專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于頻率綜合器的在線快速自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子技術(shù)領(lǐng)域，具體適用但不限定于射頻收發(fā)機(jī)中頻率綜合器的快速頻率校準(zhǔn)方法和電路
背景技術(shù)：
目前，在無(wú)線收發(fā)機(jī)中，頻率綜合器用來(lái)產(chǎn)生可編程的精確的振蕩信號(hào)，如圖1所示，它一般由參考振蕩器11、鑒頻鑒相器12、電荷泵13、環(huán)路濾波器14，、壓控振蕩器15和分頻器16構(gòu)成?？梢援a(chǎn)生小數(shù)分頻比的頻率綜合器一般還包括sigma-delta調(diào)制器17。 其中頻率綜合器29的輸出頻率范圍取決于壓控振蕩器15的輸出頻率范圍，為得到較低的相位噪聲，壓控振蕩器一般用電感電容壓控振蕩器實(shí)現(xiàn)。這種類(lèi)型的振蕩器相位噪聲較低， 但是壓控增益也較低，低壓控增益有利于優(yōu)化鎖相環(huán)的噪聲，卻使振蕩器輸出頻率范圍也較小。為了得到較寬的輸出頻率范圍，電容電感壓控振蕩器通常都會(huì)通過(guò)開(kāi)關(guān)電容陣列18 來(lái)實(shí)現(xiàn)多條調(diào)諧曲線。這樣可在低壓控增益下覆蓋較大的頻率范圍。傳統(tǒng)的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路19 一般采用開(kāi)環(huán)校準(zhǔn)，分別用兩個(gè)計(jì)數(shù)器120和121對(duì)參考輸出和分頻器輸出計(jì)數(shù)。然后由計(jì)數(shù)值判斷兩個(gè)頻率的大小關(guān)系，再對(duì)電容陣列做相應(yīng)的改變。電容陣列的設(shè)置使用用二進(jìn)制搜索算法，從高位開(kāi)始，依次確定剩余各位高低。 具體過(guò)程如下
1.先將環(huán)路濾波器與壓控振蕩器的連接斷開(kāi)，給壓控振蕩器的電壓控制端一個(gè)固定的電位(一般為半電源電壓)，電容陣列最高位置1 ；
2.在一個(gè)預(yù)先設(shè)定的固定時(shí)間內(nèi)，用兩個(gè)計(jì)數(shù)器同時(shí)計(jì)數(shù)參考振蕩器輸出和分頻器輸
出；
3.計(jì)數(shù)結(jié)束后，比較兩個(gè)數(shù)值，判斷哪個(gè)頻率更快，相應(yīng)的設(shè)置下一位電容陣列控制位的高低。4..重復(fù)步驟2和3，直到不能分辨兩個(gè)頻率的高低，說(shuō)明兩個(gè)頻率之差已經(jīng)達(dá)到要求的精度。5.斷開(kāi)校準(zhǔn)環(huán)路，連通環(huán)路濾波器和壓控振蕩器，使頻率綜合器進(jìn)入鎖定過(guò)程。上述的方法有一些固有的缺點(diǎn)。因?yàn)樽宇l帶較窄，意味著各頻帶之間頻率差較小， 因此計(jì)數(shù)器需要計(jì)數(shù)較多周期才能分辨要求的頻率差；開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，兩個(gè)輸入的相位不確定，也需要更多計(jì)數(shù)周期才能抵消掉初始相位造成的誤差；每次比較都要計(jì)數(shù)固定周期數(shù)， 不能自動(dòng)適應(yīng)，造成校準(zhǔn)時(shí)間的浪費(fèi)；同時(shí)總體的校準(zhǔn)時(shí)間還會(huì)隨電容陣列位數(shù)增多而變大。上述缺點(diǎn)都使頻率自動(dòng)校準(zhǔn)的時(shí)間較長(zhǎng)。同時(shí)開(kāi)環(huán)校準(zhǔn)需要在壓控振蕩器的輸入端插入開(kāi)關(guān)，影響頻率綜合器正常工作時(shí)的性能。對(duì)于小數(shù)頻率綜合器，在校準(zhǔn)過(guò)程中還要關(guān)閉 sigma-delta 調(diào)制器。