位相ロック・ループにおけるＶＣＯの動的バイアス印加
【課題】無線通信機器における局部発振器を提供する。
【解決手段】局部発振器が位相ロック・ループを含む。位相ロック・ループは電圧制御発振器２３と新規のＶＣＯ制御回路２７を含む。ＶＣＯ制御回路はプログラム可能で設定可能であることが出来る。１つの例では、前記ＶＣＯの電力状態を変更するために、命令が前記ＶＣＯ制御回路に受信される。命令は、セルラー電話における無線チャネル状態の検出された変化（例えば、信号対雑音判定の変化）に応答して、他の回路によって発せられる。応答して、ＶＣＯ制御回路は、ＰＬＬのループ帯域幅を徐々に拡大し、次に該ＶＣＯバイアス電流を徐々に変更して該ＶＣＯ電力状態を変更し、そして次にＰＬＬのループ帯域幅を縮小して元の帯域幅に戻す、制御信号を出力する。ＰＬＬ帯域幅を拡大すること、ＶＣＯ電力状態を変更すること、及びＰＬＬ帯域幅を縮小すること、の全過程はＰＬＬがロックされたままで行われる。
【解決手段】局部発振器が位相ロック・ループを含む。位相ロック・ループは電圧制御発振器２３と新規のＶＣＯ制御回路２７を含む。ＶＣＯ制御回路はプログラム可能で設定可能であることが出来る。１つの例では、前記ＶＣＯの電力状態を変更するために、命令が前記ＶＣＯ制御回路に受信される。命令は、セルラー電話における無線チャネル状態の検出された変化（例えば、信号対雑音判定の変化）に応答して、他の回路によって発せられる。応答して、ＶＣＯ制御回路は、ＰＬＬのループ帯域幅を徐々に拡大し、次に該ＶＣＯバイアス電流を徐々に変更して該ＶＣＯ電力状態を変更し、そして次にＰＬＬのループ帯域幅を縮小して元の帯域幅に戻す、制御信号を出力する。ＰＬＬ帯域幅を拡大すること、ＶＣＯ電力状態を変更すること、及びＰＬＬ帯域幅を縮小すること、の全過程はＰＬＬがロックされたままで行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示される実施形態は局部発振器に関し、特に無線通信機器における局部発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラー電話のような無線通信機器は一般に局部発振器を用いる。セルラー電話の受信器回路は、例えば、第１局部発振器を利用して特定周波数の第１参照信号を生成する。第１参照信号の周波数は、セルラー電話の受信機を所望の動作周波数に同調させるために、或いは動作周波数帯を変えるために、変更される。同様に、セルラー電話の送信機回路は第２局部発振器を利用して特定周波数の第２参照信号を生成することが出来る。第２参照信号の周波数は、セルラー電話が送信で用いる送信周波数を設定するために変更される。
【０００３】
位相ロック・ループ（phase-locked loop）（ＰＬＬ）と呼ばれる回路が、セルラー電話内部のそのような局部発振器を実現するために、しばしば使用される。ＰＬＬの制御ループ内では、電圧制御発振器（voltage controlled oscillator）（ＶＣＯ）が信号を生成し、その周波数はＶＣＯに印加される電圧信号によって決定される。ＶＣＯによって出力される信号の品質は、一般に、ＶＣＯを構成する部品の寸法とＶＣＯの消費電力を含むある複数の要因に依存して変化する。例えば、もしＶＣＯがより高い電力で動作されるならば、ＶＣＯはＶＣＯの出力信号中により少ない位相雑音をもたらすことが出来る。他方、もしＶＣＯがより低い電力で動作されるならば、ＶＣＯはＶＣＯの出力信号中により多い位相雑音を導入する可能性がある。
【０００４】
許容可能な位相雑音量は一定ではなく、むしろ、多数の要因に依存して変化する。もしセルラー電話の受信機が、受信されるべき信号に周波数的に近接した干渉源を有する環境で動作するならば、その場合、その受信機はＶＣＯ出力信号がより少ない位相雑音を有することを要求する。もし干渉源がないならば、その場合ＶＣＯ出力信号品質への要求は緩和される。広帯域符号分割多元接続（Wideband Code Division Multiple Access）（ＷＣＤＭＡ）通信システムでは、例えば、セルラー電話は送信中であるのと同時に受信中であることが出来る。送信されている信号が受信されている信号と干渉するのを防止するためには、低位相雑音を有する受信機ＶＣＯ出力信号が要求される。送信機がオンしていないＷＣＤＭＡシステムの他の動作モードでは、受信機ＶＣＯ出力信号はより多くの位相雑音を有することが許容される。強い干渉源が存在しない場合には、より低品質のＶＣＯ出力信号で十分でありうる。
【０００５】
セルラー電話内のＶＣＯ回路はかなりの量の電力を消費する可能性がある。セルラー電話のような移動通信機器では、セルラー電話が動作できる時間の長さを延長することが望ましい。米国特許第７，１５１，９１５号は無線通信機器に受信される信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を決定することを開示している。もしＳＮＲがある閾値を超えていることが見出されると、その場合、受信機ＶＣＯに印加されるバイアス電圧が低減されて、その結果、ＶＣＯはより低い電力消費モードに設定される。しかしながら、もしＳＮＲが時間と共に劣化してきていることが見出されるならば、その場合、受信機ＶＣＯに印加されるバイアス電圧が増加されて、ＶＣＯはより高い電力消費モードで動作される。従って、ＶＣＯの消費電力は、検知される無線チャネル状態にとって、許容最低レベルに又はその近傍に設定される。
【発明の概要】
【０００６】
局部発振器は位相ロック・ループを含む。その位相ロック・ループは電圧制御発振器（ＶＣＯ）と新規なＶＣＯ制御回路を含む。その電圧制御回路は、デジタル・ステート・マシン（digital state machine）として、命令を実行するデジタル・プロセッサとして、アナログ回路として、或いはそれらの組合せとして、実現されることが出来る。１つの新規な態様では、ＶＣＯの電力状態を変更するために命令がＶＣＯ制御回路に受信される。その命令は、無線チャネル状態の検知された変化（例えば、信号対雑音比判定の変化）に応じて、他の回路構成によって発せられることが出来る。
【０００７】
該命令を受信することに応じて、ＶＣＯ制御回路はＰＬＬのループ帯域幅を徐々に拡大する制御信号を出力する。一旦ＰＬＬのループ帯域幅が拡大されてしまうと、ＶＣＯ制御回路はＶＣＯに供給されるＶＣＯバイアス電流を徐々に変更し、それによって、ＶＣＯの電力状態を変更する。１つの例では、ＶＣＯの電力消費が増やされる。別の例では、ＶＣＯの電力消費が減らされる。一旦ＶＣＯの電力状態が変更されてしまうと、ＶＣＯ制御回路はＰＬＬのループ帯域幅を徐々に縮小して元の帯域幅に戻す。ＰＬＬループ帯域幅を拡大し、ＶＣＯ電力状態を変更し、そしてＰＬＬループ帯域幅を縮小する、全過程は、ＰＬＬがロックされたまま、行われる。
【０００８】
ある複数の例では、ＶＣＯの電力状態を変更するための起動力はＶＣＯ制御回路上で受信された命令ではない。むしろ起動力は、ＶＣＯ入力電圧が最小下限未満であるか又は最大上限を超えるか、何れかが生じることである。もし該ＶＣＯ入力電圧がこれ等の限界の外にあると検知されるならば、その場合ＶＣＯ制御回路は、ＶＣＯ入力信号電圧の動作範囲の中央に向けて又は該中央へとＶＣＯの入力電圧を移すために、ＶＣＯの電力状態を変更する。ＶＣＯの電力状態は、ＰＬＬがロック状態に保持されたまま、変更される。ＰＬＬ帯域幅は徐々に拡大され、ＶＣＯ電力は、ＶＣＯ入力電圧を中心に合わせるために、徐々に変更され、そして、ＰＬＬのループ帯域幅は徐々に縮小されて元の帯域幅に戻される。
【０００９】
１つの例では、ＶＣＯは温度に関して特徴づけられて、ＶＣＯ出力信号の周波数が温度の関数として如何に変化するか、ＶＣＯ出力信号が印加電圧の関数として如何に変化するか、そしてＶＣＯ出力信号がＶＣＯバイアス電流の関数として如何に変化するか、を決定する。動作においては、ＶＣＯ制御信号は、検知された温度変化と検知された印加電圧変化を補償するために、ＶＣＯバイアス電流を調整する。
【００１０】
前記は要約であり、従って、必然的に、単純化、一般化、及び詳細の省略を含む。その結果、当業者等は、要約は単に例示的であって限定することを主張しない、ということを認識する。本明細書に記載され、特許請求の範囲によってのみ規定される、装置及び／又はプロセスの他の態様、発明的特徴、及び利点は、本明細書で説明される非限定的な詳細な説明の中で明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は１つの新規な態様に従う移動通信装置の高レベルのブロック図である。
