專利名稱：一種頻率產(chǎn)生單元及其頻率快速鎖定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻通信技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有溫度補償?shù)念l率產(chǎn)生單元及其頻率快速鎖定方法。
背景技術(shù)：
頻率產(chǎn)生單元是通信設(shè)備的核心部件之一，為通信設(shè)備提供接收本振信號和發(fā)射載波信號。頻率產(chǎn)生單元一般包括環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環(huán)IC。鎖相環(huán)IC用于鑒別本振信號與壓控振蕩器的輸出信號的相位差并輸出誤差電壓，經(jīng)環(huán)路濾波器后作為壓控振蕩器的壓控電壓CV以實現(xiàn)頻率鎖定，從而將壓控振蕩器的輸出信號的頻率鎖定為頻率產(chǎn)生單元所需產(chǎn)生的頻率。壓控振蕩器中會使用變?nèi)莨苤C振產(chǎn)生所需頻率的信號。變?nèi)莨芟喈?dāng)于可變電容， 在不同的反向電壓下呈現(xiàn)不同的電容值。圖1所示為變?nèi)莨茈娙葜惦S反向電壓的變化。反向電壓越大，電容值越小。諧振電路的諧振頻率公式如下公式⑴所示。由公式⑴可知， 諧振頻率與變?nèi)莨艿碾娙菹嚓P(guān)，電容增大，諧振頻率降低。因此，可以為壓控振蕩器設(shè)置不同的壓控電壓CV，該壓控電壓CV將作為施加到變?nèi)莨艿姆聪螂妷簛懋a(chǎn)生不同諧振頻率的信號。
1CO =-1=
2tt^JlC (1)一個方面，隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信設(shè)備要求頻率產(chǎn)生單元具有較快的鎖定時間。然而，在切換頻率時，由于鎖相環(huán)IC經(jīng)環(huán)路濾波器輸出的電壓需要一定的時間才能調(diào)整至所需頻率對應(yīng)的壓控電壓CV，進(jìn)而使頻率的鎖定也需要經(jīng)歷一定的過程。如圖2所示， 為頻率產(chǎn)生單元的頻率鎖定過程示意圖，頻率產(chǎn)生單元的頻率鎖定過程分為三個階段Tl 捕獲階段由于頻點的切換，頻率從穩(wěn)定到不穩(wěn)定的急劇變化，輸出頻率與本振信號的參考時鐘鑒相頻率相位差非常大，鎖相環(huán)處于失鎖狀態(tài)，需要鎖相環(huán)產(chǎn)生大量的泵電流來捕獲目標(biāo)頻率。T2 跟蹤階段輸出頻率與參考時鐘鑒相頻率相位差較小，鎖相環(huán)對輸出頻率進(jìn)行跟蹤，屬于環(huán)路自身調(diào)節(jié)的階段。T3 穩(wěn)定階段輸出頻率與參考時鐘鑒相頻率相位差非常小，鎖相環(huán)處于鎖定的狀態(tài)。當(dāng)頻率偏差小于士 IOOHz時，鎖相環(huán)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。在上述鎖定過程的三個階段中，主要是由Tl和T2階段決定目標(biāo)頻率的鎖定時間。 而T2的時間主要是由于環(huán)路自身的參數(shù)決定。T2時，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T3。然而，Tl捕獲階段所消耗的時間，對整體鎖定時間起直接的影響?，F(xiàn)有的頻率產(chǎn)生單元主要通過兩種解決方法來實現(xiàn)快速鎖定。一種是利用鎖相環(huán) IC自身攜帶的快速鎖定電路控制壓控電壓CV快速變化，使得頻率在切換時快速鎖定。第二種方法是為環(huán)路濾波器提供一個預(yù)置電壓，使得環(huán)路濾波器輸出的壓控電壓CV快鎖穩(wěn)定的壓控電壓CV。該預(yù)置電壓的作用是為環(huán)路濾波器中的電容提供比鎖相環(huán)IC的正常鎖定時輸出的泵電流大的充電電流，以縮短電容充電時間，后續(xù)再由鎖相環(huán)IC的正常鎖定時輸出的泵電流對環(huán)路濾波器輸出的壓控電壓CV進(jìn)行調(diào)節(jié)使其快速切換，實現(xiàn)頻率鎖定。與第二種方法相比，第一種方法的鎖定時間降低不明顯。另一方面，目前對頻率產(chǎn)生單元的穩(wěn)定性也提出了更高的要求，不僅要求設(shè)備常溫正常工作，還要求在高低溫條件下正常使用，通常的標(biāo)準(zhǔn)有_25°C 70°C或者-30°C 80°C等。但是，由于變?nèi)莨苁怯蓀n結(jié)做成的，在固定的反向電壓下，隨著溫度的升高，pn結(jié)空間電荷區(qū)寬度減小，變?nèi)莨茈娙菰龃?。因此，一般的通信設(shè)備會出現(xiàn)隨著環(huán)境溫度升高， 變?nèi)莨茈娙菰龃?，頻率降低的問題。為了保持所產(chǎn)生信號的頻率不變，要求變?nèi)莨茈娙莶蛔?，進(jìn)而需要在環(huán)境溫度升高時增大壓控電壓CV來保持變?nèi)莨茈娙莸姆€(wěn)定，或者在環(huán)境溫度降低時減小壓控電壓CV。因此，需要根據(jù)環(huán)境溫度來調(diào)節(jié)壓控電壓CV，也就需要根據(jù)環(huán)境溫度來調(diào)節(jié)提供給環(huán)路濾波器的預(yù)置電壓，使得預(yù)置電壓隨溫度的變化量與壓控電壓CV 隨溫度變化量相同，達(dá)到溫度補償?shù)淖饔茫ＷC鎖定時間在高低溫和常溫下保持一致，增加頻率產(chǎn)生單元的可靠性。然而，目前主要運用溫度探測器測試并反饋環(huán)境的溫度，然后根據(jù)溫度刷新通過軟件計算獲得的存儲器內(nèi)的壓控電壓CV的值，以此來達(dá)到溫度補償?shù)哪康暮托Ч?。