隨著技術(shù)不斷發(fā)展，人們對(duì)無(wú)線通信的要求越來(lái)越高，比如要求同一個(gè)收發(fā)機(jī)可以滿足不同的通信標(biāo)準(zhǔn)，覆蓋多個(gè)頻段，寬頻帶不僅增加電路復(fù)雜度，使噪聲的改善更加困難，還使頻率綜合器的校準(zhǔn)時(shí)間更長(zhǎng)，使用傳統(tǒng)自動(dòng)頻率校準(zhǔn)技術(shù)很難達(dá)到某些通信標(biāo)準(zhǔn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種減少頻率綜合器的校準(zhǔn)時(shí)間，使其輸出頻率可以快速切換的用于頻率綜合器的在線快速自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路和方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為頻率綜合器的在線快速自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，主要包括有快速充放電電路，比較器電路和數(shù)字邏輯處理電路；
所述的快速充放電電路有一個(gè)控制端和充放電輸出端，充放電輸出端接環(huán)路濾波器， 當(dāng)控制端信號(hào)為低時(shí)，快速充放電電路輸出高阻態(tài)，充放電輸出端上的電壓沒(méi)有影響；當(dāng)控制端信號(hào)為高時(shí)，快速充放電電路快速把充放電輸出端的電壓拉到半電源電壓；
所述的比較器輸入端接快速充放電電路的充放電輸出端，比較器接有控制端，比較器的兩個(gè)輸出端和輸出給數(shù)字邏輯處理電路，比較器有高低兩個(gè)閾值，在控制端為低電平時(shí)， 如果輸入端的電壓高于設(shè)定的高閾值，輸出端就變成高電平，同時(shí)輸出端保持為低電平；如果低于設(shè)定的低閾值，則輸出端變?yōu)楦唠娖剑瑫r(shí)輸出端保持為低電平，當(dāng)控制端為高電平時(shí)，兩個(gè)輸出端和都被置零；
所述的數(shù)字邏輯處理電路根據(jù)輸入情況決定增加或減少電容陣列中打開(kāi)的電容數(shù)，在每次改變電容陣列后，通過(guò)控制端輸出置位信號(hào)給快速充放電電路和比較器電路，使快速充放電電路關(guān)斷，使比較器電路的兩個(gè)輸出端和均為低電平。一種如上述的用于頻率綜合器的在線快速自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路的校準(zhǔn)方法，包括如下步驟
1)數(shù)字邏輯處理電路將壓控振蕩器的電容陣列控制字高位置1，即打開(kāi)一半電容陣列， 使控制端為高電平，快速充放電電路將把充放電輸出端拉到半電源電壓處，同時(shí)比較器的輸出被設(shè)為低電平；控制端的高電平維持2個(gè)時(shí)鐘周期后變?yōu)榈碗娖?，使快速充放電電路輸出高阻，這樣鎖相環(huán)電路就與自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路斷開(kāi)，然后鎖相環(huán)將進(jìn)入自由建立過(guò)程， 比較器也將監(jiān)測(cè)充放電輸出端上的電壓并可作出反應(yīng)；
2)在鎖相環(huán)自由建立過(guò)程中，如果分頻器輸出端的相位落后于參考振蕩器輸出端的相位，則充放電輸出端被充電，電壓升高，如果升高到比較器的高閾值處，則比較器輸出端變?yōu)楦唠娖?，?shù)字邏輯處理電路將減小電容陣列中打開(kāi)的電容數(shù)，反之，如果比較器輸出端變?yōu)楦唠娖剑瑪?shù)字邏輯處理電路將增大電容陣列中打開(kāi)的電容數(shù)；
3)電容改變完成后，在控制端輸出兩個(gè)時(shí)鐘周期的高電平信號(hào)，在此時(shí)間內(nèi)，快速充放電電路將重新把充放電輸出端電壓拉到半電源電壓，比較器輸出也將被置零，控制端的高電平結(jié)束后鎖相環(huán)再次進(jìn)入建立過(guò)程；
