JP2008514163A - Apparatus and method for oscillating broadband frequency - Google Patents
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Abstract
図5に示すような、位相ロックループと可変周波数分割器(560)とを備えた、周波数を発振する装置が示されている。可変周波数分割器(560)は、第1の周波数の信号をある分割比で分割して第2の周波数(Fout)の信号を発生し、この周波数分割は、位相/周波数検出器(510)へ入力される参照周波数クロック入力(Fref)とフィードバック周波数の信号入力との比較に基づいて行われる。チャージポンプ(520)およびループフィルタ(530)が、第2の周波数の信号(355)を分割して正しいフィードバック周波数の実現を可能にする分割器(550)とともに示されている。VCO(540)には、選択されるキャパシタを備える共振回路と、動作周波数を設定する制御電圧と、適当な利得のための能動回路(320)とが内在する。 An apparatus for oscillating frequency is shown, comprising a phase locked loop and a variable frequency divider (560) as shown in FIG. The variable frequency divider (560) divides the signal of the first frequency by a certain division ratio to generate a signal of the second frequency (Fout), and this frequency division is sent to the phase / frequency detector (510). This is based on a comparison between an input reference frequency clock input (Fref) and a feedback frequency signal input. A charge pump (520) and loop filter (530) are shown with a divider (550) that divides the second frequency signal (355) to allow the correct feedback frequency to be achieved. The VCO (540) includes a resonant circuit including a selected capacitor, a control voltage for setting an operating frequency, and an active circuit (320) for an appropriate gain.
Description
本発明は、周波数信号を発生することに関し、より詳細には、位相ロックループ(PLL)の分割比を制御することにより同調範囲を拡大させるための周波数を発振する装置および方法に関する。 The present invention relates to generating a frequency signal, and more particularly to an apparatus and method for oscillating a frequency for extending the tuning range by controlling the division ratio of a phase locked loop (PLL).
電圧制御発振器(VCO)は、制御電圧に基づいて交流信号の予め定めた周波数を発生する。VCOは、1つ以上の予め定めたチャネルを通して信号を送受信するために無線受信器に広く用いられていて、それゆえ、一般に携帯電話器、テレビ(TV)受信器や無線モデムに組み込まれている。 A voltage controlled oscillator (VCO) generates a predetermined frequency of the AC signal based on the control voltage. VCOs are widely used in wireless receivers to send and receive signals through one or more predetermined channels, and are therefore generally incorporated in cell phones, television (TV) receivers and wireless modems. .
位相ロックループ(PLL)回路は、例えば低い参照周波数から比較的高い周波数までの広い帯域の周波数を発生するために、有線/無線通信システムのVCO内に広く用いられている。 Phase locked loop (PLL) circuits are widely used in VCOs in wired / wireless communication systems, for example, to generate a wide band of frequencies from a low reference frequency to a relatively high frequency.
図1は、関連技術による位相ロックループ(PLL)回路を示している。図示のように、PLL回路100は、周波数分割器150と、位相周波数検出器110と、チャージポンプ120と、ループフィルタ130と、電圧制御発振器140とを備える。周波数分割器は、出力周波数Foutを予め定めた周波数に分割する。位相周波数検出器110は、外部ユニットから参照周波数Frefを、分割器150から分割された周波数を受け取り、参照周波数と分割された周波数の位相差との周波数差を検出する。チャージポンプ120は、位相周波数検出器110から位相差および周波数差を受け取って、ループフィルタ(LF)130を充電または放電する。ループフィルタは、CP120からの出力信号から、無線周波数成分を除去する。VCO140は、LF130の電圧に比例した出力周波数Foutを発生する。
FIG. 1 shows a phase locked loop (PLL) circuit according to the related art. As illustrated, the PLL circuit 100 includes a
参照周波数Frefは、通常はppmの精度を有する水晶振動子から供給される。VCOは、このようなPLL回路を通して目標周波数帯内の安定な交流信号を発振する。 The reference frequency F ref is normally supplied from a crystal resonator having an accuracy of ppm. The VCO oscillates a stable AC signal within the target frequency band through such a PLL circuit.
図2は、関連技術によるVCOを用いた無線受信器のチューナを示している。このチューナは直接変換型であり、予め定めた周波数信号RFinをIベースバンド信号およびQベースバンド信号に復調する。すなわち、チューナが、前置増幅器210および利得制御器220を通して一定レベルを有するように制御される周波数信号RFinを受信して、受信した周波数信号RFinを、局部発振器250の発振信号とミキサ230、240を通して混合して、Iベースバンド信号およびQベースバンド信号を発生する。局部発振器250は、同一周波数で90°位相差を有する発振信号を発生し、その発振信号がミキサ230と240に印加される。
FIG. 2 shows a tuner for a radio receiver using a VCO according to the related art. This tuner is a direct conversion type, and demodulates a predetermined frequency signal RF in the I baseband signal and Q baseband signal. That is, the tuner receives the frequency signal RF in to be controlled to have a constant level throughout the
局部発振器(LO)250は、VCOと周波数分配器(frequency distributor)とを備える。VCOは、選択されたチャネルの搬送波と同一の周波数を有する信号を発生する。周波数分配器は、VCOの出力信号を、90°位相差を有する2つの信号f01およびf02として分配する。ミキサ230、240は、入力周波数とLO信号とを混合してI信号およびQ信号を発生する。
The local oscillator (LO) 250 includes a VCO and a frequency distributor. The VCO generates a signal having the same frequency as the carrier of the selected channel. The frequency divider distributes the output signal of the VCO as two signals f 01 and f 02 having a 90 ° phase difference. The
低域フィルタ260および270は、それぞれミキサ230および240の出力信号から、帯域外ブロッキング(blocking)信号および帯域内ブロッキング信号を除去する。従って、局部発振器250が選択されたチャネルの搬送波に等しい周波数を有する発振信号を発生するとき、その発振信号を、対応する搬送波の周波数信号とミキサ230および240で混合することによってIベースバンド信号およびQベースバンド信号が抽出される。
上述したように、VCOは、チューナの受信帯域のための周波数を発振する。すなわち、VCOの発振範囲は、対応する無線システムの受信帯域に一致していなければならない。 As described above, the VCO oscillates a frequency for the reception band of the tuner. That is, the oscillation range of the VCO must match the reception band of the corresponding wireless system.
