ITTO970970A1 - Circuito ad aggancio di fase. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Circuito ad aggancio di fase"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ai circuiti ad aggancio di fase secondo il preambolo della rivendicazione 1. Si tratta dei circuiti correntemente denominati PLL (acronimo delle parole Phase Locked Loop) .

Nati originariamente per risolvere il problema dell'aggancio della fase della portante in un ricevitore, tali circuiti hanno successivamente trovato impiego nei settori più diversi, quali ad 'esempio la sintesi di frequenza, nelle sue varie applicazioni, o i controlli automatici.

La presente invenzione è stata sviluppata con particolare attenzione alle esigenze di realizzare un PLL (per brevità nel seguito della presente descrizione si farà costante uso di tale acronimo), caratterizzato da un basso valore di jitter, suscettibile di trovare applicazione nella distribuzione di clock veloci all'interno di circuiti integrati o di piastre a circuito stampato, ovvero, più in generale, in applicazioni che richiedano sintesi di frequenza.

In modo specìfico, l'invenzione è scaturita da attività dirette a realizzare un PLL destinato a realizzare l'aggancio di fase e/o l'aggancio e moltiplicazione di frequenza su un segnale di orologio per applicazioni per esempio SDH (Synchronous Digital Hierarchy = Gerarchia Sincronia Numerica), e avente le seguenti caratteristiche:

- frequenza di uscita: 19-622 MHz,

- frequenza di ingresso: 19-155 MHz,

- basso valore di jitter (ad esempio in conformità con la norma ITU-T G.783 che prevede, per le applicazioni SDH, un valore di jitter inferiore a 0,01 unità informative rms, il che corrisponde ad un valore di 16 ps alla frequenza di 622 MHz).

E' del tutto evidente che i valori sopra richiamati hanno soltanto lo scopo di consentire al tecnico esperto del settore di farsi una più precisa idea delle grandezze suscettibili di entrare in gioco nel contesto considerato: essi non devono quindi essere in alcun modo intesi come limitativi della portata dell’invenzione.

L'architettura tradizionale di un PLL prevede di solito la presenza di uno stadio comparatore di fase (ed eventualmente di frequenza), seguito da un cosiddetto filtro di anello (configurato di solito come un filtro passa-basso) ed ancora da un oscillatore (di solito realizzato sotto forma di un oscillatore controllato in tensione o VCO, acronimo delle parole inglesi Voltage Controlled Oscillatori.

Il segnale di uscita desunto o derivato dall'uscita dell'oscillatore viene riportato all'ingresso dello stadio comparatore di ingresso secondo la tipica configurazione di un circuito a retroazione. La presenza di circuiti divisori di frequenza, ad esempio, nell'anello di retroazione consente di far funzionare il circuito come circuito moltiplicatore di frequenza. La presenza di circuiti divisori a monte del comparatore consente di estendere la funzione di moltiplicazione di frequenza a rapporti frequenza di uscita/frequenza di ingresso diversi da un numero intero.

Questi concetti sono ben noti al tecnico esperto del settore e non richiedono quindi di essere illustrati in maggior dettaglio in questa sede. Parimenti noto è il fatto che, volendo realizzare un PLL sotto forma di circuito integrato o integrabile, è necessario tenere conto di diversi fattori limitativi.

Per l'oscillatore è di solito necessario ricorrere ad una struttura ad anello, non essendo praticamente possibile ricorrere ad un oscillatore di tipo LC per le ben note limitazioni inerenti alla realizzazione di induttanze a livello di circuito integrato, in particolare per la tecnologia CMOS che è di impiego comune nelle applicazioni previste per l'invenzione .

L'esigenza di realizzare il filtro di anello come parte del circuito integrato impone poi, per questioni realizzative, il ricorso a valori di capacità piccoli rispetto ai valori convenienti nella realizzazione quale circuito a componenti discreti.

Un'altra difficoltà è data dal fatto che il processo di integrazione può dare origine a variazioni del comportamento dei componenti, e dunque dei circuiti, rispetto ai parametri ideali attesi, con ulteriori fattori di variabilità inerenti alle variazioni della tensione di alimentazione e della temperatura di funzionamento. Fattori, questi, che assumono particolare rilievo nel caso della tecnologia CMOS.

Un altro fattore di possibile criticità nasce dall'esigenza di effettuare una scelta giudiziosa della frequenza di taglio nella funzione di trasferìmento del jitter, che si vorrebbe poter scegliere quanto più bassa possibile per esaltare l'effetto di riduzione del jitter stesso ad opera del filtro. Esigenza, quest'ultima, che di fatto contrasta con l'impossibilità di ottenere valori elevati di capacità del filtro.

