CN1691513A - Pll电路，无线电通讯设备以及振荡频率控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低成本和稳定的PLL电路，在该电路中，在PLL锁定状态时的C/N特性和达到锁定所需的锁定时间以及其它等等在所有频带中都可以设置成最佳的。该PLL电路包括：压控振荡器，它具有多个频带；第一频率分频器，用于对所述压控振荡器的输出信号进行分频；参考信号振荡器；第二频率分频器，用于对所述参考信号振荡器所输出的参考信号进行分频；相位比较器，用于检测在所述第一频率分频器的输出信号和所述第二频率分频器的输出信号之间的相位差异并输出相位差信号；电荷泵，可以输入和输出基于所选择的频带且基于所述相位差信号所设置的增益所产生的电流；以及环路滤波器，它可以由所述电荷泵输入和输出的电流来增加或减小具有指定低通滤波器特性的电压并因此产生所述的控制电压。

Description

PLL电路，无线电通讯设备以及振荡频率控制的方法
技术领域
本发明涉及PLL(锁相环)电路，包括手机系统的移动终端和基站装置的无线电通讯设备及其振荡频率控制方法。
背景技术
在诸如移动终端之类的无线电通讯系统中，产生具有高稳定性的振荡信号是很重要的。因此，这些无线电通讯系统都包括高稳定性的PLL电路。
在日本待审查专利公告No.10-154934的正式公告中披露了现有技术1的PLL频率振荡合成电路。图14是显示现有技术1的PLL频率振荡合成电路结构的方框图。在图14中，标号1表示电压控制振荡器(简称之“VCO”)；标号2表示频率分频器，用于分频压控振荡器所输出的频率；标号3表示参考信号振荡器；标号4表示频率分配器，用于分频参考信号的频率；标号5表示相位比较器；标号1406表示电荷泵，它可根据相位比较器的信号来输入和输出恒定电流；标号7表示环路滤波器；标号1401表示A/D转换器电路；以及标号1402表示算术运算电路。
PLL频率合成电路具有一个模拟数字转换电路1401，它对闭环状态的PLL电路的环路滤波器的输出信号进行模拟数字转换，以及一个算术运算电路1402，它分析数字环路滤波器的输出信号。算术运算电路1402通过执行快速采样来检测在PLL电路的转换过程中的瞬时响应(即，环路滤波器的输出信号)，基于所检测到的结果，分析PLL电路的环路特性，从而可以适当地控制诸如相位比较器的增益或者环路滤波器的滤波特性之类的环路参数。采用这种结构，有可能稳定PLL电路。
在日本待审查专利公告No.2003-152535的正式公告中披露了适用于具有现有技术2的PLL电路的无线电使用的半导体集成电路。图15是显示适用于现有技术2的无线电使用的半导体集成电路的PLL电路结构的方框图。在图15中，标号1表示电压控制振荡器(简称之“VCO”)，它具有多个频带(在实施例1中为4个)；标号2表示频率分频器，用于分频压控振荡器所输出的频率；标号3表示参考信号振荡器；标号4表示频率分配器，用于分频参考信号的频率；标号5表示相位比较器；标号1406表示电荷泵，它可根据相位比较器的信号来输入和输出恒定电流；标号7表示环路滤波器；标号8表示开关；标号9表示恒定电压电源，它可以提供第一恒定电压；标号11表示频率计数器；标号12表示算术运算电路；标号13表示存储器电路；以及标号14表示VCO选择电路，它用于选择电压控制振荡器的频带。
在适用于无线电使用的现有技术2的半导体集成电路的PLL电路中，有可能选择性地将压控振荡器1的振荡频率切换至多个振荡频带中的任意一个频带。为了能够实现宽振荡范围且具有高稳定性的振荡频率，PLL电路可以利用开关8进行切换，使得PLL电路可切换至开环状态和切换至压控振荡器1的一个频带上，频率计数器11对压控振荡器的输出信号频率进行计数。存储器电路13存储对应于频带的频率计数器11的计数数值(振荡频率)。频带选择电路14将要实际工作的振荡频带与事先存储于存储器电路13中的频率测量值相比较，并根据比较的结果来确定实际所使用的振荡频带。
在适用于具有现有技术2的PLL电路的无线电使用的半导体集成电路中，必需在存储器电路中存储适用于所要使用的所有振荡范围的所要使用的压控振荡器的频带。因此，就必须使得在PLL电路锁定之前依次测量各个频带的时间和将这些测量时间存储于包括PLL电路的IC中的时间保持对各个频带都相互一致，或者在IC装货之前的最终检测过程中保持相互一致，这就需要测量压控振荡器的各个频带中的振荡频率以及将上述频率存储于存储器电路中且保持与各个频带的振荡频率相一致的处理。
同样，由于上述所提及的原因，存在着压控振荡器的频率与频率控制电压特性的斜率(下文中称之为Kv)在各个频带中都是变化的问题。在具有多个频带的压控振荡器中，振荡频率一般都是由一个电感器和一个电容元件的谐振所确定的。对于电容元件来说，可以使用变容二极管，例如，可以根据频率控制电压来改变其电容。
在各个频带中都是变化的问题。在具有多个频带的压控振荡器中，提供了一种一个变容二极管和多组固定电容器和开关的串联单元相并联的电路。通过响应频带选择的命令选择性地导通和截止串联单元中的开关，变容二极管和固定电容器的电容之和可以进行变化切换。通过变容二极管的总的电容和固定电容器的总的电容的切换，振荡频率就会发生变化。然而，当切换频带时，就会改变相对于频率控制电压的变容二极管和固定电容器的总的电容变化特性(总的电容的变化因子)。这是因为，在变容二极管的电容相对于频率控制电压变化的同时，固定电容的电容量是恒定的。正是因为这一事实，Kv可以根据所要选择的频带改变。
由于Kv的这一变化，就一直存在着在PLL电路锁定时和/或到达锁定所需锁定时间的C/N特性是变化的问题。随着振荡频率的延伸和频带数量的增加，在最低频带的Kv和最高频带的Kv之间的差异就会变大。因此，就难以实现具有多个频带且对所有频带都具有稳定响应特性的稳定PLL电路。
可以考虑将现有技术1的PLL电路结构引入到现有技术2的PLL电路结构中。然而，为了能够采用模拟数字转换电路来测量在闭环状态中的环路滤波器输出的微小电压变化，就需要高精度和高速运算的模拟数字转换器。所需要的控制算术运算电路也因此变得很复杂。为了实现数字信号处理器(下文中称之为DSP)能够根据模拟数字转换电路所测量到的结果来控制环路滤波器的特性，就需要很多诸如可变电阻器、PIN二极管之类的部件来实现DSP的控制。
在现有技术1的结构中，由于需要诸如模拟数字转换电路的转换时间之类的时间或者由DSP进行复杂运算所需时间，因此在PLL电路的锁定达到稳定操作之前需要一定的时间周期。因此，就难以将现有技术1的结构引入到在系统的实际用户的使用过程中频带可以切换的压控振荡器中或者引入到具有高速锁定运算功能的PLL电路中。同样，即使假设已经将现有技术1的结构引入到PLL电路，但存在着的另一问题是PLL电路变得十分昂贵。
发明内容
本发明试图提供一种低成本和稳定的PLL电路，在该电路中，可以选择性地切换至多个振荡频率范围(下文称之为频带)中的任一范围中或者处于任一频带中，当PLL处于锁定状态时C/N特性和锁定时间都几乎是恒定的；还提供一种具有上述这类PLL电路的无线电通讯设备及其振荡频率控制的方法。
为了能够解决上述问题，本发明具有下列结构。权利要求1所阐述的发明是一种PLL电路，该PLL电路包括：压控振荡器，它具有多个频带且可以在根据所选择频带中的控制电压的频率上振荡；第一频率分频器，用于对所述压控振荡器的输出信号进行分频；参考信号振荡器；第二频率分频器，用于对所述参考信号振荡器所输出的参考信号进行分频；相位比较器，用于检测在所述第一频率分频器的输出信号和所述第二频率分频器的输出信号之间的相位差异并输出相位差信号；电荷泵，可以输入和输出基于所选择的频带且基于所述相位差信号所设置的增益所产生的电流；以及环路滤波器，它可以由所述电荷泵输入和输出的电流来增加或减小具有指定低通滤波器特性的电压，并因此产生所述的控制电压。