例えば、衛星放送システムは、約950MHzから約2.15GHzの放送帯域を用いている。従って、衛星放送受信器のチューナは約950MHzから約2.15GHzの発振周波数帯域を有しなければ(例えば、周波数信号を発生しなければ)ならない。 For example, the satellite broadcasting system uses a broadcast band of about 950 MHz to about 2.15 GHz. Therefore, the satellite receiver tuner must have an oscillation frequency band of about 950 MHz to about 2.15 GHz (eg, generate a frequency signal).
最大値と最小値との比で表した以下の式1に基づいてVCOの発振範囲を表現する場合、VCOは125%の発振範囲を有しなければならない。 When the oscillation range of the VCO is expressed based on the following Equation 1 expressed as a ratio between the maximum value and the minimum value, the VCO must have an oscillation range of 125%.
しかしながら、共振器を有する従来のVCOは、一般に発振範囲が約30%であり、VCOの発振範囲がより広くなると位相雑音特性が劇的に劣化する可能性がある。 However, a conventional VCO having a resonator generally has an oscillation range of about 30%, and as the oscillation range of the VCO becomes wider, the phase noise characteristics may be dramatically deteriorated.
従来のVCOのそのような課題を克服するために、位相雑音特性を劣化させること無しにVCOの発振範囲を拡大するための多くの研究が進行中である。それらの研究の中で、バラクタ・ダイオードを複数用いて広い帯域の周波数信号を発振するVCOが特許文献1に紹介されている。 In order to overcome such problems of conventional VCOs, many studies are underway to expand the oscillation range of VCOs without degrading phase noise characteristics. In these studies, Patent Document 1 introduces a VCO that uses a plurality of varactor diodes to generate a wide-band frequency signal.
図3は、特許文献1に紹介されているVCOを説明するためのブロック図である。図3に示すように、VCO300は、信号を共振させるための共振回路310と、周波数信号を発振させ、発生した周波数信号を共振回路310から出力するための能動回路320とを備える。
FIG. 3 is a block diagram for explaining the VCO introduced in Patent Document 1. In FIG. As shown in FIG. 3, the
共振回路310は、インダクタンス素子とキャパシタンス素子とを備え、VCO300の同調範囲は共振回路によって決められる。すなわち、VCOの発振周波数fは、共振回路のインダクタンスLおよびキャパシタンスCに基づいて式2に従って計算することができる。
The
図示のように、共振回路310は、構造的には、複数のバラクタ・ダイオードを備え、VCO300の発振範囲は、目標周波数帯域に応じてキャパシタンスCを変化させることによって拡大される。
As shown in the figure, the
図3に描かれたVCOにはいくつかの欠陥がある。第1に、バラクタ・ダイオードは周波数同調に対して品質係数(Q値)が低いため位相雑音特性が極端に劣化する。 There are several deficiencies in the VCO depicted in FIG. First, since the varactor diode has a low quality factor (Q value) with respect to frequency tuning, the phase noise characteristic is extremely deteriorated.
第2に、この回路では周波数発振が時々中断する可能性がある。より具体的には、共振回路310のQ値は、キャパシタンスCとインダクタンスLに逆比例する。固定したインダクタンスLを用いて出力周波数を下げるには、キャパシタンスCを増加させねばならない。このことは電圧振幅(voltage swing)を次第に低減させることになり、その結果周波数発振は中断してしまう。
Second, frequency oscillation may be interrupted from time to time in this circuit. More specifically, the Q value of the
このVCOの欠陥を克服することを目的として、同調範囲を広げるために様々な周波数帯域を有する複数のVCOを用いる方法が非特許文献1に提案されている。この方法を実装するには、様々な周波数帯域を有する複数のVCOを備えるために、ダイの面積を広く用いなければならない。また、複数のVCOを用いるために製造コストも増大する。これらの欠陥は、無線受信器の小型化や、多くの製造者の低コスト・ポリシーを満足させることに対する障害となる。 In order to overcome this VCO deficiency, Non-Patent Document 1 proposes a method using a plurality of VCOs having various frequency bands in order to widen the tuning range. To implement this method, a large die area must be used to provide multiple VCOs with various frequency bands. In addition, the use of a plurality of VCOs increases the manufacturing cost. These deficiencies are obstacles to miniaturization of radio receivers and satisfying many manufacturers' low cost policies.
単一のVCOから発振された周波数信号を用いて、様々な周波数分割器に通して周波数同調範囲を広げる技術が、特許文献2に紹介されている。図4は、特許文献2で紹介されている周波数発振デバイスを示している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 introduces a technique that uses a frequency signal oscillated from a single VCO to extend the frequency tuning range through various frequency dividers. FIG. 4 shows a frequency oscillation device introduced in Patent Document 2.
図4に示すように、周波数発振デバイス400は、予め定めた周波数変化範囲を有するVCO410と、VCOの出力信号Finを分配させることによって周波数範囲を拡大するための拡大回路420を備えている。
As shown in FIG. 4, frequency oscillating
拡大回路420は目的周波数に応じて周波数分配器を選択し制御するための制御論理回路450を備える。周波数分配器は、1/2分割器430、1/4分割器440、および複数のスイッチを備える。
The
制御論理ユニット(control logic unit)450は、目標の同調周波数に応じて、複数のスイッチを制御することにより1/2分割器および1/4分割器のうちの1つを選び、単一のVCO410から発振され出力された周波数信号の予め定めた範囲を様々な周波数帯域へ拡大する。
A
この技術によって、位相雑音と電流消費量が低減されるとともに、同調範囲がVCOのスイッチング素子により広く拡大される。しかしながら、様々な分割器を通ってフィードバックされた信号とVCO410からの発振信号との混合中に低調波(subharmonic)信号が発生する。低調波信号の結果、特性が劣化する。特に、目標信号要素を得るために低調波信号を除去するのは大変複雑であるため、これは非常に望ましくない。それゆえ、特許文献2で紹介された技術を製品化するためには多くの困難が予想される。
This technique reduces phase noise and current consumption, and broadens the tuning range with VCO switching elements. However, a subharmonic signal is generated during mixing of the signal fed back through the various dividers with the oscillation signal from the
したがって、同調範囲の拡大を実現でき、同時に低位相雑音を維持することができる周波数発振デバイスに対する要望が存在する。 Accordingly, there is a need for a frequency oscillation device that can achieve an increased tuning range and at the same time maintain low phase noise.
