JP2004527947A - 位相同期ループ・サイクル・スリップ補償 - Google Patents
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Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、一般的に周波数合成に関し、特定すればPLLを用いた周波数合成に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ワイヤレス通信システム内の移動端末のような無線周波数(RF)通信装置は、送受信動作において高精度の周波数基準信号を用いるのが通常である。多くの場合、かかる基準信号を用いて、おそらくはより高い又はより低い周波数の、しかも当該基準信号に固有の安定性と精度とを備えた追加信号が導出される。周波数をよく用いる又は一方の信号を他方の信号にタイミングを合わせる、あるいは2つの信号間の位相又は周波数の差を監視することが頻繁に求められるため位相同期ループ(PLL)のような専用の回路が発生する。
【0003】
一般的なPLL構成は、出力信号を生成する制御可能な発振器と、出力信号から導かれたフィードバック信号と入力基準信号との間の位相又は周波数の差に基づいてエラーを検出する検出器とを有する。PLLは一般に検出器によって生成されたエラー信号に基づいて発振器を調整するためのあるタイプの制御回路を備える。このように発振器の出力信号は、入力基準信号にロックされる。基準信号とフィードバック信号との間の周波数駆動割合を設定することによって、出力信号が入力信号よりも高い又は低い周波数を有するようにすることができる。移動端末は精度高く固定された周波数の安定した基準信号を生成し、次にPLL使用の周波数シンセサイザを用いて送信信号変調および受信信号ダウン・コンバージョンに用いられるより高い周波数信号を生成することができる。
【0004】
PLL回路はその実現においては大幅に変動するが、検出器は一般に1つ以上の出力信号を与え、これらの出力信号は、一般に2つの周期性の入力信号間の位相又は周波数の差によって駆動される。多くの場合、これら二つの入力信号は、基準クロック信号と、PLLの動作によって基準信号クロックにロックされた調整可能クロック信号とを表す。検出器の出力信号が2つの入力信号間の位相差の関数として生成される場合、これらの出力信号が2つの入力信号間の位相差を正確に反映するのは、当該差が規定の範囲内にあるときだけである。一般的に、PLL回路内で用いられる位相検出器は、2つの入力信号間の差が±2πラジアンよりも大きい場合には、線形に検出することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、サイクル・スリップから生ずる位相/周波数検出器(PFD)内の位相検出エラーを低減させるためのシステムおよび方法である。PFDは2つの入力信号内のそれぞれのクロック・エッジ間の到達時間差を比較し、これらクロック・エッジ間の位相差に基づいて制御出力を与える。PFDがいずれかの入力信号内のクロック・エッジをとらえそこなうと、サイクル・スリップが発生する。位相リセットされた回路はこれら2つの入力信号をPFDと結合させ、入力周波数ディバイダ回路として動作し、PFDに各入力信号の低調波を提供する。各位相リセット回路は通常アップ(又はダウン)・カウンタとして動作し、N入力信号クロック・サイクル毎に1個の出力クロック・サイクルをPFDに与える。しかしながら、サイクル・スリップ表示と共に提示されると、位相リセット回路はそのディバイド−バイ・カウンタ(divide−by counter)を次の入力信号クロック・サイクルに出力クロック・サイクルを生成させる値に設定する。この作用の結果、位相エラーをとらえ損ねた周期毎にサイクル・スリップが原因となるラジアンは、2πより大幅に小さいものとなる。その位相エラーは、この作用がなければPFD制御出力内で顕在化する。
【発明の効果】
【0006】
一般的にPFDはPLLの一部として動作し、「アップ」および「ダウン」制御信号をチャージ・ポンプ回路に与える。チャージ・ポンプ回路は、電圧制御発振器に印加された制御電圧を最終的に増加又は減少させる。PFDへの2つの入力信号のうちの一方はVCOの出力信号から導出され、もう一方の入力信号は基準信号として機能し、PLLはこの基準信号を対照して出力信号を制御する。位相−リセット回路をPFDの先頭に含めることによって、サイクル・スリップから生ずるアップ/ダウン制御信号エラーは大幅に減らすことができる。一般的には、エラー削減量は位相−リセット回路ディジタル・カウンタの分析によって決まる。サイクル・スリップ・エラーを減らすことによって、PFDは関連のチャージ・ポンプ回路が2つの入力信号間の大きな周波数エラーに対し最大のデューティ・サイクルに近くに留まるように、関連のチャージ・ポンプ回路を制御する。PLL内のチャージ・ポンプをこのように動作することによって、多くの場合PLLのロック・タイムを減少させ、PLLに基づいた周波数合成機能の性能全体を改善する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
ここで図面に目を転ずると、図1はPLLの図であり、全体的に参照符号10で示されている。PLL10は位相/周波数検出器(PFD)12、制御回路14、ループ・フィルタ16、電圧制御発振器(VCO)18、およびサイクル・スリップ検出器20Aと20Bとを備えている。
【0008】
PFD12は2つの入力信号、即ち基準クロック信号とVCO18からの出力信号とを受信する。VCO18からの出力信号は、PLL10の動作によって所望の複数の又は一部の基準クロック周波数である周波数を有するようにされる。PFD12は、通常2つの出力信号、即ちアウトプット・アップ(OUTPUT UP)とアウトプット・ダウン(OUTPUT DOWN)とを生成し、制御回路14を制御する。PFD12はアウトプット・アップ/ダウン(OUTPUT UP/DOWN)信号を介して制御回路14を制御し、VCO18に印加される制御線圧を調整する。ループ・フィルタ16は制御回路14からの出力をVCO18用の平滑化された電圧モード制御信号に変換する。このように、VCO18からの出力信号の周波数は基準クロックの周波数にロックされる。
【0009】