通过根据频带来设置电荷泵的增益，压控振荡器在各个频带中的振荡频率与频率控制电压的特性中的效率编程近似于恒定。根据本发明，可以实现一种低成本和稳定的PLL电路，在该PPL电路中，在PLL电路锁定时间和达到锁定所需的锁上时间以及其它等等时间的C/N特性都可以在所有频带中设置成最佳的。
权利要求2所阐述的发明是权利要求1所请求的一种PLL电路，该PLL电路包括：频率测量单元，对该单元输入所述参考信号或所述参考信号的分频信号以及所述压控振荡器的输出信号或其分频信号，并且基于所述参考信号或所述参考信号的分频信号来测量压控振荡器的输出信号或及其分频信号的频率；以及频带选择单元，用于根据由所述频率测量单元所测量到的频率来选择所述压控振荡器工作的频带。
权利要求3所阐述的发明是权利要求1所请求的一种PLL电路，其特征在于，所述电荷泵输入和输出根据所述相位差信号之前选择频带所设置的电流。
权利要求4所阐述的发明是权利要求1所请求的一种PLL电路，该PLL电路进一步包括：开关，该开关插入在所述环路滤波器和所述压控振荡器之间，且所述开关选择和输出所述环路滤波器的输出电压或者第一恒定电压，作为所述压控振荡器的控制电压。
权利要求5所阐述的发明是权利要求1所请求的一种PLL电路，该PLL电路进一步包括：开关，该开关插入在所述环路滤波器和所述压控振荡器之间，且所述开关选择性地输出选自所述环路滤波器的输出电压、第一恒定电压、以及一个或多个第二恒定电压，作为所述压控振荡器的控制电压。
权利要求6所阐述的发明是一种无线电通讯设备，该无线电通讯设备具有权利要求1至5中任一权利要求中所请求的PLL电路，并采用所述压控振荡器的输出信号或者由所述PLL电路输出的分频信号来调制输入信号，以及无线电发送该信号，或者解调无线电接受到的输入信号。
权利要求7所阐述的发明是权利要求6所请求的一种无线电通讯设备，其特征在于，所述无线电通讯设备或是移动手机系统中的一个移动终端或是其一个基站装置。
权利要求8所阐述的发明是一种振荡频率控制方法，该方法包括：使得具有多个频带的压控振荡器在所选择的频带中振荡的振荡步骤；所述压控振荡器的输出信号分频的第一分频步骤；参考信号分频的第二分频步骤；检测在第一分频步骤的分频信号和第二分频步骤的分频信号之间的相位差异并输出该相位差信号的相位比较步骤；用于输入和输出以基于所述相位差信号选择频带所设置的增益所产生电流的电流驱动步骤；以及通过在所述电流驱动步骤所输入和输出的电流来增加或减小具有指定低通滤器特性的电压产生所述压控振荡器控制电压的控制电压产生步骤。
权利要求9所阐述的发明是权利要求8所请求的一种振荡频率控制方法，其特征在于，电流的输入和输出是基于所述电流驱动步骤在所述相位差信号之前所选择的频带所设置的电流。
权利要求10所阐述的发明是权利要求8所请求的一种振荡频率控制方法，该方法进一步包括：第一频率测量步骤，在该步骤中，在所述压控振荡器设置为指定频带且提供恒定数值的所述控制电压的条件下，输入所述参考信号或者所述参考信号的分频信号和所述压控振荡器的输出信号或者其输出信号的分频信号，并且根据所述参考信号或者所述参考信号的分频信号，测量所述压控振荡器的输出信号频率或者其分频信号频率；以及频带选择步骤，根据在所述第一频率测量步骤中所测量到的频率选择所述压控振荡器所工作的频带。
权利要求11所阐述的发明是权利要求8所请求的一种振荡频率控制方法，该方法进一步包括：第二频率测量步骤，用于通过提供第一恒定电压作为所选择频带的所述控制电压来测量所述电压振荡器的振荡频率；第三频率测量步骤，用于通过提供第二恒定电压作为所选择频带的所述控制电压来测量所述电压振荡器的振荡频率；增益设置步骤，用于基于在所述第二频率测量步骤中所测量到的振荡频率和在第三频率测量步骤中所测量到的振荡频率之间的差异来设置在所述电流驱动步骤中的频带增益，以及通过输入和输出基于在电流驱动步骤中的所述相位差信号所设置的增益所产生的电流使得所述压控振荡器振荡，并且通过影响上述控制电压产生步骤的输出电压作为所述控制电压的步骤。
权利要求12所阐述的发明是权利要求8所请求的一种振荡频率控制方法，该方法进一步包括：第二频率测量步骤，用于通过提供第一恒定电压作为所选择频带的所述控制电压来测量所述电压振荡器的振荡频率；第四频率测量步骤，用于通过提供所述控制电压产生步骤中的输出电压作为所选择频带的所述控制电压来测量所述电压振荡器的振荡频率；第五频率测量步骤，用于在所选择的频带中，当在第四频率测量步骤中所测量到的频率大于在第二频率测量步骤中所测量到的频率时，可以选择比所述第一恒定电压大一定数值的恒定电压，而当在所述第四频率测量步骤所测量到的频率小于在第二频率测量步骤中所测量的频率时，可以选择比所述第一恒定电压小一定数值得恒定电压，并且随后将所选择的恒定电压作为控制电压来提供，依次测量所述压控振荡器的振荡频率；增益设置步骤，用于基于在所述第二频率测量步骤中所测量到的振荡频率和在第五频率测量步骤中所测量到的振荡频率之间的差异来设置在所述电流驱动步骤中的频带增益，以及通过输入和输出基于在电流驱动步骤中的所述相位差信号所设置的增益所产生的电流使得所述压控振荡器振荡，并且随后通过提供所述控制电压产生步骤的输出电压作为所述控制电压的步骤。
权利要求13所阐述的发明是一种振荡频率控制方法，其特征在于，在该方法中，当电源开启时，就执行在权利要求10至权利要求12任一中所请求的振荡频率控制方法中的一种方法，执行指定频率作为目标频率、选择包括目标频率的频带、以及随后设置在所述电流驱动步骤中增益的步骤。
权利要求14所阐述的发明是一种振荡频率控制方法，该方法进一步包括禁止或允许在所述电流驱动步骤中的频带选择操作和增益设置操作的步骤，以及其特制在于，只有允许在所述电流驱动步骤中的频带选择操作和增益选择操作时，才能够执行在权利要求10至权利要求12中任一权利要求所请求的振荡频率控制方法。
权利要求15所阐述的发明是一种振荡频率控制方法，该方法进一步包括执行在权利要求8至权利要求12中任一权利要求所请求的振荡频率控制方法的步骤，使得在电源开启时所述压控振荡器以所指定的目标频率振荡，以及在该步骤中，在基于新的目标频率或者基于在新的目标频率和所述指定目标频率之间的差异设置新的目标频率的情况下，可以使用特殊算术表达式或者特殊表格来执行在所述电流驱动步骤的频带选择和增益选择。
权利要求16所阐述的发明是一种振荡频率控制方法，其特征在于，该方法可选择性执行从存储各个频带的所述电流驱动步骤的增益的存储器中读取对应于所选择频带所设置的所述电流驱动步骤的增益，以及执行在权利要求8所请求的很大频率控制方法的步骤；以及执行在权利要求10至权利要求12中任一权利要求所请求的振荡频率控制方法的步骤。
权利要求17所阐述的发明是权利要求10至权利要求12中任一权利要求所请求的一种振荡频率控制方法，其特征在于，当通过提供一恒定电压作为所述控制电压来测量所述压控振荡器的振荡频率的步骤切换至通过提供所述控制电压产生步骤的输出电压作为所述控制电压使得所述压控振荡器振荡的步骤时，所述电流驱动步骤的增益可瞬间设置成高，并且在经过一定的时间之后或者在所述压控振荡器的振荡频率锁定在相对于目标频率误差的移动范围内之后，所述电流驱动步骤的增益可设置成对应于所述选择频带的数值。
