專利名稱：一種可校準頻率綜合器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種頻率綜合器，特別涉及一種可校準頻率綜合器。
背景技術：
頻率綜合器常用來為集成電路提供準確的參考頻率，為了提高頻率的穩(wěn)定性，可 以采用高性能的振蕩器和低噪聲的元件來組成頻率綜合器。然而在芯片的生產過程存在的 工藝偏差，芯片實際應用中的電壓及溫度變化，都會導致頻率綜合器的輸出頻率發(fā)生變化， 尤其是振蕩器的頻率范圍會隨這些條件變化而改變。為了確保頻率綜合器能夠覆蓋工作范 圍，需要增大振蕩器的頻率范圍來補償工藝、溫度、電壓導致的變化，采用單根振蕩器調諧 曲線控制則會使振蕩器的增益變大，進而惡化頻率綜合器輸出信號的相位噪聲性能。為了解決這個問題，常常將振蕩器的頻率分為多個子帶來控制，如圖1所示，橫坐 標X為控制電壓，縱坐標y表示頻率，多個子帶疊加覆蓋了較大的頻率范圍H，其中每個子帶 覆蓋較小的頻率范圍，這樣就可以降低每一個子帶內振蕩器的增益。在頻率綜合器的上電 過程中，振蕩器的控制電壓在一定的電壓范圍L內改變，先將其固定在一個初始電壓值X0， 而頻率也處于初始值YO，為了達到目標頻率Xl和目標電壓Yl，就需要頻率校準技術來輔助 選擇正確的振蕩器子帶，之后通過頻率綜合器的自動鎖定過程來固定控制電壓。如圖2所示，現(xiàn)有的頻率綜合器，包含振蕩分頻模塊、比較濾波模塊、頻率校準模 塊、邏輯控制模塊。振蕩分頻模塊與比較濾波模塊組成鎖相環(huán)；振蕩器101輸出的頻率信號經分頻后 與參考時鐘信號進行相位比較，比較結果的邏輯信號由電荷泵202轉換成模擬信號，通過 環(huán)路濾波器203控制振蕩器101的頻率改變?，F(xiàn)有的頻率綜合器的頻率校準模塊基于計數(shù)器300實現(xiàn)校準，需要一定的時間來 完成校準和自動鎖定過程。邏輯控制模塊通過切換開關402，使振蕩器101的輸入電壓固定在Vc值上；計數(shù) 器300將輸入的參考時鐘信號和振蕩器101分頻得到的信號進行計數(shù)，經過一個計數(shù)周期 后，對兩個信號計數(shù)的比較結果進行判斷，如果振蕩器101的頻率過高，則振蕩器101往較 低的頻率子帶跳變；相反的，如果振蕩器101的頻率過低，則振蕩器101往較高的頻率子帶 跳變。重復該校準過程，直到振蕩器101頻率落入目標子帶時；再經過一個時鐘周期，比較 濾波模塊才會將目標控制電壓通過切換開關402輸出給振蕩分頻模塊，因而其頻率校準時 間及自動鎖定時間很長。在子帶較多的情況下，如有32個子帶，則校準時的子帶跳變算法主要有兩種一 種是從子帶的高位到低位逐次逼近目標；另一種是從子帶的低位到高位逐次逼近目標。前 者的校準速度比后者快，在5比特控制位的情況下，只需要5個比較周期即可完成。但是為 了達到較高的判斷精度，則每一個比較周期內，計數(shù)的次數(shù)要足夠多，即計數(shù)時間要變長， 例如要達到的比較精度，則計數(shù)器至少要計100個數(shù)才能達到，這樣頻率綜合器的建立 過程也會相應的變長，這對一些有較高建立時間要求的應用場合而言是無法實現(xiàn)的。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種可校準頻率綜合器，能夠減少頻率綜合器的校準時間和自動鎖定時間。