図2はPFD12を示し、該PFDは位相リセット回路30Aおよび30Bと、これに対応する入力フリップ・フロップ32Aおよび32Bと、論理ゲート34および遅延素子36からなるPFDリセット回路33と、を備える。通常の動作では、位相リセット回路30Aは入力周波数ディバイダとして機能し、基準クロック信号を分割し基準信号を生成する。同様に、位相リセット回路30Bは通常、VCO出力信号の入力信号周波数ディバイダとして機能し、VCO出力信号の所望の低調波において入力フリップ・フロップ32Bにフィードバック信号を与える。一般に、位相リセット回路30Aおよび30Bはディジタル・カウンタであってN入力パルスごとに出力パルスを一回生成する。位相リセット回路30Aおよび30Bは、異なる最大カウント値を備えて構成され、基準信号の周波数とVCO18からのVCO出力信号の周波数との間に所望の関係を実現する。例えば、位相リセット回路30Aは、除算値Mを用いる場合があり、一方位相リセット回路30Bは異なる除算値Nを用いる。
【0010】
動作中、入力フリップ・フロップ32Aは基準信号内のクロック・エッジと呼ばれる立ち上がりエッジをラッチし、入力フリップ・フロップ32Bはフィードバック信号内のクロック・エッジをラッチする。いずれかの入力フリップ・フロップ32がクロック・エッジを一旦ラッチすると、その入力フリップ・フロップは、それがリセットされるまで、それに対応する入力信号内のその後のクロック・エッジには応答することはない。PFDリセット回路33は論理ゲート34を用いてリセット信号(RST)を生成する。このリセット信号(RST)は、入力フリップ・フロップ32Aおよび32Bの双方がそのPLL制御信号(アウトプット・アップおよびアウトプット・ダウン)を一旦アサート(assert)にすると、これら入力フリップ・フロップ32Aおよび32Bの双方をリセットする。遅延素子36がない場合、RST信号は2つの入力フリップ32Aまたは32Bの中の2番目がその出力信号をアサートにした直後にアサートにされよう。これにより、PFD12は最大2πラジアン又はそれに近いところにおける入力信号位相差で動作することが可能となるが、基準信号とフィードバック信号の位相差が非常に小さい場合、アウトプット・アップ又はアウトプット・アップのいずれかの最小のパルス巾をあまりに狭めることになり制御回路14を効果的に制御することはできなくなる。
【0011】
遅延素子36がない場合、アウトプット・アップ又はアウトプット・ダウン内の広い方の出力パルスは、基準およびフィードバック信号内のそれぞれのクロック・エッジ間の到達時間差よりも広くはないであろう。これら2つの出力パルスの狭いほうは、論理ゲート34およびフリップ・フロップ・リセット遅延(32A又は32Bのいずれか)と同じ広さに過ぎないであろう。アウトプット・アップ又はアウトプット・ダウンの2つの出力信号の中のどちらがこの最小のパルス巾を有するかは、基準信号がフィードバック信号の先を行くか又はこれより遅れるかによって決まる。これら2つのPFD出力信号の最後のものをアサートにした後RST信号を定められた期間遅延させることによって、遅延素子36は最後にアサートにしたPFDからの出力信号を遅延素子36の遅延時間に劣らずアサートに保つことができる。この動作によってアウトプット・アップ又はアウトプット・ダウン内の出力パルスの最低パルス巾が規定されるが、それは基準信号がフィードバック信号の先を行くか又はこれより遅れるかによる。
【0012】
一般的なことであるが、図1の制御回路14がチャージ・ポンプ回路として実現されると、これにより電流は、アウトプット・アップ信号がアサートにされるとループ・フィルタ16に流入する。この作用によってループ・フィルタ16により出力されるDC電圧が高められ、VC18にその出力信号の周波数を増大させる。これとは逆にアウトプット・ダウン信号がアサートにされると、制御回路14はループ・フィルタ16からの電流を低下させ、VCO18にその出力信号の周波数を減少させる。したがって、基準信号がフィードバック信号より先を行くと、アウトプット・アップ内の出力パルスはアウトプット・ダウン内のパルスよりも広く、制御回路14によってVCO18に印加される電圧は徐々に増加する。基準信号がフィードバック信号より遅れると、アウトプット・ダウン内のパルスはアウトプット・アップ内のパルスよりも広く、制御回路14によってVCO18に印加される電圧は徐々に減少する。
【0013】
図3は位相リセット回路30Aおよび30Bの図である。それぞれの位相リセット回路30はディジタル・カウンタ38を備える。位相リセット回路30Aで用いられるディジタル・カウンタ38は,位相リセット回路30Bで用いられるディジタル・カウンタ38とは異なる数のカウンタ状態を有する可能性が高いことを留意されたい。この違いは、出力信号に対するフィードバック信号の調整と、基準クロックに対する基準信号の調整とが異なる可能性があることにより発生するものである。多くの場合、VCO出力信号は基準クロック信号よりも高い周波数で出力されるため、位相リセット回路30B内の除算値Nは位相リセット回路30A内で用いられる除算値よりも大きい。
【0014】
動作においては、カウンタ38はNカウンティング状態によって増加又は減少し、通常動作においてはN個の入力クロック・パルスごとに1個のクロック・パルスを送出する。ここで、通常の動作とはPFD12にサイクル・スリップが存在しないことを意味する。PFD12が基準又はフィードバック信号のいずれかにおいてクロック・サイクルをとらえ損ねたことをサイクル・スリップ検出器20が検出すると、サイクル・スリップ検出器はアップ・サイクル・スリップ・インディケータ又はダウン・サイクル・スリップ・インディケータのいずれかをアサートにする。そのサイクル・スリップ・インディケータ入力がアサートされたのに応答して、適切な位相リセット回路30内のディジタル・カウンタ38はその内部のカウント値を進める、カウンタ・ロールオーバ値の直前又はそのロールオーバ値にする。これにより対応する入力信号上の次のクロック・エッジは、カウンタ38を介して計時する。即ち、カウンタ38は次の入力クロック・エッジ上に出力クロック・エッジを送出する。この文脈中、「進める(advance)」とは、カウンタ38がアップ・カウンタ又はダウン・カウンタとして動作するかに応じて、カウント値を必要量だけ増加又は減少させることを意味する。
【0015】