該方法的缺陷在于其對硬件需求很多，溫度補償需要采用溫度探測器和存儲器，占用大量的PCB 面積。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有頻率產(chǎn)生單元的快速鎖定方法中采用溫度探測器反饋溫度來調(diào)節(jié)預(yù)置電壓導(dǎo)致硬件復(fù)雜的缺陷，提供一種頻率產(chǎn)生單元及其頻率快速鎖定方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種頻率產(chǎn)生單元，包括主控芯片、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環(huán)IC ；所述鎖相環(huán)IC用于接收所述主控芯片的頻率設(shè)置信號，鑒別本振信號與所述壓控振蕩器的輸出信號的相位差并輸出誤差電壓信號， 經(jīng)所述環(huán)路濾波器后作為所述壓控振蕩器的壓控電壓以實現(xiàn)頻率鎖定；所述頻率產(chǎn)生單元還包括電壓預(yù)配置電路，包括正向壓降隨溫度升高而降低的二極管，用于輸出隨溫度升高而增加的預(yù)置電壓；所述主控芯片用于在接收頻率設(shè)置信號后，在第一時間段內(nèi)將電壓預(yù)配置電路輸出的預(yù)置電壓施加到所述環(huán)路濾波器，為所述環(huán)路濾波器中的電容充電，所述主控芯片還在所述第一時間段后切斷電壓預(yù)配置電路為環(huán)路濾波器提供的預(yù)置電壓，并由所述鎖相環(huán)IC調(diào)節(jié)環(huán)路濾波器輸出的電壓實現(xiàn)頻率鎖定。本發(fā)明還相應(yīng)提供了一種如上所述的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法，所述頻率產(chǎn)生單元包括主控芯片、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環(huán)IC ；其特征在于，所述頻率快速鎖定方法包括以下步驟主控芯片接收頻率設(shè)置信號，發(fā)送給鎖相環(huán)IC ；主控芯片在第一時間段內(nèi)將電壓預(yù)配置電路輸出的預(yù)置電壓施加到環(huán)路濾波器， 為所述環(huán)路濾波器中的電容充電；所述電壓預(yù)配置電路包括正向壓降隨溫度升高而降低的二極管，用于輸出隨溫度升高而增加的預(yù)置電壓；
主控芯片在所述第一時間段后切斷電壓預(yù)配置電路為環(huán)路濾波器提供的預(yù)置電壓，并由所述鎖相環(huán)IC調(diào)節(jié)環(huán)路濾波器輸出的電壓實現(xiàn)頻率鎖定。實施本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元及其頻率快速鎖定方法，具有以下有益效果本發(fā)明通過采用具有正向壓降隨溫度升高而降低的二極管的電壓預(yù)配置電路為環(huán)路濾波器提供隨溫度升高而增加的預(yù)置電壓，縮短了隨后鎖相環(huán)IC控制的鎖定時間；同時，本發(fā)明采用二極管等器件組成電壓預(yù)配置電路，其電路簡單，成本低，并且可以使得預(yù)置電壓隨溫度的變化量與壓控電壓隨溫度變化量相同，達(dá)到溫度補償?shù)淖饔?，進(jìn)而保證鎖定時間在高低溫和常溫下保持一致，增加頻率產(chǎn)生單元的可靠性。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1為變?nèi)莨茈娙葜惦S反向電壓的變化關(guān)系圖；圖2為頻率產(chǎn)生單元的頻率鎖定過程示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的第一實施例的原理框圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的第二實施例的原理框圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的第二實施例中第一部分的電路原理圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的第二實施例中第二部分的電路原理圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法的第一實施例的流程圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法的第二實施例的流程圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。請參閱圖3，為根據(jù)本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的第一實施例的原理框圖。如圖3所示，該頻率產(chǎn)生單元包括主控芯片10、鎖相環(huán)IC 20、環(huán)路濾波器(LPF) 30和壓控振蕩器 (VCO)400其中，主控芯片10被用于運行程序發(fā)送頻率設(shè)置信號等給鎖相環(huán)IC 20。主控芯片10通過發(fā)送時鐘信號PLL_CL0CK、數(shù)據(jù)信號PLL_DATA和片選信號PLL_CS給鎖相環(huán)IC20 實現(xiàn)控制和數(shù)據(jù)的配置。