CN1559105A - 相位和频率比较的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

相位和频率比较器，根据参考信号(Sref)的频率(Fref)和相位的函数，用于控制频率控制振荡器的输出信号的频率(Fvco)和相位，该比较器包括装置(11，12，21，22)，用于检测参考信号(Sref)和振荡器信号中该信号的频率和相位的变化代表值；装置(S1+，S2－，16，17)，用于在检测变化时产生第一或第二信号；装置(S2+，S2－，24至27)，若第一或第二信号分别被产生用于在检测变化时产生第三或第四信号，用于将所有产生的信号(Io；Vo)加到振荡器的装置；以及装置(13，23)，用于若第一和第二信号或第三和第四信号分别同时产生，则停止产生第一和第二信号或所有这些信号。

Description

相位和频率比较的方法和设备
技术领域
本发明涉及相位和频率比较的方法和设备。
背景技术
例如，这种设备使用在锁相环(PLL)中用于控制压控振荡器(VCO)。
锁相环通常包括压控振荡器，其输出通过分频器与相位比较器的输入形成环路，该相位比较器与参考频率源相连接并将来自振荡器的信号的相位与该参考信号的相位进行比较。相位比较器输出信号经低通滤波器输送到振荡器的控制输入。
本发明尤其，但不专门地，应用于移动电话，其中覆盖的地理区域被分成若干无线电蜂窝，每个蜂窝各自被分配一个发送信道。关于这一点，移动电话的发射与接收电路包括集成到上述类型的锁相环中的压控振荡器，使振荡器的输出通过按分配比N分频的分频器馈入到相位比较器的输入端。该锁相环的功能是将振荡器的输出频率锁定在移动电话所处蜂窝的信道的频率上，各信道对应于比率N的各值。另外，为了能够确定移动电话是否改换了蜂窝，有必要定期扫描相邻蜂窝的信道并比较来自这些蜂窝的信号和当前蜂窝的信号强度。为实现扫描，改变分配比N的值以使振荡器锁定在相邻蜂窝的信道频率上。一旦在该信道上接收到信号，分配比N的值再次被改变以使振荡器锁定在对应于当前蜂窝的信道的前述频率上。
不幸的是，将振荡器锁定在信道的频率上所需的时间是不可忽略的，相应地减少了有效载荷信息发送的可用时间，从而减小有效载荷的带宽。显然，振荡器的捕获和锁定时间越短，发送信息的可用带宽就越宽。
发明内容
本发明涉及一种相位比较器或相位和频率检测器，与现有技术的设备相比，该相位比较器或相位和频率检测器减少锁相环中的振荡器的捕获和锁定时间。
通过提供根据参考信号的频率和相位的函数控制具有频率控制输入的振荡器的输出信号的频率和相位的方法达到上述目的，所述方法包括如下步骤：
●在参考信号和振荡器信号中连续检测该信号的频率和相位的变化代表值，
●在所述参考信号和所述振荡器的信号的第一信号中检测所述变化之一后，在第一级产生第一控制信号，
●在所述参考信号和所述振荡器信号的第二信号中检测所述变化之一后，在第一级产生第二控制信号，且该第二控制信号与第一控制信号极性相反，
●将所产生的控制信号加到振荡器的控制输入端，并且
●若第一和第二控制信号同时产生，则停止产生这两个控制信号，该方法的特征在于，还包括如下步骤：
●若产生第一控制信号，则在所述参考信号和所述振荡器的信号的第一信号中检测所述变化之一后，在第二级触发产生第三控制信号，
●若产生第二控制信号，则在所述参考信号和振荡器的信号的第二信号中检测所述变化之一后，在第二级触发产生第四控制信号，且第四控制信号与第三控制信号极性相反，
●通过将所有如此产生的控制信号相加确定加到振荡器的控制输入端的控制信号，并且
●若第三和第四控制信号同时产生，则停止产生所有控制信号。
更适宜地，振荡器的输出信号的频率按分配比分频，且在来自振荡器的信号中的变化在按分配比分频的信号中检测。
第二控制信号级优选与第一控制信号级相同。
或者，第二控制信号级略高于第一控制信号级。
根据本发明的特性，该方法还包括如下步骤：
●在所述参考信号和所述振荡器信号的第一信号中检测所述变化之一后，当第(2i-3)控制信号被产生时，在第i级产生第(2i-1)控制信号，在此i为大于2的整数，
●在所述参考信号和所述振荡器的信号的第一信号中检测所述变化之一后，当第(2i-2)控制信号被产生时，在第i级产生第2i控制信号，且该与第2i控制信号第(2i-1)控制信号极性相反，并且