Il problema posto alla base dell'invenzione è quindi quello di realizzare un PLL in grado di soddisfare alle esigenze di funzionamento descritte in precedenza pur tenendo conto delle intrinseche limitazioni richiamate.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto grazie ad un circuito ad aggancio di fase avente le caratteristiche richiamate in modo specifico nelle rivendicazioni che seguono.

In particolare, la soluzione secondo l'invenzione offre la possibilità di scegliere la caratteristica di funzionamento dell'oscillatore, con la conseguente possibilità di abbassare il valore di sensibilità (KD) dell'oscillatore stesso, mantenendolo sostanzialmente costante al variare di grandezze quali, ad esempio, la temperatura, la tensione di alimentazione ed i parametri del processo di integrazione.

Tutto ciò si traduce nella possibilità di contenere a valori ridotti la frequenza caratteristica dell'anello, senza penalizzare in modo eccessivo la sensibilità (Kd) del comparatore d'ingresso, anche in presenza di valori della capacità del filtro di anello necessariamente contenuti per effetto del processo di integrazione.

Anche se la parte introduttiva della presente descrizione e la successiva descrizione particolareggiata di un esempio di attuazione dell'invenzione si riferiscono ad un PLL destinato ad essere realizzato sotto forma di circuito integrato, la portata dell'invenzione non deve essere considerata in alcun modo limitata a tale specifico contesto. In pratica, l'invenzione trova applicazione in tutte le situazioni in cui si determinano, singolarmente o in combinazione, i problemi enunciati in precedenza. Ciò vale in particolare per quanto riguarda la realizzazione dell'oscillatore.

L'invenzione verrà ora descritta, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni annessi, nei quali:

- la figura 1 illustra, sotto forma di un generale schema a blocchi, la struttura di un circuito realizzato secondo l'invenzione,

- la figura 2 illustra una possibile struttura di un primo elemento del circuito della figura 1, - le figure 3A a 3C sono diagrammi che rappresentano le caratteristiche di funzionamento dell'elemento illustrato nella figura 2,

- la figura 4 illustra con maggiori dettagli un secondo elemento del circuito della figura 1,

- le figure 5A e 5B illustrano il funzionamento di un modulo ad isteresi comparso nell'elemento illustrato nella figura 4,

- la figura 6 illustra, ancora sotto forma di schema a blocchi, la struttura interna di una delle parti illustrate nella figura 4,

- la figura 7 illustra, sotto forma di diagramma di stato, il funzionamento di quanto illustrato nella figura 6, e

- la figura 8 illustra in dettaglio il funzionamento della parte di circuito, e a cui si riferiscono le figure 4 a 7.

Nello schema a blocchi della figura 1, il riferimento 1 indica nel complesso un circuito PLL che, secondo una configurazione di per sé nota, comprende i seguenti elementi o moduli:

- un comparatore di fase/frequenza 2 avente associato, come circuito di uscita, un circuito 3 del tipo correntemente denominato "pompa di corrente", - un filtro di anello 4 che riceve il segnale di uscita della pompa di corrente 3,

- un oscillatore 5,configurato come VCO (oscillatore controllato in tensione) e pilotato dal segnale di uscita del filtro di anello 4,

- un primo divisore di frequenza 6 che agisce sul segnale di uscita dell'oscillatore 5,

- un secondo divisore di frequenza 7 inserito, secondo le modalità che verranno meglio illustrate nel seguito, nell'anello di retroazione del circuito, e

- un modulo generale di controllo 8 destinato a permettere la riconfigurazione del circuito secondo le modalità meglio illustrate nel seguito.

In particolare il modulo 8 è stato qui illustrato come idealmente suddiviso in due parti, indicate rispettivamente con 80 ed 81. Nel seguito, per semplicità, il termine "modulo" sarà usato per indicare ciascuna delle due parti.

Di queste, la parte 80 svolge la normale funzione di controllo del funzionamento del PLL, in particolare intervenendo sull'oscillatore 5 nonché sui divisori 6 e 7 in funzione di un segnale di configurazione CI proveniente dall'estèrno su una linea 13. I riferimenti 20, 21 e 22 illustrano tre linee attraverso le quali il modulo di controllo 80 agisce.

rispettivamente, sull'oscillatore 5, sul primo divisore 6 e sul secondo divisore 7.

