鎖相環(huán)快速鎖定電路及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻通信模塊，尤其涉及一種鎖相環(huán)快速鎖定電路及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著GSM、TETRA等TDMA通信系統(tǒng)的發(fā)展，在RF系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中要求PLL頻率合成器能夠提供越來越快的鎖定時(shí)間，來滿足多時(shí)隙收發(fā)工作，若完成跳頻數(shù)據(jù)傳輸工作。在提尚PLL鎖定時(shí)間時(shí)，通過加入快鎖電路來提尚鎖相環(huán)的鎖定時(shí)間，現(xiàn)有技術(shù)中通過加大泵電流的方法以提高鎖定時(shí)間，但不能滿足復(fù)雜的TETRA通信系統(tǒng)或跳頻通信系統(tǒng)應(yīng)用要求。
[0003]在復(fù)雜的PLL頻合方式中，由于鎖相環(huán)低通濾波器帶寬的限制，頻率源的相位噪聲與鎖相環(huán)速度之間相互制約，環(huán)路帶寬窄，可提高鎖相環(huán)鎖定速度，降低鎖相環(huán)鎖定時(shí)間但會(huì)使相位噪聲加大。若將環(huán)路帶寬加大，可降低頻率源的相位噪聲位鎖定時(shí)間會(huì)加長。在TETRA通信系統(tǒng)或跳頻通信系統(tǒng)應(yīng)用中，在同一時(shí)隙實(shí)現(xiàn)從高頻點(diǎn)跳頻到低頻點(diǎn)，此時(shí)，壓控電壓下降，此時(shí)，鎖相環(huán)僅能靠自身的電荷泵對(duì)環(huán)路濾波電路放電，因此從高頻點(diǎn)到低頻點(diǎn)的鎖定過程較慢。
[0004]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中鎖相環(huán)鎖定的波形圖，以下結(jié)合附圖1介紹頻率鎖定的過程。
[0005]DTI階段-捕獲階段:由于頻點(diǎn)的切換，頻率從穩(wěn)定到不穩(wěn)定的急劇變化，振蕩頻率與參考頻率相位差非常大，鎖相環(huán)處于失鎖狀態(tài)，需要大量的泵電流來捕獲目標(biāo)頻率。
[0006]2)T2階段-跟蹤階段:振蕩頻率與參考頻率相位差較小，鎖相環(huán)對(duì)振蕩頻率進(jìn)行跟蹤，屬于環(huán)路自身調(diào)節(jié)的階段。
[0007]3)Τ3階段-穩(wěn)定階段:振蕩頻率與參考頻率相位差非常小，鎖相環(huán)處于鎖定的狀態(tài)。例如，在專網(wǎng)通信中，當(dāng)頻率偏差小于± 10Hz時(shí)，鎖相環(huán)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。
[0008]如圖1所示，鎖定過程的三個(gè)階段中，主要是由Tl和Τ2階段決定目標(biāo)頻率的鎖定時(shí)間。而Τ2的時(shí)間主要是由于環(huán)路自身的參數(shù)決定。Τ2時(shí)，相位差已經(jīng)比較小了，靠鎖相環(huán)自身的調(diào)節(jié)可以很快進(jìn)入Τ3。然而，Tl捕獲階段所消耗的時(shí)間，對(duì)整體鎖定時(shí)間有直接的影響。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)中采用以下幾種方式實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)電路快速鎖定:
[0010](I)在鎖相環(huán)鎖定開始的一小段時(shí)間內(nèi)打開具有較大電流的快鎖引腳給低通環(huán)路濾波電路充放電，再通過寄存器配置切換加較小的泵電流來滿足窄帶低噪聲的要求。該方法在一定程度上可加快鎖定時(shí)間，但由于主控芯片的電流較小，其快鎖引腳輸出的電流有限，壓控電壓高頻點(diǎn)需較長的鎖定時(shí)間；而且沒有快速放電電路，在鎖相環(huán)跳頻應(yīng)用場合，壓控電壓從高頻點(diǎn)跳頻到低頻點(diǎn)時(shí)環(huán)路濾波電路放電較慢，鎖定時(shí)間較慢；此外，寄存器配置切換時(shí)在低通環(huán)路濾波電路中產(chǎn)生脈沖，導(dǎo)致壓控振蕩器的頻率不穩(wěn)定。
[0011](2)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110080103.X、名稱為鎖相環(huán)快速鎖定的電路及方法中，通過設(shè)置寬帶寬環(huán)路濾波電路和窄帶寬環(huán)路濾波電路兩個(gè)環(huán)路，開始時(shí)寬帶寬環(huán)路濾波電路作為鎖相環(huán)中的環(huán)路濾波電路，預(yù)置壓控電壓同時(shí)給寬帶寬環(huán)路濾波電路和窄帶寬環(huán)路濾波電路進(jìn)行電壓預(yù)置，使鎖相環(huán)中的鑒相器中的頻差快速減小到一個(gè)較小值，該過程中頻差越小，捕獲階段Tl所用的時(shí)間也越短。當(dāng)寬帶寬環(huán)路濾波電路電壓預(yù)置穩(wěn)定后，由寬帶寬環(huán)路濾波電路為窄帶寬環(huán)路濾波電路進(jìn)行電壓預(yù)置，從而窄帶寬環(huán)路濾波電路獲得精確的預(yù)置壓控電壓，由窄帶寬環(huán)路濾波電路作為鎖相環(huán)中的環(huán)路濾波電路。該方法中通過更改環(huán)路濾波電路的參數(shù)使環(huán)路帶寬加大，進(jìn)而縮小Tl階段時(shí)間有限；而且沒有設(shè)置快速放電通道，窄帶環(huán)路濾波電路難以在短時(shí)間內(nèi)放電，因此從高頻點(diǎn)到低頻點(diǎn)的鎖定時(shí)間較長；此外，電路中使用運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓比較，對(duì)壓控振蕩器一致性和濕度穩(wěn)定性要求較尚O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種鎖相環(huán)快速鎖定電路及其控制方法。
[0013]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種鎖相環(huán)快速鎖定電路，包括主控芯片、參考頻率源、鑒相器、環(huán)路濾波電路和壓控振蕩器；所述壓控振蕩器向所述鑒相器反饋振蕩頻率；所述參考頻率源向所述鑒相器輸出參考頻率；所述鑒相器對(duì)所述振蕩頻率和所述參考頻率進(jìn)行處理并向所述環(huán)路濾波電路輸出泵電壓，所述環(huán)路濾波電路對(duì)所述泵電壓進(jìn)行處理并向所述壓控振蕩器輸出壓控電壓；所述壓控振蕩器對(duì)所述壓控電壓進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換處理輸出所述振蕩頻率；還包括分別與所述主控芯片和所述環(huán)路濾波電路相連的快鎖電路；
[0014]所述主控芯片用于給所述鑒相器配置初始化數(shù)據(jù)及目標(biāo)頻率信息，并根據(jù)所述目標(biāo)頻率計(jì)算與其對(duì)應(yīng)的目標(biāo)電壓，控制所述快鎖電路對(duì)所述環(huán)路濾波電路輸出的所述壓控電壓先進(jìn)行放電置零處理，再進(jìn)行充電處理，以使所述環(huán)路濾波電路輸出的所述壓控電壓與所述目標(biāo)電壓一致。
[0015]優(yōu)選地，所述快鎖電路包括用于對(duì)所述壓控電壓進(jìn)行放電置零處理的放電電路和用于對(duì)所述壓控電壓進(jìn)行充電處理的充電電路。