為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是提供一種可校準頻率綜合器，包含 邏輯控制模塊和分別與其連接的振蕩分頻模塊、比較濾波模塊、頻率校準模塊，其特征在 于， 上述邏輯控制模塊控制振蕩分頻模塊與頻率校準模塊連接，或是與比較濾波模塊 連接；上述頻率校準模塊對輸入的參考時鐘信號與分頻信號進行分頻、相位比較后，將 比較結果的數(shù)字信號發(fā)送給邏輯控制模塊；上述邏輯控制模塊由頻率校準模塊輸出的頻率信號比較差值，得到控制增益，并 通過調整比較濾波模塊參數(shù)將控制電壓發(fā)送給振蕩分頻模塊。上述邏輯控制模塊包含控制器、數(shù)模轉換器、切換開關；上述控制器由輸入的頻率信號差值，控制數(shù)模轉換器輸出的校準電壓通過切換開 關發(fā)送給壓控振蕩器，得到壓控振蕩器的控制增益；上述控制器由壓控振蕩器的控制增益，調整比較濾波模塊的參數(shù)，并通過數(shù)模轉 換器產生目標控制電壓到比較濾波模塊；上述比較濾波模塊通過切換開關將控制電壓發(fā)送給壓控振蕩器。上述控制器在若干個比較周期中，為數(shù)模轉換器指定不同的固定電壓，并通過頻 率校準模塊判斷頻率差，以得到精確的控制增益。上述邏輯控制模塊的數(shù)模轉換器及切換開關設置在上述比較濾波模塊設有的電 荷泵與環(huán)路濾波器之間。上述數(shù)模轉換器直接與振蕩分頻模塊的輸入或者比較濾波模塊的輸出連接。上述頻率校準模塊包含依次連接的第二分頻器、頻相比較模塊、積分器、模擬信號 處理模塊；上述第二分頻器將輸入的參考時鐘信號與分頻信號再進行分頻，通過頻相比較模 塊進行相位比較并輸出比較結果的邏輯信號給積分器；上述積分器產生的模擬信號由模擬信號處理模塊進行增益放大并轉換成多位數(shù) 字信號，發(fā)送給邏輯控制模塊。上述第二分頻器是分頻比可變的可編程分頻器。上述積分器的輸出是電流或電壓信號，使相對應的上述模擬信號處理模塊的輸入 為電流或電壓信號；上述積分器是一個接地的電容。上述頻相比較模塊包含鑒頻鑒相器、電荷泵；上述鑒頻鑒相器將輸入的參考時鐘信號和分頻信號進行比較，輸出相位差邏輯信 號；上述電荷泵由輸入的相位差邏輯信號，通過設有的上下電流控制開關控制上下電 流源的開關，分別為外部電容充放電。在頻率校準模塊重復判斷頻率差的最后一個比較周期，上述可變分頻比的第二分頻器的優(yōu)選分頻比為1 2或1 4。本實用新型提供的一種可校準頻率綜合器，與現(xiàn)有技術相比，其優(yōu)點在于本實用 新型由于將當前頻率與目標頻率差值的模擬信號，轉換為數(shù)字信號來進行計算處理，并根 據(jù)結果直接選擇最佳子帶，大大縮短了頻率綜合器的校準時間。本實用新型由于在校準完成后，由邏輯控制模塊直接產生模擬控制電壓信號給壓 控振蕩器，縮短了頻率綜合器的自動鎖定時間。

圖1是現(xiàn)有技術頻率綜合器校準方法的工作原理示意圖；圖2是現(xiàn)有技術頻率綜合器的結構示意圖；圖3是本實用新型提供的一種可校準頻率綜合器的結構示意圖；圖4是本實用新型提供的一種可校準頻率綜合器中積分器的結構示意圖；圖5是本實用新型提供的一種可校準頻率綜合器在一個比較周期的工作過程示 意圖。
具體實施方式
以下結合附圖說明本實用新型的具體實施方式