本発明の1つの目的は、PLL回路に可変周波数分割器を備え、その可変周波数分割器を目標周波数帯域に従って制御することによって、低位相雑音を保ちながら広帯域周波数を発振する装置および方法を提供することにある。 One object of the present invention is to provide an apparatus and method for oscillating a wideband frequency while maintaining low phase noise by providing a variable frequency divider in a PLL circuit and controlling the variable frequency divider according to a target frequency band. There is.
本発明の別の目的は、発振周波数整合表を必要とすることなく、参照周波数とフィードバック信号とを比較した結果に従って、目標周波数に対する可変周波数分割比を自動的に追跡して制御することによって、広帯域周波数を発振する装置および方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to automatically track and control the variable frequency division ratio with respect to the target frequency according to the result of comparing the reference frequency and the feedback signal without requiring an oscillation frequency matching table, An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for oscillating a broadband frequency.
本発明の別の目的は、特性を劣化させる低調波信号の発生を防ぐ、広帯域周波数を発振する装置および方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an apparatus and method for oscillating a broadband frequency that prevents the generation of subharmonic signals that degrade the characteristics.
本発明の別の目的は、I(同相)信号とQ(直交)信号を適切に発生する、広帯域周波数で発振する装置および方法を提供することにある。 It is another object of the present invention to provide an apparatus and method for oscillating at a wideband frequency that appropriately generates an I (in-phase) signal and a Q (quadrature) signal.
ある実施形態によれば、本発明は、広帯域周波数を発振する装置であって、予め定めた周波数を発振する周波数発振ユニットと、前記周波数発振ユニットから発振された周波数をフィードバックすることにより発振された周波数と参照周波数とを比較し、前記周波数発振ユニットの発振周波数を固定する位相ロックループと、前記発振周波数によって必要とされる周波数帯域へ近づくために分割比を変化させて前記発振周波数を分割する可変分割ユニットとを備える装置を提供する。 According to an embodiment, the present invention is an apparatus that oscillates a broadband frequency, and is oscillated by feeding back a frequency oscillating unit that oscillates a predetermined frequency and a frequency oscillated from the frequency oscillating unit. The frequency is compared with the reference frequency, and the oscillation frequency is divided by changing the division ratio so as to approach the frequency band required by the oscillation frequency and the phase lock loop that fixes the oscillation frequency of the frequency oscillation unit. An apparatus comprising a variable division unit is provided.
別の実施形態によれば、本発明は、広周波数帯域内の目標周波数を選択的に発振する装置であって、位相ロックループによる安定な動作範囲の交流の周波数を発振する周波数発振ユニットと、発振された、前記目標周波数に近づけられる周波数に基づいて可変分割比を制御する第1の制御ユニットと、前記第1の制御ユニットによって制御された、前記目標周波数に整合される周波数を精密に制御する第2の制御ユニットとを備える装置を提供する。 According to another embodiment, the present invention is an apparatus that selectively oscillates a target frequency within a wide frequency band, and a frequency oscillating unit that oscillates an alternating frequency in a stable operating range by a phase-locked loop; A first control unit that controls the variable division ratio based on the oscillated frequency that is close to the target frequency, and a frequency that is controlled by the first control unit and that matches the target frequency is precisely controlled. And a second control unit.
別の実施形態によれば、本発明は、可変分割器を用いて位相ロックループの発振周波数を制御する広帯域周波数発振装置であって、前記可変分割器の分割比を初期化する初期化ユニットと、前記位相ロックループのフィードバック周波数を検出する検出ユニットと、前記位相ロックループの参照周波数と検出されたフィードバック周波数とを比較することによって周波数差を検出する比較ユニットと、検出された周波数差に従って前記分割比を増加、減少又は固定する分割比制御ユニットとを備える広帯域周波数発振装置を提供する。 According to another embodiment, the present invention is a broadband frequency oscillating device that controls the oscillation frequency of a phase-locked loop using a variable divider, an initialization unit that initializes a division ratio of the variable divider; A detection unit for detecting a feedback frequency of the phase-locked loop, a comparison unit for detecting a frequency difference by comparing a reference frequency of the phase-locked loop and a detected feedback frequency, and according to the detected frequency difference Provided is a broadband frequency oscillating device including a division ratio control unit for increasing, decreasing or fixing a division ratio.
別の実施形態によれば、本発明は、広帯域周波数を発振する方法であって、予め定めた周波数を発振するステップと、発振された周波数をフィードバックして発振された周波数と参照周波数とを比較し、予め定めた周波数の発振において発振される発振周波数を固定するステップと、前記発振周波数によって必要とされる周波数帯域へ近づくために分割比を変化させるステップとを含む方法を提供する。 According to another embodiment, the present invention is a method for oscillating a wideband frequency, the step of oscillating a predetermined frequency, and the frequency oscillated by comparing the oscillated frequency and the reference frequency Then, a method is provided that includes fixing an oscillation frequency oscillated in an oscillation of a predetermined frequency, and changing a division ratio to approach a frequency band required by the oscillation frequency.
別の実施形態によれば、本発明は、広周波数帯域内の目標周波数を選択的に発振する方法であって、位相ロックループによる安定な動作範囲の交流周波数を発振するステップと、発振された、前記目標周波数に近づけられる周波数に基づいて可変分割比を制御するステップと、可変分割比の制御において制御された、前記目標周波数に整合される周波数を精密に制御するステップとを含む方法を提供する。 According to another embodiment, the present invention is a method of selectively oscillating a target frequency within a wide frequency band, the step of oscillating an alternating frequency in a stable operating range by a phase locked loop, Providing a method comprising: controlling a variable division ratio based on a frequency approaching the target frequency; and precisely controlling a frequency matched to the target frequency controlled in the control of the variable division ratio To do.
