CN1501581A - 应用在无线通信系统的锁相环及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种锁相环，包含可变除数除法器、调制器、相位检测器、充放电泵、回路滤波器、压控振荡器以及频率转换器。该可变除数除法器以可变除数来将本地振荡信号分频，而产生参考信号。该调制器接收该组基频信号以对该参考信号进行频率调制并产生相对应的第一比较信号。该压控振荡器依据该第一与第二比较信号的相位差所产生的相对应控制电压来产生该相对应的射频信号以传送出去。该射频信号经反馈而作为反馈信号。该频率转换器接收该反馈信号与该本地振荡信号，并相应于两者的频率差距而输出该第二比较信号。该可变除数除法器中的该可变除数是可程控，以避免由于该本地振荡信号受干扰，而致使该射频信号产生除了该预定发射频率之外的干扰频率。

Description

应用在无线通信系统的 锁相环及其方法

技术领域

本发明是关于一种锁相环，特别是指一种应用在无线通信系统的锁相环。

背景技术

在无线通信系统中，锁相环是用以产生具有特定相位与特定频率的发射信号。已知的锁相环中，特定频率的产生是由频率合成器产生本地振荡频率，再由一组固定除数除法器对本地振荡频率分频，再与经过降频后的信号一起进入相位检测器后，产生控制信号并以该控制信号产生该特定频率。因此对同一特定频率，其相对应的本地振荡频率是固定的。然而因为噪声干扰，导致相对应的固定本地振荡频率本身的信号品质不佳时，会连带使得锁相环的发射信号品质不佳。

频率合成器有许多做法，然而每一种做法都有不同种类的噪声干扰，例如晶体振荡器频率(Crystal Oscillator Frequecy)倍频所造成的干扰，即当所需要的本地振荡频率接近某干扰频率的整数倍时，本地振荡频率就很容易被干扰。因而在所需要的本地振荡频率附近数kHz到1MHz处会多出一些干扰信号。

已知的避免噪声干扰的方法，是专注于频率合成器的改进，因而增加电路的复杂度与成本。当干扰无法解决时，便会发生该频率无法使用，或是使该频率的使用品质较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可应用在无线通信系统的锁相环，以及一种射频信号的产生方法。该锁相环是用来将输入频率的一组基频信号加以调制为相对应的射频信号。该射频信号具有预定的发射频率以发射出去。

本发明提供一种锁相环，该锁相环包含频率合成器、第一可变除数除法器、调制器、压控振荡器以及频率转换器。该频率合成器产生具有本地振荡频率的本地振荡信号。该第一可变除数除法器以第一可变除数来将该本地振荡信号分频，而产生参考信号。调制器接收该组基频信号以对该参考信号进行频率调制并产生相对应的第一比较信号。该压控振荡器依据该第一比较信号与一第二比较信号的相位差所产生的相对应控制电压来产生该相对应的射频信号以传送出去。该射频信号经反馈而作为反馈信号。该频率转换器接收该反馈信号与该本地振荡信号，并相应于两者的频率差距而输出该第二比较信号，以与第一比较信号比较。该第一可变除数除法器中的该可变除数是可程控(programmable-control)，以避免由于该本地振荡信号受干扰，而致使该射频信号产生除了该预定发射频率之外的干扰(spur)频率。

本发明锁相环中，该第一可变除数除法器中的该可变除数是可程控(programmable-control)，以避免由于该本地振荡信号受干扰，而致使该射频信号产生除了该预定发射频率之外的干扰(spur)频率。运用本发明可以让数字式移动电话(Global Sim Mobile，GSM)系统中所有频道，都可以选择到合适的本地振荡频率，而不会有输出信号品质不良的问题。