。本實用新型提供的一種可校準頻率綜合器，將當前頻率與目標頻率差值的模擬信 號，轉換為數(shù)字信號來進行計算處理，并根據(jù)結果直接選擇最佳子帶，大大縮短了頻率綜合 器的校準時間。校準完成后，由邏輯控制模塊直接產生模擬控制電壓信號給壓控振蕩器，縮 短了頻率綜合器的鎖定時間。實施例1請參見圖3所示，本實用新型提供的一種可校準頻率綜合器，包含振蕩分頻模塊、 比較濾波模塊、頻率校準模塊、邏輯控制模塊。邏輯控制模塊控制振蕩分頻模塊與頻率校準 模塊連接，或是與比較濾波模塊連接構成鎖相環(huán)。振蕩分頻模塊包含壓控振蕩器11和與其輸出連接的第一分頻器12 ；該第一分頻 器12能夠通過編程改變分頻比N ；壓控振蕩器11輸入的時鐘信號通過該可變第一分頻器 12，將分頻信號Fv。。/N輸出到比較濾波模塊和頻率校準模塊。比較濾波模塊包含第一頻相比較模塊21和與其輸出連接的環(huán)路濾波器22。比較 濾波模塊將參考時鐘信號Fref與分頻信號Fv。。/N進行比較，將比較結果的邏輯信號通過環(huán) 路濾波器22轉化為電壓信號，用來控制壓控振蕩器11的電壓升降。其中第一頻相比較模 塊21包含第一鑒頻鑒相器211、第一電荷泵212。該第一電荷泵212包含兩個電流源、上下 電流控制開關；電源Vdd通過上電流源Iup與上電流控制開關連接，下電流控制開關與下電 流源Idn連接后接地；第一電荷泵212的上下電流控制開關分別與第一鑒頻鑒相器211設有 的上下輸出端口連接。第一鑒頻鑒相器211將輸入的參考時鐘信號Fref和振蕩分頻模塊輸 出的分頻信號Fv。。/N進行比較，其輸出的相位差邏輯信號通過第一電荷泵212設有的上下 電流控制開關控制上下電流源的開關，分別為制環(huán)路濾波器22中的電容進行充放電，輸出 控制電壓給壓控振蕩器11，改變振蕩分頻模塊輸出的分頻信號Fv。。/N的頻率。頻率校準模塊包含依次連接的第二分頻器31、第二頻相比較模塊32、積分器33、模擬信號處理模塊34。上述第二分頻器31是分頻比可變的可編程分頻器，通過改變該第二 分頻器31參數(shù)能夠控制校準周期長度；第二頻相比較模塊32也包含第二鑒頻鑒相器321、 第二電荷泵322。第二分頻器31將輸入的參考時鐘信號Fm與分頻信號Fv。。/N再進行分頻， 通過第二鑒頻鑒相器321進行相位比較，由第二電荷泵322輸出比較結果的邏輯信號給積 分器33，將積分器33產生的模擬信號由模擬信號處理模塊34進行增益放大并轉換成多位 數(shù)字信號，發(fā)送給邏輯控制模塊。 請配合參見圖3和圖4所示，積分器33的功能可以通過一個接地的電容實現(xiàn)。積 分器33的輸出可以是電流信號，也可以是電壓信號，因此模擬信號處理模塊34的輸入相應 為電流或電壓信號。模擬信號處理模塊34在將積分器33產生的信號進行增益放大時，可以通過模擬 方式實現(xiàn)或者數(shù)字方式實現(xiàn)，也可以使用緩沖器、放大器、衰減器來架構。邏輯控制模塊包含控制器41、數(shù)模轉換器43、切換開關42?？刂破?1為數(shù)模轉換 器43指定一個固定電壓，通過切換開關42將數(shù)模轉換器43的輸出接至振蕩分頻模塊，使 壓控振蕩器11的輸入電壓固定；控制器41將積分器33清零?？刂破?1控制頻率校準模塊的分頻器31、第二鑒頻鑒相器321和第二電荷泵322 開啟，積分器33對誤差信號進行積分；經過一個比較周期后，關斷頻率校準模塊，積分器33 上誤差信號保持不變；模擬信號處理模塊34根據(jù)積分器33輸入的誤差模擬信號自動調整 增益，并轉換為多位誤差數(shù)字信號送到控制器41 ；控制器41根據(jù)模數(shù)轉換的結果，判斷初 始子帶與目標子帶的頻率差，選定將壓控振蕩器11直接調整到目標子帶需要的頻率。為準確判斷初始子帶與目標子帶的頻率差，需要較高的模數(shù)轉換精度，而且校準 電路一個比較周期得到的積分結果可能會由于實際非理想因素引入的誤差，從而使壓控振 蕩器11進入到錯誤的工作子帶；為消除這個誤差，增加一個或多個比較周期，為數(shù)模轉換 器43指定不同的固定電壓，并重復判斷頻率差，以得到準確的目標子帶頻率?？