專利名稱：鎖相環(huán)及其壓控振蕩電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎖相環(huán)，尤其涉及一種帶自動頻率控制和自動幅度控制的壓控振蕩電路及包含該壓控振蕩電路的鎖相環(huán)。
背景技術(shù)：
在低成本的射頻通訊電路中，經(jīng)常使用鍵合線電感和MOS電容構(gòu)成振蕩器，鍵合線電感的誤差大，為了彌補這個誤差，需要有足夠大的頻率范圍，大的頻率范圍通常需要分段來實現(xiàn)，因此需要有頻率控制電路來實現(xiàn)多波段的切換。MOS電容的品質(zhì)因數(shù)較差，同時在寬的頻率范圍內(nèi)，鍵合線電感的品質(zhì)因數(shù)變化很大，導(dǎo)致在整個頻率范圍內(nèi)的幅度變化過大，容易出現(xiàn)高頻段幅度過高、低頻段不易起振的問題，所以需要對電路的振蕩幅度進行控制，才能提供良好的頻率穩(wěn)定性和噪聲性能。
傳統(tǒng)的自動頻率控制電路采用頻率預(yù)設(shè)的方案，如圖1所示，該方案包括振蕩電路11、電容陣列12、自動頻率控制模塊13。其中，電容陣列12在輸入端m位電容狀態(tài)位 vc<l:m>的控制下組成了電容陣列12的an組電容值，每一組電容值對應(yīng)著振蕩電路11的一個頻段。振蕩電路11接入的控制電壓vctr調(diào)節(jié)振蕩電路11每一個頻段內(nèi)的頻率，輸出兩路差分信號op和on。自動頻率控制模塊13包含頻率查詢模塊14和波段預(yù)設(shè)表15。波段預(yù)設(shè)表15是事先根據(jù)測試或仿真結(jié)果建立的一個電容狀態(tài)位vc<l :m>和振蕩電路11的頻段一一對應(yīng)的表格，頻率查詢模塊14從系統(tǒng)接收到包含目標頻率的數(shù)據(jù)DATA以后，即向頻率預(yù)設(shè)表15中讀取此目標頻率所在頻段對應(yīng)的電容狀態(tài)位的值，并將此值輸出給電容陣列12，即完成頻率設(shè)置。這種方法的優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，缺點是對工藝和溫度等變化的補償能力差，容易出現(xiàn)頻率偏差超出預(yù)期的情況，影響產(chǎn)品的成品率和適用范圍。
傳統(tǒng)的自動幅度控制電路采用幅度反饋控制方案，如圖2所示，包括振蕩電路21、 電容陣列22、幅度檢測器沈、第一環(huán)路濾波器27、環(huán)路放大器觀、第二環(huán)路濾波器四、尾電流晶體管M5。其中，幅度檢測器沈?qū)⒄袷庪娐?1的信號幅度轉(zhuǎn)換成輸出電平信號ampl， ampl經(jīng)第一環(huán)路濾波器27濾波后，輸出到環(huán)路放大器觀，在環(huán)路放大器觀中與標準參考電平Vref比較并放大，經(jīng)由第二環(huán)路濾波器四濾波后，輸出直流電平vb，用來偏置尾電流晶體管M5以控制尾電流的大小。這種結(jié)構(gòu)雖然幅度控制精度較高，但是會顯著降低振蕩器的相位噪聲性能特別是低頻率偏移的相位噪聲性能，而且片上濾波電路也會占用很大的芯片面積，不利于低成本的控制。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種鎖相環(huán)及其壓控振蕩電路，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、高性能、抗干擾能力強的自動幅度控制和自動頻率控制。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種壓控振蕩電路，包括
壓控振蕩器，在控制電壓的控制下產(chǎn)生振蕩信號；
電容陣列模塊，與所述壓控振蕩器的輸出端相連，在電容狀態(tài)位信號的控制下改變等效電容值，以切換所述振蕩信號的頻段；
尾電流陣列模塊，向所述壓控振蕩器提供尾電流，在尾電流狀態(tài)位信號的控制下調(diào)節(jié)所述尾電流的強度，以使所述振蕩信號的振幅保持不變；