鎖相環(huán)IC 20用于接收主控芯片10的頻率設(shè)置信號，根據(jù)為其設(shè)置的頻率產(chǎn)生本振信號，并鑒別本振信號與壓控振蕩器40的輸出信號的相位差并輸出誤差電壓信號，該誤差電壓信號中的噪聲和干擾成分被低通性質(zhì)的環(huán)路濾波器30濾除，并通過為環(huán)路濾波器中的電容充電使得環(huán)路濾波器輸出的電壓作為壓控振蕩器40的壓控電壓 CV,壓控電壓CV作用于壓控振蕩器40的結(jié)果是把它的輸出信號的振蕩頻率fo拉向為鎖相環(huán)IC 20設(shè)置的頻率，當(dāng)二者相等時，頻率產(chǎn)生單元進(jìn)入鎖定狀態(tài)。本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元還包括電壓預(yù)配置電路90，該電壓預(yù)配置電路90包括正向壓降隨溫度升高而降低的二極管，用于輸出隨溫度升高而增加的預(yù)置電壓。主控芯片10 則在接收頻率設(shè)置信號后，在第一時間段tl內(nèi)將電壓預(yù)配置電路輸出的預(yù)置電壓施加到環(huán)路濾波器30，為環(huán)路濾波器30中的電容充電，主控芯片10還在第一時間段tl后切斷電壓預(yù)配置電路90為環(huán)路濾波器提供的預(yù)置電壓，并由所述鎖相環(huán)IC調(diào)節(jié)環(huán)路濾波器輸出的電壓實現(xiàn)頻率鎖定。
本發(fā)明是通過采用二極管組成的電壓預(yù)配置電路90來提供隨溫度升高而增加的預(yù)置電壓的，該電壓預(yù)配置電路90具有通過將一個固定電壓經(jīng)至少一個二極管降壓后輸出，由于二極管具有正向壓降隨溫度升高而降低的特性，通過二極管降壓后輸出的預(yù)置電壓將隨溫度升高而增加。因此，本發(fā)明可以根據(jù)環(huán)境溫度來調(diào)節(jié)提供給環(huán)路濾波器的預(yù)置電壓，使得預(yù)置電壓隨溫度的變化量與壓控振蕩器的壓控電壓CV隨溫度變化量相同，達(dá)到溫度補償?shù)淖饔茫ＷC鎖定時間在高低溫和常溫下保持一致，增加頻率產(chǎn)生單元的可靠性。 并且本發(fā)明的電壓預(yù)配置電路90通過簡單的二極管實現(xiàn)，與采用溫度探測器相比，其硬件簡單，成本低，不占用設(shè)備空間。電壓預(yù)配置電路90采用的二極管可以為普通p-n 二極管，或者為金屬_半導(dǎo)體 (接觸)二極管即肖特基管。優(yōu)選地，電壓預(yù)配置電路90采用肖特基管實現(xiàn)，由于其開關(guān)速度非?？?，適用于在頻率切換時快速反應(yīng)。本發(fā)明中電壓預(yù)配置電路90在溫度不變時所提供的預(yù)置電壓為固定值。在常溫輸出的預(yù)置電壓可以固定為頻率產(chǎn)生單元所產(chǎn)生頻率范圍對應(yīng)壓控電壓范圍中的某一特定值。更優(yōu)選地，在常溫輸出的預(yù)置電壓固定為頻率產(chǎn)生單元所產(chǎn)生頻率范圍對應(yīng)壓控電壓的中間值。例如，當(dāng)頻率產(chǎn)生單元所產(chǎn)生頻率范圍為400-700HZ時，其在常溫下對應(yīng)的壓控電壓CV為IV 3. 8V,則預(yù)置電壓選取中間值2. 4V。請結(jié)合參閱圖2，在捕獲階段Tl，當(dāng)為頻率產(chǎn)生單元設(shè)置的頻率進(jìn)行切換時，如果沒有預(yù)置電壓，則鎖相環(huán)IC在調(diào)整環(huán)路濾波器輸出的電壓時，將在大范圍內(nèi)進(jìn)行變化以調(diào)整到設(shè)置的頻率被鎖定時的壓控電壓CV。而本發(fā)明通過為環(huán)路濾波器提供預(yù)置電壓，使鎖相環(huán)IC在調(diào)整環(huán)路濾波器輸出的電壓時，從中間值開始搜索使頻率鎖定時的壓控電壓CV，使得相應(yīng)的頻率跳動的范圍相對縮小，能夠有效地縮短捕獲階段Tl的時間，更加快速地鎖定頻率。與目前通過軟件采用時序復(fù)雜的公式算法計算壓控電壓CV，再為環(huán)路濾波器提供與之相應(yīng)的預(yù)置電壓的方法相比，本發(fā)明為環(huán)路濾波器提供固定的預(yù)置電壓，當(dāng)該預(yù)置電壓采用中間值時，仍然能夠縮短鎖相環(huán)IC的頻率鎖定的搜索時間，并且其硬件簡單，成本降低。此外，鎖相環(huán)IC20在電壓預(yù)配置電路90為環(huán)路濾波器30提供預(yù)置電壓結(jié)束后， 即在第一時間段tl后可以通過正常的鎖定功能將頻率鎖定，優(yōu)選地也可以通過開啟快鎖功能，進(jìn)一步加快頻率的鎖定時間。主控芯片10可以發(fā)送信號開啟鎖相環(huán)IC20的快鎖功能，并在第一時間段tl后的第二時間段t2將鎖相環(huán)IC20產(chǎn)生的快鎖信號發(fā)送給環(huán)路濾波器30實現(xiàn)快速鎖定。為了防止出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，在第二時間段t2結(jié)束時，主控芯片10可以發(fā)送信號關(guān)閉鎖相環(huán)IC20的快鎖功能，使得鎖相環(huán)IC20通過正常鎖定的功能對頻率進(jìn)行鎖定。圖3所示的頻率產(chǎn)生單元的第一實施例的控制過程如下所述首先，當(dāng)頻率產(chǎn)生單元的設(shè)備上電或者切換頻率時，主控芯片10接收頻率設(shè)置信號，并發(fā)送給鎖相環(huán)IC 20配置所需鎖定的頻率信息。隨后，主控芯片10在第一時間段tl內(nèi)將電壓預(yù)配置電路90輸出的預(yù)置電壓施加到環(huán)路濾波器30，為環(huán)路濾波器30中的電容充電。隨后，主控芯片10第一時間段tl結(jié)束后切斷電壓預(yù)配置電路90為環(huán)路濾波器30 提供的預(yù)置電壓。此時由鎖相環(huán)IC20調(diào)節(jié)環(huán)路濾波器30輸出的電壓，使得頻率快速鎖定。 