-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrband-PLL-Anordnung bzw. Mehrbandphasenverriegelungsschleifenanordnung,
die eine Einzelschleifen-PLL mit Phasen/Frequenz-Erfassungseinrichtung, Schleifenfiltereinrichtung
und einem spannungsgesteuerten Oszillator umfasst. Die Erfindung betrifft
auch ein Verfahren zum Steuern einer solchen Mehrband-VCO-Anordnung,
zum Beispiel derart, dass der VCO passend im richtigen Frequenzband verriegelt.
-
STAND DER TECHNIK
-
In
der heutigen Gesellschaft sind sich rasch ausdehnende Drahtloskommunikationen
entwickelt worden und es ist eine weltweite technische Revolution
für Kommunikationssysteme
gewesen, die bei unterschiedlichen Frequenzen für unterschiedliche Drahtlosstandards,
z. B. von 900 MHz bis 40 GHz betrieben werden, wobei der GHz-Bereich
für Mikrowellenverbindungen
relevant ist. Solche Mikrowellenverbindungen werden zunehmend innerhalb
von Mobiltelefonsystemen und für
Breitbanddatenkommunikation verwendet. All jene Systeme benötigen eine Menge
Hardware und sie arbeiten über
einen weiten Frequenzbereich. Es würde daher angenehm sein, wenn
dieselbe oder ähnliche
Hardware für
unterschiedliche Arten von Systemen und für Systeme, die bei unterschiedlichen
Frequenzen arbeiten, verwendet werden könnte. Es gibt eine allgemeine
Intention und einen Wunsch, die Größe der in solchen Systemen
verwendeten Komponenten zu reduzieren und es ist sicherlich auch
wünschenswert,
imstande zu sein, die Herstellungskosten für verwendete Komponenten sowie
den Energieverbrauch im Allgemeinen zu reduzieren.
-
Der
Senderempfänger
ist die Schnittstelle zwischen dem Benutzer und dem Übertragungsmedium
(freier Luftraum für
Drahtloskommunikationssysteme).
-
Ein
wichtigstes und kritisches Element für einen Senderempfänger ist
der Frequenz-Synthesizer, der eine Schaltung zum Erzeugen einer
sehr präzisen
temperaturstabilen Frequenz in Übereinstimmung
mit einer eingegebenen externen Referenzfrequenz ist. Die meiste
Zeit muss diese Frequenz auch eine konstante Phasendifferenz in
Bezug auf das Referenzsignal haben. Sogenannte Mehrstandard-Frequenz-Synthesizer müssen in
der Lage sein, unterschiedliche Frequenzbänder für unterschiedliche Drahtlosstandards
zu synthetisieren. Ein Mehrband Frequenz-Synthesizer muss imstande
sein, einen weiten Bereich von Frequenzen zu synthetisieren während er
noch strenge Phasen-Rausch-Spezifikationen
erfüllt.
Ein Mehrband-Frequenz-Synthesizer wird zum Synthetisieren mehrerer
Frequenzbänder verwendet
und es gibt einen Bedarf für
einen solchen Synthesizer, der billig ist und leicht herzustellen
ist und der vorzugsweise in hohem Maße integriert ist. Dies ist
jedoch kompliziert zu erreichen, beispielsweise bedingt durch die
Tatsache, dass das Tiefpassfilter, das normalerweise verwendet wird,
aufgrund der Rauschanforderung extern sein muss.
-
Im
Allgemeinen gibt es drei unterschiedliche Arten von Frequenz-Synthesizern,
nämlich
den Tabellennachschau-Syntetisizer,
den Direkt-Synthesizer und den Indirekt-Synthesizer oder phasenverriegelten
Synthesizer. Die meisten Frequenz-Synthesizer, die innerhalb von
Mobilkommunikationen verwendet sind, sind vom Phasenverriegelungsschleifentyp.
In solchen Frequenz-Synthesizern wird die Referenzfrequenz, die
allgemein eine niedrige Frequenz ist, mit einer variablen ganzen
Zahl (oder eine Bruchzahl) multipliziert. Dies wird durch Teilen
der Ausgangsfrequenz durch diese Zahl und Abstimmen der Ausgangsfrequenz
derart, dass die geteilte Frequenz gleich der eingegebenen Referenzfrequenz ist,
erreicht. Dies bedeutet, dass die Ausgangsfrequenz des spannungsgesteuerten
Oszillators (VCO) durch den variablen Faktor N in der Schleife geteilt wird
und mit der Referenzfrequenz am Eingang des Phasendetektors verglichen
wird, dessen Ausgangsgröße ein Signal
proportional der Phasendifferenz zwischen den beiden an seinen Eingängen zugeführten Signalen
ist. Das Signal wird dann durch ein Schleifenfilter tiefpassgefiltert
und bildet die Steuerspannung, die in den VCO eingegeben wird. Bei
einer Verriegelungsbedingung haben die beiden in den Phasendetektor
eingegebenen Eingangsgrößen einen
konstanten Phasenzusammenhang und demnach gleiche Frequenzen. Die
Ausgangsfrequenz davon wird das N-Fache der Referenzfrequenz sein. Wenn
die Ausgangsfrequenz zunimmt, wird sich die Phasendifferenz zwischen
den beiden in den Phasendetektor eingegebenen Eingangsgrößen ändern, um
die Ausgangsgröße des Phasendetektors
zu erhöhen.
Dies stimmt den VCO auf eine niedrigere Frequenz ab bis die korrekte
Ausgangsfrequenz wieder erreicht wird. Das Schleifenfilter unterdrückt unerwünschte Komponenten
und reduziert Rauschen etc.. Dies ist jedoch eine recht langsame
Prozedur und das Ändern
der Frequenz wird durch Ändern
des Teilers N vorgenommen, was zu einer langsamen Änderung
der VCO-Steuerspannung führt
bis ein stationärer
Zustand erreicht wird. Schnelle Frequenzänderungen sind nur möglich, wenn
die Schleifenbandbreite groß ist,
was jedoch bedeutet, dass mehr Rauschen durch das Filter hindurchtreten
kann, was nachteilig ist.
-
Um
einen weiten Abstimmbereich zu erreichen, ist erkannt worden, dass
ein Mehrband-VCO verwendet werden kann, der einen weiten Abstimmbereich
zulässt
und eine geringe VCO-Umwandlungsverstärkung, was
eine Phasenrregelschleife mit einem VCO mit geschalteter Abstimmspannung
geeignet erscheinen lässt.
Jedoch ist es bislang nicht möglich
gewesen, die Umschaltsteuerschaltung in geeigneter Weise zu entwerfen,
um imstande zu sein, den umgeschalteten abstimmenden VCO derart in
dem geeigneten Betriebsband zu verriegeln, dass er unter allgemeinen
oder unterschiedlichen Bedingungen wie für Schmalbandbreitenanwendungen verwendet
werden kann, speziell die Benutzung des linearsten Teils der Abstimmkurve
nicht ermöglichend.
-
In
einem Mehrband-Frequenz-Synthesizer muss eine einzelne Weitbereichsabstimmkurve
aufgebrochen werden in einige Abschnitte eines schmaleren Bereichs
mit einer gewissen Frequenzüberlappung.
Dies wird allgemein erzielt durch Verwenden sowohl diskreter als
auch kontinuierlicher Abstimmung und es gibt unterschiedliche Ansätze, eine
Kalibrierungsschaltung zu entwerfen. Im Allgemeinen ist es wünschenswert,
Selbstkalibrierungsverfahren zu implementieren.
-
In "A 900-MHz 2.5-mA
CMOS Frequency Synthesizer with an Automatic SC Tuning Loop", IEEE Journal of
Solid-State Circuits, Band 36, Nr. 3, März 2001, Seiten 424–431, von
Tsung-Hsien Lin und W. J. Kaiser, ist ein Zweischleifen-PLL-Frequenz-Synthesizer
offenbart. Der Artikel beschreibt eine Grobabstimmschleife, die
zuerst nach der geeigneten Frequenzkurve sucht. Wenn diese gefunden
worden ist, wird der CMOS-Varactor in dem VCO abgestimmt, um den
gewünschten
Kanal in der Hauptschleife zu synthetisieren. Die Schleife arbeitet nur
während
des Kalibrierungsprozesses während dem
die PLL als nicht-verriegelt betrachtet wird. Wenn der Kalibrierungsprozess
abgeschlossen ist, wird nur die Hauptschleife arbeiten und daher
muss die Hauptschleife so entworfen sein, dass sie alle Spezifikationen
des Frequenz-Synthesizers
erfüllt. Ein
schwerwiegender Nachteil eines solchen Aufbaus ist, dass die Hardware
doppelt benötigt
wird, d. h., zwei vollständige
PLLs müssen
verwendet werden, was wiederum bedeutet, dass die Einrichtung groß wird und
sie einen hohen Energieverbrauch erfordert. Demnach ist es u. a.
nachteilig, solange das Objekt, das eine geringe Anordnungsgröße bereitstellen
soll, betroffen ist. Es ist auch nicht möglich, den linearsten Teil
der Abstimmkurven zu verwenden.
-
In "A CMOS Self-Calibration
Frequency Synthesizer",
IEEE Journal of Solid-State Circuits, Bd. 35, Nr. 10, Oktober 2000,
Seiten 1437–1444,
von W. B. Wilson, Un-Ku Moon, K. R. Lakshimikumar, Liang Dai, wird
eine voll digitale Kalibrierungsschleife verwendet. Es ist ein Nachteil
dieses Aufbaus, dass er eine Menge digitaler Blöcke erfordert und eine hohe Komplexität hat und
nicht imstande ist, den linearsten Teil der Abstimmkurven zu verwenden.