●若第2i，第(2i-1)控制信号同时产生，则停止产生第2i，第(2i-1)，第(2i-2)和第(2i-3)控制信号。
有利的是，第i控制信号级与第i-1控制信号级相同。
本发明还提供适用于控制具有频率控制输入的振荡器输出信号的频率的相位和频率比较器，该比较器接收具有参考频率的信号和振荡器的输出信号作为输入并包括：
●第一检测装置，用于连续检测参考信号和振荡器的信号中的信号的频率和相位的变化代表值，
●第一级的控制信号的第一信号源，
●第一级的控制信号的第二信号源，且该控制信号与第一信号源的信号极性相反，
●第一切换装置，该切换装置闭合时将在所述参考信号和所述振荡器的信号的第一信号中检测所述变化之一后的来自第一信号源的控制信号输送到比较器的输出端，
●第二切换装置，该切换装置闭合时将在所述参考信号和所述振荡器的信号的第二信号中检测所述变化之一后的来自第二信号源的信号输送到比较器输出端，及
●第一控制装置，用于控制第一和第二切换装置，当这两切换装置同时处于闭合状态将它们设为开启状态，
所述相位比较器，其特征在于它还包括：
●第二级的控制信号的第三信号源，
●第二级的控制信号的第四信号源，且该控制信号与第三信号源的信号极性相反，
●第三切换装置，当第一切换装置处于闭合状态时第三切换装置闭合，且将在所述参考信号和所述振荡器信号的第一信号中检测所述变化之一后的第三信号源的控制信号输送到比较器的输出端，
●第四切换装置，当第二切换装置处于闭合状态时第四切换装置闭合，且将在所述参考信号和所述振荡器的输出信号的第二信号中检测所述变化之一后的第四信号源的信号输送到比较器的输出端，比较器的输出信号具有与通过切换装置输送到比较器的输出端的控制信号总和相应的级，及
●第二控制装置，当第三和第四切换装置同时处于闭合状态时用于将第一和第二切换装置设为开启状态。有利的是，第一和第二控制信号级是常量。
按照本发明的另一特性，相位和频率比较器还包括第二检测器装置，用于连续检测参考信号和振荡器的输出信号中该信号的频率和相位的变化代表值，以及用于只有当第一或第二切换装置处于闭合状态时激活第二检测装置和不管第一检测装置的状态维持第二检测装置处于闭合状态的装置。
有利的是，相位和频率比较器还包括在第一和第二切换装置转为开启状态期间维持第二检测装置激活的装置。
按照本发明的另一特性，相位和频率比较器还包括用于维持第一和第二控制装置处于激活状态直至第一与第二切换装置和/或第三切换装置与第四切换装置在控制装置触发后转为开启状态的装置。
按照本发明的另一特性，相位和频率比较器还包括：
●第i级的控制信号的第2i-1信号源，
●第i级的控制信号的第2i信号源，且该控制信号与第2i-1信号源的信号极性相反，
●第2i-1切换装置，当第2i-3切换装置处于闭合状态时该第2i-1切换装置闭合，并将在所述参考信号和所述振荡器的输出信号的第一信号中检测所述变化之一后的第2i-1信号源的控制信号输送到比较器的输出端，
●第2i切换装置，当第2i-2切换装置处于闭合状态时该第2i切换装置闭合，且在所述参考信号和所述振荡器的输出信号的第二信号中检测所述变化之一后将第2i信号源输出的信号输送到比较器的输出端，比较器的输出信号具有与通过切换装置输送到比较器的输出端的控制信号总和相应的级，及
●用于控制第2i-3至第2i切换装置的装置，当第2i-1和第2i切换装置同时处于闭合状态时，将第2i-3至第2i切换装置设为开启状态。
附图说明
下面参照附图通过非限定的例子对本发明的优选实施例予以描述，
其中：
图1所示为常规的锁相环框图；
图2所示为移动电话发送和接收的序列的时序图；
图3所示为以作为相位差函数的振荡器控制电流曲线的形式表示现有技术的相位和频率比较器转换功能；
图4所示为以状态和转换图的形式描述提供图3中的转换功能的自动装置；
图5所示为提供图3所示转换功能的相位和频率比较器电路的电路图；
图6所示为以状态和转换图的形式描述的采用另一现有技术的相位和频率比较器的自动装置；
图7所示为以作为相位差函数的振荡器控制电流的曲线形式表示图6中的相位和频率比较器转换功能；
图8所示为以作为相位差函数的振荡器控制电流曲线的形式表示本发明的相位和频率比较器转换功能；
图9所示为以状态和转换图的形式描述的产生图8中的转换功能的自动装置；
图10所示为本发明的相位和频率比较器电路第一实施例的电路图；