4)重復(fù)步驟2)和步驟3)，直到找到正確的電容陣列配置。上述的方法中，電容陣列中接入電容數(shù)的改變分成兩個(gè)階段，第一個(gè)階段電容陣列中電容數(shù)的調(diào)節(jié)是二進(jìn)制搜索的過(guò)程，電容的改變每次都比上次減半；第二個(gè)階段則是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上做增一或減一的調(diào)節(jié)，直到找到最終的電容陣列配置。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠，可在小數(shù)分頻器工作時(shí)在線監(jiān)視、自動(dòng)實(shí)施頻率校準(zhǔn)；避免了傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法中計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間長(zhǎng)的缺點(diǎn)，使用本方法可以大大降低校準(zhǔn)時(shí)間；閉環(huán)校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，不用把環(huán)路斷開(kāi)；避免校準(zhǔn)電路在頻率綜合器工作時(shí)產(chǎn)生不利影響。


圖1是采用傳統(tǒng)的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路的頻率綜合器的框架圖。圖2是采用本發(fā)明所述的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路的頻率綜合器的框架圖。圖3本發(fā)明校準(zhǔn)方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。如圖2所示的采用本發(fā)明所述的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路的頻率綜合器的框架圖，頻率綜合器的結(jié)構(gòu)為現(xiàn)有技術(shù)，不再詳細(xì)描述。本發(fā)明所述的頻率綜合器的在線快速自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，主要包括有快速充放電電路21，比較器電路22和數(shù)字邏輯處理電路23 ；
所述的快速充放電電路21有一個(gè)控制端25和充放電輸出端26，充放電輸出端26接環(huán)路濾波器，當(dāng)控制端25信號(hào)為低時(shí)，快速充放電電路輸出高阻態(tài)，充放電輸出端26上的電壓沒(méi)有影響；當(dāng)控制端25信號(hào)為高時(shí)，快速充放電電路21快速把充放電輸出端26(即環(huán)路濾波器14的輸入端)的電壓拉到半電源電壓；雖然在其充(放)電時(shí)，電荷泵13也同時(shí)在工作，但是因?yàn)槠涑?放)電電流較大，所以不影響拉電平功能的實(shí)現(xiàn)。所述的比較器22輸入端接快速充放電電路21的充放電輸出端26，比較器22接有控制端25，比較器22的兩個(gè)輸出端27和28輸出給數(shù)字邏輯處理電路23，比較器有高低兩個(gè)閾值，在控制端25為低電平時(shí)，如果輸入端的電壓高于設(shè)定的高閾值，輸出端28就變成高電平，同時(shí)輸出端27保持為低電平；如果低于設(shè)定的低閾值，則輸出端27變?yōu)楦唠娖剑瑫r(shí)輸出端28保持為低電平，當(dāng)控制端25為高電平時(shí)，兩個(gè)輸出端27和28都被置零；
所述的數(shù)字邏輯處理電路23根據(jù)輸入情況決定增加或減少電容陣列中打開(kāi)的電容數(shù)，在每次改變電容陣列后，通過(guò)控制端25輸出置位信號(hào)給快速充放電電路21和比較器電路22，使快速充放電電路關(guān)斷，使比較器電路22的兩個(gè)輸出端27和28均為低電平。本發(fā)明的校準(zhǔn)方法采用閉環(huán)校準(zhǔn)，主要思路是將電容陣列作為可變電容的擴(kuò)展， 模仿只有可變電容而無(wú)電容陣列時(shí)的鎖相環(huán)的建立過(guò)程，使自動(dòng)頻率校準(zhǔn)過(guò)程同鎖相環(huán)的建立過(guò)程合為一體。在初始化時(shí)，打開(kāi)電容陣列的一半電容，即僅將電容陣列控制位的高位置1。同時(shí)把壓控振蕩器的控制電壓拉到中心電平，鎖相環(huán)開(kāi)始進(jìn)入建立過(guò)程。如果壓控振蕩器控制電壓下降到某一水平，則減小電容陣列接入的電容數(shù)目；反之，如果控制電壓升高到某一電平，則打開(kāi)電容陣列中的更多電容。反復(fù)調(diào)節(jié)直到找到正確的電容陣列配置。使用本校準(zhǔn)方法的頻率綜合器的建立過(guò)程如圖3所示，其中N為壓控振蕩器15中電容陣列120的 位數(shù)。步驟過(guò)程描述如下