-
Noch
weitere Versuche sind vorgenommen worden, um einen Frequenz-Synthesizer
mit einer Selbstkalibrierungsschaltung bereitzustellen, die eine
Schaltsteuerschaltung umfasst. Eine solche Anordnung ist in 1 offenbart,
in der eine Referenzspannung Vref in einen
Phasendetektor 10 eingegeben wird,
in dem Phasendetektor gefiltert wird zum Bereitstellen einer in
die Schaltsteuerung 40 eingegebenen
Spannung Vc, die die VCO Steuerspannung bildet,
welche ein Analogsignal ist. Die Ausgangsgröße der Schaltsteuerung steuert
das Umschalten des VCOs zwischen Bändern. Demnach wird ein Signal der
PLL-Schleife verwendet
zum Steuern des VCOs statt einer vollständige Schleife, was vorteilhaft
ist. Jedoch ist es ein Problem, dass die Schaltung nicht ohne Berücksichtigung
der vollständigen
PLL und aller Spezifikationen des Frequenz-Synthesizers entworfen werden kann,
was den Entwurf der Steuerschaltung an den Frequenz-Synthesizer
angepasst macht und demnach müßte er modifiziert
werden, wenn die Spezifikationen der PLL sich ändern. Dies bedeutet, dass
es keine Probleme gibt, wenn die Bandbreite zunimmt, aber dass die
Probleme spürbar
sind, wenn die Bandbreite reduziert wird. Dies bedeutet, dass die
Null in dem Schleifenfilter zu einer niedrigen Frequenz hin bewegt
werden müsste,
was bedeutet, dass das "Überschießen"-Problem zunimmt,
welches ein ernsthaftes Problem im Entwurf solcher Steuersysteme
ist.
-
Eine
solche Anordnung ist beispielsweise in
WO 2004/004126 gezeigt, wobei
die Schaltsteuerung
40 eine Betriebmodusbestimmungseinheit
umfasst mit einem Fensterkomparator und einem Aufwärts-/Abwärts-Zähler.
-
Eine
PLL wird ein charakteristisches Überschießen beim
Erlangen der Verriegelungsbedingung haben, welches speziell ein
Problem darstellt, wenn eine digitale Kalibrierungsschleife verwendet wird.
Das Versuchen, einen Rand der Bandfrequenz zu synthetisieren, kann
Schwingungen zwischen unterschiedlichen Bändern erzeugen, da das Überschießen den
PLL veranlassen wird, zu dem angrenzenden höheren oder niedrigeren Frequenzband
zu springen welches jedoch die gewünschte Frequenz nicht synthetisieren
kann. Dann wird die PLL zu dem vorhergehenden Band zurückkehren.
Dann jedoch wird das Überschießen sie
wieder aus dem Band schieben, wie zuvor beschrieben und das System wird
demnach zwischen angrenzenden Frequenzbändern schwingen.
-
Ein
anderes Problem ist durch die Welligkeit (ripple) in der VCO Steuerspannung
bedingt und in dem Umschaltsteuersystem verwendete Komparatoren
zum Vergleichen der VCO-Steuerspannung
mit dem hohen und niedrigen Referenzwert zum Erfassen, ob die VCO-Steuerspannung
erhöht
oder verringert werden muss, könnten
durch Hysteresekomparatoren ersetzt werden zum Vermeiden unerwünschter
durch die Welligkeit bedingter Umschaltvorgänge. Wenn Hysteresekomparatoren
verwendet werden, wird kein unerwünschtes Umschalten eines Komparators
bedingt durch die Welligkeit vorkommen und der VCO wird die Spannung
erhöhen
bis sie einen Schwellwertpegel erreicht und dann ist der Komparator
befähigt,
umzuschalten. Dann wird jedoch die Frequenz zu niedrig, was bedeutet,
dass die Spannung beginnen wird, abzunehmen, aber bedingt durch
das Überschießen wird
die VCO-Spannung den anderen Schwellwertpegel des Komparators erreichen
und das System wird wieder zu dem ersten Band umschalten und diese
Prozedur wird sich unendlich fortsetzen.
-
In "A Multi-Band Single-Loop
PLL Frequency Synthesizer with Dynamically-Controlled Switched Tuning
VCO", Proc. 43rd IEEE Midwest Symp. On Circuits and Systems,
Lansing MI, Aug. 2000, Seiten 818–821 von Palermo et al, wird
ein Versuch zum Lösen dieses
Problems offenbart durch Bereitstellen einer Frequenzüberlappung
für ein
kontinuierliches Frequenzsystem. In einem solchen kontinuierlichen Frequenzsystem
gibt es Frequenzüberlappung
eines Spektrums, das durch benachbarte Kanäle geteilt wird. Eine solche
Lösung
ist akzeptabel, wenn die erforderliche Frequenzüberlappung nicht mehr als 35% ist.
Andernfalls wird der Bereich, den das System synthetisieren kann,
spürbar
verringert. Dies bedeutet, dass die Größe des Überschießens für die spezielle betrachtete
PLL bekannt sein muss. Dies ist nachteilig und die Überlappungsansätze sind
häufig speziell
für Schmalbandanwendungen
nicht anwendbar.
-
Die
in dem oben erwähnten
Dokument vorgeschlagene Lösung
ist nicht imstande, einen korrekten Betrieb in einem Schmalbandbreiten-PLL
bereitzustellen und hängt
von der Benutzung eines passiven Filters und einer doppelten Versorgungsspannung
ab, was nachteilig ist.
-
Ein
spezielles mit der letzteren Lösung
einhergehendes Problem ist ferner, dass der Schalter einfach gegen
Masse verbunden wird, da der Mittelpegel der VCO-Steuerspannung
Null Volt ist. Dies ist möglich,
da ein Doppelenergieversorgungssystem (+/–2,5 V) verwendet wird.
-
Wie
zu sehen ist, offenbart keine der angeregten Lösungen eine Anordnung, die
imstande ist, den linearsten Teil der Abstimmkurven für eine Schmalbandbreite
(verwenden auch für
eine große Bandbreite)
zu benutzen und gleichzeitig imstande ist, eine lineare schmalbandbreitige
PLL bereitzustellen, die nicht komplex ist und leicht und billig
herzustellen sowie imstande, Schleifenstabilität zu garantieren.
-
RESÜMEE DER ERFINDUNG
-
Was
benötigt
wird ist demnach eine PLL-Anordnung der anfangs erwähnten Art,
durch die unterschiedliche Frequenzbänder synthetisiert werden können für unterschiedliche
Standards während strenge
Phasenrauschspezifikationen erfüllt
werden wie in einer Mikrowellen-Miniverbindung (minilink). Auch
wird eine Anordnung benötigt,
durch die das Betriebband korrekt ausgewählt werden kann während noch
die VCO-Spannung in einem kleinen Spannungsbereich gehalten wird,
um die Linearität der
Frequenz gegenüber
der Spannung des VCOs zu erhöhen.
Speziell ist es ein Anliegen, eine Anordnung bereitzustellen, die
die oben erwähnten
Erfordernisse für
einen PLL-Frequenz-Synthesizer
mit einer schmalen Bandbreite, z. B. 50 Hz, erfüllen. Insbesondere wird eine
Anordnung benötigt,
durch die es möglich
ist, den Verriegelungsprozess jedes Mal auf eine einfache Weise
neu zu starten, wenn er verloren wird, wobei weitestgehend auf die
Benutzung externen Komponenten verzichtet wird, und vorzugsweise imstande
zu sein, zu erfassen, wenn eine Verriegelung erzielt wird.
-
Speziell
ist es ein Ziel, eine Anordnung bereitzustellen, die den korrekten
Betrieb auch sicherstellt, wenn die Bandbreite schmal ist und die
die Probleme, die das oben erwähnte Überschießen (und die
oben erwähnte
Welligkeit) betreffen, handhaben können. Insbesondere ist es ein
Ziel, eine Anordnung bereitzustellen, die billig und preiswert herzustellen ist
und die nicht besonders komplex ist. Ein besonderes Ziel ist es,
eine Anordnung bereitzustellen, die das Erfassen einer Verriegelungsbedingung
zulässt. Noch
ein weiteres besonderes Ziel ist es, eine Anordnung bereitzustellen,
die gleichzeitig die Benutzung eines aktiven, insbesondere externen
oder internen Filters als ein Schleifenfilter zulässt, sowie
es ein besonderes Ziel ist, die Benutzung einer einzelnen Versorgungsspannung
statt einer Doppelspannungsversorgung zu verwenden.
-
Insbesondere
ist es ein Ziel, eine Anordnung bereitzustellen, durch die eine
Verriegelungsbedingung in schneller und sicherer Weise erzielt werden kann.
-
Eine
PLL-Anordnung, die schnell ist, leicht und billig herzustellen und
die zuverlässig
ist, wird zudem benötigt,
welche für
Modulations/Demodulationszwecke, zur Taktwiedergewinnung, zur Trägerwiedergewinnung
und zur Verzerrungskompensation verwendet werden kann.
-
Zudem
wird ein Verfahren zum Steuern einer Mehrband-PLL, wie sie oben
erwähnt
worden ist, benötigt,
durch welches eines oder mehrere der oben erwähnten Ziele erreicht werden
können.
Insbesondere wird ein Verfahren zum Steuern eines Mehrfrequenz-Synthesizers,
das heißt,
einer PLL, die zu Frequenzsynthesezwecken verwendet wird, benötigt.
-
Daher
wird eine Anordnung der anfangs genannten Art bereitgestellt, die
eine Steuerschaltung umfasst zum geeigneten Verriegeln des VCO auf
das korrekte Frequenzband, wobei die Steuerschaltung eine Mehrfenster-Schaltung
umfasst mit mindestens ersten und zweiten Fensteramplituden, die
jeweils durch jeweilige obere und untere Spannungspegel definiert
sind. Die Anordnung umfasst ferner eine Vergleichseinrichtung zum
Vergleichen einer ersten, von der Schleifenfiltereinrichtung ausgegebenen VCO-Steuerspannung
mit den oberen und unteren Spannungspegeln eines ersten breitesten
Amplitudenfensters derart, dass wenn die VCO-Steuerspannung in das erste Amplitudenfenster
fällt und
darin zu liegen kommt, ein kleineres Amplitudenfenster auszuwählen und
die Spannungspegel von diesem zweiten kleineren Fenster verglichen
werden mit der VCO-Steuerspannung. Wenn die VCO-Steuerspannung sich innerhalb dieses
nachfolgenden kleineren Amplitudenfensters anordnet, ist eine Verriegelung erzielt
worden wohingegen, wenn die VCO-Steuerspannung sich nicht innerhalb
des ersten, größten von
diesen Fenstern anordnet, dies erreicht wird durch die Vergleichseinrichtung,
die einer Umschaltermöglichungseinrichtung
ein Signal bereitstellt, hierdurch ein zweites Steuersignal bereitstellend
für den
VCO zum Umschalten zu einem anderen, höheren oder niedrigen Frequenzband.