图11和图12所示为以作为相位差函数的振荡器控制电流的曲线形式表示图10中的相位和频率比较器转换功能；
图13和图14所示为本发明的相位和频率比较器电路的另两个实施例的电路图。
具体实施方式
图1显示了被广泛用于移动电话的收发电路中的锁相环。
这种环路包括相位和频率比较器1，例如从石英体振荡器得到的且具有恒定参考频率Fref的信号Sref被输送到该相位和频率比较器。比较器1的输出信号经低通滤波器3过滤并送入压控振荡器(VCO)2的控制输入端，发送可随其控制输入端的正或负电压的改变增加或减少频率Fvco的信号Svco。为自动控制频率Fvco在参考频率Fref上，信号Svco被输送到相位和频率比较器1的另一输入端，提供与所测得的输送到其输入端的两信号之间的相位差成正比的信号。
为了能够改变输出信号的频率Fvco，振荡器2的输出通过按照可变的整数或非整数比N分配的分频器4连接到比较器1的输入端。在这种情况下，参考频率Fref被设置为等于所需的输出频率变化的步骤。
例如，这种锁相环用于移动电话，在移动电话系统中，分配给该系统的频带被分成信道并且系统所覆盖的地理区域被分成蜂窝，每个蜂窝有至少一个发射信道和一个接收信道且至少包括一个基站，蜂窝中的移动电话通过该基站与网络通信。连接到网络的每个移动电话在周期的发射和接收帧中被分配一个时隙。图2以作为时间的函数的频率的图表的形式显示由在不同信道发送的时隙构成的两个帧。在该图中阴影区域表示某个移动电话正处于发射或接收期间。在该图中描述例中，移动电话使用接收RX信道1的第一时隙和发射TX信道1的第四时隙。
在发射和接收模式之间的每一个转变，移动电话的本地振荡器须锁定在相应信道的频率上。同样地，为了能够确定随着相对于基站的位置的变化移动电话是否须切换蜂窝，需要对相邻蜂窝的接收信道进行扫描，即，图2例中的RX信道2和RX信道3。为此，本地振荡器须被控制锁定在这两个信道的频率上。因此，在一个帧期间，移动电话实现一信道上的接收序列，第二信道上的发射序列，以及第三信道上的扫描序列。频率的三次转换(图中箭头所指)须在每个帧中实现。应注意发射须在略先于第四时隙进行以使基站在该时隙期间确实接收要发送的数据。
显然，移动电话发射或接收(阴影区域)的时间和实现频率转换所需的时间的总和须小于帧的持续时间。
因此，为了不影响载荷的传输比特率，这些频率转换须快速完成，这意味着锁相环须在分配比N变化后快速将振荡器锁定在所需信道的频率上。
此外，若移动电话系统的载荷带宽增加，实现频率转换所需的时间必须要短。
通常用于该领域的相位和频率比较器具有如图3所示的转换函数。这种转换函数包括三个区域，也就是通过比较器测量的相位差ΔΦ的范围从-2π到+2π的相位捕获区域，和相位差分别小于-2π和大于2π的两个频率捕获区域，而且，在从2nπ到2(n+1)π的每一个时隙中，其中，n为正的或负的整数或零，比较器的输出电流Io与比较器测量的相位差ΔΦ成正比。尤其是，作为相位差函数的电流Io线性变化适用于整个相位捕获区域。
上述转换函数可借助于如图4所示的自动装置获得，具有三种状态，即对应于零控制电流Io和振荡器2锁定在等于参考频率Fref的N倍的设定频率的状态，对应于负的相位差和控制电流Io为负的状态，以及对应于正的相位差和控制电流Io为正的状态。通过检测加入到相位和频率比较器1输入端的一个或其它信号Fvco和Fref中的变化引起状态的转变。在二进制信号的情况中，这样的一个变化是检测，例如，在任一输入信号的上升沿，若变化在参考信号中出现，则图中状态向右转变，直到达到电流Io为正的状态。相反，若变化在来自振荡器的信号中出现，则图中状态向左转变，直到达到电流Io为负的状态。
自动装置可基于图5所示的电路。详见下列文献：
【1】“单片锁相环及时钟恢复电路--指南”，Behzad Razavi，“单片锁相环及时钟恢复电路，原理和设计”的前言，IEEE出版，ISBN0-7803-1149-3。
【2】“可改善下一代锁相环(PLL)设计的三态相检测器”C.AndrewSharpe，电子设计新闻杂志，1976年9月20日。