別の実施形態によれば、本発明は、広帯域周波数を発振するために、可変分割器を用いて位相ロックループの発振周波数を制御する方法であって、前記可変分割器の分割比を初期化するステップと、前記位相ロックループのフィードバック周波数を検出するステップと、前記位相ロックループの参照周波数と検出されたフィードバック周波数とを比較することによって周波数差を検出するステップと、検出された周波数差に従って前記分割比を増加、減少又は固定するステップとを含む方法を提供する。 According to another embodiment, the present invention is a method for controlling an oscillation frequency of a phase-locked loop using a variable divider to oscillate a broadband frequency, and initializes a division ratio of the variable divider According to the detected frequency difference, detecting a feedback frequency of the phase locked loop, detecting a frequency difference by comparing a reference frequency of the phase locked loop and the detected feedback frequency, and Increasing, decreasing or fixing the split ratio.
図5は、本発明の一実施形態による、広帯域周波数を発振する装置を例示するブロック図である。装置500は、周波数分割器550、位相周波数検出器510、チャージポンプ520、ループフィルタ530、VCO540、および可変周波数分割器560を備える。
FIG. 5 is a block diagram illustrating an apparatus for oscillating a broadband frequency according to one embodiment of the present invention.
周波数分割器550は、フィードバック出力信号Foutを受けて、フィードバック出力信号Foutを分割して予め定めた周波数にする。位相周波数検出器(PFD)510は、外部デバイスから供給される参照信号Frefおよび周波数分割器550から出力される周波数を受信し、参照信号Frefと受信した周波数との位相差および周波数差を検出する。チャージポンプ(CP)520は、PFD510から出力される位相差および周波数差を受信してループフィルタ(LF)530を充放電する。LF530は、CP520から出力される信号から無線周波数成分を除去する。電圧制御発振器(VCO)540は、LF530の電圧に比例した周波数を発生する。そして、可変周波数分割器560は、VCO540から出力される無線周波数交流信号を可変分割比Mによって分割して、出力周波数Foutを出力する。
装置はまた、周波数検出器(FD)570と制御器580を備える。周波数検出器は、周波数分割器550によって分割されたフィードバック周波数と参照周波数Frefとを比較して周波数差を抽出する。制御器は、FDからの抽出された周波数差に基づいて可変周波数分割器560の可変分割比Mを制御する。
The apparatus also includes a frequency detector (FD) 570 and a controller 580. The frequency detector compares the feedback frequency divided by the
PFD510は、上述のようにフィードバック出力信号と参照信号との間の周波数差および位相差を検出する。PFDを用いる代わりに、位相検出器を従来の位相ロックループ(PLL)回路要素のように用いてもよい。PFDは、2つの信号間の位相差および周波数差に対応したパルス信号を発生する。
As described above, the
CP520は、PFD510から発生したパルス信号に基づいて、LF530中の電荷を充放電することによってVCO540を制御するための電圧信号を発生する。
LF530は、周波数/位相差を検出する間に発生する可能性のある高調波成分を除去するための低域フィルタ作用を行う。このLFは、キャパシタンス素子および抵抗性素子で構成されるのが望ましい。
The
VCO540は、共振回路から発生する周波数信号を発振して出力するための能動回路を備える。共振回路は、周波数を決定するためのインダクタンス素子およびキャパシタンス素子を有する。VCO540の発振動作の範囲は、共振回路中のキャパシタンス値Cとインダクタンス値Lによって定まる。VCO540の詳細な構造は、以下により詳しく説明する。
The
周波数分割器550および可変周波数分割器560は、周波数を計数することによってVCOからの周波数を低減する。周波数分割器550および可変周波数分割器560は、他の回路も容易に用いることができ、例えばフリップ・フロップとして実現することができる。周波数分割器は、目標発振周波数によって固定された一定の分割比Kを有している。可変周波数分割器は、目標発振周波数帯域に接近するために制御器580によって制御される可変分割比Mを有している。
FD570は、PFD510と同様に、2つの周波数の周波数差を検出する。より具体的には、FD570は、本実施形態によれば、可変分割比Mに基づいて分割された信号と参照周波数Frefとを比較して周波数差を検出する。制御器580は、FD570において検出された周波数差に従って可変周波数分割器560の可変分割比Mを制御する。
Similar to the
制御器580は例えば、広帯域周波数を発振するための装置500を有する受信システムを一般的に制御するマイクロプロセッサのモジュールとして実現することができる。
The controller 580 can be implemented, for example, as a microprocessor module that generally controls a receiving system having a
制御された可変分割比Mに基づいて分割されたフィードバック周波数が参照周波数Frefより低いとき、制御器580は、可変分割比Mを低減して、出力周波数を増大させる。また、制御された可変分割比Mに基づいて分割されたフィードバック周波数が参照周波数Frefより大きいとき、制御器580は、可変分割比Mを増大して出力周波数を減少させる。出力周波数が目標発振周波数に近づくと、制御器580は、可変分割比Mによって行われる制御操作を通して、可変周波数分割器560の可変分割比Mを固定する。本実施形態によれば、上述のように、目標出力周波数Foutは、VCOを用いて発振させることができ、そこでは、本実施形態による可変分割比に設定された可変周波数分割器560により動作範囲が制限される。
When the feedback frequency divided based on the controlled variable division ratio M is lower than the reference frequency F ref , the controller 580 decreases the variable division ratio M and increases the output frequency. When the feedback frequency divided based on the controlled variable division ratio M is larger than the reference frequency F ref , the controller 580 increases the variable division ratio M and decreases the output frequency. When the output frequency approaches the target oscillation frequency, the controller 580 fixes the variable division ratio M of the
また、特定の発振周波数は、VCO540内の共振回路内の共振素子のキャパシタンス値を変えることによって有利に制御することができる。
Also, the specific oscillation frequency can be advantageously controlled by changing the capacitance value of the resonant element in the resonant circuit in the
また、図5には示されてはいないが、装置500は、出力周波数Foutを用いて、出力周波数Foutと同一の周波数を有する、I信号およびこれと90°位相差を有するQ信号を発生するユニットを更に備えてもよい。
Although not shown in FIG. 5, the
図6は、本発明の一実施形態による電圧制御発振器を示す回路図である。このVCO540は、ある周波数に共振するキャパシタンス素子およびインダクタンス素子と、1つ又は複数の印加電圧によって変化するキャパシタンス値を持つ、複数のバラクタ・ダイオードVD1、VD2とを有する共振回路610を備える。