図4は、時間調整された波形の集まりである。これらの時間調整波形は、通常の位相ロック・シーケンスの間に行われる。これらの波形には、上から下に向かって、基準およびフィードバック信号と、PLL制御信号アウトプット・アップおよびアウトプット・ダウンと、RST信号とが含まれる。図4は、位相リセット回路30Aおよび30Bによって出力される基準およびフィードバック信号を示すが、位相リセット回路30はサイクル・スリップ補償器ではなく、単に入力ディバイダとして動作するものとする。したがって、図4はサイクル・スリップ補償がない場合のサイクル・スリップの問題を示す。
【0016】
基準信号とフィードバック信号との周波数が異なるため、基準信号およびフィードバック信号は図の左から右に向かうにつれて位相のずれは増大している。基準信号がフィードバック信号に送れるため、アウトプット・ダウンのパルス巾はフィードバック信号および基準信号内のそれぞれのクロック・エッジの到達時間差、ならびにRSTパルスの巾によって決定される。2つのPLL制御信号の最後において発生するアウトプット・アップの巾は、単にRSTパルスの巾である。基準信号およびフィードバック信号におけるそれぞれのクロック・エッジ間の位相差がその最大に到達しようとしている点において、入力フリップ・フロップ32BはRSTパルスがアサートとなる間に、フィードバック信号内のクロック・エッジを受け取り、このためPFD12はこのクロック・エッジをとらえそこなう。したがって、PFD12は、位相ロック・シーケンスの間にフィードバック信号のサイクル全体をとらえそこなう。
【0017】
サイクル・スリップ・エラーはアウトプット・ダウン信号において顕在化し、フィードバック信号の次のクロック・エッジにおいて非常に狭いパルス巾を呈する。なぜならサイクル・スリップが原因で、基準信号とフィードバック信号との位相差はわずかであるように誤って見えるからである。即ち、実際の位相差が2π+xラジアンである場合、サイクル・スリップ後の見かけの位相差は単にxである。したがって、PFD12がアウトプット・アップ信号を基本的に100%デューティ・サイクルで動作させなければならない場合、サイクル・スリップ・エラーのために、PFD12はサイクル・スリップ後、アウトプット・ダウンを減少させ、次のフィードバック信号クロック・エッジ上において最小パルス巾に又はこれに近いところとする。このエラーによって、PLL10がVCO出力信号を基準信号にロックさせるのに必要な時間は増大する。
【0018】
図5は、サイクル・スリップ補償器の役割としての位相リセット回路30Bの動作を示す。その図自体が示すのは上述のものと同じ波形であるが、ダウン・スリップ検出器20Bによって得られるダウン・サイクル・スリップが追加されている。アップ・スリップ検出器20Aは基準信号内のサイクル・スリップを監視し、一方ダウン・スリップ検出器20Bはフィードバック信号内のサイクル・スリップを監視する。例では、サイクル・スリップはフィードバック信号入力に対して発生する。即ち、それはPFD12のフリップ・フロップ32Bがフィードバック信号内のクロック・エッジをとらえそこなうことを意味している。以下の動作に関する論述はフィードバック信号に対するサイクル・スリップに言及し、位相リセット回路30B、入力フリップ・フロップ32B、およびダウン・スリップ検出器20Bに関連する。しかしながら、この論述は基準信号内のアップ・サイクル・スリップにも等しく当てはまり、位相リセット回路30A、入力フリップ・フロップ32A、およびアップ・スリップ検出器20Aに関連があることを理解すべきである。
【0019】
例示のサンプルでは、サイクル・スリップが発生するのは、RST信号がアサートにされる間にフィードバック信号内でクロック・エッジが発生するためである。ダウン・スリップ検出器20Bはこのスリップの発生を検出し、そのダウン・サイクル・スリップ・インディケータをアサートにする。位相リセット回路30Bはダウン・サイクル・スリップ・インディケータを受信し、その内部カウンタ38をカウンタのロールオーバ点直前の値に設定する。例えば、位相リセット回路30Bがダウン・カウンタとして動作すると、位相リセット回路30Bはその内部カウンタ38を最低値に設定する。同様に、位相リセット回路30Bがアップ・カウンタとして動作すると、位相リセット回路30Bはその内部カウンタ38を最大値に設定する。いずれの場合も、これにより位相リセット回路30Bは、VCO18からの出力信号内の次の入力クロック・エッジ上に基準信号内の出力クロック・エッジを送出するが、それは出力信号内の別のNクロック・エッジを介してカウントした後ではない。
【0020】
フィードバック信号内のクロック・サイクルをとらえそこなった後、出力信号の1クロック・サイクルたってから基準信号内にクロック・エッジを送出することの効果は、出力信号の(N−1)クロック・サイクルによって、そのアウトプット・ダウン信号を再びアサートにするためにPFD12が要する時間が削減されることである。ここで、Nは位相リセット回路30Bのカウンタ38におけるカウント状態の数である。例えば、カウンタ38は100による除算カウンタとして動作するものとする。この構成では、位相リセット回路30Bは100個の出力信号クロック・サイクル毎に1個のフィードバック信号クロック・サイクルを出力する。サイクル・スリップ補償がない場合、PFD12がフィードバック信号クロック・エッジをとらえそこなうと、PFD12はPFD12用が次のフィードバック信号クロック・エッジを受信するためには、更に100サイクルの出力信号を必要とする。位相リセット回路30Bの動作によって、PFD12は非補償時間の1/1000(又はその他のある減少カウント値)で次のフィードバック信号クロック・エッジを受信する。
【0021】
なお、位相リセット回路30Aおよび30Bにおいて実現されるカウンタ状態の実数は使用によって変動し、基準およびVCO出力信号の周波数に依存する。また、サイクル・スリップ発生時には、カウンタ38の位相リセット値を絶対最小値又は絶対最大値に設定することが必要である。関連のクロック周波数に応じて、カウンタ38をそのロールオーバ値前のいくつかのカウントに設定させることは望ましいことである。
【0022】
通常のRST信号パルス巾はおよそ10ナノ秒である可能性があり、それにより位相リセット回路30Aおよび30Bの一方又は双方は、リセット期間中にいくつかの出力クロック・エッジを再送出することになることは留意すべきである。これによってその後のクロック・エッジは、元のサイクル・スリップ状態が補正されるまで再送出される。
【0023】