【図２】図２は図１の移動通信装置内部の高周波（ＲＦ）トランシーバ（transceiver）集積回路４の更に詳細なブロック図である。
【図３】図３は図２のＲＦトランシーバ集積回路４内部の局部発振器６の更に詳細な図である。
【図４】図４は図３のＶＣＯ制御回路２７の更に詳細な回路図である。ＶＣＯ制御回路２７の機能決定ブロック３５はデジタル・ステート・マシンとして、諸命令を実行するデジタル・プロセッサとして、アナログ回路として、或いは上記の組合せとして、実現されることが出来る。
【図５】図５は図４のＶＣＯ２３を実現するための１つの適切な回路を示す回路図である。
【図６】図６は、ＶＣＯ入力信号の電圧が一定であると仮定して、ＶＣＯ出力信号の周波数が、ＶＣＯに供給されるバイアス電流の関数として、如何に変化するかを、単純化された形で示すグラフである。
【図７】図７は図３の局部発振器６を含む新規な方法を例示する単純化された波形図である。
【図８】図８は図７の波形図で説明された新規な方法における諸ステップを例示する流れ図である。
【詳細な説明】
【００１２】
図１は１つの新規な態様に従う１つの特別な型の移動通信装置１の非常に単純化された高レベルのブロック図である。本例では、移動通信装置１はＷＣＤＭＡセルラー電話通信プロトコルを使用する３−Ｄセルラー電話である。該セルラー電話は（図示されない数個の他の部分の間に）アンテナ２と２つの集積回路３及び４を含む。集積回路３は“デジタル・ベースバンド（baseband）集積回路”又は“ベースバンド・プロセッサ集積回路”と呼ばれる。集積回路４はＲＦトランシーバ（transceiver）集積回路である。ＲＦトランシーバ集積回路４は、それが送信機（transmitter：トランスミッタ）並びに受信機（receiver：レシーバ）を含むが故に、“トランシーバ”と呼ばれる。
【００１３】
図２は図１のＲＦトランシーバ集積回路４の更に詳細なブロック図である。該受信機は、“受信チェーン”５と呼ばれるもの、並びに、局部発振器（ＬＯ）６を含む。セルラー電話が受信しているとき、高周波ＲＦ信号７はアンテナ２で受信される。信号７からの情報は受信チェーン５を通過する。信号７は低雑音増幅器８によって増幅され、そして、ミキサ９によって周波数をダウンコンバート（down-convert）される。結果得られるダウンコンバートされた信号はベースバンド・フィルタ１０によってフィルタ処理され、そしてデジタル・ベースバンド集積回路３に送られる。デジタル・ベースバンド集積回路３内のアナログ−デジタル変換器は該信号をデジタル形式に変換し、そして、結果得られるデジタル情報はデジタル・ベースバンド集積回路３内のデジタル回路構成によって処理される。デジタル・ベースバンド集積回路３は、局部発振器６によってミキサ９に供給される局部発振器信号（ＬＯ）３４の周波数を制御することによって、該受信機を同調させる。
【００１４】
もしセルラー電話が送信中であるならば、その場合、送信されるべき情報は、デジタル・ベースバンド集積回路３内のデジタル−アナログ変換器によって、アナログ形式に変換され、そして、“送信チェーン”１１に供給される。ベースバンド・フィルタ１２はデジタル−アナログ変換処理に起因する雑音を除くフィルタ処理を行う。局部発振器１４の制御下にあるミキサ・ブロック１３は、次に、該信号を高周波信号にアップコンバートする。駆動増幅器１５と外部の電力増幅器１６はアンテナ２への高周波信号を増幅し、その結果、高周波ＲＦ信号１７がアンテナ２から送信される。
【００１５】
図３は図２の受信機の局部発振器６の更に詳細なブロック図である。送信機の局部発振器１４は同様な構成を有する。
【００１６】
局部発振器６は水晶発振器モジュール２０、位相ロック・ループ（ＰＬＬ）２１、及び周波数分割器２２を含む。位相ロック・ループ２１は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２３、位相検出器２４、チャージ・ポンプ２５、ループ・フィルタ２６、周波数分割器２４、及び新規のＶＣＯ制御回路２７を含む。ＰＬＬ２１は周波数分割器２４によって出力された信号２８の位相を水晶発振器モジュール２０によって出力された参照信号ＲＥＦ ＣＬＫ２９と比較することによって動作する。位相検出器２４から出力された信号３０は位相差を示す。チャージ・ポンプ２５とループ・フィルタ２６は信号３０をＶＣＯ２３の入力線５５上の制御電圧ＶＶ信号３１に変換する。制御電圧信号ＶＶは、ＶＣＯ２３によって出力される、ＰＬＬ出力信号３２の周波数を制御する。ＰＬＬ出力信号３２の周波数は周波数分割器２４によって分割されて帰還信号２８を生成する。ＰＬＬ２１がロックされているとき、ＰＬＬ出力信号３２の周波数はＲＥＦ ＣＬＫ信号２９の倍数であって、この倍数は周波数分割器２４が分割する分割数によって決定される。デジタル・ベースバンド集積回路３は、周波数分割器２４が分割する分割数を制御することによって、ＰＬＬ出力の周波数を制御する。デジタル・ベースバンド集積回路３は制御情報をＲＦトランシーバ集積回路４に伝達し、そして、この制御情報は、該分割数を変更するために、制御線３３を介して周波数分割器２４に伝達される。ＰＬＬ出力信号３２は周波数分割器２２によって指定された量だけ周波数低減させられる。周波数分割器２２の出力は局部発振器出力信号（ＬＯ）３４である。
【００１７】
図４は図３のＶＣＯ制御回路２７の１つの特別な例の更に詳細な図である。ＶＣＯ制御回路２７は、機能決定ブロック３５、バイアス電流設定回路３６、温度測定回路３７、及びバラクタ入力電圧測定回路３８を含む。
【００１８】
バイアス電流設定回路３６は電圧基準３９とバッファ（buffer）４０を含む。バッファ４０は、１．２５ボルトの安定な参照がノードＮ１上に存在するように、ノードＮ１を駆動する。もしスイッチＳ１が閉じられていると、その場合ノードＮ２上の電圧ＶＮ２は、抵抗器Ｒ１を介し、スイッチＳ１を介し、そして電流源４１を介して、ノードＮ１から接地導線４２に流れる電流の量によって決定される。電流源４１は、導体４３を介して機能決定ブロック３５によって設定される、指定された電流Ｉ１を供給する。抵抗器Ｒ１は、導体４４を介して機能決定ブロック３５によって設定される、抵抗を有する。機能決定ブロック３５は導体４５を用いてスイッチＳＷ１を開閉することが出来る。電流源４１は、０．３７５マイクロアンペアから０．６２５マイクロアンペアまでの大きさを有する電流を０．０３１２５ステップのステップで伝導するように設定されることが出来る。機能決定ブロック３５は、従って、導体４３〜４５上の制御信号によって、電圧ＶＮ２の大きさを約１．０６ボルトから約０．９３８ボルトまでの範囲内で、０．０１５６ボルト刻みで、設定することが出来る。もし機能決定ブロック３５が電流Ｉ１を変更するならば、電圧ＶＮ２の変化はキャパシタＣ１によって平滑化される。電圧ＶＮ２は、抵抗器Ｒ２とキャパシタＣ２を具備するＲＣ低域フィルタによってフィルタ処理される。機能決定ブロック３５は導体４６を介して抵抗器Ｒ２の値を設定することが出来る。結果として得られるノードＮ３上のフィルタ処理された電圧信号は、電圧電流変換レギュレータ４７によって、ＶＣＯバイアス電流（ＩＶＣＯ）４８に変換される。機能決定ブロック３５は、従って、ＶＣＯ２３に供給されるＩＶＣＯバイアス電流４８の大きさを設定することが出来る。
【００１９】
温度測定回路３７は、検出された温度を示すデジタル信号（Ｔ）を、導体（単数または複数）４９を介して、機能決定ブロック３５に供給する。バラクタ入力電圧測定回路３８はＶＣＯ入力制御信号３１を受信し、そして、信号３１の電圧の大きさを示すデジタル信号（ＶＶ）を、導体（単数または複数）５０を介して、機能決定ブロック３５に供給する。
【００２０】
図５はＶＣＯ２３の１つの例の回路図である。ＶＣＯ２３は、一対の交差結合された電界効果トランジスタ５１と５２、及びバラクタ５３とインダクタ（inductor）５４を含む共振回路、を含む。ＶＣＯバイアス電流（ＩＶＣＯ）４８は、カレント・ミラー（current mirror）５６を介して、ＶＣＯ２３の電流消費を設定する。
【００２１】
図６はＶＣＯ２３の理想化された性能を示すグラフである。該グラフは、ＶＣＯ制御入力信号３１の電圧が一定であると仮定して、ＶＣＯ出力信号ＶＣＯ ＯＵＴの周波数が、ＶＣＯバイアス電流４８の関数として、如何に変化するかを示す。
【００２２】