本发明还提供一种射频信号的产生方法，该射频信号的产生方法，是利用锁相环来接收具有一输入频率的一组基频信号，并加以调制为相对应的射频信号，该射频信号在后续以预定的发射频率发射出去，该方法包含下列步骤：产生具有本地振荡频率的本地振荡信号，并以第一可变除数来将该本地振荡信号分频，而产生参考信号；以该组基频信号对该参考信号进行频率调制，并产生相对应的第一比较信号；对该第一比较信号与第二比较信号进行相位检测，并相应于两者的相位差输出相对应的控制电流输出入信号；接收该控制电流输出入信号，并据以产生相对应的控制电流，并将该控制电流进行滤波后输出控制电压；以及依据该控制电压而产生该相对应的射频信号以传送出去，而该射频信号并经反馈而作为反馈信号，并依据该反馈信号与该本地振荡信号的频率差距而产生该第二比较信号；其中该可变除数是可程控，以避免由于该本地振荡信号受干扰，而致使该射频信号产生除了该预定发射频率之外的干扰频率。

关于本发明的优点与精神可以由以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1为本发明的锁相环功能方框图。

图2为本发明的另一具体实施例的锁相环功能方框图。

图3为图2所示锁相环的第一可变除数M为11时，发射频率的实验数据图。

图4为图2所示锁相环30的第一可变除数为9时，发射频率的实验数据图。

图5为图3发射频率经该组基频信号调制后发射频率的实验数据图。

图6为图4发射频率经该组基频信号调制后发射频率的实验数据图。

图7为图2的锁相环的射频信号产生方法的步骤流程图。

标号说明

10：锁相环                  12：频率合成器

14：第一可变除数除法器      16：调制器

18：相位检测器              20：充放电泵

22：回路滤波器              24：压控振荡器

30：锁相环                  32：相位转换发生器

34：第二可变除数除法器

F_i：输入频率               F_tx：发射频率

F_LO：本地振荡频率          S_re：参考信号

M：第一可变除数             N：第二可变除数

S₁：第一比较信号           S₂：第二比较信号

S_IQ：控制电流输出入信号

I：控制电流                 V：控制电压

S_FB：反馈信号

具体实施方式

本发明是提供一种锁相环，应用在无线通信系统的射频信号传送装置中，用来接收具有输入频率(F_i)的一组基频信号并加以调制为一相对应的射频信号(F_tx)，该射频信号具有一预定的发射频率以发射出去。

请参阅图1，图1为本发明的锁相环10功能方框图。锁相环10包含有频率合成器12、第一可变除数除法器14、调制器16、相位检测器18、充放电泵20、回路滤波器22、压控振荡器24以及频率转换器66。

频率合成器12是用以产生具有本地振荡频率F_LO的本地振荡信号。第一可变除数除法器14以第一可变除数M来将该本地振荡信号分频，而产生参考信号S_re。调制器16以该组基频信号对参考信号S_re进行频率调制，并产生相对应的第一比较信号S₁。

相位检测器18用以对第一比较信号S₁与第二比较信号S₂进行相位检测，并相应于两者的相位差输出相对应的控制电流输出入信号S_IQ。充放电泵20用以接收控制电流输出入信号S_IQ，并按照该信号以输出相对应的控制电流I。回路滤波器22将控制电流I进行滤波后输出控制电压V至压控振荡器24。

压控振荡器24依据控制电压V，产生该相对应的射频信号以传送出去。该射频信号则经反馈而作为反馈信号S_FB。频率转换器26是接收反馈信号S_FB与该本地振荡信号，并相应于两者的频率差距而输出第二比较信号S₂至相位检测器18中。

第一可变除数除法器14中的第一可变除数M是可程控(programmable-comtrol)，以避免由于该本地振荡信号受干扰，而致使该射频信号产生除了该预定发射频率之外的干扰(spur)频率。