该电路包括两个D型双稳态触发电路11，12，每个电路有各自的时钟信号输入端，数据输入端，复位输入端和输出端Q。当一个脉冲加到时钟信号输入，这种双稳态触发电路在其输出端Q输出一个与数据输入端的信号相同的信号。双稳态触发电路11，12在各自的时钟信号输入端接收分别为频率Fref和频率Fvco/N的信号，两个双稳态触发电路的数据输入端被设为1。两个双稳态触发电路11，12各自的输出端Q分别连接到与门13的输入，与门13的输出连接到两个双稳态触发电路的复位输入端。
此外，在双稳态触发电路11的输出端Q的信号控制一侧与第一电流源S1+的终端相连接的第一开关16，S1+的另一终端与电路的Vdd电源线相连接。在双稳态触发电路12的输出端Q的信号控制与第二电流源S1-的终端相连接的第二开关17，S1-的另一终端接地，两电流源在从Vdd电源线到地的相同方向提供同样的电流In。两开关16，17的接合点连接到比较器1的输出端，提供等于电流源S1+和S1-输出的电流之间的差值的控制振荡器2的电流Io并通过连接在两开关16，17的接合点与地之间的电容器C转换成控制电压Vo。通过振荡器2，滤波器3和分频器4的特性确定电流In的值。
在上述电路中，电流源是所知的充电泵，因为它们对电容器C进行充电或放电。
起初，两个双稳态触发电路11，12处于低状态，因此，两开关16，17开启且因此控制电流为0。
从初始状态启动，若上升沿出现在频率分别为Fref和Fvco/N的两个输入信号的第一个，相应的双稳态触发电路11或12上升到高状态，意味着其输出端Q从0上升到1。结果，相应的开关16，17闭合并且相关的电流源16，17提供电流In以注入正的或负的电荷到电容器C或从电容器C收回正的或负的电荷。因而状态对应于图4的自动装置中正的或负的Io值。
若上升沿出现在比较器2的两个输入信号的第二个信号中，另外的双稳态触发电路11或12也上升到高状态并提供从0上升到1的信号Q，闭合另外的开关16，17。结果，与门13的输出从0上升到1，触发两个双稳态触发电路11，12复位并因此开启两个开关。因而输出电流Io变为零。
显然，当两个信号的上升沿同时到达双稳态触发电路11，12的输入端时振荡器2完成锁定。导致两个开关16，17实际上同时闭合和开启。
在频率捕获相位期间，平均控制电流的绝对值等于In/2。
上述的这种满足当前移动电话网的要求的电路不能实现在新的高比特率移动电话标准，如通用移动电信系统(UMTS)标准或国际电信2000(IMT2000)标准中规定的捕获和锁定时间。
如图6所示，有的比较器其采用五态自动装置模式实施。在图6中，自动装置有5个连结的状态形成一个链，即控制电流Io等于零的中间状态，中间状态左边的控制电流Io为负的两个状态，以及中间状态右边的控制电流Io为正的两个状态。
在该自动装置中，有从一个状态到另一状态的变化，每次在参考信号中检测到一个变化时从左到右移动，而每次在来自振荡器2的频率被分配比N分频的信号中检测到一个变化时以相反方向移动。
自动装置考虑到另一输入信号中检测到的两个连续的变化之间在两个输入信号之一中至少发生两个变化的情况(转变到自动装置状态链末端的状态)。
图7所示的是上述类型的自动装置的转换函数。转换函数还包括三个相位差区域，即通过比较器测量的相位差ΔΦ的范围从-2π到+2π的相位捕获区域，和相位差分别小于-2π和大于2π的两个频率捕获区域。在后两个区域中控制电流Io是恒定的且分别等于+In和-In。与前述的三态比较器电路相比，五态比较器电路具有的优点是频率捕获相期间的平均控制电流的绝对值等于In，是三态比较器的两倍。与三态比较器相比实质上使频率捕获相位的速率加倍。
已发现上述类型的自动装置不能提供足够满足新的移动电话网络标准规定要求的性能。
为了满足这些新的要求，如图8表述的转换函数所示，本发明提供如上所述类型的相位和频率比较器，其相位捕获区域被扩展并且频率捕获区域的控制电流Io的平均值增加。在图8中，相位捕获区域(该区域的控制电流Io与相位差ΔΦ成正比)对应于从-4π到+4π的相位差且频率捕获区域的平均控制电流Io的绝对值等于3In/2，也就是在In和2In之间。
借助于图9所示的九态自动装置可实现上述目标，图9中垂直轴表示在比较器1输出端得到的控制电流Io的值，作为对应的比较器1产生的控制电流Io的函数自动装置的各种状态被标定在该轴上。