权利要求18所阐述的发明是一种振荡频率控制方法，该方法包括用于以压控振荡器的输出信号或者其分频信号调制输入信号以便于进行无线电发送或者解调无线电接受到的输入信号的无线电通讯步骤，以及用于在没有执行所述无线电通讯步骤的时间周期中执行在权利要求10至权利要求12中任一权利要求所请求的一种振荡频率控制方法的调节步骤。
权利要求19所阐述的发明是权利要求18所请求的一种振荡频率控制方法，其特征在于，在没有执行所述无线电通讯步骤以及所述压控振荡器的振荡频率偏离目标频率大于限定阈值的时间周期中执行所述调节步骤。
根据本发明，有可能实现低成本和稳定的PLL电路，在该电路中，有可能选择性地切换至多个频带，以及在这些频带中，当PLL处于锁定状态和锁定时间时的C/N特性变得几乎相同，并且也有可能实现具有上述PLL电路的无线电通讯设备及其振荡频率控制方法。
在切换频带时，也有可能获得C/N、锁定时间等等的稳定特性，即使在压控振荡器的Kv变化的情况。
也可能通过选择性地使用频带以及电荷泵电流的优化设置情况和在已经设置条件下操作PLL电路的情况，从而有可能实现能够快速响应锁定时间的PLL电路以及具有上述PLL电路的无线电通讯设备及其恒定频率控制方法。
在后附的权利要求中详细阐述了本发明的新颖特性的同时，可以从以下结合附图的详细讨论中更好地从结构和内容中理解和意识本发明及其其它目的和性能。
附图说明
图1是显示本发明实施例1的PLL电路结构的方框图；
图2是显示本发明实施例1的电压控制振荡器结构的方框示意图；
图3显示了本发明实施例1的压控振荡器的响应频带特性的图形；
图4是显示本发明实施例1的电荷泵结构的方框示意图；
图5是显示本发明实施例1的环路滤波器结构的方框示意图；
图6是显示本发明实施例1的无线电通讯设备的示意结构的方框示意图；
图7是本发明实施例1的振荡频率控制方法的流程图；
图8是显示本发明实施例2和3的PLL电路的方框图；
图9是本发明实施例2的振荡频率控制方法的流程图；
图10是本发明实施例3的振荡频率控制方法的流程图；
图11是本发明实施例4的振荡频率控制方法的流程图；
图12是本发明实施例5的振荡频率控制方法的流程图；
图13是本发明实施例6的振荡频率控制方法的流程图；
图14是传统发明的PLL电路1；和，
图15是传统发明的PLL电路2。
应该意识到的是，某些或者其它附图只是用于说明目的的表述，且没有必要采用所示元件的实际相对尺寸或者位置来表述的。
具体实施方式
以下结合附图讨论了特别显示实现本发明最佳模式的实施例。
《实施例1》
使用图1至图7来讨论本发明实施例1的PLL电路、无线电通讯设备以及振荡频率控制方法。图1是显示本发明实施例1的PLL电路结构的方框图。在图1中，标号1表示具有多个频带(在实施例1中为4)的电压控制振荡器(下文简称之VCO)、标号2表示用于压控振荡器输出频率分频的频率分频器；标号3表示参考信号振荡器；标号4表示用于参考信号频率分频的频率分频器；标号5表示相位比较器；标号6表示响应相位比较器的信号输入和输出恒定电流的电荷泵；标号7表示环路滤波器；标号8表示开关；标号9表示提供第一恒定电压的恒压源；标号11表示频率计数器；标号12表示算术运算电路；标号13表示存储电路，标号14表示用于选择压控振荡器频带的VCO选择电路；以及标号15表示电荷泵的电流控制电路(简称之CP电流控制电路)。
正如后续图6所讨论的，实施例1的PLL电路601安装在无线电通讯设备上。无线电通讯设备的控制单元602(图6)发送开关信号16，分频比率N的设置信号17，和分频信号比率R的设置信号18，以及PLL电路601的控制。
在本发明实施例1中的PLL电路601中，压控振荡器1的半导体元件、分频器2、参考信号振荡器3的半导体元件、分频器4、相位比较器5、电荷泵6、开关8、恒压源9、频率计数器11、算术运算电路12、存储电路13、VCO选择电路14以及CP电流控制电路15都集成在一个单独的IC芯片上。实施例1的PLL电路是一个稳定的和低成本PLL电路，在该电路中，尽管压控振荡器1的Kv是响应所选择频带而变化的，但是诸如在锁定时间的C/N特性和达到锁定状态所需的锁定时间之类的特性在所有频带中都能够设置成最稳定的。
讨论实施例1的PLL电路。首先，解释在操作状态中，开关8将环路滤波器7所输出的控制电压发送至压控振荡器1。
使用图2和图3来讨论压控振荡器1。图2是显示电压控制振荡器1的主要部分结构的电路示意图。在压控振荡器中，两个晶体管201和202构成了一个放大器，其中各晶体管的射极都连接着电流源203。并联谐振电路连接着两个晶体管201和202的集电极。并联谐振电路具有四个串联连接单元的并联连接结构，串联连接单元各自串联连接着电感器206和207，变容二极管204和205，以及固定电容元件(电容器)210、211、212和213，以及频带变化开关(下文中简称之“开关”)220、221、222和223。电容器210和212的电容是相同的。电容器211和213是相同的。电容器210的电容小于电容器211的电容。
压控振荡器1以并联谐振电路的谐振频率fOSC振荡，并且输出频率fOSC的信号。VCO频带选择电路14设置开关220、221、222和223为ON或OFF，使得连接着并联谐振电路的固定电容器210、211、212和213可以变化。从而可以变化压控振荡器1振荡的频带。在各个频带中，在频率控制电压通过开关8时，通过将环路滤波器7的输出电压施加在变容二极管204和205的阴极来变化变容二极管204和205的电容，因此变化压控振荡器1振荡的频率fOSC。
图3显示了压控振荡器1的响应频带特性的图形。在图3中，横坐标显示了环路滤波器7输出的频率控制电压(单位为伏特，V)，而纵坐标则显示了压控振荡器1的振荡频率fOSC(单位为赫兹，Hz)。图1所示各线的斜率为Kv(单位为Hz/V)。线11001显示了所有开关220、221、222和223都截止时的振荡频率。线1102显示了开关220和222导通而开关221和223截止时的振荡频率。线1103显示了开关221、223导通而开关220和222截止时的振荡频率。线1104显示了所有开关220、221、222和223都导通时的振荡频率。
参考信号振荡器3是一个使用声表面波(SAW)滤波器的高精度和高稳定度振荡器。参考信号振荡器3以恒定的频率fSTD振荡并输出具有频率fSTD的参考信号。
无线电通讯设备的控制单元602(图6)设置分频器2的分频比率N。分频器2以分频比率N分频压控振荡器1输出信号的频率。控制单元602设置分频器4的分频比率R。分频器4以分频比率R分频参考信号振荡器输出信号的频率。
控制单元602根据PLL电路601输出信号的频率(例如，四个频率)来确定分频比率N和R的数值。控制单元602确定分频比率N和R的数值，使得分频器2的输出信号频率和分频器4的输出信号比率在各个频率上都变得相同。即，确定分频比率的数值使其保持下列公式：
fOSC/N＝fSTD/R。
相位比较器5输入分频器2的输出信号和分频器4的输出信号，并且根据两个信号之间的相位差异输出相位差信号。在实施例1中，相位差信号是由两个相位差信号46和47所组成。如分频器2输出信号的频率fOSC/N高于分频器4输出信号的频率fTSD/R，则相位差信号47(图4)就变成高且持续正比于频率差的时间周期。如分频器2输出信号的频率fOSC/N低于分频器4输出信号的频率fTSD/R，则相位差信号46(图4)就变成高且持续正比于频率差的时间周期。在上述以外的时间周期中，相位差信号46和47都变成低。
