寬帶電荷泵鎖相環(huán)及動態(tài)閾值自動頻率調(diào)諧方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線射頻通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種寬帶電荷累鎖相環(huán)及其動態(tài)闊 值自動頻率調(diào)諧方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 寬頻帶鎖相環(huán)(Wide-Band I^ase-Locked Loop,簡稱WB化L)是無線通信系統(tǒng)及其 他眾多應(yīng)用中的重要模塊，是實現(xiàn)頻率合成器的基礎(chǔ)，它主要為發(fā)送端和接收端提供寬頻 帶的本地時鐘W形成本振，同時要保證時鐘的噪聲和雜散性能。目前為了實現(xiàn)足夠大的頻 率覆蓋范圍，同時保持較低的壓控振蕩器(Voltage-con化oiled Oscillator,簡稱VC0)增 益，寬頻帶鎖相環(huán)中的壓控振蕩器通常包含2的N(N為正整數(shù))次方條互相有一定程度交疊 的調(diào)頻曲線，由開關(guān)電容陣列實現(xiàn)。寬頻帶鎖相環(huán)收到頻率控制字后，鎖定通常會經(jīng)過先粗 調(diào)（Coarse tuning)、后精調(diào)（Fine tuning)的過程，其中，粗調(diào)過程由自動頻率控制電路 (Adaptive Rrequency Calibration，簡稱AFC)完成最佳調(diào)頻曲線的選擇;精調(diào)過程由鎖相 環(huán)路調(diào)節(jié)VCO中變?nèi)萜鞯目刂齐妷和瓿深l率鎖定。
[0003] 而AFC電路有閉環(huán)和開環(huán)兩大類型，其開環(huán)結(jié)構(gòu)因具有更快的選頻速度而成為眾 多寬頻帶鎖相環(huán)的實現(xiàn)選擇。通過對國內(nèi)外專利及學術(shù)交流文獻進行大量的查閱對比，發(fā) 現(xiàn)目前應(yīng)用于寬頻帶電荷累鎖相環(huán)的開環(huán)AFC模塊的主要改進方向在提高粗調(diào)頻的速度， 減小鎖相環(huán)的鎖定時間，而在AFC粗調(diào)頻的準確性對鎖相環(huán)噪聲和雜散性能的影響方面卻 鮮有分析和研究。實際上，在無線通信系統(tǒng)中普遍采用的II型電荷累鎖相環(huán)中，電荷累的電 流匹配性能與其輸出電壓有關(guān)，其最佳位置通常在VDD/2附近，偏離VDD/2越遠，電荷累的電 流匹配性能越差，鎖相環(huán)的噪聲和雜散也會相應(yīng)惡化，而最終鎖定時電荷累的輸出電壓與 AFC粗調(diào)頻的準確性（即最終收斂的調(diào)頻曲線)有關(guān)，對于寬頻帶鎖相環(huán)，由于VCO增益隨其 振蕩頻率的大幅變化，會使得低頻段下AFC粗調(diào)頻準確性的進一步惡化。目前通常采用增加 AFC計數(shù)器計數(shù)位寬來提高準確性，但是會增加粗調(diào)頻時間，即AFC工作的速度與準確性存 在一定程度的折中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種寬帶電荷累鎖相環(huán)及其動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧方法， 用W解決現(xiàn)有技術(shù)中粗調(diào)頻的準確性對鎖相環(huán)噪聲和雜散性能的影響問題。
[0005] 本發(fā)明的第一個方面是提供一種寬帶電荷累鎖相環(huán)，包括依次電連接的鑒頻鑒相 器、電荷累、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和分頻器，分頻器的輸出端連接鑒頻鑒相器的一個輸 入端，鑒頻鑒相器的另一個輸入端連接參考時鐘，還包括動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊，分頻 器的輸出端連接動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊的一個輸入端，動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊的 另一個輸入端連接參考時鐘，動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊的輸出端連接壓控振蕩器的輸入 JLjJU 乂而。
[0006] 進一步的，動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊包括并連的第一計數(shù)器和第二計數(shù)器，第 一計數(shù)器的輸入端連接參考時鐘Fref，第二計數(shù)器的輸入端與分頻器的輸出端連接，第一 計數(shù)器和第二計數(shù)器的輸出端連接有比較器，比較器還連接有粗調(diào)頻狀態(tài)機和判決闊值動 態(tài)控制單元。