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a voltage controlled oscillator according to an embodiment of the present invention. The
共振周波数は、共振回路のキャパシタンス値Cおよびインダクタンス値Lに逆比例して決まる。従って、VCO540の発振周波数は、バラクタ・ダイオードVD1およびVD2の印加電圧を制御することによって変化させることができる。
The resonance frequency is determined in inverse proportion to the capacitance value C and the inductance value L of the resonance circuit. Therefore, the oscillation frequency of
この実施形態では、共振回路610は2つのバラクタ・ダイオードVD1およびVD2を備える。しかしながら、本発明はこのダイオード数に限定されるものではなく、共振回路中にバラクタ・ダイオードを持つことにも限定されるものではない。例えば、共振回路はバラクタ・ダイオードではなく、その代わりとして複数のキャパシタンスとキャパシタンスに接続された複数のスイッチとを備えるものでもよい。そのような共振回路は、キャパシタンス値を様々に組み合わせるためにスイッチを制御することによって様々な共振周波数で発振する。
In this embodiment, the
更に、共振回路610は、複数のLCタンク回路を備えることによって実現してもよい。そのような複数のLCタンクを有する共振回路は、例えば目標周波数によってLCタンクの中から1つを選択することによって、1つの共振周波数を発生させることができる。共振回路610における共振周波数を制御するために他の様々な技術を用いてもよく、共振回路610における共振周波数の制御のためにこれらの技術を適用する方法も様々ある。
Further, the
図7は、本発明の一実施形態による広帯域周波数を発振する方法に含まれるステップを示す流れ図である。この例示的実施形態において、発振周波数は、約174MHzから240MHzまでの帯域内で制御されており、この帯域は、ESTI EN 300744にて標準化されたディジタル音声放送(DAB)において必要とされるものである。当業者は、本発明がこの周波数範囲や、この応用に限定されることを意図したものではないことを理解するだろう。 FIG. 7 is a flowchart illustrating steps involved in a method for oscillating a broadband frequency according to an embodiment of the present invention. In this exemplary embodiment, the oscillation frequency is controlled within a band from about 174 MHz to 240 MHz, which is required for digital audio broadcasting (DAB) standardized by ESTI EN 3000074. is there. Those skilled in the art will appreciate that the present invention is not intended to be limited to this frequency range or this application.
図7を参照すると、可変周波数分割器560の可変分割比Mが、操作S710において初期化される。本実施形態を明瞭に示すために、周波数分割器550の分割比Kは17.4に固定され、VCO540は約2200MHzから約3200MHzの範囲にある無線周波数交流周波数を発振し、参照周波数Frefは10MHzであるものとする。
Referring to FIG. 7, the variable division ratio M of the
可変分割比Mが12として初期化されると、周波数分割器550は約2200/12MHzから約3200/12MHz(すなわち、183.33MHzから266.66MHz)の周波数を受信し、17.4で割ったフィードバック周波数は約10.54MHzから約15.33MHzの範囲内にある。
When variable division ratio M is initialized as 12,
操作S720およびS730において、FD570は、フィードバックされた、予め定めた周波数範囲にて動作する交流周波数を検出して、検出された交流周波数と参照周波数Frefを比較する。ここで、検出された交流周波数と参照周波数Frefとを比較するために様々な方法を用いることができる。例えば、検出された交流周波数の動作範囲内の最小周波数を参照周波数Frefと比較してもよいし、検出された交流周波数の動作範囲内の最大周波数を参照周波数Frefと比較してもよい。しかしながら、本発明はいかなる比較の方法にも限定しようとするものではない。本発明は、検出された周波数の動作範囲内の周波数の予め定めた1つと参照周波数Frefとを比較する方法なら、どれを用いても適当に動作することができる。 In Operation S720, and S730, FD570 is fed back, by detecting the AC frequency operating at a predetermined frequency range, comparing the reference frequency F ref and the detected AC frequency. Here, various methods can be used to compare the detected AC frequency with the reference frequency F ref . For example, it is possible to compare the minimum frequency within the operating range of the detected AC frequency and the reference frequency F ref, may compare the maximum frequency within the operating range of the detected AC frequency and the reference frequency F ref . However, the present invention is not intended to be limited to any method of comparison. The present invention can operate properly using any method that compares a predetermined one of the frequencies within the operating range of the detected frequency with the reference frequency F ref .
本実施形態において、約10.54MHzから約15.33MHzの範囲内のフィードバック交流周波数は、参照周波数10MHzと比較される。上記比較法が本実施例に適用されるときは、検出された交流周波数の動作範囲内の最小周波数である10.54MHzを参照周波数10MHzと比較してもよいし、また、検出された交流周波数の動作範囲内の最大周波数である15.33MHzを参照周波数10MHzと比較してもよい。更には動作範囲内の最大周波数と最小周波数の平均周波数である12.935MHzを参照周波数10MHzと上記のように比較してもよい。平均周波数は(10.54+15.33)/2から計算される。 In this embodiment, the feedback alternating frequency within the range of about 10.54 MHz to about 15.33 MHz is compared to the reference frequency of 10 MHz. When the above comparison method is applied to the present embodiment, 10.54 MHz that is the minimum frequency within the operating range of the detected AC frequency may be compared with the reference frequency of 10 MHz, and the detected AC frequency The maximum frequency within the operating range of 15.33 MHz may be compared with the reference frequency of 10 MHz. Furthermore, the average frequency of the maximum frequency and the minimum frequency within the operating range, 12.935 MHz, may be compared with the reference frequency of 10 MHz as described above. The average frequency is calculated from (10.54 + 15.33) / 2.