频率计数器11和算术运算电路12构成一个频率测量单元。频率测量单元输入参考信号的分频信号和压控振荡器1输出信号的分频信号，并基于参考信号分频信号测量压控振荡器1输出信号的分频信号频率。取代实施例1的结构，也有可能频率测量单元通过直接输入参考信号和压控振荡器1的输出信号基于参考信号来测量压控振荡器1的输出信号频率。
频率计数器11具有用于将分频器2的输出信号输入其时钟输入端的第一计数器以及用于将分频器4的输出信号输入其时钟输入端的第二计数器。在实施例1中，频率计数器11的第一计数器和第二计数器输出各自对应于一定数值宽度的脉冲。频率计数器11输出由第一脉冲减去第二脉冲所产生的第一有限差动脉冲以及由第二脉冲减去第一脉冲所产生的第二有限差动脉冲。当分频器2输出信号的频率fOSC/N低于分频器4输出信号的频率fSTD/R时，第一有限差动脉冲的时间周期正比于频率差异。当分频器2输出信号的频率fOSC/N高于分频器4输出信号的频率fSTD/R时，第二有限差动脉冲的时间周期正比于频率差异。仅仅只能输出第一有限差动脉冲和第二有限差动脉冲中的一个。
算术运算电路12输入第一有限差动脉冲和第二有限差动脉冲，当将两个相邻VCO频带的中心频率分别被N分频的信号输入至频率计数器11时，则对第一有限差动脉冲或者第二有限差动脉冲的时间周期进行计数，且频率计数器11所输出的两个脉冲具有互为相反时间周期倒数整数倍的周期时钟。计数数值正比于在所设置频带和最佳拟合频带之间的偏差值。该计数数值存储于存储电路13。
频率计数器11和算术运算电路12的结构并不一定限制于上述结构，可以使用任何其它结构。
存储电路13、VCO频带选择电路14和CP电流选择电路15构成了频带选择单元。根据频率测量单元所测量到的第一有限差动脉冲或第二有限差动脉冲的时间周期的计数数值，压控振荡器1选择所使用的频带，并且设置电荷泵6的电流数值。
VCO频带选择电路14根据在存储电路13中所存储的计数数值来确定最佳拟合频带。VCO频带选择电路14输出切换开关220、221、222和223(图2)的开关切换信号并且选择压控振荡器1的频带。VCO频带选择电路14在所选择的频带上向CP电流选择电路15发送信息。
CP电流选择电路15输出用于确定电荷泵6的输入/输出电流的设置数值48，该数值是根据在所选择频带上由VCO频带选择电路14所发送的信息事先存储于存储电路13并且作为控制信号发送给电荷泵6。在实施例1中，设置数据(控制信号)48是多位二进制的控制信号，用于确定在电荷泵6中所包括的可变电流源41(图4)的电流。
电荷泵6输入由相位比较器5所输出的相位差信号和用于确定由CP电流选择电路15所输出的输入/输出电流的控制信号，并且在根据相位差信号的时间周期中输入和输出响应所选择频带向环路滤波器7所设置的电流。
图4是显示实施例1的电荷泵结构的电路示意图。在图4中，电荷泵6具有电流源41、42和43，以及开关44和45。电流源41响应确定CP电流选择电路15输出的输入/输出电流的设置数据48提供恒定的电流。在实施例1中，当VCO频带选择电路14所选择的频带频率为高时，则电流源41所提供的电流就变小。
电流源41、42和43构成了一个镜像电流，并且电流源42和43输出正比于电压源41输出电流的恒定电流。电流源42和43输出相同数值的电流。因此，通过变化电流源41的电流，也就可以变化电流源42和43的电流数值。
当分频器2输出信号的频率fOSC/N低于分频器4输出信号的频率fSTD/R并且相位比较器5输出高电平相位差信号46时，开关44就导通。通过恒流源42和开关44，对环路滤波器7的电容器53(图5)进行充电。正比于开关44的ON周期，环路滤波器7的电容器53的电压变高。
当分频器2输出信号的频率fOSC/N高于分频器4输出信号的频率fSTD/R并且相位比较器5输出高电平相位差信号47时，开关45就导通。通过开关45和恒流源43，使得环路滤波器7的电容器53(图5)放电。正比于开关45的ON周期，环路滤波器7的电容器53的电压变低。
图5是显示实施例1的环路滤波器结构的电路示意图。环路滤波器7是一个带通滤波器。环路滤波器7具有电阻器51和52以及电容器53。电容器53是由电荷泵6进行充电和放电。在电容器53两端所出现的电压通过开关8施加至压控振荡器1。
当所施加的控制电压变高时，压控振荡器1的振荡频率就变高；反之，当所施加的控制电压变低时，压控振荡器1的振荡频率就变低。
解释电荷泵6的输入/输出电流的设置数值，该设置数值是由CP电流选择电路15所设置的。在具有图2所示结构的压控振荡器1中，频率高的频带中的Kv变得比频率低的频带中的Kv高，正如图3所示。当VCO频带选择电路14所选择的频率较高时，则由CP电流选择电路所设置的电荷泵6的输入/输出电流就变得较小。也就是说，当所选择频带的频率较高时，则基于相位差信号所产生的输入/输出电流得增益就可以设置成较低。
当VCO频带选择电路14所选择的频率较低时，则由CP电流选择电路所设置的电荷泵6的输入/输出电流就变得较大。具体说，当VCO频带选择电路14所选择的频率较低时，则由电荷泵6的电流源41所提供的电流就变大。也就是说，当所选择频带的频率较低时，则基于相位差信号所产生的输入/输出电流得增益就可以设置成较高。
在各个频带中，将Kv数值乘以电荷泵电路的数值几乎成恒定的数值预先存储于存储电路13。这样，就可以获得各个频带中的稳定C/N和锁定时间。
假设电荷泵的转换增益，相位比较器输出的差信号可以通过该转换增益转换成输入/输出电流为Ikp(mA/rad)、VCO的控制灵敏度为Kv(Hz/V)、环路滤波器函数(拉普拉斯函数)为F(s)、为VCO输出所准备分频的分频比率为1/N。实施例1的PLL电路的反馈环路的开环增益可以由下式所表示：
G(s)/(1+G(s)×H(s))
式中：G(s)和H(s)分别为：
G(s)＝Ikp×Kv×F(s)/s，
H(s)＝1/N。
于是，对于环路滤波器来说，可以使用如图5所示的二阶完全积分型且假设电阻器52和52的电阻数值为R1和R2，电容器53的电容为C，则传递函数F(s)可以由下式来表示：
F(s)＝(s·C·R2+1)/(s·C·R1)。
在已知的强制时间中，本征频率ωn和阻尼常数ξ都是十分重要的，使用这些数值的PLL电路的稳定状态或者其它等等都可以由下列公式所表示：
ξ＝(R1×C/2)×(Ikp×Kv/(N×C×R1))1/2，
ωn＝(Ikp×Kv/(N×C×R1))1/2。
在实施例1中，确定压控振荡器的频带，随后响应该频带的Kv数值变化恒压型电荷泵的输入/输出电流。在现有技术中，例如，通过改变图5所示的环路滤波器7的电阻器51和电容器53的阻抗，就可以补偿该频带中的Kv变化。然而，改变环路滤波器7的截止频率，从而也可以改变PLL电路的传递函数。在本发明中，由于改变环路滤波器的增益并不改变环路滤波器7的特性，所以就有可能保持PLL电路的环路增益恒定并且可以避免电路特性的变化。实施例1的PLL电路可以在所有频带中稳定工作。
在实施例1中，可以想像的到的是，采用例如没有使用开关8或恒压源9的方法，VCO频带选择电路14首先选择较低的频率频带，随后检测PLL电路是否随定该频带，如果没有锁定，则频带就逐一持续变化到较高频率频带的频带，直至检测到最佳的频带为此。然而，这种方法需要花时间来检测最佳频带。实施例1的PLL电路进一步包括开关8和恒压源9。于是，就能够快速检测到最佳频带。
开关8向正常工作状态的压控振荡器1发送环路滤波器7所输出的控制电压。当检测到最佳频带时，开关8首先向压控振荡器1发送恒压源9的输出电压作为控制电压，以取代环路滤波器的输出电压。图7解释在开关8向压控振荡器1发送恒压源9的输出电压作为控制电压情况中的功能。