位相リセット回路30Aおよび30Bは、PFD12内のサイクル・スリップの補償に対応するが、かかる補償作用はサイクル・スリップが発生する際にそれらを検出することが必要である。PFD12の動作のことを考えると、RST信号間の1つの信号上に多数のクロック・エッジを受信するときは必ず、又はRSTパルス中にいずれかの入力信号上にクロック・エッジを受信するときには、PFD12にはサイクル・スリップが発生したしたことは先に指摘された。これにより、サイクル・スリップの検出は種々の方法で取り組むことが可能である。サイクル・スリップの検出がいかに実現されるかによって、アップ・スリップ検出器20Aおよびダウン・スリップ検出器20Bの構造が決定される。
【0024】
「PLLサイクル・スリップ検出」と題する同時係属中の出願はアップ・スリップ検出器20Aおよびダウン・スリップ検出器20Bの実施態様に一例を例示し、その内容はこの言及によって本発明にも含まれるものとする。別々に示されているが、サイクル・スリップ検出器20Aおよび20BはPFD12に一部として組み込むことが可能であり、それによってサイクル・スリップの発生を検出し、補償することが可能な回路を提供することは留意すべきである。また、本発明は、1999年11月2日に出願された、「位相同期ループロック・タイムを改善するためのスリップ検出位相検出器および方法」と題する同時係属中の出願、第09/432,987号にも関連があり、その内容はこの言及により本発明にも含まれるものであることは留意すべきことである。
【0025】
図6は、アップ・スリップ検出器20Aおよびダウン・スリップ検出器20Bのいずれにも適用可能なサイクル・スリップ検出構造の一例の図である。各スリップ検出器20は、論理ゲート22と、出力フリップ・フロップ24と、遅延素子26とを備える。論理ゲート22への入力には、リセット回路33からのRSTパルスと、RST信号を遅延素子26を通過させることによって駆動されたRSTパルスの遅延バージョンと、2つのPLL制御信号、即ちアウトプット・アップ又はアウトプット・ダウンの中の1つと、が含まれる。
【0026】
論理ゲート22は出力信号を与え、この出力信号は出力フリップ・フロップ24のデータ入力を駆動する。出力フリップ・フロップ24は、サイクル・スリップ検出器20が入力フリップ・フロップ32Aに関連付けられているか、または入力フリップ・フロップ32Bに関連付けられているかに応じて、2つの入力信号の中の一方、即ち基準信号又はフィードバック信号のいずれかによってクロックされる。アップ・サイクル・スリップ又はダウン・サイクル・スリップのいずれかのサイクル・スリップ・インディケータ信号は、そのデータ入力がアサートにされる間に、その信号がそのクロック入力上でクロック・エッジを受信するときには必ず出力フリップ・フロップ24によってアサートにされる。論理ゲート22は、RST信号がアサートにされるときは必ず、又はこれに対応するPFD入力フリップ・フロップの出力がアサートにされるときには、このデータ入力をアサートにするので、この動作はPFD12がとらえ損ねた入力信号クロック・エッジを検出する。
【0027】
入力フリップ・フロップ32Aおよび32Bのタイミング特性に応じ、フリップ・フロップ32Aおよび32Bは、RSTパルスの下降エッジ時又はこの直後に入力信号クロック・エッジが発生してもこれに応答しない場合がある。RSTパルスの遅延バージョンで論理ゲート22への入力の1つを駆動することによりリセット・パルスの下降エッジ上での持続時間を延長し、出力フリップ・フロップ24のデータ入力がアサートにされる時間を延長する。これにより、RSTパルスが下降した丁度その時に入力フリップ・フロップ32Aまたは32Bがとらえ損ねた入力信号内のクロック・エッジによって、出力フリップ・フロップ24は、そのサイクル・スリップ・インディケータ信号を確実にアサートにする。
【0028】
図7は、セルラ無線電話ネットワークのようなワイヤレス通信ネットワークに用いられる移動端末の簡略図であり、全体的に数字100で示されている。移動端末100は、システム・コントローラ102および関連のメモリ104と、周波数シンセサイザ106と、受信機120と、送信機130と、送受切換器/アンテナ140と、ユーザ・インターフェース150と、を備える。周波数シンセサイザ106は本発明に基づいて実現される。
【0029】
動作において、移動端末100は無線周波数信号法を介して、当該移動端末と離れた基地局(図示せず)との間で情報を送受信する。システム・コントローラ102は、通常、1つ以上のマイクロコントローラ(MCU)として実現され、ユーザ・インターフェース150を管理し、移動端末100を全体的に制御する。メモリ104は一般的に、アプリケーション・ソフトウエアと、操作において用いられる定数のフォルト値と、データ用作業用記憶領域と、を備える。
【0030】
ユーザはユーザ・インターフェース150を介して移動端末100と相互に作用する。マイクロフォン152は、ユーザ音声信号を対応するアナログ信号に変換し、当該アナログ信号は送信機130に与えられて、次に変換、処理され、送受切換器/アンテナ140を介して離れた基地局に送信される。受信機120は離れた基地局から信号を受信し、受信した音声情報、例えば離れたユーザからの音声を抽出し、更に、音声信号を提供してユーザ・インターフェース150に備えられたスピーカ154を駆動する。ユーザ・インターフェース150は、更に、ユーザから入力されたコマンドおよびデータを受け入れるためのキーパッド156と、視覚情報をユーザに提供するためのディスプレイ158とを備える。手短に言えば、ユーザはユーザ・インターフェース150によって音声およびその他のオーディオ情報を送受し、電話番号をダイヤルし、さらに必要に応じその他のデータを入力することができる。
【0031】
受信機120は、受信機/増幅器122と、復号/データ復元モジュール124と、ディジタル−アナログ変換器(DAC)126とを備える。動作においては、信号はアンテナ144を介して受信され、送受切換器142は受信信号と送信信号との間の信号分離を行う。受信信号は受信機/増幅器122に送られ、当該受信機/増幅器は受信信号のコンディショニング、ろ過、およびダウン・コンバージョンを行う。ディジタル化においては、受信機/増幅器122はアナログ−ディジタル変換器(ADC)を用いて復号/データ復元モジュール124に着信受信信号に対応した連続のディジタル値を提供する。復号/データ復元モジュール124は、信号受信時に符号化された音声情報を復元し、DAC126に受信音声情報に対応するディジタル値を提供する。次に、DAC126はスピーカ154を駆動するのに適切なアナログ出力信号を与える。