从自动装置不输出控制电流Io的初始状态41开始，若变化发生在频率分别为Fref和Fvco/N的两个输入信号的第一个信号中，自动装置分别转到状态42，43，其中电流Io分别等于In和-In。若在状态42，43中，变化发生在第二信号中，自动装置回到初始状态41。另一方面，若在状态42或43中，变化发生在第一信号中，自动装置分别转到状态44，47，其中产生的电流Io分别等于2In+ε和-2In-ε，并维持该状态直至一个变化发生在第二信号中。当变化发生在第二信号中时，自动装置分别从状态44，47转到状态45，48，其中控制电流分别等于In+ε和-In-ε。
若在状态45，48中，变化然后发生在第一信号中，自动装置分别回到状态44，47。另一方面，若变化发生在第二信号中，自动装置分别转到状态46，49，其中控制电流Io分别等于+ε和-ε。
在状态46，49中，若变化发生在第一信号中，自动装置分别回到状态45，48，而若变化发生在第二信号中，自动装置转回到初始状态41。
因此，在输入信号中第二个信号的两个连续的变化之间当检测到比较器的两个输入信号中第一个信号的两个变化时达到状态44，47。
可以注意到，包括三态的三个系列的自动装置，可扩展为具有三态的五个系列的自动装置(如虚线箭头所指示)，其中三态的另两个系列包括控制电流Io分别等于3In+ε+ε1，2In+ε+ε1和In+ε+ε1的第一系列的状态和控制电流Io分别等于-3In+ε+ε1，-2In+ε+ε1和-In+ε+ε1的第二系列的状态。
为方便起见，ε1的值可以是零。
具有15态的自动装置可推广到具有3(2n+1)态的自动装置，其中n为大于2的整数。
图9中的自动装置是基于，例如，图10中的电路，该电路以图5中的电路为基础，整合了以同样方式相互连接的相同的元器件。如此，为采用相同的参考编号表示图10中的元器件，见图5中的说明。
除图5中的电路外，图10中的电路包括另一基本上与图5中电路相同的电路，即两个D型双稳态触发电路21，22，其输出Q分别控制两个开关26，27，该开关26，27控制两个电流源S2+和S2-的活动，两个电流源S2+和S2-以与电流源S1+和S1-相同的方式连接到Vdd电源线，接地以及连接到电路的Io输出端，在输出端分别输出电流In+ε和-In-ε。
双稳态触发电路21，22的时钟信号输入端分别接收参考频率的信号和振荡器的频率除以N(Fvco/N)的信号。并且，两个双稳态触发电路21，22的输出Q分别连接到与门23的输入，与门13的输出分别与两个双稳态触发电路21，22的复位输入连接。
另外，两个双稳态触发电路21，22的数据输入端分别连接到两个或门24，25的输出端，输出端与双稳态触发电路21的输入端相连接的或门24的输入端分别连接到双稳态触发电路11和21的输出，而输出端与双稳态触发电路22的输入相连接的或门25的输入端分别连接到双稳态触发电路12和22的输出端。
因此，直到连接到比较器的相同输入端的双稳态触发电路11，12转换到高状态时，双稳态触发电路21，22才能转换到高状态，并且不管相应的双稳态触发电路11，12的状态，双稳态触发电路21，22的任一个维持在高状态，直至高状态的信号输送到双稳态触发电路21，22的复位输入端。
该电路还包括在与门13的输出端和双稳态触发电路11，12的复位输入端之间的另一个或门28。或门28的另一输入端连接到与门23的输出端。因此复位双稳态触发电路21，22导致双稳态触发电路11，12的复位。
如图9所示，在状态41中，所有的电流源均未被激活(开关16，17，26和27开启)。分别在状态42，43中，仅分别有电流源S1+，S1-被激活。分别在状态44，47中，电流源S1+和S2+，S1-和S2-分别被激活。分别在状态45，48中，仅有电流源S2+，S2-分别被激活。分别在状态46，49中，电流源S2+和S1-，S2-和S1+分别被激活。
假如参考信号和分频器4输出的信号有相同的频率(通过比较器测量的相位差ΔΦ的范围从-2π到+2π)，电路的运转与参照图5所述的相同，即电流源S2-和S2+从不被激活。因此，自动装置维持在状态41至43。
另一方面，当两个上升沿一出现在第二输入信号的两个连续上升沿之间比较器的两个输入信号的第一个信号中时，相应的双稳态触发电路21或22的输出就变为1，激活由输出变为1的双稳态触发电路控制的电流源S2-或S2+，电流源S1-和S1+分别被在两个上升沿的第一个上输出变为1的双稳态触发电路12，11激活。因而相位差ΔΦ大于+2π或小于-2π，自动装置处于状态44或47。