接着，使用图7来讨论开关8的开关操作。图7是本发明实施例1的振荡频率控制方法的流程图。
首先，根据控制单元602向开关8发送的切换信号16，开关8向压控振荡器1发送恒压源9的输出电压作为控制电压。PLL电路进入到开环状态(步骤701)。并且希望将恒压源9所输出的第一恒定电压设置在压控振荡器1频率控制电压的可变范围的中间数值上。
根据控制单元602发送给VCO频带选择电路14的控制信号，VCO频带选择电路14初始化压控振荡器1的频带(步骤702)。希望该初始化所设置的频带可以设置在所有频带的中心频率的频带上。压控振荡器1在所选择的频带中振荡。
控制单元602设置N和R，这是根据对分频器2和4所分别设置的频率(压控振荡器1的目标振荡频率)所确定的(步骤703)。当压控振荡器1地振荡频率与目标振荡频率相一致时，分频器2输出信号的频率fOSC/N和分频器4输出信号的频率fSTD/R是相互一致的。
控制单元602发送控制信号(未显示)，指令频率计数器11和算术运算电离12测量压控振荡器1输出信号的分频信号的频率。频率计数器11输入参考信号的分频信号和压控振荡器1输出信号的分频信号，并且计数(步骤704)各个分频信号的数量和输出第一有限差动脉冲以及与两个分频信号之间的频率差异成正比的第二有限差动脉冲。
算术运算电路12输入由频率计数器11所输出的第一有限差动脉冲和第二有限差动脉冲。将信号输入到频率计数器11时，且这些信号是采用N分别分频两个相邻VCO频带的中心频率所获得的，就可以计数第一有限差动脉冲或第二有限差动脉冲的时间周期且时钟具有两者的时间周期互为相反整数倍的周期，随后将所计数的数值存储于存储电路13(步骤706)。
VCO频带选择电路14依照在存储器电路14(步骤706)中存储的第一有限差动脉冲或第二有限差动脉冲持续时间计算值将电压控制振荡器1设置为最佳频带。
CP电流选择电路15设置电荷泵6的电流数值(步骤707)。
控制单元602向开关8发送切换变化信号16。根据切换变化信号16，开关8就向压控振荡器1发送环路滤波器7的输出电压作为控制电压。PLL电路就变成闭环状态(步骤708)。PLL电路开始初始的闭环工作。压控振荡器1以所设置频带中的目标频率振荡(步骤709)。
图6是显示本发明实施例1的无线电通讯设备的外形结构的方框图。实施例1的无线电通讯设备是手机的移动终端或者是手机的基站装置。在图6中，标号601表示上述提及的PLL电路，标号602表示控制单元，标号603表示输入单元，标号604表示低通滤波器(LPF)，标号605表示频率加法器，标号606表示带通滤波器(BPF)，标号607表示发送单元，标号608表示无线电天线，标号609表示接受单元，标号610表示带通滤波器(BPF)，标号611表示频率减法器，标号612表示低通滤波器(LPF)，以及标号613表示输出单元。
控制单元602是一个微计算机，并控制着整个无线电通讯设备的操作。当改变在无线电通讯设备中用于无线电通讯的发送载波的频率时，控制单元602就变化PLL电路601的振荡频率以及变化BPF 606的通带。当改变在无线电通讯设备中用于无线电通讯的接受载波的频率时，控制单元602就变化PLL电路601的振荡频率以及变化BPF 610的通带。
讨论发送系统的操作。输入单元603输入基带的信号。LPF 604截止在基带输入信号中所不需要的高频范围内的分量。PLL电路601输出指定频率的信号。频率加法器605是一个调制输入信号的调制器。频率加法器605将输入信号频率加法所产生的频率信号乘以PLL电路601输出信号的频率。
BPF 606只从频率加法器605输出信号中发送所需频率范围内的分量。发送单元607通过无线电天线608输出BPF 606的输出信号。
接着，讨论接受系统的操作。接受单元609通过无线电天线608接受无线电信号。BPF 610只从频率加法器605接受无线电信号中发送所需频率范围内的分量。PLL电路601输出指定频率的信号。频率减法器611是一个用于将BPF610的输出信号解调成基带信号的解调器。频率减法器611从BPF 610的输出信号频率中减去PLL电路601输出信号频率。
《实施例2》
使用图8和图9，讨论本发明实施例2的PLL电路，无线电通讯设备，以及振荡频率控制方法。图8是显示本发明实施例2的PLL电路结构的方框图。实施例2的PLL电路不同于实施例1的PLL电路(图1)，这些方面是它具有三点切换开关88以替代两点切换开关8，并且还具有第二恒压源10，用于提供第二恒定电压。在其它方面上，实施例2的PLL电路类同于实施例1的PLL电路。恒压源10可与半导体元件和压控振荡器1的其它元件一起集成于一个单片IC芯片。
本发明实施例2的无线电通讯设备具有实施例2的PLL电路，以替代实施例1的PLL电路。在其它方面上，实施例2的无线电通讯设备类同于实施例1的无线电通讯设备(图6)。
讨论实施例2的PLL电路的操作。开关88将环路滤波器7所输出的控制电压发送至压控振荡器1的操作状态类同于实施例1的操作状态。
接着，使用图9，讨论切换开关88的操作。图9是本发明实施例2的振荡频率控制方法的流程图。
首先，根据控制单元602发送至开关88的切换变化信号16，开关88将恒压源9的输出电压(第一恒定电压)发送至压控振荡器1。PLL电路就变成开环状态(步骤901)。因此，希望将恒压源9所输出的第一恒定电压设置成压控振荡器1的频率控制电压变化范围的中间数值。
根据控制单元602发送至VCO频带选择电路14的控制信号(未显示)，VCO频带选择电路14初始化压控振荡器1的频带(步骤902)。希望将初始化设置的频带选择设置在所有频带的中心频率的频带上。压控振荡器1可以在所选择频带中振荡。
控制单元602设置N和R，这是根据分别对分频器2和4所设置的频率(压控振荡器1的目标振荡频率)所确定的(步骤903)。当压控振荡器1的频率振荡与目标振荡频率相一致时，分频器2输出信号的频率fOSC/N和分频器4输出信号的频率fSTD/R是相互匹配的。
控制单元602发送控制信号(未显示)并且指令频率计数器和算术运算电路12测量压控振荡器1输出信号的分频信号的频率。频率计数器11输入参考信号的分频信号和压控振荡器1输出信号的分频信号，以及计数(步骤904)各个分频信号的数目并输出第一有限差动脉冲和第二有限差动脉冲，其中第二有限差动脉冲正比于在两个分频信号之间的频率差异。
算术运算电路12输入第一有限差动脉冲和第二有限差动脉冲，并且当所输入的信号是两个相邻VCO频带的中心频率分别被N分频所获得的信号且输入频率计数器11时，就以与频率计数器11所输出的第一有限差动脉冲(或第二有限差动脉冲)的时间周期互为相反整数倍的周期时钟来计数第一有限差动脉冲或第二有限差动脉冲的时间周期，并随后将其存储于存储电路13(步骤905)。
VCO频带选择电路14根据存储于在存储电路14中的第一有限差动脉冲或者第二有限差动脉冲的时间周期的计数数值将压控振荡器1设置在最佳拟合频带中(步骤906)。
在这种条件下，频率计数器11和算术运算电路12再次测量分频器2输出信号的频率fSOC/N。由恒压源9所输出的第一恒定电压可设置成压控振荡器1频率控制电压的变化范围中的中心数值上。
算术运算电路12输入由频率计数器11所输出的第一有限差动脉冲和第二有限差动脉冲。当所输入的信号是两个相邻VCO频带的中心频率分别被N分频所获得的信号且输入频率计数器11时，就以与频率计数器11所输出的第一有限差动脉冲(或第二有限差动脉冲)的时间周期互为相反整数倍的周期时钟来计数第一有限差动脉冲或第二有限差动脉冲的时间周期，并随后将其存储于存储电路13(步骤907)。