図３の局部発振器６のＰＬＬ２１の動作が、図７の単純化された波形図および図８の流れ図で説明される方法１００に関連して、ここに説明される。最初に、デジタル・ベースバンドＩＣ３がＲＦチャネル状態を周期的または連続的にモニタする。本例では、ＲＦチャネル状態は受信される信号７の信号対雑音比（ＳＮＲ）である。別の例では、ＲＦ無線チャネル状態は受信される信号７のＲＳＳＩ（Relative Signal Strength Indicator：相対信号強度インジケータ）である。ある期間、ＳＮＲは閾値以下である。デジタル・ベースバンドＩＣ３はＲＦチャネルのＳＮＲが閾値以下であると判定し、従って、デジタル・ベースバンドＩＣ３は電力制御命令５７を変更しない。ＶＣＯ制御回路２７はＶＣＯバイアス電流４８が高い量を有するように制御し続ける。図７に例示された例では、この高い量は最大０．３７５マイクロアンペアの量である。ＶＣＯ２３は従って高い電力状態で動作するように制御される。この動作の期間は図７における参照番号５８によって表わされる。
【００２３】
次に、デジタル・ベースバンドＩＣ３はＳＮＲが所定の値を超えたことを検出する。本例では、該検出されたＳＮＲは極めて良好なので、ＶＣＯは最小電力状態で動作させることが出来る。この検出は図７の時間５９で起きる。デジタル・ベースバンドＩＣ３は、制御線（単数または複数）６０を介して、電力状態を変える命令５７をＶＣＯ制御回路２７に伝達する。ＶＣＯ制御回路２７は電力状態を変える命令を受信し（図８のステップ１０１）、それに応答してＰＬＬ制御ループのループ帯域幅を徐々に拡大する（図８のステップ１０２）。ループ帯域幅が徐々に拡大される時間は図７の番号６１によって特定される。１つの例では、ＶＣＯ制御回路２７内部の機能決定ブロック３５が、ループ・フィルタ２６の抵抗値を変更することによって、ＰＬＬのループ帯域幅を拡大する。該ループ・フィルタはキャパシタとデジタル制御される可変抵抗器を含むＲＣフィルタである。可変抵抗器の抵抗は導体６２上の複数ビット・デジタル制御信号ＢＷＣ１によって減らされる。別の例では、ＶＣＯ制御回路２７内部の機能決定ブロック３５は、チャージ・ポンプ２５内部のチャージ・ポンプ電流を増やすことによって、ＰＬＬのループ帯域幅を拡大する。チャージ・ポンプ２５は複数のチャージ・ポンプ電流源を含む。何れのチャージ・ポンプが選択されるかは導体６３上の複数ビット・デジタル制御信号ＢＷＣ２によって決定される。チャージ・ポンプ電流を増加することはＰＬＬのループ帯域幅を拡大するという結果をもたらす。
【００２４】
ＰＬＬのループ帯域幅を拡大することはＰＬＬ出力信号の雑音を増やす。しかし、それは又ＰＬＬがループの損壊（disruptions）と摂動（perturbations）からより早く回復することを可能にする。もしＰＬＬのループ帯域幅が拡大されずに、そしてもしＶＣＯバイアス電流が変更される場合、ＰＬＬ制御ループは、ＶＣＯバイアス電流の変化に起因するループ摂動に十分早く回復することが出来ない可能性があって、ＰＬＬがロックから外れることがあり得る。ＰＬＬのループ帯域幅を拡大することは、ＶＣＯバイアス電流が変更される場合、該ループがロックから外れることを防止する。
【００２５】
次に、時間６４で開始して、ＶＣＯ制御回路２７内部の機能決定ブロック３５は、ＶＣＯの電力消費を減らすために、ＶＣＯバイアス電流４８を徐々に減らす（図８のステップ１０３）。機能決定ブロック３５は、電流源４１によって供給される電流Ｉ１を階段的に上げることによって、これを行う。電流Ｉ１を階段的に上げることの結果はノードＮ２とＮ３における電圧の階段的降下であり、そして、レギュレータ４７により出力されるＶＣＯバイアス電流４８の階段的減少である。１つの新規な態様では、機能決定ブロック３５は、クロック信号ＣＬＫによって計時されるデジタル論理ステート・マシン（state machine）である。機能決定ブロック３５は離散的な時間で電流Ｉ１を変更し、その結果、電流Ｉ１は図７に例示される上昇する階段波形によって表わされる。バイアス電流ＩＶＣＯ４８は、電力状態が、その最大値からその最小値まで、１０マイクロ秒未満では変更されないほど、十分ゆっくりと変更される。この期間は図７では参照番号６５によって特定される。
【００２６】
一旦ＶＣＯが低電力状態で動作すると、ＶＣＯ制御回路２７内部の機能決定ブロック３５はＰＬＬ制御ループのループ帯域幅を徐々に縮小する（図８のステップ１０４）。この緩慢な縮小は上記図８のステップ１０２の拡大の逆である。該緩慢な縮小は、ＲＣループ・フィルタ２６内の抵抗器の抵抗を上げることによって、及び／又は、チャージ・ポンプ２５内部のチャージ・ポンプ電流を減らすことによって、実行されることが出来る。図７の参照番号６６は、ＰＬＬのループ帯域幅が縮小される期間を特定する。図８左側の説明文で示されるように、ここで、ＰＬＬのループ帯域幅を拡大すること、ＶＣＯ電力を徐々に変更すること、そして次にＰＬＬのループ帯域幅を再び縮小すること、から成る全過程はＰＬＬ２１がロックから外れることなく行われる。
【００２７】
図７の例はＶＣＯの電力状態を減少させることに関与するけれども、ＶＣＯは最初低電力状態で動作しており、命令５７はＶＣＯの電力状態を増加させることであったとすることも可能である。図７では、ＶＣＯの電力状態は、その最小値と最大値との間を変化することが示されるが、この例は単に例示目的のために提示されている。実際の動作例では、ＶＣＯの電力状態は、最小ＶＣＯ電力または最大ＶＣＯ電力とは異なる電力レベルから、或いは該異なる電力レベルに向けて、変化するように制御されることが出来る。ＶＣＯ制御回路２７の１つの実施形態では、キャパシタＣ１は、ノードＮ２上の電圧ＶＮ２のステップが平滑化されてノードＮ２上の電圧ＶＮ２が点線６７によって示されるように現れるように、容量が決められる。
【００２８】
１つの例では、ＶＣＯの電力状態を変更するための起動力はデジタル・ベースバンドＩＣ３からの命令ではなく、むしろＶＣＯ入力線５５上の信号３１の電圧を中心に合わせるための決定である。その結果は信号３１の電圧を動作範囲の中央に合わせるということになり得る、或いは、該電圧を該中心近傍へと移動させることになり得る。バラクタ入力電圧測定回路３８は導線５５上の電圧を検出してデジタル化し、そして、結果得られたデジタル値ＶＶを導体５０を介して機能決定ブロック３５に供給する。デジタル値ＶＶは信号３１の電圧の大きさを示す。もし機能決定ブロック３５がこの中央に合わせる機能を可能にするように構成されるならば、そして、もし検出された時の導線５５上の検出電圧が最小限以下に低下するか又は最大限以上に上昇するならば、その場合、機能決定ブロック３５は、ＶＣＯ入力電圧が信号３１の動作電圧範囲の中央に近付けるように、ＶＣＯの電力状態を変更する。１つの例では、信号３１の動作電圧範囲は０．５ボルトから１．０ボルトまでである。ＶＣＯ入力電圧０．５ボルトはＰＬＬ出力（ＶＣＯ出力信号）周波数約４．０５ＧＨｚに対応する。ＶＣＯ入力電圧０．７５ボルトはＰＬＬ出力（ＶＣＯ出力信号）周波数約４．００ＧＨｚに対応する。ＶＣＯ入力電圧１．００ボルトはＰＬＬ出力（ＶＣＯ出力信号）周波数約３．９５ＧＨｚに対応する。最下限と最上限は、それぞれ、約０．６ボルト及び０．９ボルトである。ＶＣＯ入力電圧を中心に合わせることによって、ＶＣＯ内部のバラクタは、温度変動が該バラクタの容量を変化させる場合、動作電圧範囲内に滞在するためにより大きな余裕度を有することが出来る。
【００２９】
１つの例では、機能決定ブロック３５はデジタル・ステート・マシン或いはデジタルプロセッサであって、該マシン又はプロセッサは、検出されたバラクタ電圧、検出された温度、電源電圧ＶＤＤ、時間、設定情報、及びデジタル・ベースバンド集積回路３から受信されたままの電力状態を変更する命令５７、を含む多くの入力変数の関数として電流Ｉ１を変える。導体４３上の電流源制御信号を制御することに加えて、機能決定ブロック３５は該関数に従って、導体４４、４５、４６、６２及び６３上の諸制御信号を制御する。もし電源電圧が所定の低バッテリー電圧レベル以下に低下していると検出されるならば、その場合機能決定ブロックはＶＣＯ電力を下げて、ＶＣＯ電力が最適ＶＣＯの電力状態に維持された場合以上にバッテリー寿命を延長するために、あるＰＬＬ性能を犠牲にする。
【００３０】