1)數(shù)字邏輯處理電路23將壓控振蕩器的電容陣列控制字高位置1，即打開(kāi)一半電容陣列，使控制端25為高電平，快速充放電電路21將把充放電輸出端26拉到半電源電壓處，同時(shí)比較器22的輸出被設(shè)為低電平；控制端25的高電平維持2個(gè)時(shí)鐘周期后變?yōu)榈碗娖?，使快速充放電電?1輸出高阻，這樣鎖相環(huán)電路就與自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路斷開(kāi)，然后鎖相環(huán)將進(jìn)入自由建立過(guò)程，比較器也將監(jiān)測(cè)充放電輸出端26上的電壓并可作出反應(yīng)；2)在鎖相環(huán)自由建立過(guò)程中，如果分頻器輸出端的相位落后于參考振蕩器輸出端的相位，則充放電輸出端26被充電，電壓升高，如果升高到比較器22的高閾值處，則比較器輸出端28變?yōu)楦唠娖?，為提高壓控振蕩器的輸出頻率，進(jìn)而提高分頻器輸出節(jié)點(diǎn)的頻率，數(shù)字邏輯處理電路23將減小電容陣列中打開(kāi)的電容數(shù)，反之，如果比較器輸出端27變?yōu)楦唠娖剑瑪?shù)字邏輯處理電路23將增大電容陣列中打開(kāi)的電容數(shù)；
3)電容改變完成后，在控制端25輸出兩個(gè)時(shí)鐘周期的高電平信號(hào)，在此時(shí)間內(nèi)，快速充放電電路將重新把充放電輸出端26電壓拉到半電源電壓，比較器輸出也將被置零，控制端25的高電平結(jié)束后鎖相環(huán)再次進(jìn)入建立過(guò)程；
4)重復(fù)步驟2)和步驟3)，直到找到正確的電容陣列配置。上述的方法中，電容陣列中接入電容數(shù)的改變分成兩個(gè)階段，第一個(gè)階段電容陣列中電容數(shù)的調(diào)節(jié)是二進(jìn)制搜索的過(guò)程，電容的改變每次都比上次減半；第二個(gè)階段則是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上做增一或減一的調(diào)節(jié)，直到找到最終的電容陣列配置?？傊?，本發(fā)明雖然例舉了上述優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)該說(shuō)明，雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種變化和改型，除非這樣的變化和改型偏離了本發(fā)明的范圍，否則都應(yīng)該包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于頻率綜合器的在線快速自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，其特征在于主要包括有快速充放電電路(21)，比較器電路(22 )和數(shù)字邏輯處理電路(23 )；所述的快速充放電電路(21)有一個(gè)控制端(25)和充放電輸出端(26)，充放電輸出端 (26)接環(huán)路濾波器，當(dāng)控制端(25)信號(hào)為低時(shí)，快速充放電電路輸出高阻態(tài)，充放電輸出端 (26)上的電壓沒(méi)有影響；當(dāng)控制端(25)信號(hào)為高時(shí)，快速充放電電路(21)快速把充放電輸出端(26)的電壓拉到半電源電壓；所述的比較器(22)輸入端接快速充放電電路(21)的充放電輸出端(26)，比 較器(22) 接有控制端(25)，比較器(22)的兩個(gè)輸出端(27)和(28)輸出給數(shù)字邏輯處理電路(23)， 比較器有高低兩個(gè)閾值，在控制端(25)為低電平時(shí)，如果輸入端的電壓高于設(shè)定的高閾值， 輸出端(28)就變成高電平，同時(shí)輸出端(27)保持為低電平；如果低于設(shè)定的低閾值，則輸出端(27)變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)輸出端(28)保持為低電平，當(dāng)控制端(25)為高電平時(shí)，兩個(gè)輸出端(27)和(28)都被置零；所述的數(shù)字邏輯處理電路(23)根據(jù)輸入情況決定增加或減少電容陣列中打開(kāi)的電容數(shù)，在每次改變電容陣列后，通過(guò)控制端(25)輸出置位信號(hào)給快速充放電電路(21)和比較器電路(22)，使快速充放電電路關(guān)斷，使比較器電路(22)的兩個(gè)輸出端(27)和(28)均為低電平。