Die Prozedur wird wiederholt, ein erstes, großes Amplitudenfenster wird ausgewählt, und
das resultierende erste VCO-Steuersignal wird mit dem Amplitudenfenster
verglichen etc. bis die Phasenverriegelung in dem geeigneten Frequenzband
erreicht wird.
-
Speziell
umfasst das erste VCO-Steuerspannungssignal ein Analogsignal.
-
Speziell
ist das zweit VCO-Steuersignal ein Digitalsignal (zum Umschalten
bereitgestellt).
-
Die
Vergleichseinrichtung umfasst insbesondere einen ersten und einen
zweiten Komparator, um jeweils die erste Steuerspannung mit dem
oberen Spannungspegel und dem unteren Spannungspegel der Amplitudenfenster
zu vergleichen, wohingegen, wenn die erste VCO-Steuerspannung den
oberen Spannungspegel übersteigt
oder unter den unteren Spannungspegel fällt, ein geeignetes Signal
für die Umschaltermöglichungseinrichtung
bereitgestellt wird, um anzugeben, ob ein Umschalten zu einem höheren oder
zu einem niedrigeren Frequenzband vorzunehmen ist.
-
Die
Vergleichseinrichtung ist insbesondere mit einer ersten Verzögerungseinrichtung
verbunden, einem Zähler,
der derart vorgesehen ist, dass wenn ein Umschalten zu einem anderen
Frequenzband erforderlich ist, das geeignete Signal für die Umschaltermöglichungseinrichtung
nach Ablauf einer gegebenen Verzögerungszeitdauer
bereitgestellt wird, um sicherzustellen, dass das Umschalten nicht
zu bald vorgenommen wird. Die Umschaltermöglichungseinrichtung umfasst
insbesondere eine Zustandsmaschine, die auf den Empfang eines Taktsignals
von der Vergleichseinrichtung hin das zweite Steuersignal für den VCO
bereitstellt, um ein Umschalten des Frequenzbands zu ermöglichen.
In einer höchst
bevorzugten Implementierung kann, sobald eine Verriegelungsbedingung
erzielt worden ist, ein beliebiges Amplitudenfenster unter den in
der Mehrfensterschaltung verfügbaren
Fenstern ausgewählt
werden, um nicht ein Amplitudenfenster zu verwenden, das unnötig schmal
ist. Sicherlich ist es möglich,
bei dem schmalsten Fenster zu bleiben, aber es ist auch möglich, die
Fenstergröße zu erhöhen oder
selbst das größte Fenster
zu verwenden.
-
Die
Steuerschaltung umfasst vorzugsweise eine Verriegelungserfassungsschaltung
zum kontinuierlichen Überwachen,
ob der VCO bei der genauen Frequenz in dem geeigneten Frequenzband
verriegelt ist. Dies ist jedoch nicht notwendig für die Funktion
der vorliegenden Erfindung, sondern betrifft bloß eine äußerst vorteilhafte Implementierung.
Speziell ist die Verriegelungserfassungsschaltung imstande, die
Verriegelungsprozedur jedes Mal neu zu starten, wenn die VCO-Steuerspannung außerhalb
der Spannungspegel eines Amplitudenfensters fällt. Dies bedeutet, dass die
Verriegelungserfassungsschaltung eine Einrichtung umfasst zum Veranlassen
des Neustarts der Verriegelungsprozedur, wenn das Verriegeln fehlgeschlagen
ist oder wenn die Verriegelung verloren gegangen ist. Insbesondere
vergleicht die Verriegelungserfassungsschaltung Signale von den Komparatoren
und von der Mehrfensterschaltung zum sicheren Feststellen ob die
erste VCO-Steuerspannung sich innerhalb des relevanten Amplitudenfensters
einfindet oder nicht (unter Verwendung eines Zählers) derart, dass wenn die
erste VCO-Spannung außerhalb
des Amplitudenfensters liegt, die Verriegelungsprozedur neu gestartet
wird und andernfalls ein Zustand der erzielten Verriegelung angezeigt
wird.
-
In
einer speziellen Implementierung umfasst die Anordnung eine Schleifenumschaltanordnung, die
eine Schwellwertschaltung umfasst zum Abstimmen der VCO-Steuerspannung, um
sie eine gewünschte
Spannung innerhalb des relevanten Amplitudenfensters annehmen zu
lassen. In einer Ausführungsform
ist die gewünschte
Spannung die Mittelspannung. In anderen Ausführungsformen ist es eine Spannung,
die höher
oder niedriger ist als die Mittelspannung. Der Schleifenumschalter
umfasst speziell eine Schwellwertschaltung, die eine zwei Transistoren
umfassende Umschaltanordnung steuert, um abhängig davon, ob eine Abstimmung
nach oben oder unten erforderlich ist, einen VCO-Spannungssteuerpunkt (CP) aufzuladen
bzw. zu entladen bis der VCO-Steuerspannungswert im Wesentlichen
die gewünschte
Spannung innerhalb des Amplitudenfensters annimmt unter Verwendung
der Versorgungsspannung. Speziell verwendet die Schwellwertschaltung
Eingangssignale von den ersten und zweiten Komparatoren und das
analoge VCO-Steuersignal zum sicheren Feststellen ob eine Abstimmung
des analogen VCO-Steuerspannungssignals
nach oben oder nach unten notwendig ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Anordnung einen PLL-Frequenz-Synthesizer mit einem Phasen/Frequenzdetektor,
einem Schleifenfilter und einem VCO. Insbesondere befindet sich
der Steuerpunkt in dem Schleifenfilter. Noch spezieller ist das
Schleifenfilter ein externes oder internes aktives Filter, das einen Verstärker umfasst
und es ist höchst
vorteilhaft, dass sich der Steuerpunkt vor dem Verstärker des
Schleifenfilters befindet.
-
In
einer anderen Ausführungsform
umfasst die Anordnung einen PLL-Frequenz-Synthesizer mit einem Phasenfrequenzdetektor
und einer Ladungspumpe. Dann wird kein separates aktives Schleifenfilter
verwendet und der Steuerpunkt kann als die VCO-Steuerspannung festgelegt
werden, d. h., ein (großer)
Kondensator wird zum Steuern der VCO-Steuerspannung aufgeladen bzw.
entladen.
-
Gemäß der Erfindung
wird eine einzelne Versorgungsspannung verwendet und die PLL ist
eine Schmalband-PLL.
-
Die
Erfindung schlägt
daher auch ein Verfahren vor zum Steuern einer Mehrbandanordnung,
die eine Einzelschleifen-PLL mit Phasen/Frequenzerfassungseinrichtung,
einer Schleifenfiltereinrichtung und einem spannungsgesteuerten
Oszillator umfasst, wobei ein Referenzspannungssignal (Vref) in die Anordnung eingegeben wird, welches
Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen des Referenzspannungssignals
Vref für
eine PLL (extern oder integriert), die einen Phasen/Frequenz-Detektor
umfasst, z. B. gefolgt durch ein Schleifenfilter, und für eine Mehrfensterschaltung;
Festlegen eines ersten großen
Amplitudenfensters, das durch einen oberen und unteren Spannungspegel
definiert ist; sicheres Feststellen, ob die von dem Tiefpaßfilter
ausgegebene erste analoge VCO-Steuerspannung in dem ersten Amplitudenfenster
liegt, und wenn ja, mindestens einmaliges Ändern der Mehrfensterschaltung
zu einem kleineren Amplitudenfenster, während sicher festgestellt wird,
ob die erste VCO-Steuerspannung
innerhalb des Spannungsamplitudenintervalls liegt und wenn nicht,
Verwenden des Vergleichsergebnisses zum sicheren Feststellen, ob
ein Umschalten zu einem höheren
oder zu einem niedrigeren Frequenzband vorgenommen werden sollte;
Bereitstellen eines digitalen Steuersignals für den VCO, um ihn zu einem solch
höheren
oder niedrigeren Frequenzband umzuschalten; Wiederholen der Prozedur
durch zuerst ein Implementieren eines großen Amplitudenfensters gefolgt
durch ein kleineres Amplitudenfenster etc. solange nicht ein weiteres
Frequenzbandumschalten erforderlich ist etc., bis eine Verriegelung
in dem geeigneten Frequenzband erzielt worden ist.
-
Vorzugsweise
umfasst das Verfahren den Schritt des Abstimmens der VCO-Steuerspannung, sobald
sie sich innerhalb eines Amplitudenfensters befindet, um sie eine
gewünschte
Spannung annehmen zu lassen, z. B. die Mittelspannung innerhalb des
Amplitudenfensters mit Hilfe einer digitalen Schwellwertschaltung
und einer Transistoranordnung, und unter Verwendung einer einzelnen
Versorgungsspannung. Es sollte klar sein, dass die gewünschte Spannung
nicht die Mittelspannung sein muss, sondern auch eine Spannung sein
kann, die näher
zu den oberen oder unteren Referenzspannungen liegt.
-
Speziell
umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens eines Signals
von der Transistoranordnung zu einem Steuerpunkt (CP) in dem Schleifenfilter,
wobei das Schleifenfilter ein externes aktives Filter ist. Höchst vorzugsweise
befindet sich der Steuerpunkt vor dem Schleifenfilterverstärker, da
andernfalls der Verstärker
der Steuerung entgegenwirken würde
und sie viel schwieriger gestalten würde.
-
Alternativ
umfasst die Anordnung einen Phasenfrequenzdetektor und eine Ladungspumpe.
Das Verfahren umfasst dann den Schritt des direkten Steuerns der
VCO-Steuerspannung.
-
Das
Verfahren umfasst insbesondere den Schritt des Neueinrichtens der
VCO-Steuerspannung jedes Mal, wenn ein Umschalten im Frequenzband vorgenommen
worden ist. Ferner umfasst das Verfahren die Schritte des (kontinuierlichen) Überwachens,
ob eine Verriegelungsbedingung erzielt worden ist, und des Anzeigens,
wenn eine Verriegelung erzielt worden ist, oder des Anzeigens eines
Neustarts der Verriegelungsprozedur, wenn ein Umschalten des Frequenzbandes
erforderlich ist, d. h., wenn die Steuerspannung sich nicht innerhalb
eines Amplitudenfensters befindet (die Verriegelung ist noch nicht
erzielt worden).
