與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的一種寬帶電荷累鎖相環(huán)，其在不影響粗調(diào)頻速度 的前提下，改善了粗調(diào)頻精度，鎖相環(huán)鎖定后VCO的控制電壓更靠近電荷累工作的最佳位 置，從而提高了鎖相環(huán)的噪聲和雜散性能。具體地，對于包含開關(guān)電容結(jié)構(gòu)的寬頻帶VC0,其 振蕩頻率對電容量的微分值與電容量是反向關(guān)系，運導(dǎo)致在電荷累工作電壓范圍一定且 VCO中變?nèi)萜鞔笮〔蛔兊那闆r下，VCO的每條調(diào)頻曲線覆蓋的頻率范圍會隨振蕩頻率降低而 減小，對于寬頻帶VC0,最高頻處調(diào)頻曲線的覆蓋范圍會比最低頻處調(diào)頻曲線的覆蓋范圍大 2至3倍，即VCO增益會變化巧Ij3倍。傳統(tǒng)的開環(huán)AFC，在比較器設(shè)置上采用固定闊值，每次計 數(shù)所能分辨的頻率差也為固定值，為保證AFC工作收斂，該闊值取值一般WVCO增益最大的 調(diào)頻曲線為計算根據(jù)，當(dāng)AFC在低頻處工作時，VCO增益已大幅減小，此時AFC選擇的調(diào)頻曲 線，即使可W保證鎖定，但鎖定后VCO的控制電壓會遠離電荷累最佳工作位置，使得鎖相環(huán) 相噪和雜散性能惡化。本發(fā)明通過在AFC中增加判決闊值動態(tài)控制單元，根據(jù)之前的比較結(jié) 果動態(tài)調(diào)整當(dāng)前計數(shù)下比較器的判斷闊值，使得AFC最終能準確收斂在最佳調(diào)頻曲線，從而 改善了鎖相環(huán)的相噪和雜散性能。
[0027] W下通過一個具體的實施例說明本發(fā)明的工作原理，如圖2所示，為實現(xiàn)寬頻帶， 假設(shè)壓控振蕩器包含26(即32)條粗調(diào)頻曲線，則電路中由6組開關(guān)電容陣列Cl~C6實現(xiàn)，電 容陣列的每種開關(guān)組合狀態(tài)對應(yīng)一條調(diào)頻曲線，設(shè)開關(guān)控制字為C0A，其中0<C0A<5,從最 高位到最低位依次控制壓控振蕩器中的電容Cl~C6，l為開啟，0為斷開，其中C1 = 2*C2 = 4* C3 = 8*C4 = 16*C5 = 32*C6。為保證電路對于工藝、溫度等變化具備魯棒性，粗調(diào)頻曲線設(shè)計 為兩兩有67%的頻率交疊，即每個頻點至少有3條粗調(diào)頻曲線覆蓋。若F為壓控振蕩器振蕩 頻率，并假設(shè)電感L在調(diào)頻過程中保持不變，由于：
[0030] 設(shè)壓控振蕩器中變?nèi)萜鞯娜葜惦S工作電壓變化速率為K，即
[0032]則壓控振蕩器的增益可表示為：
[0034]由上可知，在調(diào)頻過程中，壓控振蕩器的增益會隨其振蕩頻率的降低呈3次方速率 下降，一般壓控振蕩器的調(diào)頻電壓范圍受電荷累和變?nèi)萜鞴ぷ麟妷旱南拗贫粫淖儯?W壓控振蕩器增益的迅速下降意味著每條粗調(diào)頻曲線的頻率覆蓋范圍也會隨振蕩頻率下 降而快速減小，在設(shè)計實例中，最高頻處調(diào)頻曲線(COA = <000000〉）的覆蓋范圍可達80MHz， 而最低頻處調(diào)頻曲線(COA = < 111111〉）只有30MHz，二值相差2.7倍。
[0035] 在開環(huán)AFC進行粗調(diào)頻的過程中，壓控振蕩器控制電壓被設(shè)置在化ef，化ef-般為 其工作電壓范圍的中點（一般為VDD/2)，即壓控振蕩器震蕩在每條調(diào)頻曲線的中點頻率處。 該頻率經(jīng)分頻器分頻后送入自動頻率調(diào)諧模塊的第二計數(shù)器中進行計數(shù)，參考頻率Fref在 相同時間內(nèi)通過第一計數(shù)器進行計數(shù)。計數(shù)完成后，比較器對兩計數(shù)值進行比較和判決，因 為計數(shù)值之差代表著Fref與Fdiv兩頻率之差，同時代表著振蕩器當(dāng)前振蕩頻率Fosc = Fdiv*N與目標(biāo)鎖定頻率Fgoa = Fdiv*N之差，其中N為頻率控制字，S者為同比例正向關(guān)系。 若該差值在一定闊值范圍內(nèi)，說明壓控振蕩器在當(dāng)前的粗調(diào)頻曲線上，可W完成精調(diào)頻鎖 定，若該差值大于比較器闊值，比較器會控制粗調(diào)頻狀態(tài)機，使其改變電容開關(guān)控制字C0A， 即切換到下一條調(diào)頻曲線，再重復(fù)上述計數(shù)和判決過程，直到粗調(diào)頻結(jié)束。
[0036] 傳統(tǒng)的開環(huán)AFC方案中，比較器闊值通常設(shè)置為固定值，W上述的實際設(shè)計情況為 例，為保證C0A = 000000時AFC能順利收斂，比較器判決闊值的設(shè)定需保證化SC與Fgoa之差 小于27MHz(粗調(diào)頻曲線兩兩67%交疊)時，判決粗調(diào)頻結(jié)束，若該闊值設(shè)定不變，則當(dāng)COA = 111111時，27M監(jiān)已相當(dāng)接近30MHz的覆蓋范圍，此時鎖定環(huán)依然可W通過精調(diào)頻鎖定，但最 終振蕩器的控制電壓會部分在電荷累工作電壓的90%范圍內(nèi)，很可能遠離其最佳工作電壓 (通常為VDD/2)，使得電荷累電流失配的影響更加顯著而惡化鎖相環(huán)的噪聲和雜散性能。