以下将说明，由可程控的第一可变除数M以避免本地振荡信号受到干扰。

当锁相环10所需要射频信号的发射频率为F_tx，此时所需要F_LO与第一可变除数M之间的关系式为 $F_{\mathrm{LO}}=\frac{(M-1)}{M}\×F_{\mathrm{tx}.}$ 由于F_tx为固定值，且已知的第一可变除数M亦为固定值，若是此时所得出的F_LO被其他信号所干扰，已知的改变电路的方式无法有效解决此干扰问题。因此，若第一可变除数M可程控，便可以求得另外一个F_LO来完成锁相环10并得到相同的F_tx。

例如在数字式移动电话(Global Sim Mobile，GSM)系统中利用频道631作为信号传递频道，此频道所使用频率为1734MHz。若所设定的可变除数N固定为9，经 $F_{\mathrm{LO}}=\frac{(M-1)}{M}\×F_{\mathrm{tx}}$ 所求得的F_LO便为1950.75MHz。然而，频率1950.75MHz很容易被移动电话系统中的频率合成器经常使用的参考频率13MHz或26MHz的倍频所干扰。此时则将第一可变除数M改变为11，则所需要的F_LO便为1907.41MHz。1907.4MHz与原来的1950.65MHz相隔43.35MHz，而在频率1907.4MHz正可避开参考频率13MHz或26MHz的倍频干扰。

请参阅图2，图2为本发明的另一具体实施例的锁相环30功能方框图。与图1锁相环10主要不同的是，锁相环30另包含相位转换发生器32以及第二可变除数除法器34。相位转换发生器32用以将第一可变除数除法器14所产生的参考信号S_re的相位位移九十度再输入调制器16中。第二可变除数除法器34则在该本地振荡信号进入频率转换器26之前，先以第二可变除数N将该本地振荡信号分频，而后才输入将分频后的该本地振荡信号传送至频率转换器26中。

在锁相环30中，该射频信号的发射频率F_tx、该本地振荡信号的本地振荡频率F_LO、第一可变除数除法器14的第一可变除数M以及第二可变除数除法器34的第二可变除数为N之间的关系满足下列关系式：

$F_{\mathrm{tx}}=\left(\frac{M\±N}{M\×N}\right)\×F_{\mathrm{LO}}$

以此，对于固定的锁相环射频信号的发射频率F_tx，可以经改变第一可变除数除法器14的第一可变除数M以及第二可变除数除法器34的第二可变除数为N，来选择优选的本地振荡频率F_LO，以避开特定本地振荡频率F_LO对锁相环输出信号的干扰。

以下要由具体实施例的实验数据，来印证本发明的实际应用效果。本实施例的发射频率F_tx为1,725MHz。锁相环30的频率合成器12合成本地振荡频率F_LO为1897.5MHz，经过第一可变除数除法器14产生参考信号S_re。当尚未输入基频信号对参考信号S_re进行频率调制时，关于锁相环30所输出的发射频率F_tx的频谱，请参阅图3。图3为图2所示锁相环30的第一可变除数M为11时，发射频率F_tx的实验数据图。图3的横坐标为频率，纵坐标为功率，其中横坐标的每格单位为300kHz。功率最大的发射频率F_tx为预定的发射频道，即发射频率F_tx为1,725MHz。由图3可见，当锁相环30中第一可变除数除法器14的第一可变除数M为11，发射频率F_tx所输出的频谱功率最大值为最高峰A₁，频率为1725MHz。然而，在1725MHz左右两边500kHz各出现了1725MHz之外的干扰(spur)频率A₂及A₃。由于频率合成器所使用的参考频率26MHz具有一整数倍频为1898MHz(26×73＝1898)，相当接近本地振荡频率1897.5MHz而产生干扰。此干扰在经过锁相环后，在发射频率F_tx1725MHz两旁500kHz处产生干扰(spur)频率A₂及A₃。