１つの例では、ＶＣＯは、ＶＣＯ出力周波数が温度の関数として如何に変化するか、ＶＣＯ出力周波数がＶＤＤの関数として如何に変化するか、そして、ＶＣＯ出力周波数がＶＣＯバイアス電流の関数として如何に変化するか、を決定するために、温度に関して特徴づけられる。次に、機能決定ブロック３５は、検出された温度変化と検出された電源電圧ＶＤＤの変化を補償するために、ＶＣＯバイアス電流４８を調整する。設定情報は、ＶＣＯバイアス電流ＩＶＣＯを決定する全体機能の一定の諸態様をイネーブル（enable）あるいはディセーブル（disable）にする、イネーブル・ビット（enable bits）を含むことが出来る。該設定情報は１又は複数の設定レジスタ６４に書き込まれる。例えば、１つのビットはスイッチＳＷ１を開閉することが出来る。１つのビットはＶＣＯ入力電圧中央合わせ機能を有効または無効にすることが出来る。１つのビットは温度補償機能を有効または無効にすることが出来る。ある複数のビットは、ＢＷＣ１とＢＷＣ２の何れの１つ又は両方がＰＬＬループ帯域幅を拡大および縮小するために使用されるか、を決定することが出来て、他のセットのビットは、該ループ帯域幅が如何に早く変更されるか、を決定することが出来る。ある複数のビットは導体４４と４６上の諸信号の値を決定することが出来る。他の複数のビットはＶＣＯバイアス電流が如何に早く変更されるかを決定することが出来る。設定レジスタ６４で記憶される設定ビットは、モバイル通信装置１が使用されているときに、変更されることが出来る。機能決定ブロック３５は電流Ｉ１を決定するために複数の異なる機能を実装することが出来る。設定レジスタ６４で記憶される諸ビットは、可能な諸機能の内何れの１つが使用されているかを決定することが出来る。
【００３１】
ある特定の実施形態が教育的目的のために上記で説明されたけれども、本特許明細書の教示は一般的な適用性を有しており、上記で説明された具体的な諸実施形態に限定されることはない。新規のＶＣＯ制御回路はアナログ型位相ロック・ループに関連して開示されたけれども、本特許明細書で開示されるＶＣＯ制御回路の諸教示は、デジタル型位相ロック・ループとデジタル制御される発振器（digitally controlled oscillator）（ＤＣＯ）を用いる使用法に拡張可能である。従って、説明された具体的な諸実施形態の多様な特徴の、多様な修正、改造および組合せが、下記に説明される特許請求の範囲から逸脱することなく、実行されることが出来る。
【技術分野】
【０００１】
本開示される実施形態は局部発振器に関し、特に無線通信機器における局部発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルラー電話のような無線通信機器は一般に局部発振器を用いる。セルラー電話の受信器回路は、例えば、第１局部発振器を利用して特定周波数の第１参照信号を生成する。第１参照信号の周波数は、セルラー電話の受信機を所望の動作周波数に同調させるために、或いは動作周波数帯を変えるために、変更される。同様に、セルラー電話の送信機回路は第２局部発振器を利用して特定周波数の第２参照信号を生成することが出来る。第２参照信号の周波数は、セルラー電話が送信で用いる送信周波数を設定するために変更される。
【０００３】
位相ロック・ループ（phase-locked loop）（ＰＬＬ）と呼ばれる回路が、セルラー電話内部のそのような局部発振器を実現するために、しばしば使用される。ＰＬＬの制御ループ内では、電圧制御発振器（voltage controlled oscillator）（ＶＣＯ）が信号を生成し、その周波数はＶＣＯに印加される電圧信号によって決定される。ＶＣＯによって出力される信号の品質は、一般に、ＶＣＯを構成する部品の寸法とＶＣＯの消費電力を含むある複数の要因に依存して変化する。例えば、もしＶＣＯがより高い電力で動作されるならば、ＶＣＯはＶＣＯの出力信号中により少ない位相雑音をもたらすことが出来る。他方、もしＶＣＯがより低い電力で動作されるならば、ＶＣＯはＶＣＯの出力信号中により多い位相雑音を導入する可能性がある。
【０００４】
許容可能な位相雑音量は一定ではなく、むしろ、多数の要因に依存して変化する。もしセルラー電話の受信機が、受信されるべき信号に周波数的に近接した干渉源を有する環境で動作するならば、その場合、その受信機はＶＣＯ出力信号がより少ない位相雑音を有することを要求する。もし干渉源がないならば、その場合ＶＣＯ出力信号品質への要求は緩和される。広帯域符号分割多元接続（Wideband Code Division Multiple Access）（ＷＣＤＭＡ）通信システムでは、例えば、セルラー電話は送信中であるのと同時に受信中であることが出来る。送信されている信号が受信されている信号と干渉するのを防止するためには、低位相雑音を有する受信機ＶＣＯ出力信号が要求される。送信機がオンしていないＷＣＤＭＡシステムの他の動作モードでは、受信機ＶＣＯ出力信号はより多くの位相雑音を有することが許容される。強い干渉源が存在しない場合には、より低品質のＶＣＯ出力信号で十分でありうる。
【０００５】
セルラー電話内のＶＣＯ回路はかなりの量の電力を消費する可能性がある。セルラー電話のような移動通信機器では、セルラー電話が動作できる時間の長さを延長することが望ましい。米国特許第７，１５１，９１５号は無線通信機器に受信される信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）を決定することを開示している。もしＳＮＲがある閾値を超えていることが見出されると、その場合、受信機ＶＣＯに印加されるバイアス電圧が低減されて、その結果、ＶＣＯはより低い電力消費モードに設定される。しかしながら、もしＳＮＲが時間と共に劣化してきていることが見出されるならば、その場合、受信機ＶＣＯに印加されるバイアス電圧が増加されて、ＶＣＯはより高い電力消費モードで動作される。従って、ＶＣＯの消費電力は、検知される無線チャネル状態にとって、許容最低レベルに又はその近傍に設定される。
【発明の概要】
【０００６】
局部発振器は位相ロック・ループを含む。その位相ロック・ループは電圧制御発振器（ＶＣＯ）と新規なＶＣＯ制御回路を含む。その電圧制御回路は、デジタル・ステート・マシン（digital state machine）として、命令を実行するデジタル・プロセッサとして、アナログ回路として、或いはそれらの組合せとして、実現されることが出来る。１つの新規な態様では、ＶＣＯの電力状態を変更するために命令がＶＣＯ制御回路に受信される。その命令は、無線チャネル状態の検知された変化（例えば、信号対雑音比判定の変化）に応じて、他の回路構成によって発せられることが出来る。
【０００７】
該命令を受信することに応じて、ＶＣＯ制御回路はＰＬＬのループ帯域幅を徐々に拡大する制御信号を出力する。一旦ＰＬＬのループ帯域幅が拡大されてしまうと、ＶＣＯ制御回路はＶＣＯに供給されるＶＣＯバイアス電流を徐々に変更し、それによって、ＶＣＯの電力状態を変更する。１つの例では、ＶＣＯの電力消費が増やされる。別の例では、ＶＣＯの電力消費が減らされる。一旦ＶＣＯの電力状態が変更されてしまうと、ＶＣＯ制御回路はＰＬＬのループ帯域幅を徐々に縮小して元の帯域幅に戻す。ＰＬＬループ帯域幅を拡大し、ＶＣＯ電力状態を変更し、そしてＰＬＬループ帯域幅を縮小する、全過程は、ＰＬＬがロックされたまま、行われる。
【０００８】
ある複数の例では、ＶＣＯの電力状態を変更するための起動力はＶＣＯ制御回路上で受信された命令ではない。むしろ起動力は、ＶＣＯ入力電圧が最小下限未満であるか又は最大上限を超えるか、何れかが生じることである。もし該ＶＣＯ入力電圧がこれ等の限界の外にあると検知されるならば、その場合ＶＣＯ制御回路は、ＶＣＯ入力信号電圧の動作範囲の中央に向けて又は該中央へとＶＣＯの入力電圧を移すために、ＶＣＯの電力状態を変更する。ＶＣＯの電力状態は、ＰＬＬがロック状態に保持されたまま、変更される。ＰＬＬ帯域幅は徐々に拡大され、ＶＣＯ電力は、ＶＣＯ入力電圧を中心に合わせるために、徐々に変更され、そして、ＰＬＬのループ帯域幅は徐々に縮小されて元の帯域幅に戻される。
【０００９】
１つの例では、ＶＣＯは温度に関して特徴づけられて、ＶＣＯ出力信号の周波数が温度の関数として如何に変化するか、ＶＣＯ出力信号が印加電圧の関数として如何に変化するか、そしてＶＣＯ出力信号がＶＣＯバイアス電流の関数として如何に変化するか、を決定する。動作においては、ＶＣＯ制御信号は、検知された温度変化と検知された印加電圧変化を補償するために、ＶＣＯバイアス電流を調整する。
【００１０】
前記は要約であり、従って、必然的に、単純化、一般化、及び詳細の省略を含む。その結果、当業者等は、要約は単に例示的であって限定することを主張しない、ということを認識する。本明細書に記載され、特許請求の範囲によってのみ規定される、装置及び／又はプロセスの他の態様、発明的特徴、及び利点は、本明細書で説明される非限定的な詳細な説明の中で明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は１つの新規な態様に従う移動通信装置の高レベルのブロック図である。
【図２】図２は図１の移動通信装置内部の高周波（ＲＦ）トランシーバ（transceiver）集積回路４の更に詳細なブロック図である。