若然后上升沿出现在第二信号中，与门13对两个双稳态触发电路11，12进行复位，使电流源S1-和S1+分别失活(状态45或48)。因而只有电流源S2-和S2+分别处于激活状态，并且只要在第一信号的两个连续上升沿之间没检测到第二信号中的两个上升沿就一直保持。
所有这些的结果是作为从-4π到+4π的相位差的函数的控制电流曲线的线性区域(见图8)。
若两个上升沿出现在第一输入信号的两个连续上升沿之间的第二输入信号中，则相应的双稳态触发电路11，12改变状态，激活电压源S1+，S1-，获得电源S2+和S1-或S2-和S1+同时被激活的结果(状态46或49)。因而控制电流Io等于ε或-ε。
当电源S2+或S2-之一被激活时，为了达到初始状态41，在第一信号的两个连续上升沿之间，比较器1须接收第二信号中的两个上升沿(从状态45或48开始)或第二信号中的三个上升沿(从状态44或47开始)。
当发生这种变化时，双稳态触发电路21，22由低变高，导致与门23的输出变高，从而触发双稳态触发电路21，22复位。因为与门23的输出与或门28的输入相连，双稳态触发电路11，12也被复位。
实际上，在双稳态触发电路21，22复位时，双稳态触发电路11，12的复位是必要的，否则电路将直接转变为状态43或42。
有利的是，电流源S1+和S2+，S1-和S2-分别被选择输出略微不同的电流(因此ε为一非零的值)，以防止自动装置具有控制电流接近于零的三态，即状态41，46和49。此外，电源S2-和S2+输出的电流须略高于电源S1-和S1+输出的电流(因此ε为一正值)，当相位差ΔΦ不为零时防止出现控制电流为零的状态，如图11所示。
实际上图11为ε值为负数时得到的转换函数，具有两个达到锁定点(ΔΦ＝0，Io＝0)的奇点51和52，相位差ΔΦ不为零，具有两个激活的电流源，即S1-和S2+或S2-和S1+。其结果，具有两个相互平均补偿的激活的电流源振荡器2被锁定。已发现由于每一个电流源构成一个作用在振荡器的控制输入端的噪声源，将避免这种状态。因此，当振荡器处于锁定时，所有的电流源优选是未激活状态。
另一方面，如图12所示，当ε值为正，控制电流Io为零时电路从未达到相位差ΔΦ不为零的状态；反之，电路达到相位差ΔΦ为零且控制电流Io不为零的状态。另外，在频率捕获相位期间这种状态增加平均控制电流的绝对值，因而该值等于In+ε/2而不是In，这一参数对比较器1的效率具有重要影响。
在本发明的第二实施例中，与图10的比较器相比，图13中的比较器1包括两个额外的或门31，32。或门31连接在双稳态触发电路11的输出Q与开关16的控制输入和或门24的输入的接合点之间，从而在其输入端接收来自双稳态触发电路11的输出端Q的信号。或门31的另一输入连接到双稳态触发电路11，12的复位输入端。
类似地，或门32连接在双稳态触发电路12的输出Q与开关17的控制输入和或门25的输入的接合点之间，从而在其输入端接收来自双稳态触发电路12的输出端Q的信号。或门32的另一输入端连接到双稳态触发电路11，12的复位输入端。
在双稳态触发电路11，12的复位期间通过维持双稳态触发电路21，22各自的数据输入为1，这防止了在电路不同部分的信号传播时间差。
具体地说，这避免了比较器的第一输入信号中的上升沿恰好出现在第二输入信号中的两个连续的上升沿的第二个之前的紧急情况，电流源S2-或S2+处于正在被激活的点。当第一信号中的上升沿到达激活电源S2-或S2+的上升沿之前时，电源S1-和S1+分别被激活，两双稳态触发电路11，12被复位。在两双稳态触发电路11，12复位期间，在第二信号中出现的上升沿未被检测到。其结果，相应的电流源S2-或S2+不被激活并且第二信号被认为比第一信号延迟2π。这是图3所示的现有技术的转换函数相应的工作模式。
另一方面，增加或门31，32维持或门21，22各自的数据输入为1，并且若在双稳态触发电路11，12复位期间出现上升沿，这些门可以改变状态并激活相应的电源S2-或S2+。
另外，由于电源S1-和S1+由双稳态触发电路11，12的输出信号和复位信号的逻辑加的结果驱动，这也保证了电源S1-和S1+完全激活。
在本发明的第三实施例中，与图13的比较器相比，图14中的比较器1还包括另两个或门35，36和另一个与门37。