-
Es
soll klar sein, das die Verwendung einer Verriegelungserfassungsschaltung
nicht für
die Funktion der vorliegenden Erfindung notwendig ist sondern bloß eine vorteilhafte
Ausführungsform
bildet und dass es ferner auch nicht notwendig ist, die Spannung
auf eine gewünschte,
z. B. eine Mittelspannung, festzulegen, was gemäß einer bevorzugten Implementierung
vorgesehen ist durch die Verwendung eines Schleifenumschalters,
der eine Schwellwertschaltung und eine Transistoranordnung umfasst.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die
Erfindung wird im Folgenden in einer nicht einschränkenden
Weise unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben, in
denen zeigt:
-
2 ein
Blockdiagramm einer Frequenzsyntheseanordnung mit einer Steuerschaltung
in Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Implementierung einschließlich Regelungserfassungs-
und Spannungsabstimmungsfunktionalitäten;
-
3 ein
Blockdiagramm zum schematischen Darstellen einer Implementierung
einer Mehrfensterschaltung;
-
4 schematisch
den PLL-Frequenzsynthesizer-Verriegelungsprozess
unter Verwendung einer Mehrfensterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
5 ein
Beispiel einer Schleifenumschaltung einschließlich einer Schwellwertschaltung
und einer Transistoranordnung gemäß einer Implementierung der
Erfindung;
-
6 eine
alternative Implementierung einer Schleifenumschaltung;
-
7 ein
Beispiel einer Schwellwertschaltung, die in der Schleifenumschaltung
der 5 verwendet werden könnte;
-
8 ein
Beispiel eines aktiven Schleifenfilters, das gemäß einer Implementierung der
Erfindung verwendet wird;
-
9 eine
Verriegelungserfassungsschaltung;
-
10 den
Verriegelungsprozess, wie er durch die Verriegelungserfassungsschaltung
der 9 erfasst wird;
-
11 ein
Ablaufdiagramm des Betriebs der Anordnung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung; und
-
12 ein
Ablaufdiagramm einer alternativen Implementierung des Erfindungskonzepts.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
2 zeigt
eine PLL-Anordnung (z. B. für Frequenzsynthetisierung)
in Übereinstimmung
mit einer vorteilhaften Implementierung der vorliegenden Erfindung,
in welcher eine Referenzspannung Vref in einen
mit einem Schleifenfilter 2 verbundenen Phasendetektor 1 eingegeben
wird. Das Schleifenfilter 2 umfasst in vorteilhafter Weise
hier ein aktives externes oder internes Filter, wie es unter Bezugnahme auf 8 tiefgreifender
beschrieben wird. In der Figur ist auch ein Pegelschieber LS angedeutet,
den die Signalausgangsgröße von dem
Tiefpassfilter 2 zu durchlaufen hat. Diesem ist jedoch
keinerlei Bezugszeichen vergeben worden, da er bloß zum Anpassen einer
externen Schaltung an den Gleichspannungspegel der Steuerschaltung
in dem Fall verwendet wird, in dem die PLL extern ist. Es wird hier
angenommen, dass der Phasendetektor PD 1, das Schleifenfilter
LP 2 (ein Pegelverschieber) und der VCO 3 extern
sein können,
wobei die Steuerschaltung durch eine gestrichelte Linie angegeben
wird (eine oder mehrere Komponenten können auch integriert sein, d.
h., sie brauchen nicht extern zu sein.) In einer alternativen Ausführungsform
kann die Anordnung einen Phasenfrequenzdetektor und eine ein Tiefpassfilter
umfassende Ladungspumpe umfassen.
-
Die
Referenzspannung Vref wird zusätzlich dazu,
dass sie in den Phasendetektor eingegeben wird, auch in eine Mehrfensterschaltung
MWC 4 und eine Rücksetzschaltung
RS 10 eingegeben. Bedingt durch das Vorsehen der Mehrfensterschaltung 4 kann
das in der Anmeldung früher
diskutierte Problem des Überschießens gelöst werden.
In der Mehrfensterschaltung 4 sind eine Anzahl von unterschiedlichen
Amplitudenfenstern definiert, von denen jedes durch einen oberen
und einen unteren Spannungspegel definiert wird. Die Verriegelungsprozedur
wird zuerst unter Verwendung eines großen Fensters gestartet (nach
dem rücksetzen
eines Zählers und
dem Auswählen
einer Bitfolge (Frequenzband)), und mit Hilfe einer Vergleichsanordnung,
die eine erste Vergleicheinrichtung 5A und eine zweite
Vergleichseinrichtung 5B einschließt, werden Spannungspegel des
verwendeten Amplitudenfensters mit der Steuerspannung verglichen
(nach dem Durchlaufen des Filters 2) und es wird sicher
festgestellt, ob die Steuerspannung sich innerhalb dieses Fensters
ansiedelt oder nicht. Wenn nicht, kann sie sich auch ansiedeln, wenn
sie höher
als der höchste
Spannungspegel oder niedriger als der niedrigste Spannungspegel
ist. Ob die Spannung sich innerhalb eines Fensters ansiedelt kann
vorteilhafter weise mithilfe eines Zählers ermittelt werden, der
gesetzt wird und wenn die Spannung sich nach Ablauf eines gegebenen
Zeitintervalls stabilisiert hat, wird angenommen, dass die Spannung
sich innerhalb des betrachteten Fensters angesiedelt hat, andernfalls
nicht.
-
Es
wird angenommen, dass wenn die Steuerspannung sich innerhalb des
ersten (größten) Fensters
(innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls, einer Verzögerung)
angesiedelt hat, eine Änderung
zu einem kleineren Fenster vorgenommen wird und sicher festgestellt
wird, ob die Steuerspannung sich innerhalb dieses kleineren Fensters
ansiedelt etc., bis eine Phasenverriegelungsbedingung erreicht ist,
z. B. erfasst oder sicher bestimmt werden kann.
-
In
einer vorteilhaften Implementierung der vorliegenden Erfindung kann
dies mit Hilfe der Verriegelungserfassungseinrichtung 12,
siehe 9, (die jedoch nicht notwendig ist für das Funktionieren
der vorliegenden Erfindung) vorgenommen werden. Dieser Verriegelungserfassungseinrichtung 12 wird
ein Signal eingegeben, das angibt, welches das Fenster ist, z. B.
das angibt, ob es das kleinste Fenster ist (Verriegelung erzielt).
In einer Implementierung ist es ein WIN Signal von der Mehrfensterschaltung
MWC 4, das einen hohen Pegel annimmt, wenn es das kleinste
Fenster ist und andernfalls einen niedrigen Pegel hat. Die Logik
zum sicheren Feststellen, welches Fenster vorliegt, kann in der
MWC 4 oder der Verriegelungserfassungseinrichtung LD 12 vorgesehen
sein. In die LD 12 wird ebenfalls das Vergleichsergebnis
der Vergleichseinrichtung 5A, 5B (Aufwärts, Abwärts) eingegeben.
Eine Verzögerung
wird durch die Verzögerungseinrichtung 11 eingeführt, um
sicherzustellen, dass genügend
Zeit für
das Ansiedeln des Signals zur Verfügung steht. Wenn die Phasenverriegelung
erreicht worden ist, wird das verzögerte Signal (Verzögerungseinrichtung 13)
zurückgeführt zu der
Mehrfensterschaltung 4 für die nachfolgende Phasenverriegelungsprozedur.
Die Verriegelungserfassungsschaltung 12 überwacht
kontinuierlich die Verriegelungsbedingung des Frequenz-Synthesizers.
Die Verriegelungserfassungsschaltung ist imstande, die Verriegelungsprozedur
jederzeit neu zu starten, wenn die VCO-Steuerspannung (VCRTL) ein festgelegtes
Amplitudenfenster übersteigt.
Eine Verriegelungserfassungsschaltung 12 wird unter Bezugnahme
auf 9 weiter beschrieben und die Prozedur, wenn eine
Verriegelung erzielt wird, wird unter Bezugnahme auf das Diagramm
der 10 erläutert.
-
Eine
Verzögerungseinrichtung 6 wird
benötigt,
um im Komparator, falls erforderlich, Zeit einzuräumen, um
einen vollständigen Übergang
von Niedrig- zu Hoch-Logikpegel zu vollführen. Die Verzögerungseinrichtung 11 führt eine
Verzögerung
für das WIN-Signal
ein, die notwendig ist, damit die Verriegelungserfassungsschaltung
in geeigneter Weise arbeiten kann. Die Verzögerungseinrichtung 13 ist
notwendig, da wenn das System verriegelt ist, dem Fenster (z. B.
[1,5; 1,9] V eine gewisse Zeit eingeräumt werden muss; andernfalls
könnte
die Verriegelungserfassungsschaltung ein Verriegelungssignal selbst
dann erzeugen, wenn keine Verriegelung in dem angemessenen Fenster
erreicht ist.
-
Nach
der Rücksetzschaltung 10 ist
ein ODER-Gatter vorgesehen zum Zurücksetzen des Zählers in
der Mehrfensterschaltung 4 beim Energieeinschalten und
beim Umschalten des Frequenzbands.
-
Nach
dem Vergleichen in der Vergleichseinrichtung 5A, 5B ist
eine Verzögerung
erforderlich, die durch eine erste Verzögerungseinrichtung 6 bereitgestellt
wird. Wenn das Signal innerhalb des festgelegten ersten Amplitudenintervalls
stabilisiert ist, wird, wie oben angeführt, nachdem eine in einem
Zähler eingestellt
Zeitdauer verstrichen ist (in der Mehrfensterschaltung) ein schmäleres Amplitudenfenster
und so weiter ausgewählt.