La parte 81 è invece specificatamente dedicata al controllo del funzionamento dell'oscillatore 5, tramite una linea 200.

Il segnale di orologio nei confronti del quale deve essere svolta la funzione di aggancio di fase e/o aggancio e moltiplicazione di frequenza secondo l'esempio di realizzazione descritto è stato denominato CLKIN. Questo segnale viene portato su una linea 10 all'ingresso del comparatore 2 e, su una linea 11, a uno degli ingressi del modulo di controllo 81. Quest'ultimo riceve anche, su una seconda linea 12, un segnale corrispondente all'uscita del comparatore 2, in particolare il segnale di uscita del filtro di anello 4.

Questa scelta non deve comunque ritenersi vincolante: una funzione sostanzialmente simile potrebbe essere pilotata, ad esempio, in funzione dell'uscita della pompa di corrente 3. In ogni caso il pilotaggio in funzione dell'uscita del filtro di anello 4 si dimostra vantaggioso perché trae beneficio dell'azione filtrante attuata dal filtro 4 stesso.

Il segnale di uscita dell'oscillatore 5, denominato CLKOUT, costituisce il segnale di uscita del circuito presente su una linea 14.

Lo stesso segnale viene anche inviato, su una linea 15, al divisore 6 che deriva dallo stesso un segnale di uscita diviso in frequenza, denominato DCLKOUT , presente su una linea 16.

Un segnale di retroazione, denominato FBCLK, presente su una linea 17, viene rinviato verso il comparatore 2 tanto attraverso una linea diretta 18 quanto attraverso una linea secondaria 19 che attraversa il secondo divisore 7.

Così come comprensibile per il tecnico esperto del settore, l'accessibilità della linea 17 dall'esterno del circuito 1 è destinata a consentire una maggiore flessibilità nella realizzazione della chiusura dell'anello di retroazione.

L'azione di retroazione verso il comparatore 2 può quindi essere realizzata tanto a partire dal segnale di uscita CLKOUT presente sulla linea 14 quanto a partire dal segnale DCLKOUT diviso in frequenza presente sulla linea 16, quanto ancora da un qualsiasi altro elemento disposto a valle delle linee 14 e 16. Questa scelta può risultare vantaggiosa per poter tener conto, ad esempio, degli eventuali ulteriori scostamenti di fase indotti da tali elementi a valle.

Si tratta comunque di una scelta preferenziale, non imperativa e, nel seguito della presente illustrazione, si potrà idealmente immaginare che la linea di retroazione 17 sia semplicemente chiusa sulla linea di uscita 14 così come schematicamente indicato nella figura 1 con una linea a tratti.

Analogamente facoltativa è la presenza dei due divisori 6, 7, la cui funzione è quella di generare in uscita un segnale diviso in frequenza (DCLKOUT) e, rispettivamente, consentire lo svolgimento dell'azione di moltiplicazione di frequenza.

Lo sdoppiamento del percorso di retroazione nelle due linee 18, 19 è destinato a tener conto del fatto che, in sostanziale analogia con quanto detto in precedenza riguardo all'uscita del circuito 1, il divisore 7 può indurre nell'anello di retroazione ritardi non esattamente determinabili. Si può quindi prevedere, secondo criteri peraltro noti, che il circuito 1 venga avviato inizialmente facendo si che il comparatore 2 sfrutti, come linea di retroazione, la linea "diretta" 18, così da permettere il raggiungimento delle desiderate condizioni di aggancio nel circuito. Al raggiungimento di tale condizione, il comparatore 2 può allora tenere in conto il segnale presente sulla linea 19 in cui è inserito il divisore 7. Questo facendo in modo che quest'ultimo svolga la sua funzione (in pratica sotto forma di una decimazione di ordine N degli impulsi costituenti il suo segnale di ingresso) senza modificare le condizioni di aggancio stabilite ricorrendo alla linea diretta 18.

Una caratteristica preferenziale del circuito 1 (caratteristica non riprodotta per semplicità nello schema generale della figura 1, ma comunque desumibile, ad esempio, dalle figure 2 e 4, relative ai singoli elementi) è data dal ricorso, almeno per la pompa di corrente 3, il filtro di anello 4 e l'oscillatore 5, ad una struttura differenziale. Con struttura differenziale si intende indicare in generale una struttura in cui il segnale trasferito da un elemento <'>all'altro è in realtà costituito dalla differenza del valore di segnale (tipicamente di tensione) presente su due linee complementari, rispettivamente positiva e negativa (o invertente).