此時環(huán)路濾波器30輸出的電壓被切換到所設(shè)置的頻率對應(yīng)的壓控電壓CV。優(yōu)選地，主控芯片10可以控制鎖相環(huán)IC20開啟快鎖模式，并在第二時間段t2內(nèi)控制鎖相環(huán)IC20產(chǎn)生的快鎖信號發(fā)送給環(huán)路濾波器30實現(xiàn)快速鎖定。在第二時間段t2結(jié)束時，主控芯片10可以發(fā)送信號關(guān)閉鎖相環(huán)IC20的快鎖功能，使得鎖相環(huán)IC20通過正常鎖定的功能對頻率進(jìn)行鎖定。請參閱圖4，為根據(jù)本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的第二實施例的原理框圖。第二實施例包括與第一實施例中結(jié)構(gòu)和功能相同的主控芯片10、鎖相環(huán)IC 20、環(huán)路濾波器(LPF)30 和壓控振蕩器(VCO) 40。在該實施例中，主控芯片10采用OMAP 10實現(xiàn)，OMAP 10是一款面向多操作系統(tǒng)的高性能低功耗處理器。在第二實施例中，上述壓控振蕩器40的輸出信號可以經(jīng)過反饋帶通器(BPF) 50返回給鎖相環(huán)IC 20。在實際應(yīng)用中，該頻率產(chǎn)生單元還需要包括鎖相環(huán)參考晶體(VC_TCX0) 60，以及與OMAP 10連接輸出VC_TCX0控制電壓的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 70等。以及與壓控振蕩器40的輸出端連接用于對輸出信號進(jìn)行緩沖放大的緩沖放大器80。在第二實施例中，頻率產(chǎn)生單元還包括第一開關(guān)91和第二開關(guān)92，0MAP10通過第一開關(guān)91和第二開關(guān)92對各個電路的信號發(fā)送進(jìn)行控制。第一開關(guān)91連接在電壓預(yù)配置電路90和環(huán)路濾波器30之間，在通常情況下為斷開狀態(tài)，在接通時可以將電壓預(yù)配置電路90與環(huán)路濾波器30連接。0MAP10在第一時間段 tl內(nèi)發(fā)送預(yù)配置控制信號ft~e_ktup_C0ntr0l控制第一開關(guān)91接通將電壓預(yù)配置電路90 提供的預(yù)置電壓施加給環(huán)路濾波器30，為環(huán)路濾波器30中的電容提供較大的充電電流，使其快速充電。第二開關(guān)92連接在鎖相環(huán)IC 20的快鎖控制端和環(huán)路濾波器30之間，能夠接收 0MAP10的控制信號。第二開關(guān)92可以將鎖相環(huán)IC 20的快鎖控制端連接至環(huán)路濾波器30。 0MAP10在第一時間段tl后的第二時間段t2內(nèi)發(fā)送快鎖控制信號i^St_L0Ck_C0ntr0l控制第二開關(guān)92接通，進(jìn)而將鎖相環(huán)IC 20產(chǎn)生的快鎖信號i^St_Lock發(fā)送給環(huán)路濾波器30， 由鎖相環(huán)IC 20實現(xiàn)快鎖功能。優(yōu)選地，主控芯片10在第二時間段t2結(jié)束時，發(fā)送信號關(guān)閉鎖相環(huán)IC 20的開鎖功能，將其切換至鎖定檢測模式。由鎖相環(huán)IC 20對環(huán)路濾波器30輸出的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)實現(xiàn)正常鎖定。在鎖定檢測模式下，鎖相環(huán)IC20產(chǎn)生的快鎖檢測信號還可以經(jīng)第二開關(guān)92 反饋給主控芯片10。此時，第二開關(guān)92可以采用單刀雙擲開關(guān)，常態(tài)為斷開狀態(tài)，在第一種接通情況下將鎖相環(huán)IC 20產(chǎn)生的快鎖信號i^St_Lock發(fā)送給環(huán)路濾波器30，在第二種接通情況下將鎖相環(huán)IC20產(chǎn)生的快鎖檢測信號反饋給主控芯片10。主控芯片10可以分別發(fā)送快鎖控制信號i^st_L0Ck_C0ntr0l控制第二開關(guān)92切換到第一種接通情況，或者發(fā)送快鎖檢測控制信號L0Ck_Detect_C0ntr0l控制第二開關(guān)92切換到第二種接通情況。圖4所示的頻率產(chǎn)生單元的第二實施例的控制過程如下所述當(dāng)設(shè)備上電或者切換頻率時，主控芯片10接收頻率設(shè)置信號，并發(fā)送給鎖相環(huán)IC 20配置所需鎖定的頻率信息。在一些優(yōu)選的實施例中，此時可以主控芯片10可以打開鎖相環(huán)IC 20的快鎖功能，此時由于第二開關(guān)92的隔離，鎖相環(huán)IC 20產(chǎn)生的快鎖信
Lock未加到環(huán)路濾波器30上。隨后，主控芯片10發(fā)送預(yù)配置控制信號f^rejetupjontrol給第一開關(guān)91，控制其導(dǎo)通并持續(xù)第一時間段tl，從而將電壓預(yù)配置電路90提供的預(yù)置電壓施加給環(huán)路濾波器30。第一開關(guān)91在第一時間段tl結(jié)束后關(guān)閉。隨后，主控芯片10發(fā)送快鎖控制信號i^aSt_L0Ck_C0ntr0l給第二開關(guān)92，控制其為第一種接通狀態(tài)并持續(xù)第二時間段t2，即將鎖相環(huán)IC 20的快鎖控制端產(chǎn)生的快鎖信號 i^St_Lock發(fā)送給環(huán)路濾波器30，由鎖相環(huán)IC 20實現(xiàn)快鎖功能。