或门36以这样一种方式连接到电路上从而在其输入端接收来自双稳态触发电路21，22的输出信号。或门36的输出端连接到与门37的输入端，与门37的另一输入端连接到两个双稳态触发电路21，22的复位输入端。或门25位于与门23的输出和双稳态触发电路21，22的复位线之间，或门35的另一输入端连接到与门37的输出端。
这也防止在电路不同部分的传播时间差，该传播时间差特别在电源S2-或S2+失活时可能上升。
实际上，若该特性不能实现，双稳态触发电路21，22的复位信号可能在两个电源S2-或S2+中的一个失活之前变为零。这三个门35，36，37维持该复位信号在激活状态直至两电源S2-或S2+传播失活。
当然，该特性也可以应用到双稳态触发电路11，12的复位电路。
如前面参考图9所述，图10，图13和图14中所示的比较器具有与图5中电路完全相同的两级，可以推广到具有N级的比较器，其中仅当与比较器的同一输入端相连的较低的i-1级双稳态触发电路的输出已变为1时，i级双稳态触发电路的输出才可变为1，并且其中i级双稳态触发电路的复位触发较低的i-1级双稳态触发电路的复位，在此i为2至n的整数。

Claims (14)

1、一种根据参考信号(Sref)的频率(Fref)和相位的函数，控制具有频率控制输入的振荡器(2)的输出信号的频率(Fvco)和相位的方法，所述方法包括如下步骤：
●在参考信号(Sref)和振荡器信号中连续检测该信号的频率和相位的变化代表值，
●在所述参考信号和所述振荡器的信号的第一信号中检测所述变化之一后，在第一级(In)产生第一控制信号，
●在所述参考信号和所述振荡器信号的第二信号中检测所述变化之一后，在第一级产生第二控制信号，且该第二控制信号与第一控制信号极性相反，
●将所产生的控制信号(Io；Vo)加到振荡器的控制输入端，并且
●若第一和第二控制信号同时产生，则停止产生这两个控制信号，该方法的特征在于，还包括如下步骤：
●若产生第一控制信号，则在所述参考信号(Sref和所述振荡器(2)的信号的第一信号中检测所述变化之一后，在第二级(In+ε)触发产生第三控制信号，
●若产生第二控制信号，则在所述参考信号和振荡器的信号的第二信号中检测所述变化之一后，在第二级触发产生第四控制信号，且第四控制信号与第三控制信号极性相反，
●通过将所有如此产生的控制信号相加确定加到振荡器(2)的控制输入端的控制信号(Io；Vo)，并且
●若第三和第四控制信号同时产生，则停止产生所有控制信号。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，振荡器(2)的输出信号的频率Fvco按照分配比(N)被分频且在频率Fvco按分配比(N)分频的信号中检测在来自振荡器的信号中的变化。
3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第二控制信号级(In+ε)与第一控制信号级(In)相同。
4、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第二控制信号级(In+ε)略高于第一控制信号级(In)。
5、如权利要求1至4的任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
●在所述参考信号和所述振荡器(2)信号的第一信号中检测所述变化之一后，当第(2i-3)控制信号被产生时，在第i级产生第(2i-1)控制信号，在此i为大于2的整数，
●在所述参考信号和所述振荡器的信号的第一信号中检测所述变化之一后，当第(2i-2)控制信号被产生时，在第i级产生第2i控制信号，且该与第2i控制信号第(2i-1)控制信号极性相反，并且
●若第2i，第(2i-1)控制信号同时产生，则停止产生第2i，第(2i-1)，第(2i-2)和第(2i-3)控制信号。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，第i控制信号级和第i-1控制信号级是相同的。
7、一种适用于控制具有频率控制输入的振荡器(2)的输出信号的频率的相位和频率比较器，该比较器在输入端接收具有参考频率(Fref)的信号(Sref)和振荡器信号，包括：
●第一检测装置(11，12)，用于连续检测参考信号(Sref)和振荡器的信号中的信号的频率和相位的变化代表值，