刂破?1選好振蕩器子帶后，使數(shù)模轉換器43產生一個偏移到工作范圍的一個 合理值的模擬校準電壓，可以是最小值的模擬校準電壓，控制壓控振蕩器11的頻率在目標 子帶的最低或最高頻率處，接著通過積分器33得到一個控制電壓校準值；之后控制器41控 制數(shù)模轉換器43產生一個偏移到工作范圍的另一個合理值的模擬校準電壓，可以是最大 值的模擬校準電壓，控制壓控振蕩器11的頻率在目標子帶的最高或最低頻率處，接著通過 積分器33得到另一個控制電壓校準值；控制器41對前兩個比較周期得到的控制電壓校準 值的模數(shù)轉換結果進一步進行計算，得到壓控振蕩器11的控制增益。最后一個比較周期，控制器41根據(jù)壓控振蕩器11的控制增益，調整比較濾波模塊 參數(shù)；通過改變第一電荷泵212電流或者環(huán)路濾波器22參數(shù)得到壓控振蕩器11的目標控 制電壓?？刂破?1使數(shù)模轉換器43直接產生目標控制電壓，并通過切換開關42將該電壓 充到環(huán)路濾波器22的電容上；通過切換開關42連通環(huán)路濾波器22和壓控振蕩器11，輸出 環(huán)路濾波器22上的控制電壓給壓控振蕩器11。最后比較濾波模塊進入自動鎖定過程，頻率校準模塊進入掉電狀態(tài)；因為環(huán)路濾 波器22對壓控振蕩器11的控制電壓已經很接近目標控制電壓，因此縮短了自動鎖定的時 間。[0053]請配合參見圖3和圖5所示，參考時鐘與壓控振蕩器11分頻信號在一個比較周期 的工作過程。圖中的Fref為參考時鐘信號，F(xiàn)v。。/N為壓控振蕩器11經N分頻的信號，Nc為頻 率校準模塊的第二分頻器31的分頻比，F(xiàn)ref/Nc是Nc分頻后的參考時鐘信號，F(xiàn)vco/(NXNe) 是經過第二分頻器31后的分頻信號，UP和DN信號是頻率校準模塊的第二電荷泵322上下 電流的控制信號，Vc為積分器33積分得到的電壓信號。一個比較周期開始時，首先將積分器33清零。當參考時鐘信號Fref相位超前于分頻信號Fv。。/N，則比較濾波模塊的第一電荷泵 212輸出上電流控制信號UP為有效電平，下電流控制信號DN為無效電平，因而環(huán)路濾波器 22設有的電容通過上電流源Iup充電，使壓控振蕩器11的控制電壓上升、輸出分頻信號Fv。。/ N頻率升高；當參考時鐘信號相位滯后于分頻信號Fv。。/N，則上電流控制信號UP為無效 電平，下電流控制信號DN為有效電平，使環(huán)路濾波器22設有的電容通過下電流源Idn放電， 使壓控振蕩器11的控制電壓下降，輸出分頻信號Fv。。/N頻率降低；如果參考時鐘信號與 分頻信號Fv。。/N的相位相同，上下電流源同時打開或關閉。另外，在振蕩器的頻率隨控制電 壓升高會降低的情況下，也會出現(xiàn)當參考時鐘信號相位超前于分頻信號Fv。。/N，則比較 濾波模塊的第一電荷泵212輸出上電流控制信號UP為無效電平，下電流控制信號DN有效 電平。Fref/Nc與Fv。。/(NXNc)信號的相位比較情況與其類似。一個比較周期結束后，模擬信號處理模塊34將積分器33上的信號轉換為數(shù)字信 號，這個信號直接反應了當前頻率與目標頻率的誤差值，進而根據(jù)這個誤差值可以選擇子 帶以及目標控制電壓。實際實現(xiàn)時，可以根據(jù)誤差頻率的大小調制第二分頻器31的分頻 比。每一個比較周期的時間為1 Nc個參考時鐘，為確保校準過程的準確性及可靠性，所 需要的時間最少為1個子帶選擇周期、2個為產生振蕩器增益而生成控制電壓校準值的周 期、模數(shù)轉換時間、邏輯控制時間，上述時間之和遠遠小于現(xiàn)有頻率綜合器校準方法所需的 校準時間。