Questa scelta offre fra l'altro il vantaggio di conseguire una minore sensibilità nei confronti del rumore, in particolare del rumore sull'alimentazione, dando anche origine ad una minore generazione di disturbi (è infatti possibile lavorare con segnali più piccoli e complementari, con circuiti che funzionano in zona lineare).

Lo schema della figura 2 illustra in maggior dettaglio la struttura dell'oscillatore 5, realizzato, come già si è detto in precedenza, secondo la tipica configurazione dell'oscillatore controllato in tensione o VCO. La struttura è di per sé nota, ma è riportata per facilità di comprensione dell'invenzione.

Nell'esempio di attuazione illustrato, l'oscillatore 5 è costituito da tre elementi o stadi di ritardo 23 collegati in cascata fra loro: si noti la struttura complementare delle rispettive linee di collegamento 24 nonché della linea di retroazione 25 che collega (in modo invertente, quindi creando una controreazione negativa) l'uscita dell'elemento dì ritardo 23 più a valle con l'ingresso dell'elemento analogo situato più a monte.

Il riferimento numerico 26 indica un circuito tampone (buffer) di uscita che interviene sul segnale di uscita dell'elemento 23 più a valle così da renderlo compatibile per l'invio sulla linea 14 (e sulla lìnea 15, se presente).

Il riferimento 27 indica un circuito di controllo che riceve in ingresso (di preferenza in configurazione complementare, su due linee indicate rispettivamente con 40 e 41) il segnale di uscita del filtro di anello 4. Il circuito 27 riceve anche, quali segnali di controllo di configurazione, i segnali provenienti sulle linee 20 e 200.

Lo schema di oscillatore illustrato nella figura 2 prevede che il controllo di frequenza venga effettuato variando l'impedenza di uscita del singolo stadio (o elemento) 23, mirando altresì a conseguire un'escursione di tensione costante all'uscita del singolo stadio. Le relative modalità di controllo a partire dal modulo 27 corrispondono sostanzialmente a quelle descritte per esempio nel lavoro "Fully Integrated CMOS Phase-Locked Loop with 15 to 240 MHz Locking Range and ± 50 ps jitter" di Ilya Novof et al, in ISSCC Dig. Tech. Papers, February 1995, pp.

112-113 .

Il modulo di controllo 80 agisce sul modulo 27 attraverso l'ingresso 20 secondo le modalità descritte nel lavoro di Novof et al. citato in precedenza, in particolare con riferimento alla figura 7, consentendo di realizzare il filtro 4 come componente sostanzialmente capacitiva, controllando altresì lo smorzamento del circuito in funzione dei fattori di divisione dei divisori 6 e 7.

Il modulo di controllo 81 agisce sul modulo 27 attraverso l'ingresso 200 in modo che il VCO operi secondo una fra più caratteristiche frequenza/tensione come schematicamente illustrati nei diagrammi delle figure 3A-3C.

Tali figure corrispondono all'andamento della caratteristica frequenza/tensione dell'oscillatore 5 rilevata in tre diverse condizioni, ed in particolare a tre diversi livelli di temperatura e tre diversi risultati del processo tecnologico, ossia:

- temperatura ambientale molto elevata (p. esempio 80°C) e parametri di processo lenti (figura 3A) ,

- condizioni ambientali normali (25°C) e parametri di processo tipici (figura 3B),

- condizioni ambientali piuttosto fredde, quali quelle che possono determinarsi, fra l'altro, per effetto dell'esposizione del circuito all'azione di un dispositivo refrigeratore, e parametri di processo veloci (figura 3C).

Si sono usati i termini "parametri veloci" e "parametri lenti" in quanto la variabilità dei risultati del processo tecnologico si traduce in pratica in una maggior o minor velocità di funzionamento del componente.

Per ciascuna condizione si ha una famiglia di caratteristiche (in numero di otto nell'esempio di attuazione illustrato). Le varie caratteristiche in ciascuna famiglia corrispondono ad una diversa configurazione di pilotaggio dell'oscillatore 5 da parte del circuito 27, ossia ad un certo numero di comportamenti differenziati dell'andamento della frequenza di uscita in funzione della tensione di ingresso per diversi valori della combinazione logica applicata sulla linea 200.