[0007] 本發(fā)明的另一個方面是提供一種動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧的方法，包括：
[0008] 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；
[0009] 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。
[0010] 采用上述本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：由壓控振蕩器、分頻器和動態(tài)闊值自動 頻率調(diào)諧模塊組成粗調(diào)頻環(huán)路W進行粗調(diào)頻，并通過動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊進行計數(shù) 和動態(tài)闊值的比較判決，采用二進制折半查找算法進行粗調(diào)頻曲線的逐次逼近，從而實現(xiàn) 動態(tài)調(diào)整闊值W選定壓控振蕩器工作的粗調(diào)頻曲線；由壓控振蕩器、分頻器、鑒頻鑒相器、 電荷累和環(huán)路濾波器組成精調(diào)頻鎖相環(huán)路W進行精調(diào)頻鎖定，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，使得鎖相環(huán)鎖定后VCO的控制電壓更靠近電荷累工作的 最佳位置，從而改進了鎖相環(huán)的噪聲和雜散性能。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明寬帶電荷累鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明寬帶電荷累鎖相環(huán)的一種實現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧的方法流程圖。
[0014] 附圖中，各標號所代表的部件列表如下：
[001引 100、鑒頻鑒相器，200、電荷累，300、環(huán)路濾波器，400、壓控振蕩器，500、分頻器， 600、動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊，700、第一開關(guān)，800、第二開關(guān)，601、第一計數(shù)器，602、第 二計數(shù)器，603、比較器，604、粗調(diào)頻狀態(tài)機，605、判決闊值動態(tài)控制單元。
【具體實施方式】
[0016] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。
[0017] 本發(fā)明公開了一種寬帶電荷累鎖相環(huán)，如圖1所示，該寬帶電荷累鎖相環(huán)包括:依 次電連接的鑒頻鑒相器100、電荷累200、環(huán)路濾波器300、壓控振蕩器400和分頻器500,還包 括動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊600，其中，分頻器500的輸出端連接鑒頻鑒相器100的一個輸 入端，鑒頻鑒相器100的另一個輸入端連接參考時鐘Fref,分頻器500的輸出端還連接動態(tài) 闊值自動頻率調(diào)諧模塊600的一個輸入端，動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊600的另一個輸入端 連接參考時鐘化ef，動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊600的輸出端連接壓控振蕩器400的輸入 JLjJU 乂而。
[0018] 具體的，壓控振蕩器400的輸入端通過第一開關(guān)700連接環(huán)路濾波器300的輸出端， 壓控振蕩器400進一步通過第二開關(guān)800連接一偏置電壓化ef，其中，第一開關(guān)700和第二開 關(guān)800不會同時閉合。
[0019] 在本實施例中，由壓控振蕩器400、分頻器500和動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊600組 成粗調(diào)頻環(huán)路（即自動頻率控制電路，Adaptive Frequen巧Calibration，簡稱AFC) W進行 粗調(diào)頻；由壓控振蕩器400、分頻器500、鑒頻鑒相器100、電荷累200和環(huán)路濾波器300組成精 調(diào)頻鎖相環(huán)路W進行精調(diào)頻鎖定。