【図３】図３は図２のＲＦトランシーバ集積回路４内部の局部発振器６の更に詳細な図である。
【図４】図４は図３のＶＣＯ制御回路２７の更に詳細な回路図である。ＶＣＯ制御回路２７の機能決定ブロック３５はデジタル・ステート・マシンとして、諸命令を実行するデジタル・プロセッサとして、アナログ回路として、或いは上記の組合せとして、実現されることが出来る。
【図５】図５は図４のＶＣＯ２３を実現するための１つの適切な回路を示す回路図である。
【図６】図６は、ＶＣＯ入力信号の電圧が一定であると仮定して、ＶＣＯ出力信号の周波数が、ＶＣＯに供給されるバイアス電流の関数として、如何に変化するかを、単純化された形で示すグラフである。
【図７】図７は図３の局部発振器６を含む新規な方法を例示する単純化された波形図である。
【図８】図８は図７の波形図で説明された新規な方法における諸ステップを例示する流れ図である。
【詳細な説明】
【００１２】
図１は１つの新規な態様に従う１つの特別な型の移動通信装置１の非常に単純化された高レベルのブロック図である。本例では、移動通信装置１はＷＣＤＭＡセルラー電話通信プロトコルを使用する３−Ｄセルラー電話である。該セルラー電話は（図示されない数個の他の部分の間に）アンテナ２と２つの集積回路３及び４を含む。集積回路３は“デジタル・ベースバンド（baseband）集積回路”又は“ベースバンド・プロセッサ集積回路”と呼ばれる。集積回路４はＲＦトランシーバ（transceiver）集積回路である。ＲＦトランシーバ集積回路４は、それが送信機（transmitter：トランスミッタ）並びに受信機（receiver：レシーバ）を含むが故に、“トランシーバ”と呼ばれる。
【００１３】
図２は図１のＲＦトランシーバ集積回路４の更に詳細なブロック図である。該受信機は、“受信チェーン”５と呼ばれるもの、並びに、局部発振器（ＬＯ）６を含む。セルラー電話が受信しているとき、高周波ＲＦ信号７はアンテナ２で受信される。信号７からの情報は受信チェーン５を通過する。信号７は低雑音増幅器８によって増幅され、そして、ミキサ９によって周波数をダウンコンバート（down-convert）される。結果得られるダウンコンバートされた信号はベースバンド・フィルタ１０によってフィルタ処理され、そしてデジタル・ベースバンド集積回路３に送られる。デジタル・ベースバンド集積回路３内のアナログ−デジタル変換器は該信号をデジタル形式に変換し、そして、結果得られるデジタル情報はデジタル・ベースバンド集積回路３内のデジタル回路構成によって処理される。デジタル・ベースバンド集積回路３は、局部発振器６によってミキサ９に供給される局部発振器信号（ＬＯ）３４の周波数を制御することによって、該受信機を同調させる。
【００１４】
もしセルラー電話が送信中であるならば、その場合、送信されるべき情報は、デジタル・ベースバンド集積回路３内のデジタル−アナログ変換器によって、アナログ形式に変換され、そして、“送信チェーン”１１に供給される。ベースバンド・フィルタ１２はデジタル−アナログ変換処理に起因する雑音を除くフィルタ処理を行う。局部発振器１４の制御下にあるミキサ・ブロック１３は、次に、該信号を高周波信号にアップコンバートする。駆動増幅器１５と外部の電力増幅器１６はアンテナ２への高周波信号を増幅し、その結果、高周波ＲＦ信号１７がアンテナ２から送信される。
【００１５】
図３は図２の受信機の局部発振器６の更に詳細なブロック図である。送信機の局部発振器１４は同様な構成を有する。
【００１６】
局部発振器６は水晶発振器モジュール２０、位相ロック・ループ（ＰＬＬ）２１、及び周波数分割器２２を含む。位相ロック・ループ２１は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２３、位相検出器２４、チャージ・ポンプ２５、ループ・フィルタ２６、周波数分割器２４、及び新規のＶＣＯ制御回路２７を含む。ＰＬＬ２１は周波数分割器２４によって出力された信号２８の位相を水晶発振器モジュール２０によって出力された参照信号ＲＥＦ ＣＬＫ２９と比較することによって動作する。位相検出器２４から出力された信号３０は位相差を示す。チャージ・ポンプ２５とループ・フィルタ２６は信号３０をＶＣＯ２３の入力線５５上の制御電圧ＶＶ信号３１に変換する。制御電圧信号ＶＶは、ＶＣＯ２３によって出力される、ＰＬＬ出力信号３２の周波数を制御する。ＰＬＬ出力信号３２の周波数は周波数分割器２４によって分割されて帰還信号２８を生成する。ＰＬＬ２１がロックされているとき、ＰＬＬ出力信号３２の周波数はＲＥＦ ＣＬＫ信号２９の倍数であって、この倍数は周波数分割器２４が分割する分割数によって決定される。デジタル・ベースバンド集積回路３は、周波数分割器２４が分割する分割数を制御することによって、ＰＬＬ出力の周波数を制御する。デジタル・ベースバンド集積回路３は制御情報をＲＦトランシーバ集積回路４に伝達し、そして、この制御情報は、該分割数を変更するために、制御線３３を介して周波数分割器２４に伝達される。ＰＬＬ出力信号３２は周波数分割器２２によって指定された量だけ周波数低減させられる。周波数分割器２２の出力は局部発振器出力信号（ＬＯ）３４である。
【００１７】
図４は図３のＶＣＯ制御回路２７の１つの特別な例の更に詳細な図である。ＶＣＯ制御回路２７は、機能決定ブロック３５、バイアス電流設定回路３６、温度測定回路３７、及びバラクタ入力電圧測定回路３８を含む。
【００１８】
バイアス電流設定回路３６は電圧基準３９とバッファ（buffer）４０を含む。バッファ４０は、１．２５ボルトの安定な参照がノードＮ１上に存在するように、ノードＮ１を駆動する。もしスイッチＳ１が閉じられていると、その場合ノードＮ２上の電圧ＶＮ２は、抵抗器Ｒ１を介し、スイッチＳ１を介し、そして電流源４１を介して、ノードＮ１から接地導線４２に流れる電流の量によって決定される。電流源４１は、導体４３を介して機能決定ブロック３５によって設定される、指定された電流Ｉ１を供給する。抵抗器Ｒ１は、導体４４を介して機能決定ブロック３５によって設定される、抵抗を有する。機能決定ブロック３５は導体４５を用いてスイッチＳＷ１を開閉することが出来る。電流源４１は、０．３７５マイクロアンペアから０．６２５マイクロアンペアまでの大きさを有する電流を０．０３１２５ステップのステップで伝導するように設定されることが出来る。機能決定ブロック３５は、従って、導体４３〜４５上の制御信号によって、電圧ＶＮ２の大きさを約１．０６ボルトから約０．９３８ボルトまでの範囲内で、０．０１５６ボルト刻みで、設定することが出来る。もし機能決定ブロック３５が電流Ｉ１を変更するならば、電圧ＶＮ２の変化はキャパシタＣ１によって平滑化される。電圧ＶＮ２は、抵抗器Ｒ２とキャパシタＣ２を具備するＲＣ低域フィルタによってフィルタ処理される。機能決定ブロック３５は導体４６を介して抵抗器Ｒ２の値を設定することが出来る。結果として得られるノードＮ３上のフィルタ処理された電圧信号は、電圧電流変換レギュレータ４７によって、ＶＣＯバイアス電流（ＩＶＣＯ）４８に変換される。機能決定ブロック３５は、従って、ＶＣＯ２３に供給されるＩＶＣＯバイアス電流４８の大きさを設定することが出来る。
【００１９】
温度測定回路３７は、検出された温度を示すデジタル信号（Ｔ）を、導体（単数または複数）４９を介して、機能決定ブロック３５に供給する。バラクタ入力電圧測定回路３８はＶＣＯ入力制御信号３１を受信し、そして、信号３１の電圧の大きさを示すデジタル信号（ＶＶ）を、導体（単数または複数）５０を介して、機能決定ブロック３５に供給する。
【００２０】
図５はＶＣＯ２３の１つの例の回路図である。ＶＣＯ２３は、一対の交差結合された電界効果トランジスタ５１と５２、及びバラクタ５３とインダクタ（inductor）５４を含む共振回路、を含む。ＶＣＯバイアス電流（ＩＶＣＯ）４８は、カレント・ミラー（current mirror）５６を介して、ＶＣＯ２３の電流消費を設定する。
【００２１】
図６はＶＣＯ２３の理想化された性能を示すグラフである。該グラフは、ＶＣＯ制御入力信号３１の電圧が一定であると仮定して、ＶＣＯ出力信号ＶＣＯ ＯＵＴの周波数が、ＶＣＯバイアス電流４８の関数として、如何に変化するかを示す。
【００２２】