[0016]優(yōu)選地，所述放電電路包括放電電阻、和用于連接所述放電電阻和所述主控芯片的第一開關(guān)，所述第一開關(guān)的一管腳接地；所述充電電路包括充電電阻、和用于連接所述充電電阻和所述主控芯片的第二開關(guān)，所述第二開關(guān)的一管腳與充電電源相連。
[0017]優(yōu)選地，所述環(huán)路濾波電路包括連接在所述鑒相器與所述壓控振蕩器之間的第一電阻、連接在所述第一電阻與所述壓控振蕩器之間的一端接地的第一電容、連接在所述第一電阻與所述鑒相器之間的一端接地的第二電容、連接在所述第一電阻與所述鎖相環(huán)電路之間的第二電阻、以及第二電阻相連的一端接地的第三電容；所述充電電阻連接在所述第二電阻與所述第三電容之間，所述放電電阻連接在所述第二電阻與所述第三電容之間。
[0018]優(yōu)選地，所述主控芯片根據(jù)所述目標(biāo)頻率計(jì)算與其對(duì)應(yīng)的目標(biāo)電壓Vt，其中，Vt=(Fffl-F0)A ;Fm為目標(biāo)頻率，K為壓控振蕩器的壓控靈敏度，F(xiàn)tl為壓控振蕩器在壓控電壓為OV時(shí)輸出的振蕩頻率，K、Ftl為常數(shù)；
[0019]所述主控芯片通過控制所述第一開關(guān)接地的放電時(shí)間，以對(duì)所述環(huán)路濾波電路輸出的所述壓控電壓進(jìn)行放電置零處理；所述放電時(shí)間通過tl = R1CLn[E/V0]計(jì)算得到，其中，其中&為放電電阻的電阻值，C為第三電容的電容值，E為壓控電壓的最大值，V 0為放電到近似OV的電壓值；
[0020]所述主控芯片再通過控制所述第二開關(guān)與充電電源通電的充電時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓控電壓進(jìn)行充電處理，所述充電時(shí)間通過t2 = R2CLn[E/(E-Vt)]計(jì)算得到，其中，R2為放電電阻的電阻值。
[0021]本發(fā)明還提供一種鎖相環(huán)快速鎖定電路的控制方法，所述鎖相環(huán)快速鎖定電路包括主控芯片、參考頻率源、鑒相器、環(huán)路濾波電路、壓控振蕩器、分別與所述主控芯片和所述環(huán)路濾波電路相連的快鎖電路；所述壓控振蕩器與所述鑒相器相連并向所述鑒相器反饋振蕩頻率；所述參考頻率源用于向所述鑒相器輸出參考頻率；所述鑒相器對(duì)所述振蕩頻率和所述參考頻率進(jìn)行處理并向所述環(huán)路濾波電路輸出泵電壓；所述環(huán)路濾波電路對(duì)所述泵電壓進(jìn)行處理并向所述壓控振蕩器輸出壓控電壓；所述壓控振蕩器對(duì)所述壓控電壓進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換處理輸出所述振蕩頻率；所述控制方法包括如下步驟:
[0022]所述主控芯片給所述鑒相器配置初始化數(shù)據(jù)及目標(biāo)頻率信息；
[0023]所述主控芯片根據(jù)所述目標(biāo)頻率計(jì)算與其對(duì)應(yīng)的目標(biāo)電壓；
[0024]所述主控芯片控制所述快鎖電路對(duì)所述環(huán)路濾波電路輸出的所述壓控電壓進(jìn)行放電置零處理；
[0025]所述主控芯片控制所述快鎖電路對(duì)所述環(huán)路濾波電路輸出的所述壓控電壓進(jìn)行充電處理，以使所述環(huán)路濾波電路輸出的所述壓控電壓與所述目標(biāo)電壓一致。
[0026]優(yōu)選地，所述快鎖電路包括用于對(duì)所述壓控電壓進(jìn)行放電置零處理的放電電路和用于對(duì)所述壓控電壓進(jìn)行充電處理的充電電路。
[0027]優(yōu)選地，所述放電電路包括放電電阻、和用于連接所述放電電阻和所述主控芯片的第一開關(guān)，所述第一開關(guān)的一管腳接地；所述充電電路包括充電電阻、和用于連接所述充電電阻和所述主控芯片的第二開關(guān)，所述第二開關(guān)的一管腳與充電電源相連。
[0028]優(yōu)選地，所述環(huán)路濾波電路包括連接在所述鑒相器與所述壓控振蕩器之