本発明の好ましい実施形態によると、検出された交流周波数の動作範囲内の最小周波数を参照周波数Frefと比較し、加えて、検出された交流周波数の動作範囲内の最大周波数を参照周波数Frefと比較する。 According to a preferred embodiment of the present invention, the minimum frequency within the operating range of the detected AC frequency is compared with the reference frequency F ref, and in addition, the maximum frequency within the operating range of the detected AC frequency is compared with the reference frequency F ref. Compare with
もし最小周波数が参照周波数Frefよりも大きい場合には、操作S740において、可変分割比Mを増大してフィードバック周波数帯域を低下させる。本実施形態では、最小周波数10.54MHzが参照周波数10MHzよりも大きいので、可変分割比Mを16に増大する。好ましくは、可変分割比を2度又は4度増減して、同相(I)信号と、出力周波数Foutから90°の位相差を持つ直交(Q)信号とを発生させる。 If the minimum frequency is greater than the reference frequency F ref , the variable frequency division ratio M is increased and the feedback frequency band is decreased in operation S740. In the present embodiment, since the minimum frequency 10.54 MHz is larger than the reference frequency 10 MHz, the variable division ratio M is increased to 16. Preferably, the variable division ratio is increased or decreased by 2 degrees or 4 degrees to generate an in-phase (I) signal and a quadrature (Q) signal having a phase difference of 90 ° from the output frequency F out .
もしフィードバックされた交流周波数の最大周波数が参照周波数Frefよりも小さい場合には、操作S750において、可変分割比Mを低減してフィードバック周波数帯域を増大させる。 If the maximum frequency of the fed back AC frequency is smaller than the reference frequency F ref , the variable frequency division ratio M is reduced and the feedback frequency band is increased in operation S750.
上記したように、参照周波数Frefがフィードバック交流周波数の動作範囲内に含まれるように可変分割比Mを繰り返し制御し、参照周波数Frefがフィードバック交流周波数の動作範囲内に含まれるようになると、操作S760にて可変分割比Mは固定される。図示の実施形態では、可変分割比Mが16のとき、フィードバック交流周波数は約7.9MHzから約11.49MHzの範囲内にあって、参照周波数10MHzはフィードバック交流周波数の動作範囲内に含まれる。従って、可変分割比Mは16に固定される。 As described above, when the reference frequency F ref is repeatedly controls the variable division ratio M to be included within the operating range of the feedback AC frequency, the reference frequency F ref is to be included within the operating range of the feedback AC frequency, In step S760, the variable division ratio M is fixed. In the illustrated embodiment, when the variable division ratio M is 16, the feedback AC frequency is in the range of about 7.9 MHz to about 11.49 MHz, and the reference frequency 10 MHz is included in the operating range of the feedback AC frequency. Therefore, the variable division ratio M is fixed at 16.
可変分割比Mを固定した後、操作S770にて、VCO540内の共振回路のキャパシタンス値を制御して目標周波数帯域の発振周波数を発生する。可変分割比Mを固定した後のロッキング操作は、PLLにおける位相のロッキングと同様である。例えば、LC発振器を用いる場合には、個別のキャパシタに対して予め定めたキャパシタ値が選択され、目標周波数と同様の周波数を発生させる。これは可変分割比Mを得る方法と同様である。その後、アナログPLLによって目標周波数にロックされる。現在の発振周波数が目標周波数よりも高い場合には、キャパシタ値を増大するようにキャパシタに接続されているスイッチが動作する。反対に現在の発振周波数が目標周波数に比べて低い場合は、スイッチはキャパシタ値を減少するように動作する。
After fixing the variable division ratio M, in operation S770, the capacitance value of the resonance circuit in the
本発明による広帯域周波数で発振する装置および方法は、予め定めた発振周波数表を必要とすることなく、参照周波数とフィードバックされた周波数を比較した結果に従って可変分割比を動的に制御することによって、発振周波数が目標周波数帯域となるように自動的に追跡して制御することができる。従来の周波数発振装置が製造されるときは、発振周波数表が前もってセットされる。そして従来の周波数発振装置は、発振周波数表を用いて、A周波数帯域の周波数を発振するためにX分割器またはx分割値を用いてX LCタンクにスイッチし、あるいはB周波数帯域の周波数を発振するためにY分割器またはy分割値を用いてY LCタンクにスイッチし、あるいはC周波数帯域の周波数を発振するためにZ分割器またはz分割値を用いてZ LCタンクにスイッチする。このような従来の発振周波数表は、本発明においては必要ない。 The apparatus and method for oscillating at a broadband frequency according to the present invention dynamically controls the variable division ratio according to the result of comparing the reference frequency and the fed back frequency without requiring a predetermined oscillation frequency table. The oscillation frequency can be automatically tracked and controlled so as to be the target frequency band. When a conventional frequency oscillator is manufactured, an oscillation frequency table is set in advance. The conventional frequency oscillator uses the oscillation frequency table to switch to the X LC tank using the X divider or the x division value to oscillate the frequency in the A frequency band, or oscillates the frequency in the B frequency band. To switch to the Y LC tank using the Y divider or y division value, or to switch to the Z LC tank using the Z divider or z division value to oscillate the frequency in the C frequency band. Such a conventional oscillation frequency table is not necessary in the present invention.
図7には示していないが、I/Q復調用に用いられるI信号およびQ信号を発生する動作を含んでもよい。 Although not shown in FIG. 7, an operation for generating an I signal and a Q signal used for I / Q demodulation may be included.