[0037] 而本發(fā)明針對該問題，通過本發(fā)明提出的寬帶電荷累鎖相環(huán)實現(xiàn)動態(tài)闊值自動頻 率調(diào)諧，具體工作中，設(shè)置第一次計數(shù)時，C0A=100000,即振蕩器工作在最中間一條調(diào)頻曲 線，此時根據(jù)該調(diào)頻曲線的頻率覆蓋范圍（約50MHz)，設(shè)定比較器的判決闊值(約21MHz)，若 判決結(jié)果為切換到更高頻的調(diào)頻曲線(COA= 110000)，則判決闊值也相應(yīng)增加，若判決結(jié)果 為切換到更低頻的調(diào)頻曲線(C0A = 010000)，則判決闊值相應(yīng)減小，由于整個粗調(diào)頻過程采 用二進制折半查找算法，所W每次計數(shù)后動態(tài)調(diào)整的判決闊值，都可通過先前已完成的判 決次數(shù)及其判決結(jié)果推算得出，最終每次計數(shù)后的比較判決都基于振蕩器當(dāng)前工作調(diào)頻曲 線的頻率覆蓋范圍，保證粗調(diào)頻準確性，即保證精調(diào)頻鎖定后，振蕩器控制電壓在電荷累工 作電壓的最佳30%范圍內(nèi)，大大降低了電荷累電流失配的影響，提高了鎖相環(huán)的噪聲和雜 散性能。另外值得指出的是，該發(fā)明結(jié)構(gòu)并不會影響提高AFC粗調(diào)頻速度的各項技術(shù)的應(yīng) 用，互相間并不存在折中關(guān)系，而比較器動態(tài)闊值控制模塊中數(shù)字邏輯電路所帶來的面積 和功耗開銷，對于整個鎖相環(huán)系統(tǒng)是極其微小可W忽略不計的。
[0038] 本發(fā)明還公開了一種通過上述寬帶電荷累鎖相環(huán)進行動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧的 方法，如圖3所示，包括如下步驟：
[0039] 步驟S301，通過由壓控振蕩器、分頻器和動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊組成的環(huán)路 進行粗調(diào)頻；
[0040] 步驟S302,通過由壓控振蕩器、分頻器、鑒頻鑒相器、電荷累和環(huán)路濾波器組成的 鎖向環(huán)路進行精調(diào)頻鎖定。
[0041] 具體的，粗調(diào)頻過程采用二進制折半查找算法進行粗調(diào)頻曲線的逐次逼近，W確 定壓控振蕩器工作的粗調(diào)頻曲線。
[0042] 本實施例的動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧的方法可W通過圖1圖2所示寬帶電荷累鎖相 環(huán)執(zhí)行，其實現(xiàn)原理和技術(shù)效果類似，此處不再寶述。
[0043] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可W理解:實現(xiàn)上述各方法實施例的全部或部分步驟可W通 過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可W存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中。該程 序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述各方法實施例的步驟;而前述的存儲介質(zhì)包括:R〇M、RAM、磁碟或 者光盤等各種可W存儲程序代碼的介質(zhì)。
[0044] 最后應(yīng)說明的是：W上各實施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡 管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依 然可W對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進 行等同替換；而運些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù) 方案的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種寬帶電荷栗鎖相環(huán)，包括依次電連接的鑒頻鑒相器、電荷栗、環(huán)路濾波器、壓控 振蕩器和分頻器，所述分頻器的輸出端連接所述鑒頻鑒相器的一個輸入端，所述鑒頻鑒相 器的另一個輸入端連接參考時鐘，其特征在于，還包括動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧模塊，所述分 頻器的輸出端連接所述動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧模塊的一個輸入端，所述動態(tài)閾值自動頻率 調(diào)諧模塊的另一個輸入端連接參考時鐘，所述動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧模塊的輸出端連接壓 控振蕩器的輸入端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶電荷栗鎖相環(huán)，其特征在于，所述動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧 模塊包括并連的第一計數(shù)器和第二計數(shù)器，所述第一計數(shù)器的輸入端連接所述參考時鐘 Fref，所述第二計數(shù)器的輸入端與所述分頻器的輸出端連接，所述第一計數(shù)器和第二計數(shù) 器的輸出端連接有比較器，所述比較器還連接有粗調(diào)頻狀態(tài)機和判決閾值動態(tài)控制單元。