由于发射频率F_tx1725MHz经第一可变除数为11分频所对应的本地振荡信号会使发射频率F_tx受到干扰，第一可变除数除法器14便进一步将第一可变除数M调整为9，此时所对应的本地振荡频率变成1940.625MHz，已经远离26MHz的另一整数倍频1950MHz(26×75＝1950)。请参阅图4，图4为图2所示锁相环30的第一可变除数为9时，发射频率F_tx的实验数据图。由图4可见，当第一可变除数调整为9之后，发射频率F_tx所输出的频谱功率最大值B1仍为1725MHz，但在1725MHz左右两边不再出现干扰频率。

锁相环30的频率合成器12合成本地振荡频率F_LO为1897.5MHz，经过第一可变除数除法器14产生参考信号S_re。在输入基频信号对参考信号S_re进行频率调制之后，关于锁相环30所输出的发射频率F_tx的频谱，请参阅图5。图5为图3发射频率经该组基频信号调制后发射频率F_tx的实验数据图。图5的横坐标为频率，纵坐标为功率，其中横坐标的每格单位为300kHz。功率最大的发射频率F_tx亦为预定的发射频道，即发射频率F_tx为1725MHz。如图5所示，当第一可变除数为11时，在经过该组基频信号调制之后，发射频率F_tx所输出的频谱在主要发射频率C₁两旁有干扰频率的凸起C₂及C₃。

请参阅图6，图6为图4发射频率经该组基频信号调制后发射频率的实验数据图。当第一可变除数调整为9之后，发射频率F_tx所输出的频谱除主要发射频率D₁之外，没有任何的干扰频率。因此可证明，应用本发明的第一可变除法器可有效解决发射频率F_tx在本地振荡频率受到某特定频率倍频的干扰时的问题，并进一步使射频信号没有噪声。

请参阅图7，图7为图2所示的锁相环30的射频信号产生方法步骤流程图。本发明的射频信号产生方法，是利用锁相环30来接收具有输入频率F_i的一组基频信号，并加以调制为相对应的射频信号。该射频信号并在后续以预定的发射频率F_tx发射出去。该方法包含下列步骤：

S40：开始；

S42：产生具有本地振荡频率F_LO的本地振荡信号，并以第一可变除数M来将该本地振荡信号分频，而产生参考信号S_re；

S44：参考信号S_re经过九十度的相位位移，再由基频信号F_i对位移后的参考信号S_re进行频率调制，产生相对应的第一比较信号S₁；

S46：本地振荡频率F_LO经第二可变除数N加以分频，并依据反馈信号S_FB与本地振荡频率F_LO的差距进行计算以产生第二比较信号S₂；

S48：对第一比较信号S₁与第二比较信号S₂进行相位与频率检测，并相应于两者的相位差输出相对应的控制电流输出入信号S_IQ；

S50：接收控制电流输出入信号S_IQ，并根据控制电流输出入信号S_IQ产生相对应的控制电流I，并将控制电流I进行滤波后输出控制电压V；

S52：依据控制电压V而产生该相对应的射频信号以传送出去，该射频信号并经反馈而作为反馈信号S_FB；

S54：完成。

本发明是提供一种锁相环，用来接收具有输入频率的一组基频信号并加以调制为相对应的射频信号。该射频信号在后续以预定的发射频率发射出去。该锁相环包含频率合成器、第一可变除数除法器、调制器、压控振荡器以及频率转换器。本发明锁相环中，该第一可变除数除法器中的该可变除数是可程控(programmable-control)，以避免由于该本地振荡信号受干扰，而致使该射频信号产生除了该预定发射频率之外的干扰(spur)频率。运用本发明可以让GSM系统中所有频道，都可以选择到合适的本地振荡频率，而不会有输出信号品质不良的问题。

由以上优选具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的优选具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排在本发明所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具有相等性的安排。

Claims (12)