因為在現(xiàn)有校準方法中，當前頻率與目標頻率相差不大時，需要很長的計數(shù)時間 才能分辨出當前頻率和目標頻率的差，而本實用新型提供的校準方法通過模擬方法將當前 頻率與目標頻率的差轉換為模擬信號，進而通過模數(shù)轉換返回到數(shù)字信號來進行處理，從 而加快了校準速度。實施例2為了準確判斷初始子帶與目標子帶的頻率差，在實施例1中作如下改變在精度補償周期中的最后一個比較周期可以控制頻率校準模塊的分頻比可變的 第二分頻器，使其分頻比變?yōu)? 2或1 4，即將比較時間變?yōu)?倍或4倍，能減小判斷誤 差，確保判斷精度；或是根據(jù)精度需要設定更大的分頻比，但是會對應延長校準的時間?；蚴菍⒌诙诸l器31替換成現(xiàn)有校準技術中的計數(shù)器來控制該精度補償周期中 的最后一個比較周期，以獲取更精確的精度補償周期。實施例3本實施例與實施例1中頻率綜合器總體結構相類似，唯一不同點在于將邏輯控制 模塊的結構進行改變。如將實施例1中數(shù)模轉換器替換為固定的電壓和簡單數(shù)模轉換器的組合，但這種 結構無法檢測振蕩器的增益。為檢測出壓控振蕩器的控制增益，可以將數(shù)模轉換功能通過控制振蕩分頻模塊的第一分頻器的分頻比來實現(xiàn)第一個比較周期將分頻比N增加一個偏 移量，然后由本實用新型實施例1中步驟5提出的校準方法得到一個對應的誤差信號；第二 個比較周期將分頻比N減小一個偏移量，得到另一個對應的誤差信號；根據(jù)這兩個信號得 到壓控振蕩器的增益，以及近似的目標控制電壓。之后采用數(shù)模轉換器來生成控制電壓，并 充到環(huán)路濾波器電容上，同時調整比較濾波模塊的參數(shù)，實現(xiàn)對頻率綜合器的校準。 或是將數(shù)模轉換器及切換開關的位置改變。如將其放置在比較濾波模塊的第一電 荷泵與環(huán)路濾波器之間；這僅僅只是位置上的變化，實際都能實現(xiàn)本實用新型所提出的校 準方法。或是將切換開關去掉，而將數(shù)模轉換器直接接在壓控振蕩器的輸入或者比較濾波 模塊的第一電荷泵輸出端，但此時，比較濾波模塊的第一電荷泵和第一鑒頻鑒相器應全部 關斷或部分關斷，以防止這兩處產生的信號影響數(shù)模轉換器的輸出電壓。盡管本實用新型的內容已經通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上 述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于 本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護范圍應由所附 的權利要求來限定。
權利要求一種可校準頻率綜合器，包含邏輯控制模塊和分別與其連接的振蕩分頻模塊、比較濾波模塊、頻率校準模塊，其特征在于，所述邏輯控制模塊控制振蕩分頻模塊與頻率校準模塊連接，或是與比較濾波模塊連接；所述頻率校準模塊對輸入的參考時鐘信號與分頻信號進行分頻、相位比較后，將比較結果的數(shù)字信號發(fā)送給邏輯控制模塊；所述邏輯控制模塊由頻率校準模塊輸出的頻率信號比較差值，得到控制增益，并通過調整比較濾波模塊參數(shù)將控制電壓發(fā)送給振蕩分頻模塊。