第二開關(guān)92在第二時間段t2結(jié)束后關(guān)閉，即切斷鎖相環(huán)IC 20作用于環(huán)路濾波器30的快鎖信號i^St_Lock。最后，可以關(guān)閉鎖相環(huán)IC 20的快鎖功能，使頻率產(chǎn)生單元實現(xiàn)正常鎖定。優(yōu)選地，可以由主控芯片10配置鎖相環(huán)IC 20，將其由快鎖模式切換至鎖定檢測模式。此時，第二開關(guān)92可以在接收主控芯片10的快鎖檢測控制信號L0Ck_Detect_C0ntr0l后，切換至第二接通狀態(tài)，將鎖相環(huán)IC 20產(chǎn)生的快鎖檢測信號Lock_Detect反饋給主控芯片10。在整個過程中，第一時間段tl時間長度和第二時間段t2時間長度直接決定環(huán)路濾波器30的過充與否以及鎖定時間，所以需要根據(jù)所需的鎖定控制時間控制第一時間段 tl和第二時間段t2的時間長度，進(jìn)而防止出現(xiàn)電容的過充和欠充，縮短了鎖定時間，保證了系統(tǒng)的可靠性。請結(jié)合參閱圖2可見，本發(fā)明在捕獲階段Tl，首先通過給頻率產(chǎn)生單元的環(huán)路濾波器30提供一個隨溫度變化的預(yù)置電壓，然后開啟鎖相環(huán)IC 20的快鎖功能，可以大幅減小捕獲階段Tl的鎖定時間。在此期間控制預(yù)置電壓的預(yù)置時間即tl和鎖相環(huán)的快鎖功能時間即t2，最后可以通過鎖相環(huán)的常規(guī)鎖定功能進(jìn)行鎖定。這樣，可以避免環(huán)路濾波器30 的過充現(xiàn)象，縮短了 Tl階段時間，從而達(dá)到了快速鎖定的目的。Tl階段時間越短，鎖定過程所用時間越短。此外，本發(fā)明提供的方案只是在鎖定過程中起作用，鎖定結(jié)束后所有設(shè)置和器件不會影響頻率產(chǎn)生單元，也不會影響相位噪聲。也就是說，本發(fā)明提供的方案在保證快速鎖定和高低溫可靠性的同時，也保證了很好的相位噪聲特性。下面對本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的主要功能模塊的具體電路進(jìn)行介紹。請參閱圖5和圖6，為根據(jù)本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的第二實施例的電路原理圖。如圖5所示，示出了鎖相環(huán)IC 20和鎖相環(huán)參考晶體(VC_TCX0)60的具體電路圖。其中，鎖相環(huán)IC 20由PLL芯片U202以及周邊電路實現(xiàn)，可以采用型號為sky72310的PLL芯片。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于本具體實施例中所采用的芯片類型，而可以選擇本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知并能應(yīng)用的PLL芯片。該PLL芯片U202具備快鎖功能。該PLL芯片U202的Clock 端(第22腳)、CS端(第21腳)和Data端(第20腳)分別用于接收主控芯片10發(fā)出的時鐘信號PLL_CLK、片選信號PLL_CS和數(shù)據(jù)信號PLL_Data。鎖相環(huán)參考晶體(VC TCX0)60在本實施例中采用型號為DSB321SDA的芯片以及周邊電路實現(xiàn)。同理，本發(fā)明并不限于該具體實施例中所采用的芯片類型。主控芯片10通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC70發(fā)出的參考晶體控制信號VC_TCX0_Control輸出給鎖相環(huán)參考晶體(VC_ TCX0) 60，鎖相環(huán)參考晶體(VC_TCX0) 60的輸出連接至PLL芯片U202的Xtalin/OSC端(第 9腳)。請結(jié)合參閱圖6，示出了環(huán)路濾波器(LPF)30、反饋帶通器(BPF) 50、電壓預(yù)配置電路90，以及第一開關(guān)91和第二開關(guān)92。其中，圖6中反饋帶通器(BPF) 50接收VCO反饋信號VC0_to_PLL_FeedbaCk進(jìn)行帶通濾波后通過接口 Jl輸出給圖5中鎖相環(huán)IC 20的Fvco_ main端(第2腳)，以供鎖相環(huán)IC 20進(jìn)行相位比對。
此外，圖5中鎖相環(huán)IC 20通過CPoutjiiain端(第6腳)輸出經(jīng)比對后輸出的誤差電壓，即正常工作模式下輸出的鎖定信號給圖6中接口 J3，以提供給環(huán)路濾波器(LPF) 30 產(chǎn)生壓控電壓VC。圖5中鎖相環(huán)IC 20在快鎖模式下還通過LD/PS_main端(第4腳)輸出快鎖信號hstj^ck給圖6中接口 J2，以提供給第二開關(guān)92。電壓預(yù)配置電路90中采用肖特基管，用于調(diào)整電壓預(yù)配置電路90輸出的預(yù)置電壓隨溫度升高而增加，以實現(xiàn)溫度補償。本發(fā)明并不限定采用的肖特基管的數(shù)量、種類和連接關(guān)系，只需要使得該電壓預(yù)配置電路90能夠提供具有溫度補償?shù)念A(yù)置電壓，即隨溫度升高而增加即可。如圖6中，電壓預(yù)配置電路90包括肖特基管D203-D205，電阻R277、電阻 R2M和電阻R278。肖特基管D203-D205首尾相接，并和電阻R277和電阻R2M串聯(lián)在給定工作電壓PLL_3. 3V與地之間，其中，電阻R277和電阻R2M之間的節(jié)點通過電阻R278輸出給第一開關(guān)91。該電壓預(yù)配置電路90還可以具有電容C237和電容C241，并聯(lián)在給定工作電壓PLL_3.3V與地之間。