図３の局部発振器６のＰＬＬ２１の動作が、図７の単純化された波形図および図８の流れ図で説明される方法１００に関連して、ここに説明される。最初に、デジタル・ベースバンドＩＣ３がＲＦチャネル状態を周期的または連続的にモニタする。本例では、ＲＦチャネル状態は受信される信号７の信号対雑音比（ＳＮＲ）である。別の例では、ＲＦ無線チャネル状態は受信される信号７のＲＳＳＩ（Relative Signal Strength Indicator：相対信号強度インジケータ）である。ある期間、ＳＮＲは閾値以下である。デジタル・ベースバンドＩＣ３はＲＦチャネルのＳＮＲが閾値以下であると判定し、従って、デジタル・ベースバンドＩＣ３は電力制御命令５７を変更しない。ＶＣＯ制御回路２７はＶＣＯバイアス電流４８が高い量を有するように制御し続ける。図７に例示された例では、この高い量は最大０．３７５マイクロアンペアの量である。ＶＣＯ２３は従って高い電力状態で動作するように制御される。この動作の期間は図７における参照番号５８によって表わされる。
【００２３】
次に、デジタル・ベースバンドＩＣ３はＳＮＲが所定の値を超えたことを検出する。本例では、該検出されたＳＮＲは極めて良好なので、ＶＣＯは最小電力状態で動作させることが出来る。この検出は図７の時間５９で起きる。デジタル・ベースバンドＩＣ３は、制御線（単数または複数）６０を介して、電力状態を変える命令５７をＶＣＯ制御回路２７に伝達する。ＶＣＯ制御回路２７は電力状態を変える命令を受信し（図８のステップ１０１）、それに応答してＰＬＬ制御ループのループ帯域幅を徐々に拡大する（図８のステップ１０２）。ループ帯域幅が徐々に拡大される時間は図７の番号６１によって特定される。１つの例では、ＶＣＯ制御回路２７内部の機能決定ブロック３５が、ループ・フィルタ２６の抵抗値を変更することによって、ＰＬＬのループ帯域幅を拡大する。該ループ・フィルタはキャパシタとデジタル制御される可変抵抗器を含むＲＣフィルタである。可変抵抗器の抵抗は導体６２上の複数ビット・デジタル制御信号ＢＷＣ１によって減らされる。別の例では、ＶＣＯ制御回路２７内部の機能決定ブロック３５は、チャージ・ポンプ２５内部のチャージ・ポンプ電流を増やすことによって、ＰＬＬのループ帯域幅を拡大する。チャージ・ポンプ２５は複数のチャージ・ポンプ電流源を含む。何れのチャージ・ポンプが選択されるかは導体６３上の複数ビット・デジタル制御信号ＢＷＣ２によって決定される。チャージ・ポンプ電流を増加することはＰＬＬのループ帯域幅を拡大するという結果をもたらす。
【００２４】
ＰＬＬのループ帯域幅を拡大することはＰＬＬ出力信号の雑音を増やす。しかし、それは又ＰＬＬがループの損壊（disruptions）と摂動（perturbations）からより早く回復することを可能にする。もしＰＬＬのループ帯域幅が拡大されずに、そしてもしＶＣＯバイアス電流が変更される場合、ＰＬＬ制御ループは、ＶＣＯバイアス電流の変化に起因するループ摂動に十分早く回復することが出来ない可能性があって、ＰＬＬがロックから外れることがあり得る。ＰＬＬのループ帯域幅を拡大することは、ＶＣＯバイアス電流が変更される場合、該ループがロックから外れることを防止する。
【００２５】
次に、時間６４で開始して、ＶＣＯ制御回路２７内部の機能決定ブロック３５は、ＶＣＯの電力消費を減らすために、ＶＣＯバイアス電流４８を徐々に減らす（図８のステップ１０３）。機能決定ブロック３５は、電流源４１によって供給される電流Ｉ１を階段的に上げることによって、これを行う。電流Ｉ１を階段的に上げることの結果はノードＮ２とＮ３における電圧の階段的降下であり、そして、レギュレータ４７により出力されるＶＣＯバイアス電流４８の階段的減少である。１つの新規な態様では、機能決定ブロック３５は、クロック信号ＣＬＫによって計時されるデジタル論理ステート・マシン（state machine）である。機能決定ブロック３５は離散的な時間で電流Ｉ１を変更し、その結果、電流Ｉ１は図７に例示される上昇する階段波形によって表わされる。バイアス電流ＩＶＣＯ４８は、電力状態が、その最大値からその最小値まで、１０マイクロ秒未満では変更されないほど、十分ゆっくりと変更される。この期間は図７では参照番号６５によって特定される。
【００２６】
一旦ＶＣＯが低電力状態で動作すると、ＶＣＯ制御回路２７内部の機能決定ブロック３５はＰＬＬ制御ループのループ帯域幅を徐々に縮小する（図８のステップ１０４）。この緩慢な縮小は上記図８のステップ１０２の拡大の逆である。該緩慢な縮小は、ＲＣループ・フィルタ２６内の抵抗器の抵抗を上げることによって、及び／又は、チャージ・ポンプ２５内部のチャージ・ポンプ電流を減らすことによって、実行されることが出来る。図７の参照番号６６は、ＰＬＬのループ帯域幅が縮小される期間を特定する。図８左側の説明文で示されるように、ここで、ＰＬＬのループ帯域幅を拡大すること、ＶＣＯ電力を徐々に変更すること、そして次にＰＬＬのループ帯域幅を再び縮小すること、から成る全過程はＰＬＬ２１がロックから外れることなく行われる。
【００２７】
図７の例はＶＣＯの電力状態を減少させることに関与するけれども、ＶＣＯは最初低電力状態で動作しており、命令５７はＶＣＯの電力状態を増加させることであったとすることも可能である。図７では、ＶＣＯの電力状態は、その最小値と最大値との間を変化することが示されるが、この例は単に例示目的のために提示されている。実際の動作例では、ＶＣＯの電力状態は、最小ＶＣＯ電力または最大ＶＣＯ電力とは異なる電力レベルから、或いは該異なる電力レベルに向けて、変化するように制御されることが出来る。ＶＣＯ制御回路２７の１つの実施形態では、キャパシタＣ１は、ノードＮ２上の電圧ＶＮ２のステップが平滑化されてノードＮ２上の電圧ＶＮ２が点線６７によって示されるように現れるように、容量が決められる。
【００２８】
１つの例では、ＶＣＯの電力状態を変更するための起動力はデジタル・ベースバンドＩＣ３からの命令ではなく、むしろＶＣＯ入力線５５上の信号３１の電圧を中心に合わせるための決定である。その結果は信号３１の電圧を動作範囲の中央に合わせるということになり得る、或いは、該電圧を該中心近傍へと移動させることになり得る。バラクタ入力電圧測定回路３８は導線５５上の電圧を検出してデジタル化し、そして、結果得られたデジタル値ＶＶを導体５０を介して機能決定ブロック３５に供給する。デジタル値ＶＶは信号３１の電圧の大きさを示す。もし機能決定ブロック３５がこの中央に合わせる機能を可能にするように構成されるならば、そして、もし検出された時の導線５５上の検出電圧が最小限以下に低下するか又は最大限以上に上昇するならば、その場合、機能決定ブロック３５は、ＶＣＯ入力電圧が信号３１の動作電圧範囲の中央に近付けるように、ＶＣＯの電力状態を変更する。１つの例では、信号３１の動作電圧範囲は０．５ボルトから１．０ボルトまでである。ＶＣＯ入力電圧０．５ボルトはＰＬＬ出力（ＶＣＯ出力信号）周波数約４．０５ＧＨｚに対応する。ＶＣＯ入力電圧０．７５ボルトはＰＬＬ出力（ＶＣＯ出力信号）周波数約４．００ＧＨｚに対応する。ＶＣＯ入力電圧１．００ボルトはＰＬＬ出力（ＶＣＯ出力信号）周波数約３．９５ＧＨｚに対応する。最下限と最上限は、それぞれ、約０．６ボルト及び０．９ボルトである。ＶＣＯ入力電圧を中心に合わせることによって、ＶＣＯ内部のバラクタは、温度変動が該バラクタの容量を変化させる場合、動作電圧範囲内に滞在するためにより大きな余裕度を有することが出来る。
【００２９】
１つの例では、機能決定ブロック３５はデジタル・ステート・マシン或いはデジタルプロセッサであって、該マシン又はプロセッサは、検出されたバラクタ電圧、検出された温度、電源電圧ＶＤＤ、時間、設定情報、及びデジタル・ベースバンド集積回路３から受信されたままの電力状態を変更する命令５７、を含む多くの入力変数の関数として電流Ｉ１を変える。導体４３上の電流源制御信号を制御することに加えて、機能決定ブロック３５は該関数に従って、導体４４、４５、４６、６２及び６３上の諸制御信号を制御する。もし電源電圧が所定の低バッテリー電圧レベル以下に低下していると検出されるならば、その場合機能決定ブロックはＶＣＯ電力を下げて、ＶＣＯ電力が最適ＶＣＯの電力状態に維持された場合以上にバッテリー寿命を延長するために、あるＰＬＬ性能を犠牲にする。
【００３０】