2.如權利要求1所述的一種可校準頻率綜合器，其特征在于，所述邏輯控制模塊包含 控制器(41)、數(shù)模轉換器(43)、切換開關(42)；所述控制器(41)由輸入的頻率信號差值，控制數(shù)模轉換器(43)輸出的校準電壓通過 切換開關(42)發(fā)送給壓控振蕩器(11)，得到壓控振蕩器(11)的控制增益；所述控制器(41)由壓控振蕩器(11)的控制增益，調整比較濾波模塊的參數(shù)，并通過數(shù) 模轉換器(43)產生目標控制電壓到比較濾波模塊；所述比較濾波模塊通過切換開關(42)將控制電壓發(fā)送給壓控振蕩器(11)。
3.如權利要求2所述的一種可校準頻率綜合器，其特征在于，所述控制器(41)在若 干個比較周期中，為數(shù)模轉換器(43)指定不同的固定電壓，并通過頻率校準模塊判斷頻率 差，以得到精確的控制增益。
4.如權利要求2所述的一種可校準頻率綜合器，其特征在于，所述邏輯控制模塊的數(shù) 模轉換器(43)及切換開關(42)設置在所述比較濾波模塊設有的第一電荷泵(212)與環(huán)路 濾波器(22)之間。
5.如權利要求2所述的一種可校準頻率綜合器，其特征在于，所述數(shù)模轉換器(43)直 接與振蕩分頻模塊的輸入或者比較濾波模塊(30)的輸出連接。
6.如權利要求1所述的一種可校準頻率綜合器，其特征在于，所述頻率校準模塊包含 依次連接的第二分頻器(31)、頻相比較模塊(32)、積分器(33)、模擬信號處理模塊(34)；所述第二分頻器(31)將輸入的參考時鐘信號與分頻信號再進行分頻，通過頻相比較 模塊(32)進行相位比較并輸出比較結果的邏輯信號給積分器(33)；所述積分器(33)產生的模擬信號由模擬信號處理模塊(34)進行增益放大并轉換成多 位數(shù)字信號，發(fā)送給邏輯控制模塊。
7.如權利要求6所述的一種可校準頻率綜合器，其特征在于，所述第二分頻器(31)是 分頻比可變的可編程分頻器。
8.如權利要求6所述的一種可校準頻率綜合器，其特征在于，所述積分器7(33)的輸出 是電流或電壓信號，使相對應的所述模擬信號處理模塊(34)的輸入為電流或電壓信號；所 述積分器(33)是一個接地的電容。
9.如權利要求6所述的一種可校準頻率綜合器，其特征在于，所述頻相比較模塊(32) 包含第二鑒頻鑒相器(321)、第二電荷泵(322)；所述第一鑒頻鑒相器(211)將輸入的參考時鐘信號和分頻信號進行比較，輸出相位差 邏輯信號；所述第一電荷泵(212)由輸入的相位差邏輯信號，通過設有的上下電流控制開關控制上下電流源的開關，分別為外部電容充放電。
10.如權利要求7所述的一種可校準頻率綜合器，其特征在于，在頻率校準模塊重復判 斷頻率差的最后一個比較周期，所述可變分頻比的第二分頻器(31)的優(yōu)選分頻比為1 2 或1 4。
專利摘要本實用新型涉及一種可校準頻率綜合器，包含邏輯控制模塊和分別與其連接的振蕩分頻模塊、比較濾波模塊、頻率校準模塊，其特征在于，邏輯控制模塊控制振蕩分頻模塊與頻率校準模塊連接，或是與比較濾波模塊連接；頻率校準模塊對輸入的參考時鐘信號與分頻信號進行分頻、相位比較后，將比較結果的數(shù)字信號發(fā)送給邏輯控制模塊；邏輯控制模塊由頻率校準模塊輸出的頻率信號比較差值，得到控制增益，并通過調整比較濾波模塊參數(shù)將控制電壓發(fā)送給振蕩分頻模塊。本實用新型由于將頻率差值轉換為數(shù)字信號進行計算后，直接選擇最佳子帶，縮短了頻率綜合器的校準時間。由于由邏輯控制模塊直接產生模擬控制電壓信號給壓控振蕩器，也縮短了自動鎖定時間。
文檔編號H03L7/18GK201623700SQ20092028684
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權日2009年12月30日
發(fā)明者倪文海, 趙馮 申請人:上海迦美信芯通訊技術有限公司