A titolo di esempio (da prendersi in tutta evidenza come tale, dal momento che la soluzione descritta si presta a numerose varianti funzionalmente equivalenti) si può immaginare che in tutte e tre le figure 3A-3C la caratteristica più in basso corrisponda ad una combinazione logica di ingresso sulla linea 200 pari a "000", mentre la caratteristica più in alto corrisponde ad una combinazione diversa, quale ad esempio "111". Naturalmente, fermo restando il principio, la soluzione descritta si presta ad essere attuata ricorrendo ad un numero maggiore o minore di caratteristiche ovvero ancora, almeno virtualmente, con la possibilità di scegliere la singola caratteristica adottata nel novero di una gamma non più discreta (come nel caso dell'esempio illustrato), ma continua o sostanzialmente continua.

Va ancora osservato che, mentre la presente descrizione particolareggiata fa specifico riferimento, quale parametro suscettibile di determinare la variazione delle caratteristiche, alla temperatura, un comportamento della stessa natura può essere rilevato - mutatis mutandis - in funzione di altri parametri quali, ad esempio, la tensione di alimentazione ovvero altre variabili del processo di integrazione.

I parametri rappresentati dalle caratteristiche sopra evidenziate possono risultare crìtici ai fini del corretto funzionamento del dispositivo.

Ad esempio è possibile dimostrare che la pulsazione corrispondente alla frequenza di taglio della funzione di trasferimento della fase del PLL è esprimibile con la seguente relazione

(I)

dove ωη è appunto la pulsazione in questione, N è il fattore di divisione espresso dal divisore 7 (se presente; nel caso in cui tale divisore non sia presente si avrà N=l), C è il valore di capacità corrispondente al comportamento del filtro 4 mentre Kd e Kc esprimono la sensibilità del comparatore 2 e dell'oscillatore 5.

In modo specifico, il segnale (in corrente) id generato del complesso comparatore 2 - pompa di corrente 3 è esprimibile come

dove ve è lo scarto di fase presente all'ingresso del comparatore 2.

La pulsazione ω0 all'uscita dell'oscillatore 5 è invece esprimibile con la relazione

dove Vc rappresenta il segnale (in tensione, di solito differenziale) all'ingresso dell'oscillatore.

La formula (I) vista in precedenza fa capire che l'impossibilità di sintetizzare valori elevati di capacità C impone di tenere basso il valore del prodotto nell'intento di contenere il valore della pulsazione ωn; in pratica, per i valori di frequenza indicati in esordio, appare preferenziale che tale pulsazione si mantenga a valori corrispondenti a frequenze dell'ordine di 1-2 MHz.

La scelta del valore Kd, indicativo della sensibilità del comparatore 2, è di fatto<' >limitata inferiormente dall'esigenza di evitare che il segnale stesso venga troppo penalizzato dal rumore. Da qui insorge l'esigenza di cercare di contenere quanto più possibile il valore K0, identificativo del guadagno frequenza/tensione dell'oscillatore;questo anche per evitare che l'oscillatore stesso non amplifichi troppo il rumore presente all'uscita del filtro 4.

Così, ad esempio, un circuito PLL sostanzialmente assimilabile al circuito 1 qui descritto, in cui il VCO 5 presenta un'unica caratteristica di funzionamento, ad esempio la caratteristica più alta nei tre diagrammi delle figure 3A-3C, potrebbe risultare complessivamente accettabile nel caso del funzionamento ad 80° (figura 3A). Risulterebbe però del tutto inaccettabile (in quanto corrispondente ad un valore di guadagno troppo alto) nel caso di un funzionamento a 0°C (si osservi la curva più in alto del diagramma della figura 30 .

La previsione, secondo l'invenzione, di un oscillatore 5 con caratteristica variabile, in particolare con la possibilità di far funzionare l'oscillatore 5 stesso secondo una caratteristica frequenza/tensione identificata selettivamente in una gamma di caratteristiche disponibili, consente di ottimizzare il funzionamento del circuito adattando il comportamento dell'oscillatore 5 alle specifiche condizioni (temperatura, tensione di alimentazione, parametri di processo).

Ad esempio, è possibile fare in modo che, trovandosi ad operare ad una temperatura dell'ordine di 25°C e in condizioni di processo tipiche, il modulo di controllo 81 intervenga sull'oscillatore 5 in maniera da farlo funzionare con la caratteristica corrispondente alla terza curva a partire dal basso nel diagramma della figura 3B. Trovandosi il circuito 1 a funzionare, ad esempio, nell'intorno di 80°, lo stesso modulo 81 può intervenire sull'oscillatore 5 in maniera tale da farlo funzionare secondo una caratteristica corrispondente alla sesta curva nell'ordine a partire dal basso nel diagramma della figura 3A. Trovandosi infine ad operare, ad esempio, nell'intorno di 0°, lo stesso modulo 81 può intervenire sull'oscillatore 5 in maniera da farlo funzionare secondo la caratteristica 1, ossia quella più in basso nel diagramma della figura 3C.