１つの例では、ＶＣＯは、ＶＣＯ出力周波数が温度の関数として如何に変化するか、ＶＣＯ出力周波数がＶＤＤの関数として如何に変化するか、そして、ＶＣＯ出力周波数がＶＣＯバイアス電流の関数として如何に変化するか、を決定するために、温度に関して特徴づけられる。次に、機能決定ブロック３５は、検出された温度変化と検出された電源電圧ＶＤＤの変化を補償するために、ＶＣＯバイアス電流４８を調整する。設定情報は、ＶＣＯバイアス電流ＩＶＣＯを決定する全体機能の一定の諸態様をイネーブル（enable）あるいはディセーブル（disable）にする、イネーブル・ビット（enable bits）を含むことが出来る。該設定情報は１又は複数の設定レジスタ６４に書き込まれる。例えば、１つのビットはスイッチＳＷ１を開閉することが出来る。１つのビットはＶＣＯ入力電圧中央合わせ機能を有効または無効にすることが出来る。１つのビットは温度補償機能を有効または無効にすることが出来る。ある複数のビットは、ＢＷＣ１とＢＷＣ２の何れの１つ又は両方がＰＬＬループ帯域幅を拡大および縮小するために使用されるか、を決定することが出来て、他のセットのビットは、該ループ帯域幅が如何に早く変更されるか、を決定することが出来る。ある複数のビットは導体４４と４６上の諸信号の値を決定することが出来る。他の複数のビットはＶＣＯバイアス電流が如何に早く変更されるかを決定することが出来る。設定レジスタ６４で記憶される設定ビットは、モバイル通信装置１が使用されているときに、変更されることが出来る。機能決定ブロック３５は電流Ｉ１を決定するために複数の異なる機能を実装することが出来る。設定レジスタ６４で記憶される諸ビットは、可能な諸機能の内何れの１つが使用されているかを決定することが出来る。
【００３１】
ある特定の実施形態が教育的目的のために上記で説明されたけれども、本特許明細書の教示は一般的な適用性を有しており、上記で説明された具体的な諸実施形態に限定されることはない。新規のＶＣＯ制御回路はアナログ型位相ロック・ループに関連して開示されたけれども、本特許明細書で開示されるＶＣＯ制御回路の諸教示は、デジタル型位相ロック・ループとデジタル制御される発振器（digitally controlled oscillator）（ＤＣＯ）を用いる使用法に拡張可能である。従って、説明された具体的な諸実施形態の多様な特徴の、多様な修正、改造および組合せが、下記に説明される特許請求の範囲から逸脱することなく、実行されることが出来る。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）局部発振器内部の位相ロック・ループ（phase-locked loop）（ＰＬＬ）の電圧制御発振器（voltage controlled oscillator）（ＶＣＯ）の電力状態を変更するための命令を受信すること、ここにおいて、前記局部発振器はＲＦ通信装置の一部であり、前記ＰＬＬはループ帯域幅を有し、そしてバイアス電流が該ＶＣＯに印加される；
（ｂ）前記（ａ）における前記命令を受信することに応答して、前記ＰＬＬのループ帯域幅を拡大すること；
（ｃ）前記（ｂ）の前記拡大することの後で、前記ＶＣＯに印加されるバイアス電流を変更すること；及び
（ｄ）前記（ｃ）の変更することの後で、前記ＰＬＬのループ帯域幅を縮小することを具備し、前記（ａ）〜（ｄ）のステップは前記ＰＬＬがロックされたままの間に実行される、方法。
【請求項２】
前記（ｃ）において、前記バイアス電流は複数のステップで変更され、該ステップ数は４より多い、請求項１の方法。
【請求項３】
前記（ｃ）において、前記バイアス電流は１０マイクロ秒より多い時間に亘って変更され、前記ＲＦ通信装置はセルラー電話であり、そして前記ＶＣＯは１ＧＨｚより大である周波数を有する信号を出力する、請求項１の方法。
【請求項４】
前記ＶＣＯに印加される入力電圧を検出することを更に具備し、前記ＶＣＯに供給されるバイアス電流は少なくとも前記検出された入力電圧と前記命令の関数である、請求項１の方法。
【請求項５】
温度を検出することを更に具備し、前記ＶＣＯに供給されるバイアス電流は少なくとも前記温度と前記命令の関数である、請求項１の方法。
【請求項６】
設定情報をＶＣＯ制御回路に伝達することを更に具備し、前記ＶＣＯ制御回路は前記ＶＣＯにバイアス電流を供給し、そして設定情報は、前記ＶＣＯ制御回路が前記（ｃ）において前記バイアス電流を如何に変更するか、を少なくとも部分的に決定する、請求項１の方法。
【請求項７】
前期設定情報は前記（ａ）において受信される命令を含む、請求項６の方法。
【請求項８】
前記ＶＣＯ制御回路へのデジタル・クロック信号を受信することを更に具備し、前記ＶＣＯ制御回路は、前記（ｃ）におけるバイアス電流の変更のタイミングを制御するために、前記デジタル・クロック信号を利用する、請求項６の方法。
【請求項９】
位相ロック・ループ（ＰＬＬ）であって、
ＶＣＯバイアス電流を受ける電圧制御発振器（ＶＣＯ）と、
ＶＣＯ制御回路とを具備し、前記ＶＣＯ制御回路はＶＣＯバイアス電流を出力し且つ又前記ＰＬＬのループ帯域幅を制御する信号を出力し、前記ＰＬＬはモバイルＲＦ通信装置の一部である、
位相ロック・ループ（ＰＬＬ）。
【請求項１０】
前記ＶＣＯ制御回路は前記ＶＣＯバイアス電流を、第１のＶＣＯバイアス電流から第２のＶＣＯバイアス電流へと、前記ＰＬＬがロックされたままであるように、少なくとも１０マイクロ秒の時間に亘って滑らかに変える、請求項９のＰＬＬ。
【請求項１１】
前記ＶＣＯ制御回路は前記ＶＣＯの電力状態を変更するための命令を受信する、請求項９のＰＬＬ。
【請求項１２】
ループ・フィルタを更に具備し、前記ＰＬＬのループ帯域幅を制御する前記信号は前記ＶＣＯ制御回路によって該ループ・フィルタに供給される、請求項９のＰＬＬ。
【請求項１３】
チャージ・ポンプを更に具備し、前記ＰＬＬのループ帯域幅を制御する前記信号は前記ＶＣＯ制御回路によって前記チャージ・ポンプに供給される、請求項９のＰＬＬ。
【請求項１４】
ループ・フィルタを更に具備し、前記ループ・フィルタは前記ＶＣＯに電圧信号を供給する、及び、前記ＶＣＯ制御回路は前記電圧信号を受信しそして前記電圧信号に少なくとも部分的に基づいて前記ＶＣＯバイアス電流を制御する、請求項９のＰＬＬ。
【請求項１５】
ＲＦ通信装置の局部発振器の位相ロック・ループ（ＰＬＬ）であって、
ＶＣＯバイアス電流を受ける電圧制御発振器（ＶＣＯ）と、
前記ＰＬＬのループ帯域幅を拡大し、次に前記ＶＣＯバイアス電流を、第１のＶＣＯバイアス電流から第２のＶＣＯバイアス電流まで、少なくとも１０マイクロ秒の時間に亘って滑らかに変更し、そして次に前記ＰＬＬのループ帯域幅を縮小するための手段を具備し、前記ＶＣＯバイアス電流の前記変更は前記ＰＬＬがロックを外すことなく行われる、ＰＬＬ。
【請求項１６】
前記手段はデジタル設定情報を該手段に書き込むことによって構成可能である、請求項１５のＰＬＬ。
【請求項１７】
（ａ）電圧制御発振器（ＶＣＯ）に供給されるＶＣＯ入力電圧を検出すること、ここにおいて、前記ＶＣＯはバラクタを含み、そして前記ＶＣＯはＲＦ通信装置の局部発振器内部の位相ロック・ループ（ＰＬＬ）の一部である、
（ｂ）前記検出に基づいて前記ＶＣＯに供給されるバイアス電流を変更することを具備し、前記ＰＬＬは、前記（ａ）の前記検出及び前記（ｂ）の前記変更の期間中ロックされたままである、方法。
【請求項１８】
前記（ａ）において検出される前記ＶＣＯ入力電圧が入力電圧範囲の入力電圧限界に近いかどうかを判定すること、及び、もし前記ＶＣＯ入力電圧が入力電圧限界に近いと判定される場合、前記ＶＣＯ入力電圧が該範囲の中央に合わせられるように、前記（ｂ）において前記ＶＣＯのバイアス電流を変更することを更に具備する、請求項１７の方法。
【請求項１９】
温度を検出することを更に具備し、前記バイアス電流は前記検出されたＶＣＯ入力電圧と前記検出された温度双方の関数として前記（ｂ）において変更される、請求項１７の方法。
【請求項２０】
クロック信号を受信すること、及び前記クロック信号を前記（ｂ）における前記バイアス電流の変更に際して使用することを更に具備する、請求項１７の方法。
【請求項２１】
前記（ｂ）の変更することは、
（ｂ１）前記ＰＬＬのループ帯域幅を拡大すること、
（ｂ２）前記（ｂ１）の前記拡大の後、前記ＶＣＯに供給される前記バイアス電流を変更すること、及び
（ｂ３）前記ＰＬＬのループ帯域幅を縮小すること
を含む、請求項１７の方法。
【請求項２２】
前記バイアス電流は複数のステップで変更され、前記ステップ数は４より多い、請求項２１の方法。
【請求項２３】
ＲＦチャネル状態を判定すること、及び、前記判定されたＲＦチャネル状態に少なくとも部分的に基づいて前記ＶＣＯの電力状態が変更されるべきであるということを決定することを更に具備し、前記ＶＣＯの電力状態が変更されるべきであるという決定に応答して、前記（ｂ）において前記バイアス電流が変更される、請求項１７の方法。
【請求項２４】
前記ＲＦチャネル状態は、信号対雑音比（signal-to-noise ratio）（ＳＮＲ）値、及び受信信号強度インジケータ（received signal strength indicator）（ＲＳＳＩ）値、から成るグループから取られる、請求項２３の方法。
【請求項２５】
前記（ａ）における該ＶＣＯ入力電圧の検出と前記（ｂ）における前記バイアス電流の変更はＶＣＯ制御回路によって実行され、前記ＶＣＯ制御回路は前記ＰＬＬのループ・フィルタに制御信号を供給する、請求項１７の方法。