●第一级(In)的控制信号的第一信号源(S1+)，
●第一级(In)的控制信号的第二信号源(S1-)，且该控制信号与第一信号源的信号极性相反，
●第一切换装置(11，16)，该切换装置(11，16)闭合时将在所述参考信号和所述振荡器的信号的第一信号中检测所述变化之一后的来自第一信号源(S1+)的控制信号输送到比较器(1)的输出端，
●第二切换装置(12，17)，该切换装置(12，17)闭合时将在所述参考信号和所述振荡器的信号的第二信号中检测所述变化之一后的来自第二信号源(S1-)的信号输送到比较器(1)的输出端，
●第一控制装置(13)，用于控制第一和第二切换装置，当这两切换装置同时处于闭合状态将它们设为开启状态，
所述相位比较器，其特征在于它还包括：
●第二级(In+ε)的控制信号的第三信号源(S2+)，
●第二级(In+ε)的控制信号的第四信号源(S2-)，且该控制信号与第三信号源的信号极性相反，
●第三切换装置(21，26)，第一切换装置(11，16)处于闭合状态时第三切换装置(21，26)闭合，且将在所述参考信号和所述振荡器信号的第一信号中检测所述变化之一后的第三信号源(S2+)的控制信号输送到比较器(1)的输出端，
●第四切换装置(22，27)，第二切换装置(12，17)处于闭合状态时第四切换装置(22，27)闭合，且将在所述参考信号和所述振荡器的输出信号的第二信号中检测所述变化之一后的第四信号源(S2-)的信号输送到比较器(1)的输出端，比较器的输出信号(Io)具有与通过切换装置输送到比较器的输出端的控制信号总和相应的级，及
●第二控制装置(23，28)，当第三和第四切换装置同时处于闭合状态时用于将第一和第二切换装置设为开启状态。
8、如权利要求7所述的相位和频率比较器，其特征在于，第一和第二控制信号级(In，(In+ε))是常量。
9、如权利要求7或8所述的相位和频率比较器，其特征在于，第二控制信号级略高于第一控制信号级。
10、如权利要求7至9的任一项所述的相位和频率比较器，其特征在于，被输送到比较器(1)输入端的来自振荡器(2)的信号通过将振荡器(2)输出信号的频率(Fvco)以分配比(N)分频获得。
11、如权利要求7至10的任一项所述的相位和频率比较器，其特征在于，它还包括第二检测装置(21，22)，用于连续检测参考信号(Sref)和振荡器的输出信号变化表示该信号的频率和相位，以及装置(24，25)，用于当第一或第二切换装置(11，16；12，17)处于闭合状态时则激活第二检测装置并维持第二检测装置处于闭合状态而不管第一检测器装置的状态。
12、如权利要求11所述的相位和频率比较器，其特征在于，它还包括在第一切换装置(11，16)和第二切换装置(12，17)转为开启状态期间，用于维持第二检测装置(21，22)激活的装置(31，32)。
13、如权利要求7至12的任一项所述的相位和频率比较器，其特征在于，它还包括装置(35，36，37)，用于维持第一控制装置(13，28)和第二控制装置(23，25)处于激活状态直至第一切换装置(11，16)与第二切换装置(12，17)和/或第三切换装置(21，26)与第四切换装置(22，27)在控制装置触发后转为开启状态。
14、如权利要求7至13的任一项所述的相位和频率比较器，其特征在于，它还包括：
●第i级的控制信号的第2i-1信号源，
●第i级的控制信号的第2i信号源，且该控制信号与第2i-1信号源的信号极性相反，
●第2i-1切换装置，第2i-3切换装置处于闭合状态时该第2i-1切换装置闭合，并将在所述参考信号和所述振荡器的输出信号的第一信号中检测所述变化之一后的第2i-1信号源的控制信号输送到比较器(1)的输出端，
●第2i切换装置，第2i-2切换装置处于闭合状态时该第2i切换装置闭合，且在所述参考信号和所述振荡器的输出信号的第二信号中检测所述变化之一后将第2i信号源输出的信号输送到比较器(1)的输出端，比较器的输出信号(I0)具有与通过切换装置输送到比较器的输出端的控制信号总和相应的级，及
●用于控制第2i-3至第2i切换装置的装置，当第2i-1和第2i切换装置同时处于闭合状态时，将第2i-3至第2i切换装置设为开启状态。
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