Osservando in modo comparativo i vari diagrammi delle figure 3A-3C si può vedere che l'effetto pratico della funzione di adattamento appena descritta è quello di mantenere limitata e sostanzialmente costante la sensibilità dell'oscillatore 5 al variare dei parametri.

L'azione di adattamento del funzionamento dell'oscillatore 5 può essere attuata in funzione della frequenza di lavoro come una vera e propria azione di taratura attuata sul circuito. Realizzato il circuito (ad esempio sotto forma di circuito integrato), è infatti possibile regolare il suo funzionamento in funzione delle condizioni di impiego in maniera da ottimizzarne il suo comportamento, ad esempio, in funzione dei parametri di processo (in generale non controllabili a priori).

Le figure 4 e 7 fanno riferimento ad una forma di attuazione preferenziale dove tale regolazione assume le caratteristiche di una funzione di adattamento automatico.

Il circuito può quindi essere configurato in modo tale per cui, all'attivazione, esso è in grado di portarsi in modo automatico sulla caratteristica dì funzionamento dell'oscillatore 5 corrispondente alle condizioni ottimali desiderate, con l'eventuale possibilità di scegliere in un tempo successivo un'altra caratteristica quando quella adottata in precedenza non deve più considerarsi ottimale.

In proposito va però tenuto conto del fatto che, soprattutto nelle applicazioni alla sincronizzazione di circuiti complessi, il passaggio dell'oscillatore 5 dall'una all'altra caratteristica di funzionamento può costituire un fenomeno indesiderato, in quanto suscettibile di dare origine, ad esempio, ad un "salto" di un periodo del segnale di orologio.

In tale applicazione appare quindi preferibile che, una volta adottata una determinata caratteristica all'attivazione del circuito, l'oscillatore 5 venga mantenuto su tale caratteristica di funzionamento anche quando la stessa sia diventata subottimale, se non a fronte di fenomeni di ampia portata (ad esempio una forte variazione della frequenza d'ingresso del dispositivo) , tali da rendere la caratteristica adottata tanto insoddisfacente da far sì che l'insorgere di un fenomeno negativo quale il salto di un periodo di sincronizzazione sia comunque preferibile nei confronti della continuazione del funzionamento su una caratteristica divenuta ormai subottimale.

Gli schemi delle figure 4 e 6 fanno vedere, in unione alla figura 8, la possibile realizzazione di una tale funzione di inseguimento automatico della caratteristica ottimale seguita da una funzione di permanenza su tali caratteristiche configurata in modo tale da impedire o quantomeno rendere molto improbabile (se non a fronte di un cambiamento radicale delle condizioni di funzionamento del dispositivo) ulteriori cambi di caratteristica.

Come già mostrato in figura 1, è previsto che la suddetta funzione sia pilotata in funzione del segnale di uscita del filtro di anello 4 (linea 12 della figura 1, rappresentata nello schema della figura 4 nella sua configurazione differenziale).

Nella figura 4 il riferimento 30 indica un circuito di controllo della configurazione la cui uscita corrisponde essenzialmente alla linea 200. In altre parole, il circuito 30 consente di far funzionare il VCO 5 in base ad una caratteristica selettivamente determinata .

Il circuito 30 opera sotto l'abilitazione del clock di ingresso CLKIN presente sulla linea 11 ed in funzione di due segnali, rispettivamente definiti di salita (UP) e di discesa (DOWN): il senso di salita e di discesa è qui inteso come quello corrispondente all'ordine con cui si presentano le caratteristiche nei vari diagrammi delle figure 3A-3C. In pratica, il segnale di salita (ΌΡ) determina nel circuito di controllo della configurazione 30 un intervento tale da portare l'oscillatore 5 ad operare su una caratteristica più in alto rispetto a quella su cui lo stesso attualmente si trova. Il segnale di discesa (DOWN) determina un intervento in verso opposto.

I segnali di discesa e di salita vengono prodotti da un circuito comparatore 31 sostanzialmente assimilabile ad un doppio comparatore con isteresi avente le caratteristiche rappresentate nelle figure 5A e 5B. In tali figure la scala delle ascisse corrisponde al valore del segnale differenziale di ingresso Vc presente sulle linee 12. La scala della ordinata corrisponde invece al segnale di salita (nella figura 5A) ed al segnale di discesa (nella figura 5B). Per chiarezza, il valore "alto" corrisponde, in entrambe le figure, allo stato attivo del relativo segnale, con conseguente cambiamento della caratteristica dì funzionamento dell'oscillatore 5. Il valore "basso" corrisponde invece all'assenza di segnale di uscita, in pratica, quando entrambi i segnali di uscita sono al livello "basso" la caratteristica dì funzionamento dell'oscillatore 5 viene conservata inalterata .