【0032】
送信機130は、ADC132と、ベースバンド・プロセッサ134と、周波数変換モジュール136と、送信増幅器138とを備える。動作においては、ADC132はマイクロフォン152からのアナログ音声信号を対応するディジタル値に変換する。ベースバンド・プロセッサ134はこれらのディジタル値を処理且つ符号化し、エラー補正符号化、および周波数変換モジュール136に適切なフォーマットへの変換を行う。周波数変換モジュール136は、送信増幅器138に所望の送信周波数で変調された信号を提供する。次に、送信増幅器138は、RF出力信号RFOUTを生成し、送受切換器/アンテナ140を介して離れた基地局に送信する。
【0033】
周波数シンセサイザ106は、移動端末100において用いられる1つ以上の周波数信号を提供する。通常、周波数シンセサイザ106は、受信信号をダウン・コンバートする際に、且つ送信信号を変調又は生成する際に用いられる基準周波数信号を生成する。
【0034】
図8は、周波数シンセサイザ106の図である。周波数シンセサイザ106は、2つ以上のPLL10と、基準クロック40とを備える。PLL10の少なくとも1つは上記で論じたPFD12と、サイクル・スリップ検出器20Aおよび20Bと、を内蔵する。先の論述に関しては、上段のPLL10は基準信号を基準クロック40から、フィードバック信号をOSC OUT1出力信号から導出する。同様に、下段のPLL10はその基準信号を基準クロック40から、そのフィードバック信号をOSC OUT2信号から導出する。上記のように、周波数シンセサイザ106は追加のPLL10を内蔵し、受信信号処理又は送信信号生成に使用される多数の周波数を提供することができる。
【0035】
通常、周波数シンセサイザ106はMCU102の制御のもとに動作し、当該MCU102は、例えば、双方のPLL内の周波数ディバイダ回路30が用いるディバイダ比を設定し、OSC OUT1 およびOSC OUT2信号の周波数を制御する。位相リセット回路30Aおよび30Bによって得られるサイクル・スリップ補償は、送信機120および受信機130に与えられる発振器の出力信号を基準クロック40によって与えられる基準信号にロックさせるために要する時間量を削減することによって周波数シンセサイザ106の応答時間を改善する。
【0036】
本発明は広範囲の装置の種類における使用を検討する。ワイヤレス・ネットワーク基地局および関連の移動端末のような通信装置は、その関連のPLL回路に本発明を組み込むことによって特に利益を享けることができよう。更に、本発明の精神および本質的な特徴から逸脱しない、本明細書に明示した方法以外の特別の方法でも本発明は実行可能であることは勿論である。したがって、本実施形態は、全ての面で限定ではなく例示と看做すべきであり、添付の特許請求の範囲の意味および同等範囲内での変更は全て本発明に包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】図1は、本発明によるサイクル・スリップ補償を備えた位相同期ループ(PLL)の図である。
【図2】図2は、図1のサイクル・スリップ補償を備えた位相/周波数(PFD)検出器の図である。
【図3】図3は、図2のPFD内のサイクル・スリップ補償を提供する位相リセット回路の図である。
【図4】図4は、サイクル・スリップ補償の利点のない図2のPFDの関連する動作波形の図である。
【図5】図5はサイクル・スリップ補償を示す図2のPFDの関連する動作波形の図である。
【図6】図6は、図1のサイクル・スリップ検出回路の図である。
【図7】図7は、図1のPLLを組み込んだ移動端末の図である。
【図8】図8は、図7の移動端末内の周波数シンセサイザの図である。
Claims (41)
- PLLにおいて使用される位相検出器であって、
第1および第2入力信号内のクロック・エッジに応答してそれぞれ第1および第2PLL制御信号を生成する第1および第2入力回路と、
前記第1および第2PLL制御信号に基づいてリセット・パルスを生成し、前記第1および第2入力回路をリセットすることによって前記第1および第2PLL制御信号をクリアするリセット回路と、
前記第1入力信号を前記第1入力回路に与える第1周波数ディバイダであって、該第1周波数ディバイダは、第1サイクル・スリップ・インディケータ信号に応答して前記第1入力信号内の次のクロック・エッジを進める、前記第1周波数ディバイダと、
前記第2入力信号を前記第2入力回路に与える第2周波数ディバイダであって、該第2周波数ディバイダは第2サイクル・スリップ・インディケータ信号に応答して前記第2入力信号内の次のクロック・エッジを進める、前記第2周波数ディバイダと、を備え、
前記第1サイクル・スリップ・インディケータは前記位相検出器が前記第1入力信号においてクロック・エッジをとらえ損ねたことを示し、前記第2サイクル・スリップ・インディケータは前記位相検出器が前記第2入力信号においてクロック・エッジをとらえ損ねたことを示す、前記位相検出器。 - 請求項1記載の位相検出器において、前記第1周波数ディバイダは第1クロック信号によって計時されるMによる除算カウンタを備え、前記第2周波数ディバイダは第2クロック信号によって計時されるNによる除算カウンタを備え、前記第1および第2周波数ディバイダのそれぞれは、前記第1および第2サイクル・スリップ・インディケータ信号のそれぞれ1つがアサートにされると、電流カウント値をカウンタのロールオーバ値により近い所定の値に設定するように動作する前記位相検出器。
- 請求項2記載の位相検出器において、前記Mによる除算カウンタは第1ディジタル・カウンタを備え、該第1ディジタル・カウンタは前記第1サイクル・スリップ・インディケータ信号をアサートにすると前記電流カウント値を前記カウンタのロールオーバ値に設定し、これによって前記第1周波数ディバイダは、前記第1クロック信号内の次のクロック・エッジに応答して、前記第1入力信号において次のクロック・エッジを生成させる前記位相検出器。
- 請求項2記載の位相検出器において、前記Nによる除算カウンタは第2ディジタル・カウンタを備え、該第2ディジタル・カウンタは前記第2サイクル・スリップ・インディケータ信号をアサートにすると前記電流カウント値を前記カウンタのロールオーバ値に設定し、これによって、前記第2周波数ディバイダは前記第2クロック信号内の次のクロック・エッジに応答して、前記第1入力信号において次のクロック・エッジを生成する前記位相検出器。
