[发明专利]自动频率控制装置

说明书

本发明涉及自动频率控制(AFC)，具体涉及根据接收的数据来调节振荡器的频率以使振荡器的频率与外部基准同步。

在数字蜂窝技术的GSM(全球移动通信系统)标准中，大量的移动站可以与基站网络通信。移动站对来自基站网络的数字形式的数据解码和在许多其它功能中利用这个数据周期性地调整移动站的主基准振荡器频率。

从传统上讲，对于主基准振荡器频率的这种调整是利用数/模变换器将数字的频率相关数据变换为模拟形式然后把所产生的模拟信号施加到一个变容二极管上的偏调晶体基准振荡器来实现的。

这种方法有以下几个缺点：第一，频率相关数据在GSM系统中总是数字形式。从而希望利用数字形式的数据和因此去掉数/模变换器。

第二，利用变容二极管偏调晶体导致调谐特性曲线的非线性。这要求一个复杂的相位算法使该特性曲线线性化。

第三，数/模变换器分辨率的实际限制和晶体振荡器元件容限要求在频率调谐特性中的相当大的步级。在GSM系统中是导致约50Hz的步级。因为GSM的频率精度要求要小于100Hz，这可能成为一个主要问题。

数字自动频率控制系统可以利用分数(Fractional)N合成法实现。这样的系统在授予Hietala等人的名称为“具有AFC的数字频率合成器和用于分频器的调制”的美国专利5111162中进行了描述。在这个专利中，利用了一个第二级分频器从主振荡器输出导出一个低频基准，用于偏移合成器和逻辑电路。这个第二级分频率工作在输出频率上，从而消耗过量的电流。

为此，设计一种数字自动频率控制系统将是有益的，该系统能够所用数字自动频率控制数据而不必转变成模拟形式，同时提供具有非常精细的频率步级的线性调谐性和不消耗过量的电流。

图1示出本发明的无线电话收发信机的方框图。

图2示出本发明的无线电话收发信机的方框图。

图3示出本发明的能够执行数字自动频率控制的无线电话收发信机的合成器部分的方框图。

本发明的优选实施例包括在无线电话机中实施的一个数字自动频率控制系统。该无线电话机包含一个频率合成器，在合成器中，将一个可变振荡器的输出馈送到一个数字分频器。数字分频器的分频比是利用一个多累加器的分数N分频系统而随时间变化的，以使有效分频比可以按照非整数步来改变。然后分频比被编程以实现所希望的信道频率，所希望的调制波形和任何自动频率相关偏调。数字分频器的输出馈送到相位比较网络的一个输入端。该相位比较网络的另一个输入端从一个基准振荡器馈送。相位比较网络的输出被滤波，去掉附加的噪声分量，然后送到可变振荡器的控制输入端。控制输入可使可变振荡器的输出频率自身调整一直到它等于数字分频比乘以基准振荡频率时为止。这导致数字的自动频率校正输入端具有极精密的分辨率。此外，基准振荡器不需要由变容二极管来偏调，于是，该基准振荡器是具有仅接近所期望的是准频率精度的一个自由振荡晶体振荡器。

在GSM系统中，用移驱动该无线设备的逻辑部分的时钟信号要求同步于无线频率的输出信号。因此，自由振荡晶体振荡器不能直接用作该无线设备逻辑部分的时钟。通过利用第二累加器分数N分频系统将不精确的基准振荡器分频为一个固定的精确频率，向该无线电设备的逻辑部分和向该无线电设备的任何偏移合成器的基准输入端提供一个精确的时钟。这种第二分数N分频系统是根据第一分数N分频系统的自动频率控制编程进行编程的。如果需要的话，这个较低的频率而后可以在锁相环中倍增，在原来期望的基准频率上提供一个精确的基准。

图1示出无线电话机101的方框图。无线电话机101可以是，但不限于是一个使用GSM操作标准的蜂窝无线电话机。在图2中，无线电话机101被表示为包括一个发信机102、一个收信机103、一个控制系统104、一个用户接口105和一个合成器107。合成器107向收信机103和发信机102提供调谐到适当频率的信号，允许来自用户接口105的数据的接收与发送。此外，合成器107向用户接口105和控制逻辑电路104提供必需的时钟信号，以使在这些方框中的逻辑电路的正确操作。一般地用户接口105包括一个麦克风、一个扬声器、一个显示器和一个键盘。    

控制逻辑104的一个功能是从收信机103接收的数据中导出一个数字信号，用于调整合成器107的频率。这个数字信号称为自动频率控制信号。