接着，控制单元602将切换变化信号16发送至开关88，并且开关88将恒压源10的输出电压发送至压控振荡器1作为控制电压。PLL电路保持开环状态(步骤908)。由恒压源10所输出的第二恒定电压具有从第一恒定电压的指定电压所引申出的数值(压控振荡器1的频率控制电压的变化范围内的中心数值)。
在这种条件下，频率计数器11和算术运算电路12再一次测量分频器2输出信号的频率fSOC/N。
算术运算电路12输入由频率计数器11所输出的第一有限差动脉冲和第二有限差动脉冲。当所输入的信号是两个相邻VCO频带的中心频率分别被N分频所获得的信号且输入频率计数器11时，就以与频率计数器11所输出的第一有限差动脉冲(或第二有限差动脉冲)的时间周期互为相反整数倍的周期时钟来计数第一有限差动脉冲或第二有限差动脉冲的时间周期，并随后将其存储于存储电路13(步骤909)。
CP电流选择电路15从在第一恒定电压中在第一有限差动脉冲或者第二有限差动脉冲的时间周期的计数数值和在第二恒定电压中在第一有限差动脉冲或者第二有限差动脉冲的时间周期的计数数值之间的最终差异的数值中来计算在相对频带中的压控振荡器1的Kv(步骤910)。
CP电流选择电路15设置适合于在相对频带中的压控振荡器1的Kv的电荷泵6的电流数值(步骤911)。具体的说，对于所测量的Kv，将电荷泵6的电流数值设置成使得(Kv×电荷泵电流)的数值变成对任何频带都是恒定的最佳数值。
控制单元602将切换变化信号16发送至开关88。根据切换变化信号16，开关88将环路滤波器7的输出信号发送至压控振荡器1作为控制电压。PLL电路转变为闭环状态(步骤912)。PLL电路开始正常闭环操作。压控振荡器1可以在所设置频带中的目标频率振荡(步骤913)。
在实施例2的PLL电路中，确定压控振荡器1的频带，以及同时，通过变化施加在压控振荡器1恒定电压的频率控制电压来测量Kv。响应Kv中的变化，改变恒流型电荷泵6的输入/输出电路。其结果是，PLL电路的环路增益保持恒定，并且可以避免在PLL电路特性中的可能变化。即使如果诸如电感器206和207、变容二极管204和205之类这些元件的数值以及固定电容器210至213的电容具有一定数量的区别或者即使它们由于它们的温度特性而波动，最佳的补偿始终是可能的。
《实施例3》
使用图10，讨论本发明实施例3的PLL电路，无线电通讯设备，以及振荡频率控制方法。本发明实施例3的PLL电路和无线电通讯设备的结构相同于实施例2的PLL电路(图2)和无线电通讯设备(图6)的结构。
然而，在实施例3中，恒压源10可以选择性的方式输出比恒压源9所输出的第一恒定电压高于一定电压的第二恒定电压和比第一恒定电压低于一定电压的第二恒定电压。在其它方面，它们都是相同的。
讨论通过切换开关所实现的实施例3的PLL电路的振荡频率控制方法。图10是本发明实施例3的振荡频率控制方法的流程图。
在实施例3的振荡频率控制方法(图10)中，在实施例2的振荡频率控制方法(图9)的步骤907和步骤908之间准备步骤1008。
在其它方面，实施例3的振荡频率控制方法(图10)类同于实施例2的振荡频率控制方法(图9)。
在图10中，在步骤906，压控振荡器1可以设置在最佳频带中。在这种条件下，频率计数器11和算术运算电路12再次测量分频器2输出信号的频率fSOC/N。恒压源9所输出的第一恒定电压可设置在压控振荡器1的频率控制电压的变化范围内的中心数值上。
算术运算电路12输入由频率计数器11所输出的第一有限差动脉冲和第二有限差动脉冲。
当所输入的信号是两个相邻VCO频带的中心频率分别被N分频所获得的信号且输入频率计数器11时，就以与频率计数器11所输出的第一有限差动脉冲(或第二有限差动脉冲)的时间周期的整数分数周期来计数第一有限差动脉冲或第二有限差动脉冲的时间周期，并随后将其存储于存储电路13(步骤907)。
在步骤907，控制单元602向开关88发送切换变化信号16，并且开关88将环路滤波器7的输出电压发送至压控振荡器1作为控制电压。PLL电路变成为闭环状态。
在这种条件下，频率计数器11和算术运算电路12再一次测量分频器2输出信号的频率fSOC/N。
算术运算电路12输入由频率计数器11所输出的第一有限差动脉冲和第二有限差动脉冲。
当所输入的信号是两个相邻VCO频带的中心频率分别被N分频所获得的信号且输入频率计数器11时，就以与频率计数器11所输出的第一有限差动脉冲(或第二有限差动脉冲)的时间周期整数分数的周期来计数第一有限差动脉冲或第二有限差动脉冲的时间周期，并随后将其存储于存储电路13。控制单元602判决偏离在闭环状态中的振荡频率的第一恒定电压的哪一侧。
在闭环状态中的振荡频率高于第一恒定电压时，则恒压源10就输出第二恒定电压，该第二恒定电压输出比第一电压源9所输出的第一恒定电压高于一定的电压。
如果在闭环状态中的振荡频率低于第一恒定电压，则恒压源10就输出第二恒定电压，该第二恒定电压输出比第一电压源9所输出的第一恒定电压低于一定的电压(步骤1008)。
控制单元602向开关88发送切换变化信号16，开关88向压控振荡器1发送恒压源10的输出电压作为控制电压。PLL电路变成为开环状态(步骤908)。下文中，以类似于实施例2的相似方法计算压控振荡器1在频带中的Kv，并且设置适合于电荷泵6的电流数值(步骤909至911)。
控制单元602向开关88发送切换变化信号16，根据切换变化信号16，开关88向压控振荡器1发送环路滤波器7的输出信号作为控制电压。PLL电路变成为闭环状态(步骤912)。PLL电路开始正常闭环操作。通孔振荡器1可以所设置频带中的目标频率振荡(步骤913)。
即使在根据相同频带中的频率控制电压来变化Kv的情况下，就可以采用实施例3的方法来测量接近于实际锁定操作点的频率控制电压的附近Kv，从而改善补偿的准确度。
在实施例3中，恒压源10可以选择性输出比第一恒定电压高于一定电压的第二恒定电压和比第一恒定电压低于一定电压的第二恒定电压。另外，可以构成使用四点选择开关作为开关8，恒压源9可以通过开关8选择性输出比第一恒定电压高于一定电压的第二恒定电压，以及比第一恒定电压低于一定电压的第三恒定电压。
《实施例4》
使用图11，讨论本发明实施例4的PLL电路、无线电通讯设备以及振荡频率控制方法。实施例4的PLL电路和无线电通讯设备的结构相同于实施例3的PLL电路(图8)和无线电通讯设备(图6)的结构。
讨论实施例4的PLL电路的振荡频率控制方法。对于实施例4的PLL电路来说，振荡频率的变化范围是相当狭窄的。图11是本发明实施例4的振荡频率控制方法的流程图。
在图11中，首先开启PLL电路(步骤1101)。以图10所示的方式，设置压控振荡器1的频带和电荷泵6的输入/输出电流(步骤1102)。在初始设置的过程中，完成设置，使得压控振荡器1可以操作频率频带的中心工作频率振荡。
实施例4的无线电通讯设施是是可以变化频率信道的移动手机系统的移动终端(或者基站设备)。PLL电路的目标振荡频率是变化的(步骤1103)。
然而，因为频率变化范围是非常狭窄的，因此可以在电源开启的同时，压控振荡器1在频带中振荡，并且电荷泵6输入和输出在电源开启时所完成设置的电流(步骤1104)。PLL电路锁定。压控振荡器1可以在设置频带中的频率振荡(步骤1105)。
在实施例4中，讨论了实施例3的PLL电路和无线电通讯设备。也有可能将实施例4的振荡频率控制方法应用于实施例1或2的PLL电路和无线电通讯设备。