- 請求項1記載の位相検出器において、前記リセット回路は、
前記第1および第2PLL制御信号の双方がアサートにされる度に前記論理ゲートの論理出力をアサートにする論理ゲートと、
前記論理ゲートからの前記論理出力をアサートにしてから所望の遅延後にリセット信号を生成するリセット遅延素子と、
を備え、前記前記第1および第2入力回路は前記リセット信号に応答して前記第1および第2PLL制御制御をクリアし、これによって前記論理ゲートは前記論理出力をディアサート(de−assert)にし、次にこれによって前記リセット遅延素子は前記所望の遅延後に前記リセット制御をクリアにし、そのため前記所望の遅延によって規定された巾のリセット・パルスを形成する前記位相検出器。 - 請求項1記載の位相検出器であって、更に、前記第1および第2入力回路にそれぞれ対応する第1および第2サイクル・スリップ検出器を備え、前記サイクル・スリップ検出器のそれぞれは、前記リセット・パルスに基づいて前記第1および第2サイクル・スリップ・インディケータ信号の中の対応する1つと、前記第1および第2入力信号の中の対応するする1つと、前記第1および第2PLL制御信号の中の対応するひとつと、を生成する前記位相検出器。
- 請求項6記載の位相検出器において、各サイクル・スリップ検出器は、前記第1および第2入力信号の中の前記対応する1つにおけるクロック・エッジが前記リセット・パルスの間に受信されると、前記スリップ表示信号を生成するスリップ検出ロジックを備える前記位相検出器。
- 請求項7記載の位相検出器において、前記スリップ検出ロジックは、前記リセット・パルスの遅延バージョンを生成する遅延素子を備え、前記スリップ検出ロジックは、前記リセット・パルスの前記遅延バージョンの間に前記第1および第2入力信号の前記対応する1つにおいてクロック・エッジの受信に応答して前記スリップ表示信号を更に生成する前記位相検出器。
- 請求項6記載の位相検出器において、前記スリップ検出器のそれぞれは、前記第1および第2PLL制御信号の中の前記対応するひとつがアサートにされ、前記第1および第2入力信号の中の前記対応する1つの内のクロック・エッジが受信されると、前記スリップ表示信号を生成するスリップ検出ロジックを備える前記位相検出器。
- 請求項6記載の位相検出器において、各サイクル・スリップ検出器はスリップ検出ロジックを備え、該スリップ検出ロジックは、
クロック入力が前記第1および第2入力信号の中の前記対応する1つに結合された出力フリップ・フロップと、
第1論理入力が前記リセット・パルスに結合され、第2論理入力が前記第1および第2PLL制御信号の中の前記対応する1つに結合され、更に論理出力が前記出力フリップ・フロップのデータに結合された論理ゲートと、
を備え、前記論理ゲートは、前記リセット・パルスの間に、且つ前記第1および第2PLL制御信号の中の前記対応する1つがアサートにされると、前記論理出力をアサートにするように動作する前記位相検出器。 - 請求項10記載の位相検出器において、前記スリップ検出ロジックは、更に、前記リセット・パルスに結合されて前記リセット・パルスの遅延バージョンを生成するように動作する遅延素子を備え、前記論理ゲートは前記遅延素子に結合されて前記リセット・パルスの前記遅延バージョンを受信し、更に前記リセット・パルスの前記遅延バージョンの間に、前記論理出力をアサートにするように動作する第3の論理入力を含む前記位相検出器。
- 請求項1記載の位相検出器において、前記第1および第2入力回路のそれぞれは、ラッチされた出力信号が前記第1および第2入力信号の中の対応する1つ内の第1クロック・エッジに応答する際、前記第1および第2PLL制御信号の中の対応する1つを生成するラッチ回路を備える前記位相検出器。
- 請求項12記載の位相検出器において、前記ラッチ回路は前記リセット・パルスに結合され、前記リセット・パルスに応答して前記ラッチされた出力信号をリセットするように動作するリセット入力を備え、前記ラッチ回路は前記第1および第2入力信号の中の前記対応する1つ内の次のクロック・エッジに応答する前記位相検出器。
- 請求項12記載の位相検出器において、前記ラッチ回路は、
前記入力フリップ・フロップのデータ入力は固定アサーション信号に結合され、
前記入力フリップ・フロップのデータ出力は前記リセット回路の入力に結合され、
前記入力フリップ・フロップのクロック入力は前記第1および第2入力信号の中の前記対応する1つに結合される、ように構成された入力フリップ−フロップを備え、さらに
前記リセット回路のリセット信号出力に結合されたリセット入力は、前記リセット・パルスを与える前記位相検出器。 - 請求項1記載の位相検出回路において、前記リセット回路は、
第1および第2入力が前記第1および第2入力回路からの前記第1および第2PLL制御信号に結合され、前記第1および第2制御信号の双方がアサートにされると出力信号をアサートにするように動作する論理ゲートと、
前記論理ゲートからの前記出力信号がアサートにされてから規定の遅延の後に前記リセット・パルスを生成する遅延素子と、
を備える前記位相検出回路。 - 位相同期ループ(PLL)であって、
第1および第2入力信号内のそれぞれのクロック・エッジ間で検出した位相差に基づいて第1および第2PLL制御信号を生成する位相検出器を備え、該位相検出器は
第1および第2入力信号内のクロック・エッジに応答して第1および第2PLL制御信号をそれぞれ生成する第1および第2入力回路と、
前記第1および第2PLL制御信号に基づいてリセット・パルスを生成し、前記第1および第2入力回路をリセットし、これによって前記第1および第2PLL制御信号をクリアにするリセット回路と、
前記第1入力信号を前記第1入力回路に与える第1周波数ディバイダであって、該第1周波数ディバイダは、第1サイクル・スリップ・インディケータ信号に応答して前記第1入力信号内の次のクロック・エッジを進める前記第1周波数ディバイダと、
前記第2入力信号を前記第2入力回路に与える第2周波数ディバイダであって、外大2周波数ディバイダは、第2サイクル・スリップ・インディケータ信号に応答して前記第2入力信号内の次のクロック・エッジを進める前記第2周波数ディバイダと、
を備え、
前記位相同期ループ(PLL)は、更に、