【請求項１】
（ａ）局部発振器内部の位相ロック・ループ（phase-locked loop）（ＰＬＬ）の電圧制御発振器（voltage controlled oscillator）（ＶＣＯ）の電力状態を変更するための命令を受信すること、ここにおいて、前記局部発振器はＲＦ通信装置の一部であり、前記ＰＬＬはループ帯域幅を有し、そしてバイアス電流が該ＶＣＯに印加される；
（ｂ）前記（ａ）における前記命令を受信することに応答して、前記ＰＬＬのループ帯域幅を拡大すること；
（ｃ）前記（ｂ）の前記拡大することの後で、前記ＶＣＯに印加されるバイアス電流を変更すること；及び
（ｄ）前記（ｃ）の変更することの後で、前記ＰＬＬのループ帯域幅を縮小することを具備し、前記（ａ）〜（ｄ）のステップは前記ＰＬＬがロックされたままの間に実行される、方法。
【請求項２】
前記（ｃ）において、前記バイアス電流は複数のステップで変更され、該ステップ数は４より多い、請求項１の方法。
【請求項３】
前記（ｃ）において、前記バイアス電流は１０マイクロ秒より多い時間に亘って変更され、前記ＲＦ通信装置はセルラー電話であり、そして前記ＶＣＯは１ＧＨｚより大である周波数を有する信号を出力する、請求項１の方法。
【請求項４】
前記ＶＣＯに印加される入力電圧を検出することを更に具備し、前記ＶＣＯに供給されるバイアス電流は少なくとも前記検出された入力電圧と前記命令の関数である、請求項１の方法。
【請求項５】
温度を検出することを更に具備し、前記ＶＣＯに供給されるバイアス電流は少なくとも前記温度と前記命令の関数である、請求項１の方法。
【請求項６】
設定情報をＶＣＯ制御回路に伝達することを更に具備し、前記ＶＣＯ制御回路は前記ＶＣＯにバイアス電流を供給し、そして設定情報は、前記ＶＣＯ制御回路が前記（ｃ）において前記バイアス電流を如何に変更するか、を少なくとも部分的に決定する、請求項１の方法。
【請求項７】
前期設定情報は前記（ａ）において受信される命令を含む、請求項６の方法。
【請求項８】
前記ＶＣＯ制御回路へのデジタル・クロック信号を受信することを更に具備し、前記ＶＣＯ制御回路は、前記（ｃ）におけるバイアス電流の変更のタイミングを制御するために、前記デジタル・クロック信号を利用する、請求項６の方法。
【請求項９】
位相ロック・ループ（ＰＬＬ）であって、
ＶＣＯバイアス電流を受ける電圧制御発振器（ＶＣＯ）と、
ＶＣＯ制御回路とを具備し、前記ＶＣＯ制御回路はＶＣＯバイアス電流を出力し且つ又前記ＰＬＬのループ帯域幅を制御する信号を出力し、前記ＰＬＬはモバイルＲＦ通信装置の一部である、
位相ロック・ループ（ＰＬＬ）。
【請求項１０】
前記ＶＣＯ制御回路は前記ＶＣＯバイアス電流を、第１のＶＣＯバイアス電流から第２のＶＣＯバイアス電流へと、前記ＰＬＬがロックされたままであるように、少なくとも１０マイクロ秒の時間に亘って滑らかに変える、請求項９のＰＬＬ。
【請求項１１】
前記ＶＣＯ制御回路は前記ＶＣＯの電力状態を変更するための命令を受信する、請求項９のＰＬＬ。
【請求項１２】
ループ・フィルタを更に具備し、前記ＰＬＬのループ帯域幅を制御する前記信号は前記ＶＣＯ制御回路によって該ループ・フィルタに供給される、請求項９のＰＬＬ。
【請求項１３】
チャージ・ポンプを更に具備し、前記ＰＬＬのループ帯域幅を制御する前記信号は前記ＶＣＯ制御回路によって前記チャージ・ポンプに供給される、請求項９のＰＬＬ。
【請求項１４】
ループ・フィルタを更に具備し、前記ループ・フィルタは前記ＶＣＯに電圧信号を供給する、及び、前記ＶＣＯ制御回路は前記電圧信号を受信しそして前記電圧信号に少なくとも部分的に基づいて前記ＶＣＯバイアス電流を制御する、請求項９のＰＬＬ。
【請求項１５】
ＲＦ通信装置の局部発振器の位相ロック・ループ（ＰＬＬ）であって、
ＶＣＯバイアス電流を受ける電圧制御発振器（ＶＣＯ）と、
前記ＰＬＬのループ帯域幅を拡大し、次に前記ＶＣＯバイアス電流を、第１のＶＣＯバイアス電流から第２のＶＣＯバイアス電流まで、少なくとも１０マイクロ秒の時間に亘って滑らかに変更し、そして次に前記ＰＬＬのループ帯域幅を縮小するための手段を具備し、前記ＶＣＯバイアス電流の前記変更は前記ＰＬＬがロックを外すことなく行われる、ＰＬＬ。
【請求項１６】
前記手段はデジタル設定情報を該手段に書き込むことによって構成可能である、請求項１５のＰＬＬ。
【請求項１７】
（ａ）電圧制御発振器（ＶＣＯ）に供給されるＶＣＯ入力電圧を検出すること、ここにおいて、前記ＶＣＯはバラクタを含み、そして前記ＶＣＯはＲＦ通信装置の局部発振器内部の位相ロック・ループ（ＰＬＬ）の一部である、
（ｂ）前記検出に基づいて前記ＶＣＯに供給されるバイアス電流を変更することを具備し、前記ＰＬＬは、前記（ａ）の前記検出及び前記（ｂ）の前記変更の期間中ロックされたままである、方法。
【請求項１８】
前記（ａ）において検出される前記ＶＣＯ入力電圧が入力電圧範囲の入力電圧限界に近いかどうかを判定すること、及び、もし前記ＶＣＯ入力電圧が入力電圧限界に近いと判定される場合、前記ＶＣＯ入力電圧が該範囲の中央に合わせられるように、前記（ｂ）において前記ＶＣＯのバイアス電流を変更することを更に具備する、請求項１７の方法。
【請求項１９】
温度を検出することを更に具備し、前記バイアス電流は前記検出されたＶＣＯ入力電圧と前記検出された温度双方の関数として前記（ｂ）において変更される、請求項１７の方法。
【請求項２０】
クロック信号を受信すること、及び前記クロック信号を前記（ｂ）における前記バイアス電流の変更に際して使用することを更に具備する、請求項１７の方法。
【請求項２１】
前記（ｂ）の変更することは、
（ｂ１）前記ＰＬＬのループ帯域幅を拡大すること、
（ｂ２）前記（ｂ１）の前記拡大の後、前記ＶＣＯに供給される前記バイアス電流を変更すること、及び
（ｂ３）前記ＰＬＬのループ帯域幅を縮小すること
を含む、請求項１７の方法。
【請求項２２】
前記バイアス電流は複数のステップで変更され、前記ステップ数は４より多い、請求項２１の方法。
【請求項２３】
ＲＦチャネル状態を判定すること、及び、前記判定されたＲＦチャネル状態に少なくとも部分的に基づいて前記ＶＣＯの電力状態が変更されるべきであるということを決定することを更に具備し、前記ＶＣＯの電力状態が変更されるべきであるという決定に応答して、前記（ｂ）において前記バイアス電流が変更される、請求項１７の方法。
【請求項２４】
前記ＲＦチャネル状態は、信号対雑音比（signal-to-noise ratio）（ＳＮＲ）値、及び受信信号強度インジケータ（received signal strength indicator）（ＲＳＳＩ）値、から成るグループから取られる、請求項２３の方法。
【請求項２５】
前記（ａ）における該ＶＣＯ入力電圧の検出と前記（ｂ）における前記バイアス電流の変更はＶＣＯ制御回路によって実行され、前記ＶＣＯ制御回路は前記ＰＬＬのループ・フィルタに制御信号を供給する、請求項１７の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−６２８４５（Ｐ２０１３−６２８４５Ａ）
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２４２６７２（Ｐ２０１２−２４２６７２）
【出願日】平成２４年１１月２日（２０１２．１１．２）
【分割の表示】特願２０１０−５３１２５９（Ｐ２０１０−５３１２５９）の分割
【原出願日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＷＣＤＭＡ
【出願人】（５９５０２０６４３）クゥアルコム・インコーポレイテッド (7,166)
【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＬＣＯＭＭ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４２６７２（Ｐ２０１２−２４２６７２）
【出願日】平成２４年１１月２日（２０１２．１１．２）
【分割の表示】特願２０１０−５３１２５９（Ｐ２０１０−５３１２５９）の分割
【原出願日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＷＣＤＭＡ
【出願人】（５９５０２０６４３）クゥアルコム・インコーポレイテッド (7,166)
【氏名又は名称原語表記】ＱＵＡＬＣＯＭＭ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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