本実施例による上記の動作は、制御器580によって制御してもよいし、広帯域周波数を発振する装置500が実装される無線受信システムのマイクロプロセッサで制御してもよい。
The above-described operation according to the present embodiment may be controlled by the controller 580 or may be controlled by a microprocessor of a wireless reception system in which the
本発明による広帯域周波数を発振する装置および方法はまた、低位相雑音を維持しながらより広い帯域の周波数を発振することができる。優れた位相雑音特性を維持しながら広帯域周波数を発振するためには、VCOの同調範囲は狭くなる場合がある。本発明のいくつかの実施形態ではVCOの同調範囲が狭い場合もあるが、可変分割器の値を変化させることによって広帯域周波数を動的に発振させることができる。 The apparatus and method for oscillating a broadband frequency according to the present invention can also oscillate a wider band of frequencies while maintaining low phase noise. In order to oscillate a broadband frequency while maintaining excellent phase noise characteristics, the tuning range of the VCO may be narrowed. In some embodiments of the present invention, the tuning range of the VCO may be narrow, but wideband frequencies can be oscillated dynamically by changing the value of the variable divider.
また、本発明による広帯域周波数を発振する装置および方法は、単一のVCOを用いるのが好適である。本発明の装置は比較的小さなダイ面積を有し、製造コストが低いので、本発明の装置を備える受信システムのインテグリティ(integrity)が増大する。 The apparatus and method for oscillating a broadband frequency according to the present invention preferably uses a single VCO. Since the device of the present invention has a relatively small die area and low manufacturing cost, the integrity of the receiving system comprising the device of the present invention is increased.
更に、本発明による広帯域周波数を発振する装置および方法は、第1に可変分割比を制御して目標周波数帯域に近づけ、第2にVCOのキャパシタンス値を制御することによって、正確な周波数を発振し、正確な目標周波数を供給することができる。 Furthermore, the apparatus and method for oscillating a broadband frequency according to the present invention first oscillates an accurate frequency by controlling the variable division ratio to approach the target frequency band and secondly controlling the capacitance value of the VCO. , Accurate target frequency can be supplied.
更に、本発明による広帯域周波数を発振する装置および方法は、参照周波数とフィードバック周波数とを比較した結果に従って可変分割比を制御することによって、目標周波数を供給するための追跡と制御の機能を自動的に行うことができる。それゆえ、予め定めた発振周波数整合表は必要なくなる。また、本発明による広帯域周波数を発振する装置および方法は、I信号およびQ信号を適切に、かつより効率的に発生しうる。 Furthermore, the apparatus and method for oscillating a broadband frequency according to the present invention automatically performs the tracking and control function for supplying the target frequency by controlling the variable division ratio according to the result of comparing the reference frequency and the feedback frequency. Can be done. Therefore, a predetermined oscillation frequency matching table is not necessary. In addition, the apparatus and method for oscillating a broadband frequency according to the present invention can appropriately and more efficiently generate the I signal and the Q signal.
本発明による広帯域周波数を発振する装置および方法はまた、信号の混合時に発生し、特性劣化を引き起こす低調波信号の効果を予防または回避することができる。 The apparatus and method for oscillating broadband frequencies according to the present invention can also prevent or avoid the effects of subharmonic signals that occur during signal mixing and cause characteristic degradation.
本発明は、例示的実施形態を参照して具体的に示して記述してきたが、当業者は、添付の特許請求の範囲に規定されている本発明の精神および範囲を逸脱することなく、形態と詳細について様々な変更を加えることができることを理解するだろう。 Although the invention has been particularly shown and described with reference to illustrative embodiments, workers skilled in the art will recognize that the invention can be practiced without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. You will understand that various changes can be made to the details.
Claims (20)
前記第1の周波数信号を分割比によって分割して、予め定めた周波数帯域内に存在する第2の周波数信号を発生する可変周波数分割器であって、前記分割比は、前記位相ロックループ回路に入力される参照周波数信号とフィードバック周波数信号との比較に基づいて変えられる可変周波数分割器と
を備えることを特徴とする周波数を発振する装置。 A phase locked loop circuit for generating a first frequency signal;
A variable frequency divider that divides the first frequency signal by a division ratio to generate a second frequency signal existing in a predetermined frequency band, and the division ratio is applied to the phase-locked loop circuit. An apparatus for oscillating a frequency, comprising: a variable frequency divider that can be changed based on a comparison between an input reference frequency signal and a feedback frequency signal.
前記参照周波数信号と前記フィードバック周波数信号との位相差または周波数差を検出する検出器と、
前記位相差または周波数差に基づいて、前記第1の周波数信号の発生を制御するための電圧を発生する信号発生器と、
前記第2の周波数信号を分割して前記フィードバック周波数信号を形成する分割器と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 The phase-locked loop circuit is
A detector for detecting a phase difference or a frequency difference between the reference frequency signal and the feedback frequency signal;
A signal generator for generating a voltage for controlling the generation of the first frequency signal based on the phase difference or the frequency difference;
The apparatus of claim 1, further comprising a divider that divides the second frequency signal to form the feedback frequency signal.
前記参照周波数信号と前記フィードバック周波数信号との周波数差を検出する周波数検出器と、
前記周波数検出器によって検出された周波数差に基づいて、前記可変周波数分割器における前記分割比を設定する制御器と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 The variable frequency divider is
A frequency detector for detecting a frequency difference between the reference frequency signal and the feedback frequency signal;
The apparatus according to claim 1, further comprising a controller that sets the division ratio in the variable frequency divider based on a frequency difference detected by the frequency detector.
前記フィードバック周波数信号の動作範囲内の最小周波数と前記参照周波数との周波数差を検出する周波数検出器と、
前記周波数検出器によって検出された周波数差に基づいて、前記可変周波数分割器における前記分割比を設定する制御器と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 The variable frequency divider is
A frequency detector for detecting a frequency difference between a minimum frequency within an operating range of the feedback frequency signal and the reference frequency;
The apparatus according to claim 1, further comprising a controller that sets the division ratio in the variable frequency divider based on a frequency difference detected by the frequency detector.
前記フィードバック周波数信号の動作範囲内の最大周波数と前記参照周波数との周波数差を検出する周波数検出器と、
前記周波数検出器によって検出された周波数差に基づいて、前記可変周波数分割器における前記分割比を設定する制御器と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 The variable frequency divider is
A frequency detector for detecting a frequency difference between a maximum frequency within an operating range of the feedback frequency signal and the reference frequency;
The apparatus according to claim 1, further comprising a controller that sets the division ratio in the variable frequency divider based on a frequency difference detected by the frequency detector.