Note le caratteristiche di funzionamento desiderate, la realizzazione di un circuito di questo tipo costituisce, per il tecnico esperto del settore, un normale compito di progettazione. Per questo motivo, nell'intento di non appesantire la presentazione dell'invenzione, non viene qui fornita una descrizione particolareggiata della struttura del circuito 31.

Così come meglio visibile nella figura 6, il circuito 30 può essere visto nella sostanza come una macchina a stati 301 che legge i segnali di salita e discesa negli istanti identificati da un segnale di orologio generato internamente tramite un divisore 302 a partire dal segnale CLKIN presente sulla linea 11.

Il corrispondente diagramma di stati e le relative transizioni sono rappresentati nella figura 7.

Il riferimento 303 indica infine un decodificatore che converte gli stati della macchina 301 in segnali logici adatti per il pilotaggio del blocco 27.

La figura 8 si riferisce, per semplicità e chiarezza di illustrazione, alla famiglia di caratteristiche di funzionamento illustrata nella figura 3B e riporta le due coppie di valori di soglia V1, V2 e -V1', -V2' del comparatore 31.

Sempre con riferimento alla figura 8, si supponga ora che, alla sua attivazione, il circuito 1 si trovi a funzionare nel punto indicato con t0 (stato "entry". In questo stato, l'oscillatore 5 opera a frequenza minima, indipendentemente dalla tensione di controllo Vc. Questa frequenza è nettamente inferiore a quella desiderata, qui scelta a titolo di esempio corrispondente a 622 MHz e rappresentata nella figura da una riga orizzontale a tratti.

La generale funzione di retroazione del circuito porta allora ad un aumento della tensione all'ingresso dell'oscillatore 5.Tuttavia, questo aumento della tensione di ingresso non si traduce immediatamente in un aumento della frequenza di funzionamento dell'oscillatore 5 che continua a funzionare alla frequenza corrispondente al punto tD fino a quando la tensione di ingresso sull'oscillatore 5 non raggiunge la soglia V, del circuito 31.

Raggiunta questa soglia, il circuito 31 emette il segnale "UP" e, in corrispondenza del successivo fronte di salita di CLKIN, la macchina a stati passa allo stato 1 selezionando la prima caratteristica. In queste condizioni la frequenza di funzionamento dell'oscillatore 5 aumenta rapidamente così come schematicamente illustrato dalla freccia t1.

Al raggiungimento del punto di incrocio fra il valore di tensione V2 e la prima caratteristica, si riscontra che la frequenza di funzionamento dell'oscillatore è ancora inferiore al valore desiderato di 622 MHz e di conseguenza il segnale UP è ancora attivo. Ne consegue che, pur avendo attuato la sua funzione di inseguimento della frequenza desiderata sulla prima caratteristica, il comparatore 31 interviene (segnale di salita) sull'elemento di controllo della configurazione 30 facendo in modo che l'oscillatore venga portato a funzionare sulla seconda caratteristica, così come illustrato in t2 nella parte di destra della figura 8 (passaggio a stato 2).

Tutto questo si traduce, in funzione del valore di tensione al momento presente sull'ingresso dell'oscillatore, nel riconoscimento del fatto che la frequenza generata dal VCO 5 è ora superiore a quella desiderata. L'oscillatore 5 comincia quindi ad inseguire la suddetta frequenza scendendo a ritroso la seconda caratteristica e rientrando a questo punto all'interno della fascia superiore V1 V2 del comparatore con isteresi 31 e stabilizzandosi alla frequenza di lavoro. Nonostante il circuito funzioni correttamente, il punto di lavoro non è soddisfacente perché è ai limiti della caratteristica e vi è poco margine per inseguire variazioni delle condizioni di funzionamento. Come risultato, il comparatore continua a presentare un comando di salita (UP), che in t3 fa cambiare stato al circuito 30, con il risultato di portare l'oscillatore 5 a funzionare sulla terza caratteristica (stato 3).

A questo punto, svolgendo la funzione di inseguimento a ritroso sulla terza caratteristica, l'oscillatore 5 riesce a portarsi nel punto di funzionamento desiderato (freccia ta), qui rappresentato come corrispondente ad una tensione di ingresso inferiore a V1 ed una frequenza di uscita pari alla frequenza desiderata di 622 MHz.