《实施例5》
使用图12，讨论本发明实施例5的PLL电路、无线电通讯设备以及振荡频率控制方法。实施例5的PLL电路和无线电通讯设备的结构具有相同于实施例3的PLL电路(图8)和无线电通讯设备(图6)的结构。
讨论实施例5的PLL电路的振荡频率控制方法。实施例5的无线电通讯设备允许在无线电通讯信号的等待时间周期(没有无线电通讯的时间)中控制单元602执行频带选择操作和电荷泵6的增益设置操作，从而执行在实施例3中所讨论的频带选择操作和电荷泵电流选择操作。
在无线电通讯信号的发送/接受的时间周期中，控制单元602禁止频带选择操作和电荷泵6的增益设置操作，从而没有执行这些操作。
即使在没有无线电通讯的时间周期中，当所改变的无线电通讯频率信道的偏离等于或者多于正常无线电通讯频率信道所指定的信道数目时，PLL电路就执行频率选择和电荷泵电流的设置操作，并且当其偏离小于指定信道数目时，就不执行选择操作。
实施例5的PLL电路具有根据控制单元602所发送的选择控制信号改变频带选择操作和电荷泵电流选择操作的控制方法的功能。
图12是本发明实施例5的振荡频率控制方法的流程图。在图12中，第一步骤1101至1105类同于实施例4的这些步骤(图11)。在步骤1103，假设在改变的无线电通讯频率信道和原始的无线电通讯频率信道之间的偏离量小于所指定的信道数。
在图12中，只有步骤1206至1208是不同于实施例4(图11)。讨论步骤1206至1208。
实施例5的无线电通讯设备是移动手机系统中的移动终端(或者是基站设备)，它可以改变频率信道。可以改变PLL电路的目标振荡频率(步骤1206)。假设所改变的无线电通讯频率信道偏离正常无线电通讯频率信道大于一定频率信道数。
根据控制单元602所发送的选择控制信号，PLL电路执行实施例1至3的振荡频率控制方法中的任一方法，从而完成压控振荡器1的频带设置和电荷泵6的电流设置(步骤1207)。通过新的设置，PLL电路锁定(步骤1208)。
在实施例5中，讨论了实施例3的PLL电路和无线电通讯设备。也有可能将实施例5的振荡频率控制方法应用于实施例1或2的PLL电路和无线电通讯设备。
《实施例6》
使用图13，讨论本发明实施例6的PLL电路、无线电通讯设备以及振荡频率控制方法。本发明实施例6的PLL电路和无线电通讯设备的结构具有相同于实施例3的PLL电路(图8)和无线电通讯设备(图6)的结构。
讨论实施例6的PLL电路的振荡频率控制方法。实施例6的无线电通讯设备允许在无线电通讯信号的等待时间周期(没有无线电通讯的时间)中控制单元602执行频带选择操作和电荷泵6的增益设置操作，从而执行在实施例3中所讨论的频带选择操作和电荷泵电流选择操作。
在无线电通讯信号的发送/接受的时间周期中，控制单元602禁止频带选择操作和电荷泵6的增益设置操作，从而没有执行这些操作。
同样，在没有无线电通讯的时间周期中，当所改变的无线电通讯频率信道的偏离等于或者多于正常无线电通讯频率信道所指定的信道数目时，PLL电路就执行频率选择和电荷泵电流的设置操作，并且当其偏离小于指定信道数目时，就不执行选择操作。
实施例6的PLL电路具有根据控制单元602所发送的选择控制信号改变频带选择操作和电荷泵电流选择操作的控制方法的功能。
实施例6的PLL电路具有宽带振荡频率控制范围，并且当，例如，需要在多个频带上进行频率控制时，就需要快速的锁定时间。在这种情况下，就没有时间采用实施例3的方法来重复频带的选择和电荷泵电流的选择。
图13是本发明实施例6的振荡频率控制方法的流程图。在图13中，第一步骤1101至1105类同于实施例4的这些步骤(图11)。在步骤1103，假设在改变的无线电通讯频率信道和原始的无线电通讯频率信道之间的偏离量小于所指定的信道数。
在图13中，只有步骤1306至1308是不同于实施例4(图11)。讨论步骤1306至1308。
实施例6的无线电通讯设备是移动手机系统中的移动终端(或者是基站设备)，它可以改变频率信道。可以改变PLL电路的目标振荡频率(步骤1306)。假设所改变的无线电通讯频率信道偏离正常无线电通讯频率信道大于一定频率信道数。但是，需要快速锁定时间，就没有时间采用实施例3的方法来重复频带的选择和电荷泵电流的选择。
实施例6的存储电路13存储着在PLL电路的各个无线电通讯频率和其各个频带频率之间相对应的信息以及在各个频带中的最佳电荷泵电流数值作为一个指定表格的信息。
当设置了新的目标频率时，就接受来自控制单元602的指令，VCO频带选择电路14和CP电流选择电路15就基于新的目标频率或者基于在新的目标频率和使用存储于存储电路13中的表格的上述指定目标频率之间的最终差异来执行压控振荡器1的频带设置和电荷泵6的增益设置(步骤1307)。通过新的设置，PLL电路就锁定(步骤1308)。
在VCO频带选择电路14和CP电流选择电路15是由一个微计算机构成的情况下，也有可能具有一个特殊的计算公式引申出在PLL电路的各个无线电通讯频率和其各个频带频率之间相对应的信息以及最佳电荷泵电流数值。
在需要快速锁定的情况下，PLL电路就执行实施例6的步骤1307的振荡频率控制方法，并且在即使花费一定时间也执行精确设置的情况下，也有可能PLL电路执行实施例5的步骤1207的振荡频率控制方法。
当执行步骤1207的振荡频率控制方法时，就要更新在存储电路13中所存储的数据。于是，就能够改善使用存储于存储电路13中数据的步骤1307的振荡频率控制方法的设置精度。
在实施例6中，讨论了实施例3的PLL电路和无线电通讯设备。也有可能将实施例6的振荡频率控制方法应用于实施例1或2的PLL电路和无线电通讯设备。
在实施例1至6中，在切换开关8连接的情况下，通过施加第一或第二恒定电压作为控制电压来测量压控振荡器1的振荡频率的状态可以变化成通过施加了滤波器7的输出电压作为控制电压使得压控振荡器1振荡的状态，从而可以在非常之短的时间内将电荷泵6的增益设置为高。随后，在一定的时间之后或者在压控振荡器1的振荡频率锁定在相对于目标振荡频率的一定最终差异范围内之后，将电荷泵6的增益设置在适合于所选择频带的适合数值上。通过瞬时增加电荷泵电流，就可以在开环转变成闭环时缩短PLL电路的锁定时间。
也有可能使得所瞬时放大的电流数值变化到正比于所选择频带的最佳电荷泵电流数值的数值。例如，瞬时放大的电流数值可以是对所选择频带的最佳电荷泵电流数值乘以大于1的恒定因子所产生的电流数值。锁定操作可以稳定进行且不会接受Kv的波动。
尽管本发明已经参考较佳实施例以无比详细的方式进行了讨论，但是较佳实施例所披露的内容可以在其结构细节上进行变化，并且在组合以及部件序列上的任何变化都没有脱离所申请发明的精神和范围。
工业应用
根据本发明的PLL电路可以稳定地控制具有多个频带的电压控制振荡器，并且可有效地作为诸如通讯模块和包括移动终端的通讯设备等等之类的电路使用。本发明的振荡频率控制方法可有效地作为无线电通讯设备等等的PLL电路的控制方法使用。本发明的无线电通讯设备可以有效地作为诸如移动手机之类的无线电通讯设备使用。

Claims (19)

1.一种PLL电路，其特征在于，包括：
压控振荡器，它具有多个振荡频率频带(下文称之为“频带”)且可以根据所选择频带中的控制电压振荡；
第一频率分频器，用于对所述压控振荡器的输出信号进行分频；
参考信号振荡器；
第二频率分频器，用于对所述参考信号振荡器所输出的参考信号进行分频；
相位比较器，用于检测在所述第一频率分频器的输出信号和所述第二频率分频器的输出信号之间的相位差异并输出相位差信号；