2.一種如權(quán)利要求1所述的用于頻率綜合器的在線快速自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路的校準(zhǔn)方法，其特征在于，包括如下步驟1)數(shù)字邏輯處理電路(23)將壓控振蕩器的電容陣列控制字高位置1，即打開(kāi)一半電容陣列，使控制端(25)為高電平，快速充放電電路(21)將把充放電輸出端(26)拉到半電源電壓處，同時(shí)比較器(22)的輸出被設(shè)為低電平；控制端(25)的高電平維持2個(gè)時(shí)鐘周期后變?yōu)榈碗娖剑箍焖俪浞烹婋娐?21)輸出高阻，這樣鎖相環(huán)電路就與自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路斷開(kāi)， 然后鎖相環(huán)將進(jìn)入自由建立過(guò)程，比較器也將監(jiān)測(cè)充放電輸出端(26)上的電壓并可作出反應(yīng)；2)在鎖相環(huán)自由建立過(guò)程中，如果分頻器輸出端的相位落后于參考振蕩器輸出端的相位，則充放電輸出端(26)被充電，電壓升高，如果升高到比較器(22)的高閾值處，則比較器輸出端(28)變?yōu)楦唠娖?，?shù)字邏輯處理電路(23)將減小電容陣列中打開(kāi)的電容數(shù)，反之， 如果比較器輸出端(27)變?yōu)楦唠娖?，?shù)字邏輯處理電路(23)將增大電容陣列中打開(kāi)的電容數(shù)；3)電容改變完成后，在控制端(25)輸出兩個(gè)時(shí)鐘周期的高電平信號(hào)，在此時(shí)間內(nèi)，快速充放電電路將重新把充放電輸出端(26)電壓拉到半電源電壓，比較器輸出也將被置零，控制端(25)的高電平結(jié)束后鎖相環(huán)再次進(jìn)入建立過(guò)程；4)重復(fù)步驟2)和步驟3)，直到找到正確的電容陣列配置。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的電容陣列中接入電容數(shù)的改變分成兩個(gè)階段，第一個(gè)階段電容陣列中電容數(shù)的調(diào)節(jié)是二進(jìn)制搜索的過(guò)程，電容的改變每次都比上次減半；第二個(gè)階段則是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上做增一或減一的調(diào)節(jié)，直到找到最終的電容陣列配置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于頻率綜合器的在線快速自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路和方法。自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路主要包括有快速充放電電路(21)，比較器電路(22)和數(shù)字邏輯處理電路(23)。本發(fā)明的校準(zhǔn)方法采用閉環(huán)校準(zhǔn)，主要思路是將電容陣列作為可變電容的擴(kuò)展，模仿只有可變電容而無(wú)電容陣列時(shí)的鎖相環(huán)的建立過(guò)程，使自動(dòng)頻率校準(zhǔn)過(guò)程同鎖相環(huán)的建立過(guò)程合為一體。本發(fā)明可減少頻率綜合器的校準(zhǔn)時(shí)間，使其輸出頻率可以快速切換。
文檔編號(hào)H03L7/08GK102223147SQ20111008215
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者李正平, 王明照 申請(qǐng)人:廣州潤(rùn)芯信息技術(shù)有限公司