Wenn jedoch die Spannung höher
ist als der obere Pegel (Komparator 5A) oder niedriger
als der untere Pegel (Komparator 5B) wird mit Hilfe der
ersten Verzögerungseinrichtung 6 das relevante
AUFWÄRTS-
oder ABWÄRTS-Signal
in die Zustandsmaschine SM 7 getaktet CK, d. h., ein Digitalsignal
wird bereitgestellt und die Zustandsmaschine 7 sorgt für ein Umschalten
im Frequenzband AUFWÄRTS
oder ABWÄRTS
abhängig
davon, ob das AUFWÄRTS-
oder ABWÄRTS-Signal
in die Zustandsmaschine 7 getaktet (ZK) worden ist und
es bildet demnach ein Steuersignal für den VCO 3, der ein
Umschalten zu einem höheren
oder niedrigeren Frequenzband vornimmt. Dann wird die Prozedur nach
dem Rücksetzen
eines Zählers
neu gestartet und sie beginnt wieder, wie oben beschrieben, mit dem
größten Amplitudenfenster
etc.. Die Verriegelungsprozedur wird für so viele Frequenzbänder wie notwendig
wiederholt, bis eine Verriegelung tatsächlich erzielt wird. Zwischen
jedem Umschalten der Frequenzbänder
wird ein Zähler
rückgesetzt
und auf einen Zählwert
gesetzt, wenn ein großes
Fenster ausgewählt
wird etc..
-
In 5 wird
eine vorteilhafte Implementierung angegeben, in der ein Schleifenumschalten
mit einer Schwellwertschaltung THR 8 und einer Transistoranordnung 9B, 9A vorgesehen
ist. Durch die Verwendung der Schwellwertschaltung 9, der
AUFWÄRTS-
oder ABWÄRTS-Signale
sowie die VCO-Steuerspannung bereitgestellt werden, kann bestimmt
werden, ob die Spannung zu erhöhen
oder zu verringern ist, um die VCO-Steuerspannung zu veranlassen,
die gewünschte
Spannung anzunehmen, z. B. zum Sicherstellen der Stabilität der Schaltung.
Abhängig
davon, ob die Spannung erhöht
oder verringert werden sollte, steuert die Schwellwertschaltung 8 die
hier aus einem N-MOS- und einem P-MOS-Transistor gebildeten Umschalter
zum Aufladen/Entladen eines Steuerpunktes CP im Schleifenfilter 2.
Wenn der Schwellwert bzw. das Signal THR Hochpegel annimmt, wird
das Steuern oder Anpassen aufwärts
oder abwärts
unterbrochen. Das Schleifenfilter sowie der Ort des Steuerpunktes
CP, z. B. vor dem Verstärker
eines aktiven Schleifenfilters 2, falls ein solches verwendet
wird, werden in 8 weiter diskutiert werden.
-
Alternativ
umfasst die Anordnung einen Phasenfrequenzdetektor mit einer Ladungspumpe,
die die Schleifenfilterfunktionalität umfasst (dann ist es ein
passives Filter).
-
Eine
Rücksetzschaltung 10 wird
zum Rücksetzen
eines Zählers
verwendet, wenn die Schaltung eingeschaltet worden ist. In 2 ist
RS 10 mit einem ODER-Gatter verbunden und alternativ kann
RA oder ein Signal von RS 10 in die Mehrfensterschaltung 4 eingegeben
werden. Sicherlich könnte
RA direkt über
einen getrennten Eingang zu der Mehrfensterschaltung 4 ähnlich zu
RB bereitgestellt werden. Dies erläutert lediglich unterschiedliche
Konstruktionsvariationen. Zwei unterschiedliche Implementierungen
einer Schleifenumschaltanordnung werden in 5 und 6 beschrieben
wohingegen die in 6 verwendete Schwellwertschaltung
in 7 erläutert
ist.
-
Demnach
werden in Übereinstimmung
mit der Erfindung einer Anzahl von über obere und untere Spannungspegel
definierte Amplitudenfenster implementiert und die Verriegelungsprozedur
wird unter Verwendung eines großen
Fensters veranlasst wohingegen, wenn die Steuerspannung sich innerhalb dieses
Fensters ansiedelt (andernfalls wird ein Umschalten zu einem anderen
Frequenzband erfordert) ein kleineres ausgewählt wird etc. abhängig davon, wie
viele Fenstergrößen verwendet
werden, bis das Signal sich innerhalb des kleinsten Amplitudenfensters
ansiedelt und eine Verriegelungsbedingung erzielt worden ist (in
dem richtigen Frequenzband). Dann ist es möglich, abhängig von der Anwendung ein
beliebiges Arbeitsfenster zu verwenden, z. B. ein geringfügig kleineres
Fenster oder selbst das größte Fenster.
Wenn andererseits die Steuerspannung höher ist als der obere Pegel
oder niedriger als der untere Pegel, wird ein Umschalten des Frequenzbands mit
Hilfe der Zustandsmaschine 7 vorgenommen, die ein Digitalsteuersignal
zu dem VCO 3 ausgibt, welcher dann zu einem anderen Frequenzband
umschaltet. Es kann ein benachbartes Band sein oder irgendein Band,
wie es durch einen binären
Suchalgorithmus bestimmt worden ist.
-
Im
Folgenden werden die unterschiedlichen Komponenten in der Steuerschaltung
in detaillierterer Weise beginnend mit der Mehrfensterschaltung der 3 erläutert.
-
In Übereinstimmung
mit der Erfindung muss die Steuerschaltung imstande sein, den VCO
zwischen den Frequenzbändern
umzuschalten, um die VCO-Steuerspannung in dem verriegelten Zustand zwischen
zwei Schwellenwertspannungen zu halten. In der speziell gezeigten
Ausführungsform
wird angenommen, dass die zwei Schwellwertspannungen 1,5 V und 1,9
V sind. Der Gewinn (die Verstärkung)
des VCO kann zwischen den unterschiedlichen Bändern variieren, selbst wenn
der Spannungsbereich zwischen 1,5 V und 1,9 V verbleibt.
-
Durch
die Implementierung der in 3 dargestellten
Mehrfensterschaltung 4 kann das Problem mit dem Überschießen, wie
es zuvor erwähnt
worden ist, gelöst
werden. Es wird hier angenommen, dass die relevanten Spannungsschwellwerte
1,5 V und 1,9 V sind, was eine Spannungsdifferenz von 400 mV liefert.
Es sollte klar sein, dass diese Werte bloß aus beispielhaften Gründen angegeben
werden. Jedoch wird gemäß der vorliegenden
Erfindung als erstes großes
Amplitudenfenster ein Fenster, das hier viel größer ist als 400 mV, verwendet
und nach dem Verstreichen einer gegebenen Zeitdauer kann sicher festgestellt
werden, ob das System sich mehr oder weniger in einem stabilen Wert
eingefunden hat. Dann wird eine Änderung
zu einem kleineren Fenster vorgenommen zum Verifizieren, ob der
stabile Wert der VCO-Steuerspannung
zwischen 1,5 V und 1,9 V liegt oder nicht. Ist dies der Fall, wird
die Fenstergröße zu einem
Betriebsfenster beispielsweise zu einem Bereich zwischen 0,5 V und
2,5 V gewechselt, andernfalls muss die Zustandsmaschine, siehe 2, ihren
Zustand ändern
bis die VCO-Steuerspannung sich in dem korrekten Bereich ansiedelt.
-
Es
wird angenommen, dass der PLL als substantiell lineares System arbeitet,
wenn die VCO-Steuerspannung in dem kleinen Fenster und nach jedem
Umschalten zu einem unterschiedlichen Frequenzband vorzugsweise
beispielsweise zu ihrem Mittelwert gebracht wird, d. h., hier 1,7
V. Dies ist jedoch für
das Funktionieren der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, aber
wird unter Bezugnahme auf die Schleifenumschaltung und die Schwellwertschaltung
nachstehend beschrieben. Wenn nicht bekannt ist, wieviel Zeit erforderlich
ist, damit die PLL verriegelt, könnte
das Fenster zu bald wiederverwendet werden, was ein Risiko einbezieht,
dass ein Umschalten der Frequenzbänder selbst durchgeführt wird,
wenn das derzeitige Frequenzband korrekt war. Eine Schätzung der
Zeit, die für
das Verriegeln erforderlich ist, muss vorgenommen werden. Dies kann
in irgendeiner geeigneten Weise erfolgen.
-
Wenn
angenommen wird, dass die Verriegelung in dem System erreicht wird
wenn die Differenz zwischen der tatsächlichen Frequenz und der stabilen
Frequenz (im stationären
Zustand) weniger ist als z. B. 0,1 Hz, dann wird die Verriegelungszeit
irgendein Bruchteil einer Sekunde sein, z. B. einige Millisekunden.
Daher ist vor dem Ändern
der Amplitude oder des Fensters eine Verzögerung von etwa dieser Größe erforderlich.
Eine Verzögerung
in der Größenordnung
von ms kann nicht mit einem analogen Netz vorgesehen werden und
demnach wird ein Zähler
verwendet, hier ein 9-Bit-Zähler.
Hier wird die Referenzfrequenz zum Takten des Zählers verwendet. Das Signal
RÜCKSETZEN
A (nicht dem RA der 2 entsprechend, da in 2 ein
ODER-Gatter zwischen RA und RÜCKSETZEN
A angeordnet ist; dies ist jedoch nicht wichtig, da wenn RÜCKSETZEN A
Hochpegel hat, auch RA Hochpegel hat) ist hier exakt die Ausgangsgröße des NICHT-ODER-Gatters
in 6 und wird nachstehend eingehender beschrieben.
Das Referenzsignal ist die Rechteckschwingung des Referenzsignals
der PLL, wohingegen das Verriegelungssignal ein Signal ist, das
von dem hohen Logikpegel zu dem niedrigen Logikpegel übergeht, wenn
eine Verriegelung erreicht wird. Das WIN-Signal ist eine Ausgangsgröße dieser
Schaltung und es wird in der Verriegelungserfassungsschaltung verwendet,
die unten unter Bezugnahme auf 9 beschrieben
wird. Dieses Signal (WIN) hat Hochpegel, wenn keine Verriegelung
erzielt worden ist und die vier wichtigsten Bits (hier) eines Zählers alle
den hohen Logikpegel haben, andernfalls wird es niedrigen Pegel
haben. Das VH-Signal (VREFH) ist die obere Spannung eines Fensters
(daher könnte
es 1,9 V, 2,5 V oder 3,1 V sein) während das VL-Signal (VREFL) die
untere Spannung eines Fensters ist und es könnte jeweils 1,5 V oder 0,5
V oder 0,2 V sein. Diese Spannungspegel sind zuvor Tiefpass-gefiltert
worden zum Reduzieren der Amplitude des Übergangs, der erzeugt wird
wenn das System von einem Fenster zu einem anderen umschaltet.