電壓預(yù)配置電路90能夠提供合適的預(yù)置電壓。電阻R277和電阻R2M之間的節(jié)點還通過電阻R257與鎖相環(huán)IC20的LD/PS_main端(第4腳)連接。由于肖特基管正向壓降隨溫度升高而減小，所以電壓預(yù)配置電路90提供的預(yù)置電壓隨溫度升高而增加，恰好滿足壓控電壓CV隨溫度升高而增加的特點。因此，本發(fā)明提出的電壓預(yù)配置電路90有溫度補償作用，一旦常溫下第一時間段tl和第二時間段t2的時間長度固定，高低溫情況下不會出現(xiàn)由于壓控電壓CV變化而破壞之前的常溫防過充設(shè)計或者快鎖設(shè)計，從而避免高低溫導(dǎo)致鎖相環(huán)的鎖定時間加長，增加了頻率產(chǎn)生單元的可靠性。第一開關(guān)91由開關(guān)芯片U205及周邊電路組成。該開關(guān)芯片U205采用型號為 FSA66P5X的開關(guān)芯片實現(xiàn)。其0N/0FF端(第4腳)由主控芯片10的預(yù)配置控制信號 Setup_Control控制，當(dāng)接收到該預(yù)配置控制信號ft~e_ktup_Control時導(dǎo)通，將開關(guān)芯片 U205的Vin端(第1腳)輸入的電壓預(yù)配置電路90的預(yù)置電壓的信號通過OUT端(第2 腳)經(jīng)電阻R230輸出給環(huán)路濾波器(LPF) 30中。環(huán)路濾波器(1^朽30主要由電阻1 219、電阻1 222以及并聯(lián)的電容組串聯(lián)對鎖相環(huán)IC 20的CPoutjiiain端(第6腳)輸出誤差電壓進(jìn)行分壓。該開關(guān)芯片U205的OUT端 (第2腳)在第一時間段tl將電壓預(yù)配置電路90的預(yù)置電壓輸出至電阻R219和電阻R222 之間的節(jié)點，使得鎖相環(huán)IC 20的CPoutjiiain端(第6腳)經(jīng)過串聯(lián)的電阻R217和電阻 R218之后輸出的壓控電壓CV，即壓控電壓信號Control Voltage_to_VC0能夠快速地切換。 該壓控電壓信號Control Voltage_to_VC0將與壓控振蕩器40 (圖5-6中未示出)連接。并聯(lián)的電容組由電容C233、電容C235等組成。第二開關(guān)92由開關(guān)芯片U203及周邊電路組成。該開關(guān)芯片U203采用型號為 TS5A3159DCKR的單刀雙擲芯片實現(xiàn)，其公共端COM端(第4腳)與鎖相環(huán)IC 20的LD/PS_ main端(第4腳)連接，接收快鎖信號i^St_Lock。開關(guān)芯片U203的輸入控制端IN端(第 6腳)與主控芯片10連接，用于接收快鎖控制信號i^st_L0Ck_C0ntr0l或快鎖檢測控制信號L0Ck_Detect_C0ntr0l。第二開關(guān)92在一般情況下是斷開的，起到隔離作用。第二開關(guān)92在第二時間段t2接收的快鎖控制信號i^st_L0Ck_C0ntr0l為高電平，使得開關(guān)芯片 U203處于第一種接通狀態(tài)，其公共端COM端(第4腳)與NO端(第1腳)連通，將鎖相環(huán) IC 20產(chǎn)生的快鎖信號i^St_Lock通過NO端(第1腳)發(fā)送給環(huán)路濾波器(LPF) 30的電阻 R222與并聯(lián)的電容組之間的節(jié)點，其該節(jié)點通過電容C223連接至電容R217和電容R218之間的節(jié)點。第二開關(guān)92在第二時間段t2后，接收的快鎖檢測控制信號L0Ck_DeteCt_C0ntr0l 為低電平，且此時鎖相環(huán)IC 20的快鎖功能被關(guān)閉，切換至鎖定檢測模式。開關(guān)芯片U203處于第二種接通狀態(tài)，其公共端COM端(第4腳)與NC端(第3腳)連通，將公共端COM端 (第4腳)采集的鎖相環(huán)IC 20的快鎖檢測信號Lock_Detect作為PLL_Lock_Detect反饋給主控芯片10。請參閱圖7，為根據(jù)本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法的第一實施例的流程圖。在該實施例提供的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法中，頻率產(chǎn)生單元為如上所述的圖3所示的頻率產(chǎn)生單元。該頻率快速鎖定方法包括以下步驟首先，在步驟S401中，當(dāng)頻率產(chǎn)生單元的設(shè)備上電或者切換頻率時觸發(fā)；隨后，在步驟S402中，主控芯片10接收頻率設(shè)置信號，并發(fā)送給鎖相環(huán)IC 20配置所需鎖定的頻率信息。隨后，在步驟S403中，主控芯片10在第一時間段tl內(nèi)將電壓預(yù)配置電路90輸出的預(yù)置電壓施加到環(huán)路濾波器30，為環(huán)路濾波器30中的電容充電。電壓預(yù)配置電路90中包括正向壓降隨溫度升高而降低的二極管，用于輸出隨溫度升高而增加的預(yù)置電壓。主控芯片10第一時間段tl結(jié)束后切斷了電壓預(yù)配置電路90為環(huán)路濾波器30提供的預(yù)置電壓。隨后，在步驟S404中，由鎖相環(huán)IC20調(diào)節(jié)環(huán)路濾波器30輸出的電壓，實現(xiàn)頻率的鎖定。優(yōu)選地，主控芯片10可以控制鎖相環(huán)IC20開啟快鎖模式，并在第二時間段t2內(nèi)控制鎖相環(huán)IC20產(chǎn)生的快鎖信號發(fā)送給環(huán)路濾波器30實現(xiàn)快速鎖定。