共振回路と、
前記共振回路から出力される信号を発振して、前記第1の周波数信号を形成する能動回路と
を有する周波数発振回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 The phase-locked loop circuit is
A resonant circuit;
The apparatus according to claim 1, further comprising a frequency oscillation circuit having an active circuit that oscillates a signal output from the resonance circuit and forms the first frequency signal.
前記共振回路から出力される前記信号の共振周波数を変えるための回路であって、印加電圧に従って変わるキャパシタンス値を有する回路
を備えることを特徴とする請求項6に記載の装置。 The resonant circuit is:
The apparatus according to claim 6, further comprising a circuit for changing a resonance frequency of the signal output from the resonance circuit, wherein the circuit has a capacitance value that changes in accordance with an applied voltage.
共振周波数を発生する複数のLCタンク回路と、
前記複数のLCタンクから1つを選択して前記第1の周波数信号を発生するスイッチング回路と
を有する周波数発振回路を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 The phase-locked loop circuit is
A plurality of LC tank circuits that generate resonant frequencies;
The apparatus according to claim 1, further comprising: a frequency oscillating circuit including a switching circuit that selects one of the plurality of LC tanks and generates the first frequency signal.
前記第1の周波数信号を分割比によって分割して予め定めた周波数帯域内に存在する第2の周波数信号を発生するステップであって、前記分割比は、前記位相ロックループ回路に入力される参照周波数信号とフィードバック周波数信号との比較に基づいて変えられるステップと
を含むことを特徴とする周波数を発振する方法。 Generating a first frequency signal from a phase locked loop circuit;
Dividing the first frequency signal by a division ratio to generate a second frequency signal existing in a predetermined frequency band, wherein the division ratio is input to the phase-locked loop circuit A method of oscillating a frequency comprising: changing the frequency signal based on a comparison of the frequency signal and the feedback frequency signal.
前記参照周波数信号と前記フィードバック周波数信号との間の位相差または周波数差を検出するステップと、
前記位相または周波数差に基づいて、前記第1の周波数信号の発生を制御する電圧を発生するステップと、
前記第2の周波数信号を分割して前記フィードバック周波数信号を形成するステップと
を含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。 Generating the first frequency signal comprises:
Detecting a phase difference or a frequency difference between the reference frequency signal and the feedback frequency signal;
Generating a voltage for controlling the generation of the first frequency signal based on the phase or frequency difference;
10. The method of claim 9, comprising splitting the second frequency signal to form the feedback frequency signal.
前記参照周波数信号と前記フィードバック周波数信号との周波数差を検出するステップと、
前記検出された周波数差に基づいて前記分割比を設定するステップと
を含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。 Dividing the first frequency signal comprises:
Detecting a frequency difference between the reference frequency signal and the feedback frequency signal;
The method according to claim 9, further comprising setting the division ratio based on the detected frequency difference.
前記フィードバック周波数信号の動作範囲内の最小周波数と前記参照周波数信号との周波数差を検出するステップと、
前記検出された周波数差に基づいて前記分割比を設定するステップと
を含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。 Dividing the first frequency signal comprises:
Detecting a frequency difference between a minimum frequency within an operating range of the feedback frequency signal and the reference frequency signal;
The method according to claim 9, further comprising setting the division ratio based on the detected frequency difference.
前記フィードバック周波数信号の動作範囲内の最大周波数と前記参照周波数信号との周波数差を検出するステップと、
前記検出された周波数差に基づいて前記分割比を設定するステップと
を含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。 Dividing the first frequency signal comprises:
Detecting a frequency difference between a maximum frequency within an operating range of the feedback frequency signal and the reference frequency signal;
The method according to claim 9, further comprising setting the division ratio based on the detected frequency difference.
共振回路と、
前記共振回路から出力される信号を発振して、前記第1の周波数信号を形成する能動回路と
を備えることを特徴とする請求項9に記載の方法。 The first frequency signal is generated by a phase-locked loop having a frequency oscillation circuit, and the frequency oscillation circuit includes:
A resonant circuit;
The method according to claim 9, further comprising: an active circuit that oscillates a signal output from the resonance circuit to form the first frequency signal.
前記共振回路から出力される信号の共振周波数を変えるための回路であって、印加電圧に従って変わるキャパシタンス値を有する回路
を備えることを特徴とする請求項14に記載の方法。 The resonant circuit is:
The method according to claim 14, comprising a circuit for changing a resonance frequency of a signal output from the resonance circuit, wherein the circuit has a capacitance value that changes according to an applied voltage.
共振周波数を発生する複数のLCタンク回路と、
前記複数のLCタンクから1つを選択して前記第1の周波数信号を発生するスイッチング回路と
を備えることを特徴とする請求項9に記載の方法。 The first frequency signal is generated by a phase-locked loop having a frequency oscillation circuit, and the frequency oscillation circuit includes:
A plurality of LC tank circuits that generate resonant frequencies;
The method according to claim 9, further comprising a switching circuit that selects one of the plurality of LC tanks to generate the first frequency signal.
第1の分割器の分割比を設定して第2の周波数信号を発生する第1の制御器であって、前記第1の分割器は、前記分割比により前記第1の周波数信号を分割することにより、前記第2の周波数信号を発生して目標周波数に近くなるようにする第1の制御器と、
第2の周波数信号を制御して前記第2の周波数信号が前記目標周波数により近くなるようにする第2の制御器と
を備えることを特徴とする目標周波数を選択的に発振する装置。 A frequency oscillator that oscillates an alternating frequency to generate a first frequency signal within a predetermined operating range;
A first controller that sets a division ratio of a first divider and generates a second frequency signal, wherein the first divider divides the first frequency signal by the division ratio. A first controller for generating the second frequency signal to be close to a target frequency;
An apparatus for selectively oscillating a target frequency, comprising: a second controller that controls a second frequency signal so that the second frequency signal is closer to the target frequency.
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