自動頻率控制模塊，接收所述振蕩信號以及外部輸入的目標頻率、充電電壓、窗口上限電壓、窗口下限電壓，若所述目標頻率落在所述振蕩信號當前的頻段外，則將所述窗口上限電壓或窗口下限電壓作為所述控制電壓輸入至所述壓控振蕩器，并調(diào)節(jié)所述電容狀態(tài)位信號，直至所述目標頻率落入調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻段內(nèi)，并將所述控制電壓切換為充電電壓；
自動幅度控制模塊，根據(jù)所述電容狀態(tài)位信號調(diào)節(jié)所述尾電流狀態(tài)位信號，以補償因頻段切換造成的振蕩信號幅度變化。
可選地，所述自動頻率控制模塊包括電壓多路選擇器、頻率檢測模塊和頻率控制模塊，其中
所述電壓多路選擇器，在選擇信號的控制下，選擇所述充電電壓、窗口上限電壓和窗口下限電壓其中之一作為所述控制電壓輸入至所述壓控振蕩器；
所述頻率檢測模塊，在所述頻率控制模塊的控制下，接收所述振蕩信號并將其與所述目標頻率進行比較；
所述頻率控制模塊，根據(jù)所述頻率檢測模塊的比較結(jié)果調(diào)節(jié)所述選擇信號和電容狀態(tài)位信號，直至所述目標頻率落入調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻段內(nèi)。
可選地，所述頻率控制模塊采用如下方式調(diào)節(jié)所述選擇信號和電容狀態(tài)位信號
首先通過所述選擇信號選擇所述窗口下限電壓作為控制電壓；
若所述比較結(jié)果指示所述目標頻率低于振蕩信號的當前頻率，則繼續(xù)將所述窗口下限電壓作為控制電壓，并調(diào)節(jié)所述電容狀態(tài)位信號以增大所述電容陣列模塊的等效電容值，直至所述目標頻率高于調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻率，并將所述控制電壓切換為所述充電電壓；
若所述比較結(jié)果指示所述目標頻率高于振蕩信號的當前頻率，則將所述控制電壓切換為窗口上限電壓，之后若所述比較結(jié)果指示所述目標頻率低于切換后的振蕩信號頻率，則將所述控制電壓切換為所述充電電壓，否則調(diào)節(jié)所述電容狀態(tài)位信號以減小所述電容陣列模塊的等效電容值，直至所述目標頻率低于調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻率，并將所述控制電壓切換為所述充電電壓。
可選地，所述頻率檢測模塊包括
分頻器，對所述振蕩信號進行分頻后產(chǎn)生分頻信號；
頻率檢測器，在所述頻率控制模塊的控制下，以外部的標準參考時鐘為標準對所述分頻信號進行計數(shù)，并計算所述振蕩信號的頻率；
比較器，在所述頻率控制模塊的控制下，將所述振蕩信號的頻率與目標頻率進行比較，產(chǎn)生所述比較結(jié)果。
可選地，所述自動幅度控制模塊包括
幅度分段預(yù)設(shè)表模塊，其中存儲有所述尾電流狀態(tài)位信號與電容狀態(tài)位信號分段對應(yīng)的映射表；
幅度控制模塊，根據(jù)所述電容狀態(tài)位信號從所述幅度分段預(yù)設(shè)表模塊中查找對應(yīng)的尾電流狀態(tài)位信號；
鎖存器，與所述幅度控制模塊相連，對所述尾電流狀態(tài)位信號進行鎖存后輸出至尾電流陣列模塊。
可選地，所述尾電流陣列模塊包括
偏置MOS晶體管，其源極連接電源，柵極接收預(yù)設(shè)的尾電流偏置電壓，漏極連接所述壓控振蕩器的尾電流輸入端；
多個尾電流MOS晶體管，其中每一尾電流MOS晶體管的源極連接電源，柵極分別連接一開關(guān)模塊的輸出端，漏極連接所述壓控振蕩器的尾電流輸入端，所述開關(guān)模塊的輸入端接收所述尾電流偏置電壓，所述開關(guān)模塊的控制端由所述尾電流狀態(tài)位信號控制。
可選地，所述多個尾電流MOS晶體管的寬長比依次倍增。
可選地，所述電容陣列模塊包括多個并聯(lián)的電容單元，每一電容單元包括
第一 PMOS晶體管，其柵極連接所述壓控振蕩器的正相輸出端；
與所述第一 PMOS晶體管相同的第二 PMOS晶體管，其柵極連接所述壓控振蕩器的負相輸出端；
開關(guān)模塊，其輸入端連接電源或接地，其輸出端連接所述第一 PMOS晶體管和第二 PMOS晶體管的源極和漏極，其控制端由所述電容狀態(tài)位信號控制。