前記第1および第2PLL制御信号に基づいて制御信号を生成する制御回路と、
前記制御信号に基づいた周波数で出力信号を生成する制御可能発振器と、
を備える前記位相同期ループ(PLL)。 - 請求項16記載のPLLにおいて、前記第1周波数ディバイダは基準クロック信号によって計時されるMによる除算カウンタを備え、前記第2周波数ディバイダは前記PLLの周波数制御された出力によって計時されるNによる除算カウンタを備え、前記第1および第2周波数ディバイダのそれぞれは、前記第1および第2サイクル・スリップ・インディケータ信号のそれぞれをアサートにすると、電流カウント値をカウンタのロールオーバ値により近い所定の値に設定するように動作する前記PLL。
- 請求項17記載のPLLにおいて、前記Mによる除算カウンタは第1ディジタル・カウンタを備え、前記第1ディジタル・カウンタは、前記第1サイクル・スリップ・インディケータ信号をアサートにすると前記電流カウント値を前記カウンタのロールオーバ値に設定し、これによって前記第1周波数ディバイダに、前記基準クロック信号内の次のクロック・エッジに応答して前記第1入力信号内に前記次のクロック・エッジを生成させる前記PLL。
- 請求項17記載のPLLにおいて、前記Nによる除算カウンタは第2ディジタル・カウンタを備え、前記第2ディジタル・カウンタは、前記第2サイクル・スリップ・インディケータ信号をアサートにすると前記電流カウント値を前記カウンタのロールオーバ値に設定し、これによって前記第2周波数ディバイダに、前記PLLの前記周波数制御された出力信号内の次のクロック・エッジに応答して前記第2入力信号内に前記次のクロック・エッジを生成させる前記PLL。
- 請求項16記載のPLLにおいて、前記リセット回路は
前記第1および第2のPLL制御信号の双方がアサートにされる度に前記論理ゲートの論理出力をアサートにする論理ゲートと、
前記論理ゲートからの前記論理出力をアサートにしてから所望の遅延後にリセット信号を生成するリセット遅延素子と、
を備え、前記第1および第2入力回路は前記リセット信号に応答して前記第1および第2PLL制御信号をクリアにし、前記論理ゲートに前記論理出力をディアサートにさせ、つぎに前記所望の遅延の後、前記リセット遅延素子に前記リセット信号をクリアにさせ、これによって前記所望の遅延によって規定された巾の前記リセット・パルスを生成する前記PLL。 - 請求項16記載のPLLであって、更に、
前記リセット・パルス、前記第1入力信号、および前記第1PLL制御信号に基づいて前記第1サイクル・スリップ・インディケータ信号を生成する第1サイクル・スリップ・検出器と、
前記リセット・パルス、前記第2入力信号、および前記第2PLL制御信号に基づいて前記第2サイクル・スリップ・インディケータ信号を生成する第2サイクル・スリップ・検出器と、
を備える前記PLL。 - 請求項21記載のPLLにおいて、前記サイクル・スリップ検出器のそれぞれは、前記第1および第2入力信号の中の前記対応するひとつが前記リセット・パルスの間に受信されると前記スリップ表示信号を生成するスリップ検出ロジックを備える前記PLL。
- 請求項21記載のPLLにおいて、前記スリップ検出ロジックは前記リセット・パルスの遅延バージョンを生成する遅延素子を備え、前記スリップ検出ロジックは、前記第1および第2入力信号の中の前記対応する1つ内のクロック・エッジが前記リセット・パルスの前記遅延バージョンの間に受信されると前記スリップ表示信号を更に生成する前記PLL。
- 請求項21記載のPLLにおいて、前記サイクル・スリップ検出器のそれぞれは、前記第1および第2PLL制御信号の中の前記対応するひとつがアサートにされ、前記第1および第2入力信号の中の前記対応する1つ内のクロック・エッジが受信されるときに、前記スリップ表示信号を生成するスリップ検出ロジックを備える前記PLL。
- 請求項21記載のPLLにおいて、前記サイクル・スリップ検出器のそれぞれはスリップ検出ロジックを備え、該スリップ検出ロジックは、
クロック入力が前記第1および第2入力信号の中の前記対応するひとつに結合された出力フリップ・フロップと、
第1論理入力が前記リセット信号に結合され、第2論理入力が前記第1および第2PLL制御信号の中の前記対応する1つに結合され、論理出力が前記出力フリップ・フロップのデータ入力に結合されたロジック・ゲートと、
を備え、前記ロジック・ゲートは、前記リセット・パルスの間に、更に前記第1および第2PLL制御信号の中の前記対応する1つがアサートにされると前記論理出力をアサートにするように動作する前記PLL。 - 請求項25記載のPLLにおいて、前記スリップ検出ロジックは、更に、前記リセット・パルスに結合され、前記リセット・パルスの遅延バージョンを生成するように動作する遅延素子を備え、前記論理ゲートは前記リセット・パルスの前記遅延バージョンを受信する前記遅延素子に結合され、前記リセット・パルスの前記遅延バージョンの間に前記論理出力をアサートにするよう動作する第3論理入力を含む前記PLL。
- 請求項16記載のPLLにおいて、前記第1および第2入力回路はラッチされた出力信号が前記第1および第2入力信号の中の対応するひとつ内の第1クロック・エッジに応答すると、前記第1および第2PLL制御信号の中の対応するひとつを生成するラッチ回路を備える前記PLL。
- 請求項27記載のPLLにおいて、前記ラッチ回路は前記リセット回路に結合され、前記リセット・パルスに応答して前記ラッチされた出力信号をリセットするように動作するリセット入力を備え、前記ラッチ回路は前記第1および第2入力信号の中の前記対応するひとつ内の次のクロック・エッジに応答する前記PLL。
- 無線周波数送受信機であって、
遠くに送信された信号を受信周波数で受信する受信機と、
送信信号を搬送周波数で生成する送信機と、
前記受信周波数上で搬送する第1出力信号と前記搬送波上で搬送する第2出力信号とを生成する周波数シンセサイザと、
を備え、該周波数シンセサイザは、
基準クロック信号を生成する基準クロック回路と、
前記第1および第2出力信号をそれぞれ生成する第1および第2位相同期ループ(PLL)と、
を備え、該PLLの少なくとも1つは、
第1および第2入力信号内のそれぞれのクロック・エッジ間で検出された位相差、前記基準クロック信号から導出された前記第1入力信号、および前記第1および第2出力信号の中の対応するひとつから導出された前記第2入力信号に基づいて第1および第2PLL制御信号を生成する位相検出器を備え、該位相検出器は、