电荷泵，可以输入和输出基于所选择的频带且基于所述相位差信号所设置的增益所产生的电流；以及，
环路滤波器，它可以由所述电荷泵输入和输出的电流来增加或减小具有指定低通滤波器特性的电压，并因此产生所述的控制电压。
2.如权利要求1所述的PLL电路，其特征在于，包括：
频率测量单元，对该单元输入所述参考信号或所述参考信号的分频信号以及所述压控振荡器的输出信号或其分频信号，并且基于所述参考信号或所述参考信号的分频信号来测量压控振荡器的输出信号或及其分频信号的频率；以及，
频带选择单元，用于根据由所述频率测量单元所测量到的频率来选择所述压控振荡器工作的频带。
3.如权利要求1所述的PLL电路，其特征在于，所述电荷泵输入和输出根据所述相位差信号之前选择频带所设置的电流。
4.如权利要求1所述的PLL电路，其特征在于，还包括：
开关，该开关插入在所述环路滤波器和所述压控振荡器之间，且其中，
所述开关选择和输出所述环路滤波器的输出电压或者第一恒定电压，作为所述压控振荡器的控制电压。
5.如权利要求1所述的PLL电路，其特征在于，还包括：
开关，该开关插入在所述环路滤波器和所述压控振荡器之间，且其中，
所述开关选择性地输出选自所述环路滤波器的输出电压、第一恒定电压、以及一个或多个第二恒定电压，作为所述压控振荡器的控制电压。
6.一种无线电通讯设备，其特征在于，该无线电通讯设备具有权利要求1至5中任一权利要求中所请求的PLL电路，并采用所述压控振荡器的输出信号或者由所述PLL电路输出的分频信号来调制输入信号，以及无线电发送该信号，或者解调无线电接受到的输入信号。
7.如权利要求6所述的无线电通讯设备，其特征在于，所述无线电通讯设备或是移动手机系统中的一个移动终端或是其一个基站装置。
8.一种振荡频率控制方法，其特征在于，包括：
振荡步骤，使得具有多个频带的压控振荡器在所选择的频带中振荡；
第一分频步骤，用于分频所述压控振荡器的输出信号；
第二分频步骤，用于分频参考信号；
相位比较步骤，用于检测在第一分频步骤的分频信号和第二分频步骤的分频信号之间的相位差异并输出该相位差信号；
电流驱动步骤，用于输入和输出以基于所述相位差信号选择频带设置的增益所产生电流的；以及，
控制电压产生步骤，用于通过在所述电流驱动步骤所输入和输出的电流来增加或减小具有指定低通滤器特性的电压以产生所述压控振荡器控制电压。
9.如权利要求8所述的振荡频率控制方法，其特征在于，还包括：电流的输入和输出是基于所述电流驱动步骤在所述相位差信号之前所选择的频带所设置的电流。
10.如权利要求8所述的振荡频率控制方法，其特征在于，还包括：
第一频率测量步骤，在该步骤中，在所述压控振荡器设置为指定频带且提供恒定数值的所述控制电压的条件下，输入所述参考信号或者所述参考信号的分频信号和所述压控振荡器的输出信号或者其输出信号的分频信号，并且根据所述参考信号或者所述参考信号的分频信号，测量所述压控振荡器的输出信号频率或者其分频信号频率；以及，
频带选择步骤，根据在所述第一频率测量步骤中所测量到的频率选择所述压控振荡器所工作的频带。
11.如权利要求8所述的振荡频率控制方法，其特征在于，还包括：
第二频率测量步骤，用于通过提供第一恒定电压作为所选择频带的所述控制电压来测量所述电压振荡器的振荡频率；
第三频率测量步骤，用于通过提供第二恒定电压作为所选择频带的所述控制电压来测量所述电压振荡器的振荡频率；
增益设置步骤，用于基于在所述第二频率测量步骤中所测量到的振荡频率和在第三频率测量步骤中所测量到的振荡频率之间的差异来设置在所述电流驱动步骤中的频带增益；以及，
通过输入和输出基于在电流驱动步骤中的所述相位差信号所设置的增益所产生的电流使得所述压控振荡器振荡，并且通过影响上述控制电压产生步骤的输出电压作为所述控制电压的步骤。
12.如权利要求8所述的振荡频率控制方法，其特征在于，还包括：
第二频率测量步骤，用于通过提供第一恒定电压作为所选择频带的所述控制电压来测量所述电压振荡器的振荡频率；
第四频率测量步骤，用于通过提供所述控制电压产生步骤中的输出电压作为所选择频带的所述控制电压来测量所述电压振荡器的振荡频率；
第五频率测量步骤，用于在所选择的频带中，当在第四频率测量步骤中所测量到的频率大于在第二频率测量步骤中所测量到的频率时，可以选择比所述第一恒定电压大一定数值的恒定电压，而当在所述第四频率测量步骤所测量到的频率小于在第二频率测量步骤中所测量的频率时，可以选择比所述第一恒定电压小一定数值得恒定电压，并且随后将所选择的恒定电压作为控制电压来提供，依次测量所述压控振荡器的振荡频率；
增益设置步骤，用于基于在所述第二频率测量步骤中所测量到的振荡频率和在第五频率测量步骤中所测量到的振荡频率之间的差异来设置在所述电流驱动步骤中的频带增益；以及，
通过输入和输出基于在电流驱动步骤中的所述相位差信号所设置的增益所产生的电流使得所述压控振荡器振荡，并且随后通过提供所述控制电压产生步骤的输出电压作为所述控制电压的步骤。
13.一种振荡频率控制方法，其特征在于，该方法包括：
当电源开启时，就执行在权利要求10至权利要求12中任一权利要求所请求的振荡频率控制方法中的一种方法，执行指定频率作为目标频率、选择包括目标频率的频带、以及随后设置在所述电流驱动步骤中增益的步骤。
14.一种振荡频率控制方法，其特征在于，该方法进一步包括：
禁止或允许在所述电流驱动步骤中的频带选择操作和增益设置操作的步骤；以及只有允许在所述电流驱动步骤中的频带选择操作和增益选择操作时，才能够执行在权利要求10至权利要求12中任一权利要求所请求的振荡频率控制方法。
15.一种振荡频率控制方法，其特征在于，该方法进一步包括：
执行在权利要求8至权利要求12中任一权利要求所请求的振荡频率控制方法的步骤，使得在电源开启时所述压控振荡器以所指定的目标频率振荡；以及，
在该步骤中，在基于新的目标频率或者基于在新的目标频率和所述指定目标频率之间的差异设置新的目标频率的情况下，可以使用特殊算术表达式或者特殊表格来执行在所述电流驱动步骤的频带选择和增益选择。
16.一种振荡频率控制方法，其特征在于，该方法可选择性执行
从存储各个频带的所述电流驱动步骤的增益的存储器中读取对应于所选择频带所设置的所述电流驱动步骤的增益，以及执行在权利要求8所请求的很大频率控制方法的步骤；以及，
执行在权利要求10至权利要求12中任一权利要求所请求的振荡频率控制方法的步骤。
17.如权利要求10至权利要求12中任一权利要求所述的振荡频率控制方法，其特征在于，当通过提供一恒定电压作为所述控制电压来测量所述压控振荡器的振荡频率的步骤切换至通过提供所述控制电压产生步骤的输出电压作为所述控制电压使得所述压控振荡器振荡的步骤时，所述电流驱动步骤的增益可瞬间设置成高，并且在经过一定的时间之后或者在所述压控振荡器的振荡频率锁定在相对于目标频率误差的移动范围内之后，所述电流驱动步骤的增益可设置成对应于所述选择频带的数值。
18.一种振荡频率控制方法，其特征在于，该方法包括：
无线电通讯步骤，用于以压控振荡器的输出信号或者其分频信号调制输入信号以便于进行无线电发送或者解调无线电接受到的输入信号；以及，
调节步骤，用于在没有执行所述无线电通讯步骤的时间周期中执行在权利要求10至权利要求12中任一权利要求所请求的一种振荡频率控制方法。
19.如权利要求18所述的振荡频率控制方法，其特征在于，所述调节步骤是在没有执行所述无线电通讯步骤以及所述压控振荡器的振荡频率偏离目标频率大于限定阈值的时间周期中执行的。
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