可選地，所述電容單元中的第一PMOS晶體管包括多個PMOS晶體管，其中每一PMOS 晶體管的柵極連接所述正相輸出端，源極和漏極連接所述開關(guān)模塊的輸出端，所述電容單元中的第二 PMOS晶體管包括多個PMOS晶體管，其中每一 PMOS晶體管的柵極連接所述負相輸出端，源極和漏極連接所述開關(guān)模塊的輸出端；其中，所述多個電容單元內(nèi)第一 PMOS晶體管包括的PMOS晶體管的數(shù)量依次倍增，第二 PMOS晶體管包括的PMOS晶體管的數(shù)量依次倍增。
本發(fā)明還提供了一種鎖相環(huán)，包括以上任一項所述的壓控振蕩電路。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明實施例的壓控振蕩電路中，在目標頻率落在當前振蕩信號頻段之外時，采用自動頻率控制模塊來將窗口上限電壓或窗口下限電壓作為控制電壓輸入至壓控振蕩器， 并調(diào)整電容陣列模塊的等效電容值，直至目標頻率落入調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻段內(nèi)，之后將控制電壓切換為鎖相環(huán)中電荷泵輸出的充電電壓，并且在調(diào)節(jié)電容之后，由自動幅度控制模塊根據(jù)電容的改變來調(diào)節(jié)尾電流的強度，以補償振蕩信號幅度的變化，從而實現(xiàn)了自動的頻率和幅度控制，具有低成本、高性能、抗干擾能力強等優(yōu)點。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種壓控振蕩電路的結(jié)構(gòu)框圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一種壓控振蕩電路的結(jié)構(gòu)框圖3是本發(fā)明實施例的壓控振蕩電路的結(jié)構(gòu)框圖4是圖3中的壓控振蕩器的詳細電路與尾電流陣列模塊和電容陣列模塊的連接結(jié)構(gòu)圖5是圖3中的尾電流陣列模塊的詳細電路圖6是圖3中的電容陣列模塊的詳細電路圖7是圖3中的自動頻率控制模塊的詳細結(jié)構(gòu)與壓控振蕩器的連接結(jié)構(gòu)圖8是圖7中的自動頻率控制模塊進行頻率搜索時的工作方式示意圖9是圖3中的自動幅度控制模塊的詳細機構(gòu)與其他模塊之間的連接結(jié)構(gòu)圖10是圖3中壓控振蕩器在恒定尾電流下的振蕩幅度-電容狀態(tài)位關(guān)系曲線圖11是采用本發(fā)明實施例的壓控振蕩器的鎖相環(huán)的工作流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
圖3示出了本實施例的壓控振蕩電路的結(jié)構(gòu)框圖，包括壓控振蕩器31、電容陣列模塊33、自動頻率控制模塊30、尾電流陣列模塊32和自動幅度控制模塊31。
其中，壓控振蕩器31在控制電壓vctr的控制下產(chǎn)生振蕩信號，其中，控制電壓 vctr由自動頻率控制模塊30來提供。
壓控振蕩器31的詳細電路結(jié)構(gòu)可以參考圖4，包括晶體管M1，其源極接收尾電流陣列模塊32提供的尾電流It，柵極連接振蕩信號的正相輸出端op，漏極連接振蕩信號的負相輸出端on ；晶體管M2，其源極接收尾電流陣列模塊32提供的尾電流It，柵極連接晶體管 Ml的漏極，漏極連接振蕩信號的正相輸出端op ；晶體管M3，其源極接地，柵極連接振蕩信號的正相輸出端op，漏極連接振蕩信號的負相輸出端on ；晶體管M4，其源極接地，柵極連接振蕩信號的負相輸出端on，漏極連接振蕩信號的正相輸出端op ；電感Li，其一端連接振蕩信號的正相輸出端op，另一端連接振蕩信號的負相輸出端on ；可變電容Cvl，其一端連接振蕩信號的負相輸出端on，另一端接收控制電壓vctr ；可變電容Cv2，其一端連接振蕩信號的正相輸出端op，另一端接收控制電壓vctr。
壓控振蕩器31的正相輸出端op和負相輸出端on之間連接有電容陣列模塊31， 電容陣列模塊31的每一等效電容值對應(yīng)一個振蕩信號的頻段，而控制電壓vctr可以在每一頻段內(nèi)對振蕩信號的具體頻率進行微調(diào)。壓控振蕩器31的尾電流輸入端連接有尾電流陣列模塊32，尾電流陣列模塊32可以提供不同強度的尾電流大小，從而調(diào)節(jié)壓控振蕩器31 輸出的振蕩信號的振蕩幅度。