-
Die
Mehrfensterschaltung arbeitet folgendermaßen. Es wird hier angenommen,
dass die PLL noch verriegelt ist, was bedeutet, dass das Signal LOCK
sich noch auf hohem Logikpegel befindet. Es wird auch angenommen,
dass der Zähler
von Null startet, was bedeutet, dass die vier signifikantesten Bits
(hier) auf niedrigem Pegel sind und das WIN-Signal einen niedrigen
Wert hat. Es wird ferner in dieser Implementierung angenommen, dass
die Frequenz mit abnehmender Steuerspannung zunimmt. Es kann jedoch
auch genauso gut umgekehrt sein. Dies bedeutet, dass ein Fenster
[1,5; 1,9] V ausgeschaltet wird sowie das Fenster [1,5; 2,5] V.
Das erste Fenster ist demnach das Fenster [1,2; 3,1] V. Beim Hochfahren
haben sowohl RÜCKSETZEN
A als auch RÜCKSETZEN
B niedrigen Pegel, was bedeutet, dass das Zulässigkeitssignal (ENABLE) für den Zähler auf Hochpegel
liegt während
das RÜCKSETZ-Signal
auf Niedrig ist. Demnach wird der Zähler zu zählen beginnen. Die VCO-Steuerspannung
kann nun entweder unter 0,2 V fallen oder die vier signifikantesten Bits
des Zählers
erhalten Hochpegel. Wenn angenommen wird, dass die VCO-Steuerspannung
unter 0,2 V fällt,
dann wird das RÜCKSETZ-Signal
vom niedrigen Logikpegel zum hohen Logikpegel übergehen. Welcher hängt von
der spezifischen Implementierung ab. Das Zulässigkeitssignal ENABLE nimmt ab
(geht abwärts),
während
das RÜCKSETZ-Signal auf
Hochpegel geht. Es ist äußerst wichtig,
den Zähler
rückzusetzen,
da er im nächsten
Schritt andernfalls eine kürzere
Zeitdauer zählt,
was bedeutet dass das System das Fenster zu früh ändern könnte. Dies könnte das
System zum Ändern
des Zustands der Zustandsmaschine veranlassen, wenn der Momentanzustand
der korrekte ist.
-
Das
Rücksetzen
des Zählers
muss etwas verzögert
werden. Daher muss es ein asynchrones Rücksetzen sein, das um einige
10 Nanosekunden verzögert
wird. Wenn die vier signifikantesten Bit des Zählers auf Hochpegel liegen,
wird das WIN-Signal Hochpegel erhalten während das vorangehende Fenster
ausgeschaltet wird. Dies bedeutet, dass das neue kleinere Fenster
[1,5; 1,9] V ist. Die Verzögerung
von einigen 10 Nanosekunden wird benötigt zum Zurücksetzen
eines Zählers,
da die Komparatoren, siehe 2, eine
gewisse Zeit erfordern, um einen vollständigen Übergang von dem niedrigen Logikpegel
zu dem hohen Logikpegel zu vollführen.
Sobald der Zähler
zurückgesetzt
ist, wird das aktive Fenster wieder [0,2; 3,1] V sein wohingegen
das Fenster [1,5; 1,9] V ausgeschaltet wird.
-
Wenn
es ein Aufwärtssignal
gibt, dann wird das RÜCKSETZEN
A-Signal auf Hochpegel
bleiben bis die VCO-Steuerspannung hier idealer Weise 1,7 V erreicht.
Dies bedeutet, dass während
der Zeit, die erforderlich ist damit die VCO-Steuerspannung den mittleren
Wert (1,7 V) erreicht, der Zähler
zurückgesetzt
werden. Nachdem RÜCKSETZEN
A abwärts geht,
wird der Zähler
wieder zu zählen
beginnen.
-
Es
wird nun angenommen, dass die VCO-Steuerspannung nicht unter 0,2
V fällt
aber der Zähler
das Zählen
beendet. Die vier signifikantesten Bit gehen auf hohen Pegel und
das Fenster wird geändert
wie zuvor von [0,2; 3,1] V nach [1,5; 1,9] V. Die VCO-Steuerspannung
kann sich dann entweder innerhalb dieses Fensters ansiedeln oder
sie kann aus diesem Fenster herausfallen. Wenn die VCO-Steuerspannung
außerhalb
des letzteren Fensters liegt, dann wird es ein AUFWÄRTS- oder
ABWÄRTS-Signanal
geben und das System wird sich wie zuvor weiterentwickeln, andernfalls
ist das System verriegelt. Das LOCK-Signal (Verriegelungssignal)
wird daher auf niedrigen Pegel gehen, die beiden vorangehenden Fenster
ausschaltend. Das Fenster wird nun [0,5; 2,5] V sein, d. h., das
sogenannte Betriebsfenster. Darüber
hinaus wird das LOCK-Signal das RÜCKSETZEN-Signal zwingen, den
hohen Pegel anzunehmen und daher wird der Zähler das Zählen unterbrechen.
-
Wenn
aus irgendwelchen Gründen
die VCO-Steuerspannung 2,5 V übersteigt
oder unter 0,5 V fällt,
wird das Verriegelungssignal LOCK wieder auf Hochpegel gehen und
das System wird die Verriegelungsprozedur neu starten.
-
In 4 ist
dargestellt, wie die Mehrfensterschaltung 4 arbeitet. Der
Verriegelungsprozess wird erläutert.
Das Fenster wird dreimal schmäler
gemacht, um zu prüfen,
ob die VCO-Steuerspannung sich zwischen 1,5 V und 1,9 V ansiedelt.
Das erste AUFWÄRTS
der Zustandsmaschine wird erzeugt, weil die VCO-Steuerspannung unterhalb
0,2 V fällt. Daher
wird der Zähler
zurückgesetzt
und die VCO-Steuerspannung wird zwischen 1,5 V und 1,9 V gebracht,
um den Verriegelungsprozess fortzusetzen. In dieser beispielhaft
simulierten Erläuterung wird
angenommen, dass ein Zeitintervall von etwa 16 ms angewendet wird,
was in diesem System zu kurz ist, aber es sollte immer noch das
Betriebsprinzip der Mehrfensterschaltung erklären. In diesem Fall wird das
Fenster dreimal während
des Verriegelungsprozesses geändert
und das kleinste Amplitudenfenster [1,5; 1,9] V wird verwendet.
In einer vorteilhaften Implementierung wird eine Schleifenumschaltung
verwendet, um die VCO-Steuerspannung auf den gewünschten Spannungspegel zu bringen,
welcher in diesem speziellen Fall die mittlere Spannung ist, hier 1,7
V, und zum Sicherstellen der Stabilität der Schaltung.
-
Ein
Beispiel einer Schleifenumschaltung ist in 5 dargestellt.
Die Schleifenumschaltungsschaltung wird verwendet zum Aufladen oder
Entladen der VCO-Steuerspannung, zum Beispiel in dem aktiven Schleifenfilter,
siehe 8, bis die VCO-Steuerspannung (in dieser Ausführungsform) im
Wesentlichen zu dem mittleren Spannungspegel zurückkehrt. Sobald die VCO-Steuerspannung
im Wesentlichen 1,7 V erreicht, kann die Schleifenumschaltung Laden
oder Entladen des Steuerpunktes CP stoppen. Die Schwellwertschaltung 8,
die in 7 gründlicher
beschrieben wird, steuert die beiden Schalter, die aus N-MOS- und
P-MOS-Transistoren 9A, 9B erstellt sind. Wie oben
erwähnt,
empfängt die
Schwellwertschaltung 8 AUFWÄRTS- und ABWÄRTS-Eingangsgrößen von
den Komparatoren. Wenn es ein Aufwärts-Signal ist, bedeutet dies,
dass die VCO-Steuerspannung (VCTRL) den niedrigen Schwellwert (VL,
auch VREFL genannt) erfüllt
hat, was bedeutet, dass STRG-AUFW. (Steuerung Aufwärts) niedrigen
Pegel erhält,
den aus dem P-MOS 9B gebildeten Schalter schließend, da
die Ausgangsgröße des ODER-Gatters
von einem hohen Logikpegel (das Schwellwertsignal THR ist zu Beginn
Null während
STRG.-AUFW. auf hohem Pegel liegt) zu dem Null-Logikpegel übergeht. Daher wird die Energieversorgung
beginnen, den Steuerpunkt CP neu aufzuladen. Sobald die VCO-Steuerspannung den mittleren
Spannungspegel erreicht hat, wird das Schwellwertsignal THR bestätigt und
dies wird die AUFWÄRTS-/ABWÄRTS-Steuerung
zurücksetzen abhängig von
der Implementierung und dem Schwellwert THR den Wiederaufladeprozess
stoppend. Hier ist angenommen worden, dass eine zunehmende Steuerspannung
die Frequenz verringert. Dies kann sicherlich auch andersherum sein.
-
Wenn
andererseits ein ABWÄRTS-Signal empfangen
worden ist, bedeutet dies, dass Ausgangsgröße STRG ABWÄRTS auf den niedrige Logikpegel
gehen könnte
und die Ausgangsgröße des ODER-Gatters
von dem niedrigen Logikpegel zu dem hohen Logikpegel übergehen
könnte.
Daher bedeutet dies, weil ein ABWÄRTS-Signal (STRG_ABW.) bestätigt worden
ist, dass die VCO-Steuerspannung die hohe Schwellwertspannung erfüllt (VH,
auch VREFH bezeichnet) und die Schaltung wird beginnen, den Steuerpunkt
CP zu entladen bis die VCO-Steuerspannung hier den mittleren Spannungspegel
erreicht. An diesem Punkt wird das Schwellwertsignal THR bestätigt und
das STRG_ABW.-Signal und das Schwellwertsignal werden zurückgesetzt,
hierdurch den Entladungsprozess stoppend.
-
Ein
Beispiel einer Schwellwertschaltung 8, die in der Schleifenumschaltung
der 5 verwendet werden könnte, wird schematisch in 7 dargestellt.