第1および第2入力信号に応答してそれぞれ第1および第2PLL制御信号を生成する第1および第2入力回路と、
前記第1および第2PLL制御信号に基づいてリセット・パルスを生成し、前記第1および第2入力回路をリセットし、これによって前記第1および第2PLL制御信号をクリアにするリセット回路と、
前記第1入力信号を前記第1入力回路に与える第1周波数ディバイダであって、該第1周波数ディバイダは第1サイクル・スリップ・インディケータ信号に応答して前記第1入力信号内の次のクロック・エッジを進める前記第1周波数ディバイダと、
前記第2入力信号を前記第2入力回路に与える第2周波数ディバイダであって、該第2周波数ディバイダは第2サイクル・スリップ・インディケータ信号に応答して前記第2入力信号内の次のクロック・エッジを進める前記第2周波数ディバイダと、
を備え、前記PLLの前記少なくとも1つは、更に、
前記第1および第2PLL制御信号に基づいて制御信号を生成する制御回路と、
前記第1および第2出力信号の中の前記対応するひとつを前記制御信号に基づいた周波数において生成する制御可能発振器と、
を備えた前記無線周波数送受信機。 - 請求項29記載の無線周波数送受信機において、前記PLLの前記少なくとも1つは、
前記リセット・パルス、前記第1入力信号、および前記第1PLL制御信号に基づいて前記サイクル・スリップ・インディケータ信号を生成する第1サイクル・スリップ検出器と、
前記リセット・パルス、前記第2入力信号、および前記第2PLL制御信号に基づいて前記サイクル・スリップ・インディケータ信号を生成する第2サイクル・スリップ検出器と、
を備えた前記無線周波数送受信機。 - 請求項29記載の無線周波数送受信機において、前記第1周波数ディバイダは、前記基準クロック信号によって計時されるMによる除算カウンタを備え、前記第2周波数ディバイダは前記第1および第2出力信号の中の対応するひとつによって計時されるNによる除算カウンタを備え、前記第1および第2周波数ディバイダのそれぞれは、前記第1および第2サイクル・スリップ・インディケータ信号のそれぞれ1つをアサートにすると、電流カウント値をカウンタのロールオーバ値により近い所定値に設定するように動作する前記無線周波数送受信機。
- PLLにおけるサイクル・スリップを補償する方法であって、該方法は、
基準クロック信号におけるMクロック・パルス毎に、第1周波数ディバイダを用いて、第1入力信号内にクロック・パルスを生成するステップと、
基準クロック信号におけるNクロック・パルス毎に、第2周波数ディバイダを用いて第2入力信号内のクロック・パルスを生成するステップと、
第1サイクル・スリップ・インディケータ信号に応答して前記第1周波数ディバイダの電流カウント値を進め、前記第1入力信号内の次のクロック・パルス生成前の時間を削減するステップと、
第2サイクル・スリップ・インディケータ信号に応答して前記第2周波数ディバイダの電流カウント値を進め、前記第2入力信号内の次のクロック・パルス生成前の時間を削減するステップと、
からなる前記方法。 - 請求項32記載の方法において、前記第1入力信号内での次のクロック・パルス生成前の時間を削減するための前記第1サイクル・スリップ・インディケータ信号に応答して、前記第1周波数ディバイダの電流カウント値を進めるステップは、該電流カウント値を前記第1周波数ディバイダのロールオーバ値に設定し、その結果前記基準クロック信号内の次のクロック・パルスによって、前記第1周波数ディバイダは前記第1入力信号内に前記次のクロック・パルスを生成するステップを含む前記方法。
- 請求項32記載の方法において、前記第2入力信号内での次のクロック・パルス生成前の時間を削減するための前記第2サイクル・スリップ・インディケータ信号に応答して、前記第2周波数ディバイダの電流カウント値を進めるステップは、該電流カウント値を前記第2周波数ディバイダのロールオーバ値に設定し、その結果前記PLLの出力信号内の次のクロック・パルスによって、前記第2周波数ディバイダは前記第2入力信号内に前記次のクロック・パルスを生成するステップを含む前記方法。
- 請求項32記載の方法であって、
位相検出器を用いて前記第1および第2入力信号内の前記それぞれのクロック・パルス間の位相差を検出するステップと、
前記位相検出器が前記第1および第2入力信号内のその後のそれぞれのクロック・パルスに応答するように、前記位相検出器を前記第1および第2入力信号内のそれぞれのクロック・パルスの各対の後にリセットするステップと、
を含む前記方法。 - 請求項35記載の方法であって、
前記位相検出器をリセット後の前記第1および第2入力信号内のそれぞれのクロック・パルス間の相対的到達時間に基づいてそれぞれのパルス巾の連続パルスの第1および第2PLL制御信号を生成するステップと、
前記出力信号の前記周波数を設定する制御可能発振器を前記第1および第2PLL制御信号に基づいて制御するステップと、
を含む前記方法。 - 請求項36記載の方法であって、更に、前記位相検出器をリセットするための、リセット・パルス巾が最小のリセット信号を生成するステップを含み、前記最小のリセット・パルス巾は、前記第1および第2入力信号内の前記それぞれのクロック・パルス間の最小の位相差とは無関係の前記第1および第2PLL制御信号内のパルスの中の最小パルス巾を確立する前記方法。
- 請求項35記載の方法であって、更に、前記位相検出器をリセットする間にクロック・パルスが前記第1入力信号内で受け取られると、前記第1サイクル・スリップ・インディケータ信号を生成するステップを含む前記方法。
- 請求項35記載の方法であって、更に、前記第1PLL制御信号のパルスの間にクロック・パルスが前記第1入力信号内で受け取られると、前記第1サイクル・スリップ・インディケータ信号を生成するステップを含む前記方法。
- 請求項35記載の方法であって、更に、前記位相検出器をリセットする間にクロック・パルスが前記第2入力信号内で受け取られると、前記第2サイクル・スリップ・インディケータ信号を生成するステップを含む前記方法。
- 請求項35記載の方法であって、更に、前記第2PLL制御信号のパルスの間にクロック・パルスが前記第2入力信号内で受け取られると、前記第2サイクル・スリップ・インディケータ信号を生成するステップを含む前記方法。
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