入控制信号(Mt)选择。

10.根据权利要求8所述的多模分频器，其特征在于，所述触发脉冲产生单元(31)包括：

一脉冲准备单元(311)，用于将高频分频器(1)的输出频率信号(F4)和触发计数器(2)的输出分频信号(Fm)以及外部输入控制信号(Mt)生成脉冲信号(PR)；

一脉冲控制单元(312)，用于将高频分频器(1)的输出频率信号(F4)和脉冲准备单元(311)的输出脉冲信号(PR)，生成触发脉冲信号(TP)。

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