Die Schwellwertschaltung 8 muss erfassen, wenn die VCO-Steuerspannung
den 1,5-V-Pegel erfüllt
und muss demnach die Steuerung-AURWÄRTS- oder Steuerung-ABWÄRTS-Signale
(STRG-AUFW. oder STRG-ABW.) und das Schwellwertsignal rücksetzen.
Dies wird durch Ändern
des Schwellwertsignals von dem niedrigen Pegel zu dem hohen Pegel vorgenommen.
Es kann gesehen werden, dass sobald eines von den AUFWÄRTS- oder
ABWÄRTS-Signalen
einen hohen Pegel annimmt, ein hoher Logikpegel durch ein Flip-Flop
A oder ein Flip-Flop B geladen wird, die die AUFWÄRTS- oder
ABWÄRTS-Steuergrößen auf
einen niedrigen Logikpegel festlegen. Dies bedeutet, dass einer
von den beiden P-MOS Umschaltern, die mit Vsupply verbunden sind,
sich öffnet,
den D-Eingang des Flip-Flop C und E auf den hohen Logikpegel festlegend.
In diesem Zustand kann sich nichts ändern bis die VCO-Steuerspannung 1,7
V erreicht. Wenn die Spannung höher als
1,7 V war, dann wird es einen negativen Übergang geben und das Flip-Flop
E wird getaktet, und wenn die VCO-Steuerspannung niedriger als 1,7 V war,
dann wird das Flip-Flop
C getaktet. In beiden Fällen
wird ein hoher Logikpegel durch eines der beiden Flip-Flops geladen,
das THR- bzw. Schwellwertsignal auf einen hohen Logikpegel festlegend.
Dies wird alle Flip-Flops rücksetzen
und demnach die AUFWÄRTS-
und ABWÄRTS-Steuersignale (STRG_AUFW.
und STRG_ABW.) auf den hohen Logikpegel zurückkehren. Darüber hinaus
wird der N-Transistor
den D-Eingang der Flip-Flops C und E auf den niedrigen Logikpegel
zurückführen, diesen Knoten
gegen Masse entladend. Dies ist notwendig, um zu vermeiden, dass
das Schwellwertsignal (THR) mehr als einmal festgestellt wird. Dies
wird das Neuaufladen oder Entladen des Steuerpunktes CP stoppen.
-
8 zeigt
schematisch ein Blockdiagramm eines hier externen aktiven Schleifenfilters 2,
das vorteilhaft genutzt wird. Sicherlich ist dies bloß ein spezielles
Beispiel, wichtig ist in dieser Implementierung, dass es sich um
ein Aktivfilter handelt. (In einer alternativen Implementierung
umfasst die Anordnung einen Phasenfrequenzdetektor und eine Ladungspumpe.
Die Ladungspumpe umfasst dann die Schleifenfiltereinrichtung bzw.
Funktionalität,
in diesem Fall ein passives Filter.) Es ist erkannt worden, dass
der Ausgang des Tiefpassfilters nicht als ein Steuerpunkt dienen
kann oder es jedenfalls nicht vorteilhaft wäre, da das Filter aktiv ist
und die Schleife eine schmale Bandbreite hat. Daher sollte erfindungsgemäß der Steuerpunkt
vor dem Verstärker
A des Filters 2 angeordnet sein. Die Spannung am Ausgang
des Operationsverstärkers
A hängt
auch von der Spannung über
dem Kondensator C2 ab. Die Änderungsrate
in dieser Spannung ist sehr gering bedingt durch die schmale Bandbreite
(< 50 Hz) und demnach
wird der Operationsverstärker
A, selbst wenn es möglich
ist, die Ausgangsgröße des Filters
auf 1,7 V zu zwingen, Zeit haben, die Ausgangsgröße des Schleifenfilters auf
im Wesentlichen den vorangehenden Wert zurückzuführen. Dies kann eine Eigenschwingung
in der Schaltung erzeugen, daher wird die PLL nicht imstande sein,
zu verriegeln. Wenn der Strom auf einen niedrigeren Wert verringert
wird, um die Zeit, die erforderlich ist, um die VCO-Steuerspannung
auf den Mittelpegel zu bringen, zu verringern, wird dies im Allgemeinen
nicht funktionieren, da dann die Schaltung nicht imstande sein wird,
die VCO-Steuerspannung auf 1,7 V zu bringen, da der Strom zu sehr
verringert werden muss. Daher ist erkannt worden, dass wenn es wünschenswert
ist, die Ausgangsgrößen des Schleifenfilters 2 auf
den mittleren Pegel nach jedem Umschalten zurückzuführen, die Spannung die in vorteilhafter
Weise zu modifizieren ist, die Spannung über den Kondensator C2 ist.
Dies erfordert eine Schaltungsausgangsgröße mehr. Da das Filter mit
einer Invertierkonfiguration realisiert wird, muss der Schleifenumschaltung
der 5 geringfügig
modifiziert werden. Wenn die Ausgangsspannung zunimmt, bedeutet
dies, dass die Spannung über
den Kondensator C2 abnimmt. Daher ist es angemessen, die Schaltung
der 5 in eine Schaltung zu modifizieren, wie sie in 6 offenbart
wird, wobei die Position des AUFWÄRTS-Steuersignals und des ABWÄRTS-Steuersignals ausgetauscht
werden. Das AUFWÄRTS-Steuersignal
STRG AUFW. wird in das NICHT-ODER-Gatter eingegeben wohingegen das AUFWÄRTS-Steuersignal
STRG ABW. in das ODER-Gatter
eingegeben wird. Die Schleifenumschaltung der 6 wird
verwendet zum Aufladen/Entladen des Steuerpunktes (CP) in dem aktiven Schleifenfilter
bis die VCO-Steuerspannung zu dem gewünschten Wert zurückkehrt,
d. h. dem Mittelpegelspannung. In anderen Aspekten sind die Schleifenumschalter
der 5 und 6 ähnlich. Es sollte klar sein,
dass sicherlich das Schleifenfilter nicht exakt sein muss wie in 8,
dieses ist bloß als
eine vorteilhafte Ausführungsform
dargestellt und im Prinzip sind verschiedene Arten von Schleifenumschaltern
möglich,
wovon zwei Beispiele in 5 und 6 dargestellt
sind. Auch könnte
der Steuerpunkt CP (speziell relevant für den Schleifenumschalter der 6)
ein anderer sein als der in 8 spezifisch angegebene,
wichtig ist, dass er sich vor dem Operationsverstärker A befindet,
insbesondere in Ausführungsformen,
in denen ein aktives Schleifenfilter verwendet wird.
-
Wenn
das ABWÄRTS-Signal
ABW. bestätigt wird,
bedeutet dies, dass die VCO-Steuerspannung VREFH (VH) überschritten
hat. Das System muss dann den Ausgang des LP-Filters 2 entladen
und daher wird das Signal STRG-ABW. von dem hohen Pegel zu niedrigen
Logikpegeln wechseln und die Ausgangsgröße des ODER-Gatters wird demselben Übergang
folgen. Dies bedeutet, dass der P-MOS-Schalter eingeschaltet sein
wird und der P-MOS-Zweig
beginnen wird, die Spannung über den
Kondensator C2 zu erhöhen.
Daher wird die VCO-Steuerspannung beginnen, in Richtung der Mittelpegelspannung,
in diesem Fall 1,7 V, abzunehmen. Wenn das AUFWÄRTS-Signal bestätigt wird, bedeutet
dies, dass das VCO-Steuersignal unter (VREFL) (VL) abgefallen ist
und das System den Ausgang von LP 2 aufladen muss. Die Prozedur
wird analog zu dem Fall, in dem das ABWÄRTS-Signal bestätigt wird,
die Ausgangsgröße des NICHT-ODER-Gatters
wird den niedrigen zum hohen Logikpegel ändern, den N-MOS einschaltend.
Daher wird der NMOS-Zweig beginnen, die Spannung über C2 zu
verringern. Die C-MOS-Steuerspannung wird dann in Richtung Mittelpegelspannung
zunehmen.
-
Die
Größen der
Transistorschalter müssen derart
ausgewählt
werden, dass sie sicherstellen können,
dass die VCO-Steuerspannungen
nicht aus dem richtigen Amplitudenfenster herausgezogen werden,
in diesem Fall [1,5; 1,9] V. Die Umschalter sollten in einer angemessenen
Weise dimensioniert sein.
-
Wie
früher
in der Anmeldung erwähnt,
umfasst die Steuerschaltung in vorteilhafter Weise eine Verriegelungserfassungsschaltung 12,
siehe 9. Die Verriegelungserfassungsschaltung überwacht kontinuierlich
die Verriegelungsbedingung des PLL Frequenz-Synthesizers und ist
imstande, die Verriegelungsprozedur jedesmal neu zu starten, wenn
die VCO-Steuerspannung ein Betriebamplitudenfenster überschreitet.
-
Wenn
die VCO-Steuerspannung beispielsweise die Grenzspannungspegel für das größte Fenster
z. B. [0,2; 3,1] V überschreitet,
dann wird es ein AUFWÄRTS-
oder ABWÄRTS-Signal
geben, aber kein WIN-Signal. Daran ändert sich nichts. Wenn jedoch
angenommen wird, dass nachdem das WIN-Signal bestätigt worden
ist, es ein AUFWÄRTS- oder
ABWÄRTS-Signal
gibt, das einen hohen Pegel annimmt, dann wird die Ausgangsgröße des NICHT-ODER-Gatters
einen niedrigen Pegel annehmen und daher wird das WIN-Signal einen
Nullwert abtasten. Eine Verzögerung
ist in dem Pfad des WIN-Signals erforderlich, um sicherzustellen,
dass es die Null abtasten wird und nicht die Eins, da die Eins der
Startwert der Ausgangsgröße des NICHT-ODER-Gatters ist.
Das Verriegelungssignal LOCK wird demnach auf Hochpegel bleiben.
Wenn sowohl die AUFWÄRTS-
als auch ABWÄRTS-Signale
auf Niedrigpegel bleiben, dann wird das WIN-Signal den Eins-Logikpegel abtasten
und die Verriegelung wird von dem Eins-Logikpegel zu dem Null-Logikpegel übergehen.
Dies bedeutet, dass der Verriegelungsprozess beendet worden ist.