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶電荷栗鎖相環(huán)，其特征在于，所述壓控振蕩器還連接有并 聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述壓控振蕩器通過所述第一開關(guān)與所述環(huán)路濾波器連接，通 過第二開關(guān)與偏置電壓連接，所述壓控振蕩器的輸入端還與所述粗調(diào)頻狀態(tài)機連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶電荷栗鎖相環(huán)，其特征在于，所述壓控振蕩器具有2N條互 相有一定程度頻率范圍交疊的調(diào)頻曲線，其中N為正整數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的寬帶電荷栗鎖相環(huán)，其特征在于，采用二進制折半查找算法進 行粗調(diào)頻曲線的逐次逼近，以確定所述壓控振蕩器工作的粗調(diào)頻曲線。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶電荷栗鎖相環(huán)，其特征在于，所述判決閾值動態(tài)控制單元 根據(jù)逼近次數(shù)和所述比較器上一次的輸出結(jié)果調(diào)整所述比較器當(dāng)前的判決閾值。7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項所述的寬帶電荷栗鎖相環(huán)，其特征在于，所述壓控振蕩器、 分頻器和動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧模塊組成粗調(diào)頻環(huán)路。8. 根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項所述的寬帶電荷栗鎖相環(huán)，其特征在于，所述壓控振蕩器、 分頻器、鑒頻鑒相器、電荷栗和環(huán)路濾波器組成精調(diào)頻鎖相環(huán)路。9. 一種根據(jù)權(quán)利要求1~8任一項所述的寬帶電荷栗鎖相環(huán)進行動態(tài)閾值自動頻率調(diào) 諧的方法，其特征在于，包括： 通過由壓控振蕩器、分頻器和動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧模塊組成的環(huán)路進行粗調(diào)頻； 通過由壓控振蕩器、分頻器、鑒頻鑒相器、電荷栗和環(huán)路濾波器組成的鎖向環(huán)路進行精 調(diào)頻鎖定。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧的方法，其特征在于，所述粗調(diào)頻過 程采用二進制折半查找算法進行粗調(diào)頻曲線的逐次逼近，以確定所述壓控振蕩器工作的粗 調(diào)頻曲線。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種寬帶電荷泵鎖相環(huán)及其動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧方法，其中，寬帶電荷泵鎖相環(huán)包括依次電連接的鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和分頻器，還包括動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧模塊。本發(fā)明由壓控振蕩器、分頻器和動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧模塊組成粗調(diào)頻環(huán)路以進行粗調(diào)頻，隨后由壓控振蕩器、分頻器、鑒頻鑒相器、電荷泵和環(huán)路濾波器組成精調(diào)頻鎖相環(huán)路以進行精調(diào)頻鎖定。其中粗調(diào)頻過程采用二進制折半查找算法進行粗調(diào)頻曲線的逐次逼近，每次逼近通過動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧模塊對參考時鐘和分頻時鐘分別計數(shù)并基于動態(tài)閾值對計數(shù)結(jié)果進行比較判決，從而可在不影響AFC粗調(diào)頻速度的情況下，提高粗調(diào)頻準確性，進而改進了鎖相環(huán)的相位噪聲和雜散性能。
【IPC分類】H03L7/099
【公開號】CN105634480
【申請?zhí)枴緾N201510961938
【發(fā)明人】李路, 朱進宇, 鄒光南
【申請人】航天恒星科技有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月21日