1.一种锁相环，用来接收具有某一输入频率的一组基频信号并加以调制为相对应的射频信号，该射频信号具有预定的发射频率以发射出去，该锁相环包含；

频率合成器，以产生具有本地振荡频率的本地振荡信号；

第一可变除数除法器，以第一可变除数来将该本地振荡信号分频，而产生参考信号；

调制器，以该组基频信号对该参考信号进行频率调制，并产生相对应的第一比较信号；

相位检测器，用以对该第一比较信号与第二比较信号进行相位检测，并相应于两者的相位差输出相对应的控制电流输出入信号；

充放电泵，用以接收该控制电流输出入信号，并据以输出相对应的控制电流；

回路滤波器，用以将该控制电流进行滤波后输出控制电压；

压控振荡器，是依据该控制电压而产生该相对应的射频信号以传送出去，而该射频信号并经反馈而作为反馈信号；以及

频率转换器，是接收该反馈信号与该本地振荡信号，并相应于两者的频率差距而输出该第二比较信号至该相位检测器中；

其中该第一可变除数除法器中的该第一可变除数是可程控，以避免由于该本地振荡信号受干扰，而致使该射频信号产生除了该预定发射频率之外的干扰频率。

2.如权利要求1所述的锁相环，其中该锁相环另包含相位转换发生器，用以将该第一可变除数除法器所产生的参考信号的相位位移九十度再输入该调制器中。

3.如权利要求1所述的锁相环，其中该本地振荡信号在进入该频率转换器之前，会先经过第二可变除数除法器以第二可变除数来将该本地振荡信号分频，而后才输入至该频率转换器中。

4.如权利要求3所述的锁相环，其中该射频信号的发射频率为F_tx，该本地振荡信号的本地振荡频率为F_LO，该第一可变除数除法器的该第一可变除数为M，该第二可变除数除法器的该第二可变除数为N，并满足下列关系式：

$F_{\mathrm{tx}}=\left(\frac{M\±N}{M\×N}\right){\×F}_{\mathrm{LO}}$

5.如权利要求1所述的锁相环，该锁相环是应用于无线通信系统的射频信号传送装置中。

6.如权利要求1所述的锁相环，其中该锁相环仅包含单一的该频率合成器，以产生单一的该本地振荡信号。

7.一种射频信号的产生方法，是利用锁相环来接收具有一输入频率的一组基频信号，并加以调制为相对应的射频信号，该射频信号在后续以预定的发射频率发射出去，该方法包含下列步骤：

产生具有本地振荡频率的本地振荡信号，并以第一可变除数来将该本地振荡信号分频，而产生参考信号；

以该组基频信号对该参考信号进行频率调制，并产生相对应的第一比较信号；

对该第一比较信号与第二比较信号进行相位检测，并相应于两者的相位差输出相对应的控制电流输出入信号；

接收该控制电流输出入信号，并据以产生相对应的控制电流，并将该控制电流进行滤波后输出控制电压；以及

依据该控制电压而产生该相对应的射频信号以传送出去，而该射频信号并经反馈而作为反馈信号，并依据该反馈信号与该本地振荡信号的频率差距而产生该第二比较信号；

其中该可变除数是可程控，以避免由于该本地振荡信号受干扰，而致使该射频信号产生除了该预定发射频率之外的干扰频率。

8.如权利要求27所述的方法，其中该参考信号的相位需先经九十度的相位位移，再由该组基频信号后续进行频率调制。

9.如权利要求27所述的方法，其中该本地振荡信号另会先经第二可变除数加以分频，而后与该反馈信号进行两者频率差距的计算，始产生出该第二比较信号。

10.如权利要求8所述的方法，其中该射频信号的发射频率为F_tx，该本地振荡信号的本发振荡频率为F_LO，该第一可变除数为N，该第二可变除数为N，并满足下列关系式：

$F_{\mathrm{tx}}=\left(\frac{M\±N}{M\×N}\right)\×F_{\mathrm{LO}}$

11.如权利要求7所述的方法，其中该方法是应用在无线通信系统的射频信号传送装置中。

12.如权利要求7所述的方法，其该方法仅利用到单一的频率合成器，以产生单一的该本地振荡信号。

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