-
In 10 ist
der Verriegelungsprozess schematisch dargestellt. Die Zeit, zu der
die Verriegelung erzielt wird, wird angegeben. Hier wird angenommen, dass
der Zähler
für etwa
16 ms zählt.
In der Figur sind die AUFWÄRTS-
und ABWÄRTS-Signale
schematisch dargestellt sowie WIN-Signale. Wenn das Verriegelungssignal
vom hohen zum niedrigen Logikpegel übergeht, wird der Takt des
Flip-Flop B einen positiven Übergang
vornehmen. Dies lädt
wiederum den Ausgang des Flip-Flop B auf einen hohen Logikpegel.
Da sowohl das AUFWÄRTS-
als auch das ABWÄRTS-Signal
niedrigen Pegel hat, wird die Ausgangsgröße des ODER-Gatters Null wie
die Ausgangsgröße des UND-Gatters
unabhängig
von dem hohen Logikpegel der Ausgangsgröße des B-Flip-Flops. Wenn aus
irgendeinem Grund die VCO-Steuerspannung das Amplitudenfenster [0,5; 2,5]
V überschreitet,
wird es ein AUFWÄRTS-
oder ein ABWÄRTS-Signal
geben (wenn die Verriegelung bestätigt worden ist, ist das aktive
Fenster das sogenannte Betriebsfenster). Dies bedeutet, dass die Ausgangsgröße des ODER-Gatters
auf hohen Pegel gehen wird und wegen des einen zuvor durch das Flip-Flop
B aufgeladenen, auch das UND-Gatter auf hohen Pegel gehen wird,
die Flip-Flops A
und B rücksetzend.
Daher wird das Verriegelungssignal wieder auf hohen Pegel gehen
und der Verriegelungsprozess wird neu gestartet.
-
Beim
Einschalten der Energie muss die Schaltung der Zustandsmaschine
sowie des Zählers initialisiert
werden. Der Zähler
muss zurückgesetzt werden,
so dass er von Null zu zählen
beginnen kann wohingegen die Zustandsmaschine in den Nullzustand
initialisiert werden muss. Hierfür
zuständig
ist die Rücksetzschaltung
RS 10, siehe 2.
-
In 11 wird
angenommen, dass die Energie eingeschaltet wird, 100. Dann
wird ein Startfrequenzband festgelegt, 101, der Zähler wird
rückgesetzt
wie vorangehend erläutert, 102.
Das größte Amplitudenfenster
wird dann in der Mehrfensterschaltung festgelegt, 103,
und es wird sicher festgestellt, ob die Spannung innerhalb die oberen
und unteren Spannungspegel fällt,
die für
dieses größte Fenster
definiert sind, welches allgemein merklich breiter ist als das relevante
Intervall. Das große
Fenster ist ein maximales Fenster, in welchem zugelassen wird, dass
sich die Steuerspannung während
des Hochfahrens darin bewegen darf, d. h., bevor die PLL verriegelt
ist. Dieses wird üblicherweise
durch die maximale Spannung bestimmt, die für das VCO-Abstimmelement, einen Varactor, akzeptierbar
ist. Ein Takt wird dann aktiviert und beginnt das Zählen, 104. Dann
wird sicher festgestellt, ob die Bedingung VCTRL < VREFL gilt, 106A.
Wenn nicht, wird fortgesetzt überwacht,
VCTRL ist hier die analoge Steuerspannung für den VCO, VREFL (VL) ist die
untere Grenze des momentanen Fensters, d. h., hier des ersten und größten Fensters.
Wenn für
die Steuerspannung VCTRL < VREFL
gilt, wird sicher festgestellt, dass es bislang keine Verriegelungsbedingung
gibt, 107A, und ein Umschalten wird zu einem höheren Frequenzband
vorgenommen, 108A. Wie dies stattfindet, wurde vorher in
der Anmeldung mit Hilfe eines ersten Signals zu der Zustandsmaschine
etc. erklärt. Darauf
folgend wird VCTRL zu dem mittleren der kleinen Fenster angehoben
und dann freigegeben, 109A. Dann wird der Zähler wie
zuvor zurückgesetzt, 102.
Das kleine Fenster ist ein Fenster, in dem es wünschenswert ist, dass die Steuerspannung
sich darin befindet, wenn die Phasenverriegelung erzielt worden
ist. Dieses ist typischerweise um die Mitte des akzeptablen Abstimmspannungsbereichs
oder um den mittleren Pegel des Frequenzabstimmungsbereichs zentriert.
Es ist immer kleiner als oder gleich dem größten Fenster, üblicherweise
wesentlich kleiner als das große
Fenster. Die minimale Größe des kleinen
Fensters wird durch das Erfordernis gegeben, dass die Frequenzbänder aufeinander
abgestimmt sind, d. h., dass es keine gewünschten Frequenzen gibt, die
nicht erreicht oder synthetisiert werden können, wenn VCTRL eingeschränkt wird
auf das kleine Fenster. Im Normalfall haben die Bänder eine
gewisse Überlappung.
-
Auch
wird entsprechend geprüft,
ob VCTRL > VREFH (VH)
gilt, 106B. Wenn nicht, wird es überwacht und wenn ja, wird
sicher festgestellt, dass es keine Verriegelung gegeben hat, 107B.
Dann wird ein Umschalten zu einem niedrigeren Frequenzband durchgeführt, 108B,
und VCTRL wird zu dem mittleren oder dem kleinen Fenster verringert
und dann freigegeben, 109B, woraufhin der Zähler rückgesetzt wird, 102,
wie oben erläutert.
Wenn jedoch der Takt das Zählen
beendet, 105, bedeutet dies, dass die Spannung in die gegebenen
Amplitudenwerte des Fensters fällt
und dann wird das kleine oder ein kleineres Fenster festgelegt, 110.
Eine Verzögerung
wird eingefügt, 111,
dann wird geprüft,
ob das Fenster klein ist, 112. Wenn dies der Fall ist,
wird erfasst (angegeben), dass es eine Verriegelungsbedingung gibt, 113,
welche aus einer zu diesem Zweck ausgegebenen optionalen Angabe
resultieren kann. Dann kann optional eine Betriebsfenstergröße festgelegt werden, 114.
Schritt 113 oben setzt voraus, dass es eine Verriegelungserfassungsschaltung
vorgesehen gibt, dies ist jedoch nicht notwendig. Wenn nicht, wird die
Prozedur einfach beendet nach dem Erfassen, dass das Fenster klein
ist. Mit Betriebsfenstergröße wird
hier ein Fenster gemeint, in dem die Steuerspannung sich während des
fortgesetzten Betriebs bewegen darf, d. h., nachdem die PLL verriegelt
worden ist. Es ist normalerweise aber nicht notwendigerweise größer oder
gleich dem kleinen Fenster und kleiner als oder gleich dem großen Fenster.
Dies bedeutet, dass optional ein irgendwie größeres Fenster ausgewählt werden
kann als das kleinste Fenster, welches für einige Anwendungen wünschenswert sein
kann. Manchmal kann auch das kleinste Fenster beibehalten werden
wohingegen es in anderen Anwendungen zu dem größten Fenster zurückgeführt werden
könnte.
-
Die
Zählzeit
hängt speziell
von den PLL Parametern der Taktfrequenz ab und sie muss vorsichtig
berechnet werden für
jede Schleife einschließlich Überschießungsabschätzungen,
wie sie früher
in der Anmeldung diskutiert worden sind.
-
Es
ist hier angenommen worden, dass eine Erhöhung von VCTRL die Frequenz
verringert. Die umgekehrte Situation kann leicht durch einfaches Austauschen
der Betriebsabläufe "Umschalten zu niedrigerem
Frequenzband" und "Umschalten zu höherem Frequenzband" (Schritt 108A bzw. 108B)
angepasst werden. Ein Umschalten zum höheren oder niedrigeren Frequenzband
kann sequentiell oder mit Hilfe eines binären Suchalgorithmus vorgenommen werden.
-
Die
durch die Komparatoren durchgeführten Betriebsabläufe VCTRL < VREFL und VCTRL > VREFH sind kontinuierliche
Betriebsabläufe
auch nachdem das Zählen
beendet worden ist und verifiziert worden ist und ein kleineres
Fenster festgelegt worden ist, d. h., kleines Fenster festlegen, 110,
ist aktiviert worden. Auf diese Weise wird keine Verriegelungsverifizierung
(VERR. = Ja) 113 geliefert, wenn VCTRL sich aus dem Fenster
VREFL < VCTRL < VREFH während der
festgelegten Verzögerungszeit
herausbewegt, da das "Fenster
klein", 112,
dann nicht wahr ist.
-
12 ist
ein Ablaufdiagramm zum Beschreiben einer vorteilhaften Implementierung
des Erfindungskonzepts. Bezugszeichen 200–210 der 12,
die Prozedurschritte angeben, entsprechen den mit 100–110 in 11 gekennzeichneten
Schritten.
-
Nach
dem Schritt 110 der 11, bei
dem ein kleines Fenster festgelegt wird, wird geprüft, ob VCTRL < VREFL, 212A,
oder ob VCTRL > VREFH gilt, 212B.
Wenn eines von beiden wahr ist, wird ein Umschalten zu einem höheren bzw.
niedrigeren Frequenzband durchgeführt, 208A, 208B etc..
Wenn nicht, entspricht die Prozedur der unter Bezugnahme auf 11 beschriebenen,
(optionale Schritte 113, 114 etc.).
-
(Das
Einführen
einer Verzögerung
(Schritt 111 der 11) kann
auch in dieser Implementierung in ähnlicher Weise vorgenommen
werden.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer Schleifenumschaltung
beschränkt,
die eine Schwellwertschaltung zum Abstimmen der Spannung zu der
Mittelpegelspannung umfasst; das Erfindungskonzept des Verwendens
einer Mehrfensterschaltung ist noch relevant. Das Vorsehen einer
Verriegelungserfassungsschaltung ist ebenfalls kein Erfordernis.
-
Das
Erfindungskonzept ist für
die Frequenzsynthese anwendbar, für Modulation und Demodulation,
für Taktwiedergewinnung
etc.. Unterschiedliche Arten von PLLs können ebenfalls verwendet werden, z.
B. eine Ladungspumpen-PLL mit einem Phasenfrequenzdetektor oder
eine PLL mit einem Phasendetektor und einem aktiven Filter etc..