在第二時間段t2結(jié)束時，主控芯片10可以發(fā)送信號關(guān)閉鎖相環(huán)IC20的快鎖功能，使得鎖相環(huán)IC20通過正常鎖定的功能對頻率進(jìn)行鎖定。請參閱圖8，為根據(jù)本發(fā)明的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法的第二實施例的流程圖。在該實施例提供的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法中，頻率產(chǎn)生單元為如上所述的圖4所示的頻率產(chǎn)生單元。該頻率快速鎖定方法包括以下步驟首先，開始于步驟S801中，當(dāng)頻率產(chǎn)生單元的設(shè)備上電或者切換頻率時觸發(fā)。例如通信設(shè)備上電時需要發(fā)射具有一定頻率的射頻信號。隨后，在步驟S802中，主控芯片10接收頻率設(shè)置信號，并發(fā)送給鎖相環(huán)IC 20配置所需鎖定的頻率信息。優(yōu)選地，主控芯片10可以打開鎖相環(huán)IC的快鎖功能。此時由于第二開關(guān)92的隔離，鎖相環(huán)IC 20產(chǎn)生的快鎖信號i^aSt_L0Ck未加到環(huán)路濾波器30上。隨后，在步驟S803中，主控芯片10發(fā)送預(yù)配置控制信號ft~e_ktup_C0ntr0l給第一開關(guān)91，控制其導(dǎo)通并持續(xù)第一時間段tl，從而將電壓預(yù)配置電路90提供的預(yù)置電壓施加給環(huán)路濾波器30。第一開關(guān)91在第一時間段tl結(jié)束后關(guān)閉。其中，預(yù)置電壓通常選取所需頻率范圍對應(yīng)壓控電壓CV的中間值。電壓預(yù)配置電路90包括肖特基管，用于調(diào)整電壓預(yù)配置電路90輸出的預(yù)置電壓隨溫度升高而增加，以實現(xiàn)溫度補償。隨后，在步驟S804中，上述主控芯片10發(fā)送快鎖控制信號i^St_L0Ck_C0ntr0l給第二開關(guān)92，控制其為第一種接通狀態(tài)并持續(xù)第二時間段t2，即將鎖相環(huán)IC 20的快鎖控制端產(chǎn)生的快鎖信號hst^ock發(fā)送給環(huán)路濾波器30，由鎖相環(huán)IC 20加快鎖定。第二開關(guān)92在第二時間段t2結(jié)束后關(guān)閉，即切斷鎖相環(huán)IC 20作用于環(huán)路濾波器30的快鎖信號 Fast_Lock0上述第一時間段tl和第二時間段t2的長度根據(jù)所需的鎖定控制時間而確定。
隨后，在步驟S805中，關(guān)閉鎖相環(huán)IC20的快鎖功能實現(xiàn)正常鎖定。優(yōu)選地，可以由主控芯片10配置鎖相環(huán)IC 20，將其由快鎖模式切換至鎖定檢測模式。此時，第二開關(guān) 92可以在接收主控芯片10的快鎖檢測控制信號L0Ck_Detect_C0ntr0l后，切換至第二接通狀態(tài)，將鎖相環(huán)IC 20產(chǎn)生的快鎖檢測信號Lock_Detect反饋給主控芯片10。最后，在步驟S806中，鎖相環(huán)IC20自動將輸出信號鎖定為所需的新頻點。通過試驗數(shù)據(jù)證明，本發(fā)明鎖定時間較短，且產(chǎn)生的預(yù)置電壓基本可實現(xiàn)隨溫度的變化量與壓控電壓CV變化量相當(dāng)，使得鎖定時間在高低溫下的一致性很好，可靠性很尚O本發(fā)明是根據(jù)特定實施例進(jìn)行描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白在不脫離本發(fā)明范圍時，可進(jìn)行各種變化和等同替換。此外，為適應(yīng)本發(fā)明技術(shù)的特定場合或材料，可對本發(fā)明進(jìn)行諸多修改而不脫離其保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明并不限于在此公開的特定實施例， 而包括所有落入到權(quán)利要求保護(hù)范圍的實施例。
權(quán)利要求
1.一種頻率產(chǎn)生單元，包括主控芯片、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環(huán)IC ；所述鎖相環(huán)IC用于接收所述主控芯片的頻率設(shè)置信號，鑒別本振信號與所述壓控振蕩器的輸出信號的相位差并輸出誤差電壓信號，經(jīng)所述環(huán)路濾波器后作為所述壓控振蕩器的壓控電壓以實現(xiàn)頻率鎖定；其特征在于，所述頻率產(chǎn)生單元還包括電壓預(yù)配置電路，包括正向壓降隨溫度升高而降低的二極管，用于輸出隨溫度升高而增加的預(yù)置電壓；所述主控芯片用于在接收頻率設(shè)置信號后，在第一時間段內(nèi)將電壓預(yù)配置電路輸出的預(yù)置電壓施加到所述環(huán)路濾波器，為所述環(huán)路濾波器中的電容充電，所述主控芯片還在所述第一時間段后切斷電壓預(yù)配置電路為環(huán)路濾波器提供的預(yù)置電壓，并由所述鎖相環(huán)IC 調(diào)節(jié)環(huán)路濾波器輸出的電壓實現(xiàn)頻率鎖定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率產(chǎn)生單元，其特征在于，所述二極管為肖特基管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頻率產(chǎn)生單元，其特征在于，所述電壓預(yù)配置電路包括肖特基管D203-D205,電阻R277、電阻R224和電阻R278 ；所述肖特基管D203-D205首尾相接，并和電阻R277和電阻R2M串聯(lián)在給定工作電壓與地之間，所述電阻R277和電阻R2M之間的節(jié)點通過電阻R278輸出給所述第一開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的頻率產(chǎn)生單元，其特征在于，所述電壓預(yù)配置電路在常溫輸出的預(yù)置電壓固定為頻率產(chǎn)生單元所產(chǎn)生頻率范圍對應(yīng)壓控電壓的中間值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頻率產(chǎn)生單元，其特征在于，所述主控芯片開啟所述鎖相環(huán) IC的快鎖功能，并在第一時間段后的第二時間段將所述鎖相環(huán)IC產(chǎn)生的快鎖信號發(fā)送給所述環(huán)路濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的頻率產(chǎn)生單元，其特征在于，所述頻率產(chǎn)生單元還包括第一開關(guān)，連接在所述電壓預(yù)配置電路和所述環(huán)路濾波器之間，用于在接收所述主控芯片在第一時間段內(nèi)發(fā)送的預(yù)配置控制信號后接通，將所述電壓預(yù)配置電路提供的預(yù)置電壓施加給所述環(huán)路濾波器；第二開關(guān)，連接在所述鎖相環(huán)IC的快鎖控制端和所述環(huán)路濾波器之間，用于在接收所述主控芯片在第一時間段后的第二時間段內(nèi)發(fā)送的快鎖控制信號后接通，將所述鎖相環(huán)IC 產(chǎn)生的快鎖信號發(fā)送給所述環(huán)路濾波器。
7.一種根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法，所述頻率產(chǎn)生單元包括主控芯片、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環(huán)IC ；其特征在于，所述頻率快速鎖定方法包括以下步驟主控芯片接收頻率設(shè)置信號，發(fā)送給鎖相環(huán)IC ；主控芯片在第一時間段內(nèi)將電壓預(yù)配置電路輸出的預(yù)置電壓施加到環(huán)路濾波器，為所述環(huán)路濾波器中的電容充電；所述電壓預(yù)配置電路包括正向壓降隨溫度升高而降低的二極管，用于輸出隨溫度升高而增加的預(yù)置電壓；主控芯片在所述第一時間段后切斷電壓預(yù)配置電路為環(huán)路濾波器提供的預(yù)置電壓，并由所述鎖相環(huán)IC調(diào)節(jié)環(huán)路濾波器輸出的電壓實現(xiàn)頻率鎖定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法，其特征在于，電壓預(yù)配置電路中采用的二極管為肖特基管。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法，其特征在于，所述電壓預(yù)配置電路輸出的預(yù)置電壓為頻率產(chǎn)生單元所產(chǎn)生頻率范圍對應(yīng)壓控電壓的中間值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法，其特征在于，所述頻率快速鎖定方法還包括所述主控芯片開啟所述鎖相環(huán)IC的快鎖功能，并在第一時間段后的第二時間段將所述鎖相環(huán)IC產(chǎn)生的快鎖信號發(fā)送給所述環(huán)路濾波器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的頻率產(chǎn)生單元的頻率快速鎖定方法，其特征在于，所述頻率產(chǎn)生單元還包括第一開關(guān)，連接在所述電壓預(yù)配置電路和所述環(huán)路濾波器之間，用于在接收所述主控芯片在第一時間段內(nèi)發(fā)送的預(yù)配置控制信號后接通，將所述電壓預(yù)配置電路提供的預(yù)置電壓施加給所述環(huán)路濾波器；第二開關(guān)，連接在所述鎖相環(huán)IC的快鎖控制端和所述環(huán)路濾波器之間，用于在接收所述主控芯片在所述第二時間段內(nèi)發(fā)送的快鎖控制信號后接通，將所述鎖相環(huán)IC產(chǎn)生的快鎖信號發(fā)送給所述環(huán)路濾波器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種頻率產(chǎn)生單元及其頻率快速鎖定方法，該頻率產(chǎn)生單元包括主控芯片、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環(huán)IC；以及電壓預(yù)配置電路，包括正向壓降隨溫度升高而降低的二極管，用于輸出隨溫度升高而增加的預(yù)置電壓；其中主控芯片用于在接收頻率設(shè)置信號后，在第一時間段內(nèi)將電壓預(yù)配置電路輸出的預(yù)置電壓施加到所述環(huán)路濾波器，并在第一時間段結(jié)束后切斷該預(yù)置電壓，由鎖相環(huán)IC控制頻率鎖定。本發(fā)明通過電壓預(yù)配置電路為環(huán)路濾波器提供預(yù)置電壓從而縮短鎖相環(huán)的鎖定時間，并在電壓預(yù)配置電路中引入二極管通過簡單的硬件實現(xiàn)了溫度補償，保證鎖定時間在高低溫情況下的穩(wěn)定性，增強了裝置在高低溫下的可靠性。
文檔編號H03L7/093GK102545836SQ20111045433
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者冷鵬, 童偉, 黃成富 申請人:海能達(dá)通信股份有限公司