[0020] 具體工作時，通常會經(jīng)過先粗調(diào)(Coarse化ning)、后精調(diào)(Fine tuning)的過程。 首先，分頻器500接收頻率控制字，設(shè)定寬帶電荷累鎖相環(huán)的最終鎖定頻率，由數(shù)字接口控 制第二開關(guān)800閉合，第一開關(guān)700斷開，壓控振蕩器400W化ef為輸入電壓，此時壓控振蕩 器400經(jīng)分頻器500分頻后的信號Fdiv與參考時鐘Fref送入動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊600 進行粗調(diào)頻，通過動態(tài)闊值自動頻率調(diào)諧模塊600進行計數(shù)和動態(tài)闊值的比較判決，采用二 進制折半查找算法進行粗調(diào)頻曲線的逐次逼近，使其振蕩頻率朝著使前述計數(shù)值之差的絕 對值減小的方向改變，直至比較結(jié)果在當前判決闊值之內(nèi)，從而選定壓控振蕩器400工作的 粗調(diào)頻曲線。隨后第二開關(guān)800斷開，第一開關(guān)700閉合，從而斷開AFC環(huán)路，閉合鎖相環(huán)路進 入精調(diào)過程。
[0021] 壓控振蕩器400經(jīng)分頻器500分頻后的信號Fdiv與參考時鐘Fref-并輸入鑒頻鑒 相器100,鑒頻鑒相器100對兩信號進行鑒頻及鑒相操作，產(chǎn)生的相位誤差信號送入電荷累 200,控制電荷累200內(nèi)電流源與電流沉的開啟狀態(tài)，電荷累200輸出的電流信號經(jīng)環(huán)路濾波 器300充放電與濾波操作，轉(zhuǎn)換為壓控振蕩器400的電壓控制信號，調(diào)節(jié)壓控振蕩器400的振 蕩頻率，該頻率經(jīng)分頻器500分頻后反饋到鑒頻鑒相器100繼續(xù)與參考時鐘Fref進行鑒頻鑒 相操作得出相位誤差，最終鎖相環(huán)路在Fdiv與Fref的相位誤差為零時實現(xiàn)頻率鎖定，從而 輸出與頻率控制字對應(yīng)的穩(wěn)定的時鐘信號。
[0022] 圖2為本發(fā)明寬帶電荷累鎖相環(huán)的一種實現(xiàn)方式的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，動態(tài) 闊值自動頻率調(diào)諧模塊600包括并連的第一計數(shù)器601和第二計數(shù)器602，第一計數(shù)器601的 輸入端連接參考時鐘化ef，第二計數(shù)器602的輸入端與分頻器500的輸出端連接，第一計數(shù) 器601和第二計數(shù)器602的輸出端連接有比較器603，比較器603還連接有粗調(diào)頻狀態(tài)機604 和判決闊值動態(tài)控制單元605。
[0023] 具體工作時，由數(shù)字接口控制第二開關(guān)800閉合，第一開關(guān)700斷開，壓控振蕩器 400W化ef為輸入電壓，此時壓控振蕩器400經(jīng)分頻器500分頻后的信號Fdiv送入第二計數(shù) 器602進行第一次計數(shù)，同時參考時鐘Fref送入第一計數(shù)器601計數(shù)，一定時間后計數(shù)同時 停止，第一計數(shù)器601和第二計數(shù)器602的計數(shù)值送入比較器603進行比較判決。若第一計數(shù) 器601和第二計數(shù)器602的計數(shù)值之差超出比較器603的判決闊值，則通過比較器603輸出判 決結(jié)果，粗調(diào)頻狀態(tài)機604根據(jù)判決結(jié)果控制壓控振蕩器400,使其振蕩頻率朝著使前述計 數(shù)值之差的絕對值減小的方向改變。
[0024] 當壓控振蕩器400的頻率改變后，通過分頻器500分頻新的信號Fdi V送入第二計數(shù) 器602進行第二次計數(shù)，同時第一計數(shù)器601對參考時鐘Fref計數(shù)，一定時間后兩計數(shù)同時 停止，第一計數(shù)器601和第二計數(shù)器602的計數(shù)值送入比較器603進行第二次比較判決。此 時，判決闊值動態(tài)控制單元605根據(jù)第一次的比較結(jié)果，對本次(也就是第二次)比較的判決 闊值做出調(diào)整，隨后通過比較器603輸出第二次判決結(jié)果，粗調(diào)頻狀態(tài)機604根據(jù)第二次判 決結(jié)果控制壓控振蕩器400,使其振蕩頻率朝著使前述計數(shù)值之差的絕對值減小的方向改 變。
[0025] 在本發(fā)明實施例中，壓控振蕩器具有/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)），整個粗調(diào)頻過程可W采用二進制折半查找算法進行粗調(diào)頻曲線的逐 次逼近，通過比較器比較第一計數(shù)器和第二計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果，另外通過闊值動態(tài)控制單 元在比較器每次比較前根據(jù)之前的判決結(jié)果對本次判決的闊值做出調(diào)整，直至比較結(jié)果在 當前判決闊值之內(nèi)，使得粗調(diào)頻狀態(tài)機對壓控振蕩器的粗調(diào)頻曲線進行選擇和配置，通過 若干次的計數(shù)、比較進行逼近，從面最終確定壓控振蕩器工作的粗調(diào)頻曲線。
[0026]