A questo punto il segnale UP è a livello basso ed il circuito si stabilizza sulla suddetta condizione di funzionamento permanendovi anche in presenza di cambiamenti abbastanza marcati del comportamento del VCO 5, dovuti ad esempio a variazioni di temperatura, tali però da non far uscire l'oscillatore 5 dalla fascia centrale compresa fra i livelli estremi (V2, -V2) di commutazione del comparatore con isteresi 31.

in presenza di un cambiamento molto marcato delle condizioni di funzionamento, ad esempio variazioni di frequenze d'ingresso, la tensione di controllo supera V2 o scende sotto -V2' e viene scelta una nuova caratteristica come esposto in precedenza. Ne consegue la generazione, da parte del circuito 31, di un segnale di salita o di discesa tale da produrre, attraverso il modulo di controllo della configurazione 30, il passaggio dell'oscillatore 5, ad esempio, alla caratteristica desiderata.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. Per esempio si potrebbe pensare di controllare con il segnale 200 direttamente gli stadi 23 dell'oscillatore 5.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Circuito ad aggancio di fase (1), comprendente: - un comparatore (2) suscettibile dì generare, a partire da un segnale di ingresso (CLKIN) e da un segnale di retroazione (FBCLK),un segnale di scostamento, - un filtro di anello (4) alimentato con detto segnale di scostamento, e - un oscillatore (5) per generare, a partire da almeno un segnale di pilotaggio desunto da detto segnale di scostamento filtrato da detto filtro di anello (4), un segnale di uscita (CLKOUT) in condizione di aggancio con detto segnale di ingresso (CLKIN), caratterizzato dal fatto che: - detto oscillatore (5) è suscettibile di funzionare secondo una pluralità di caratteristiche che correlano detto segnale di pilotaggio a detto segnale di uscita, e - sono previsti mezzi di controllo (27, 81) interni al circuito per dare origine a detta pluralità di caratteristiche e comandare automaticamente e selettivamente il funzionamento di detto oscillatore (5) secondo una caratteristica selettivamente determinata a partire da detta pluralità di caratteristiche.
2. 2. Circuito secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto oscillatore (5) è un oscìllatore controllato in tensione {VCO) e detta pluralità di caratteristiche è costituita da caratteristiche che correlano la frequenza di detto segnale di uscita (CLKOUT) al valore di detto almeno un segnale di pilotaggio.
3. 3. Circuito secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (81) comprendono almeno un elemento di comando (30, 31) sensibile a detto segnale di scostamento e dal fatto che detto almeno un elemento di comando (30, 31) comanda selettivamente il funzionamento di detto oscillatore (5) secondo una caratteristica selettivamente determinata a partire da detta pluralità di caratteristiche in funzione di detto segnale di scostamento.
4. 4. Circuito secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto elemento di comando (30, 31) è configurato in modo tale per cui: - detta caratteristica selettivamente determinata viene inizialmente determinata a partire da detta pluralità di caratteristiche secondo un criterio di ottimizzazione di detto segnale di scostamento, e - detto oscillatore (5) viene successivamente fatto funzionare su detta caratteristica selettivamente determinata anche in presenza di successive variazioni di detto segnale di scostamento.
5. 5. Circuito secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto oscillatore (5) viene successivamente fatto funzionare su detta caratteristica selettivamente determinata anche in presenza di successive variazioni di detto segnale di scostamento, sino a quando dette successive variazioni di detto segnale di scostamento raggiungono i confini di almeno un rispettivo campo di variazione (V2; -V2')·
6. 6. Circuito secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto campo di variazione è delimitato, almeno ad un estremo, da una fascia dì isteresi (v1, V2; -ν^ , -V2').
7. 7. Circuito secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto elemento di comando (30, 31) comprende almeno un modulo ad isteresi (31) configurato come doppio comparatore ad isteresi (V1( V2; -V/, -V,').
8. 8. Circuito secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detto modulo ad isteresi (31) è sensibile a detto almeno un segnale di pilotaggio dell'oscillatore (5).
9. 9. Circuito secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detto oscillatore (5) è un oscillatore ad anello.
10. 10. Circuito secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (81) comprendono un circuito logico (30) che applica a detto oscillatore (5) una rispettiva porzione di segnale di pilotaggio (200) che determina la caratteristica di funzionamento dell'oscillatore a partire da detta pluralità di caratteristiche .