需要說明的是，圖4中的壓控振蕩器31的具體電路僅是示意，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以采用任何適當?shù)膲嚎卣袷幤鳎灰軌蛲ㄟ^控制電壓vctr來調(diào)節(jié)輸出的振蕩信號頻率即可。
繼續(xù)參考圖3和圖4，電容陣列模塊33與壓控振蕩器31的輸出端相連，在電容狀態(tài)位信號vc<l:m>的控制下改變等效電容值，以切換振蕩信號的頻段。作為示例，本實施例中電容狀態(tài)位信號vc為m位的數(shù)字信號，其中m為正整數(shù)。
繼續(xù)參考圖3和圖4，尾電流陣列模塊32向壓控振蕩器31提供尾電流It，在尾電流狀態(tài)位信號tc<l:n>的控制下調(diào)節(jié)尾電流It的強度，以使振蕩信號的幅度保持不變。注意，本文中所采用的術(shù)語“保持不變”指的是在允許的誤差范圍內(nèi)保持不變，即保持在預(yù)設(shè)的幅度范圍內(nèi)。
繼續(xù)參考圖3，自動頻率控制模塊30接收上述振蕩信號以及外部輸入的目標頻率 (包含在從外部接收的系統(tǒng)數(shù)據(jù)DATA中)、充電電壓(例如可以是鎖相環(huán)中電荷泵輸出的電壓)、窗口上限電壓、窗口下限電壓，若目標頻率落在振蕩信號當前的頻段外，則將所述窗口上限電壓或窗口下限電壓作為控制電壓vctr輸入至壓控振蕩器31，并調(diào)節(jié)電容狀態(tài)位信號VC<l:m>，直至目標頻率落入調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻段內(nèi)，并將控制電壓vctr切換為充電電壓。其中，窗口上限電壓和窗口下限電壓分別為壓控振蕩器31所允許的控制電壓vctr 范圍的兩個端點值或者在兩個端點值之間的一個子集。更具體地，窗口上限電壓和窗口下限電壓可以對應(yīng)于圖4中的可變電容Cvl和Cv2的電壓-電容曲線所允許的電壓調(diào)節(jié)范圍的端點，或者對應(yīng)于兩個端點之間的范圍的一個子集。
繼續(xù)參考圖3，自動幅度控制模塊31根據(jù)電容狀態(tài)位信號vC<l:m>調(diào)節(jié)尾電流狀態(tài)位信號tc<l:n>，以補償因頻段切換造成的振蕩信號幅度變化。
本實施例中，自動頻率控制模塊30在改變電容狀態(tài)位信號VC<l:m>之后，還產(chǎn)生觸發(fā)信號AACD，以觸發(fā)自動幅度控制模塊31對電流狀態(tài)位信號tc<l :n>進行調(diào)整。
圖5示出了圖3中的尾電流陣列模塊32的詳細電路，下面結(jié)合圖3和圖5進行詳細說明。尾電流陣列模塊32具體包括偏置MOS晶體管M6，其源極連接電源VDD，柵極接收預(yù)設(shè)的尾電流偏置電壓vbias，漏極連接壓控振蕩器31的尾電流輸入端；多個尾電流MOS晶體管M0<1>、M0<2>......Μ0<η>，其中每一尾電流MOS晶體管MO的源極連接電源VDD，柵極分別連接一開關(guān)模塊15的輸出端，漏極連接壓控振蕩器31的尾電流輸入端，開關(guān)模塊 15的輸入端接收尾電流偏置電壓vbias，開關(guān)模塊15的控制端分別由尾電流狀態(tài)位信號 tc<l:n>的各個比特控制。
其中尾電流偏置電壓vbias是采用標準電壓源等器件提供的標準電壓，在尾電流狀態(tài)位信號tc<l:n>的各個比特控制下，各尾電流MOS晶體管M0<1>、M0<2>......Μ0<η>接通或者斷開，在接通時提供電流，使得尾電流It增大，在斷開時不提供電流，使得尾電流It減小。作為一個優(yōu)選的實施例，多個尾電流MOS晶體管M0<1>、M0<2>......Μ0<η>的寬長比依次倍增，例如尾電流MOS晶體管M0<2>的寬長比是尾電流MOS晶體管M0<1>的2倍，尾電流MOS晶體管M0<3>的寬長比是尾電流MOS晶體管M0<2>的2倍，依次類推，從而在同樣的尾電流偏置電壓vbias控制下，各個尾電流MOS晶體管M0<1>、M0<2>......Μ0<η>在接通時所提供的電流依次倍增。偏置MOS晶體管M6是一個額外的晶體管，用來在尾電流偏置電壓 vbias的控制下提供一個固定的電流。本實施例中尾電流狀態(tài)位信號tc<l:n>共有η個比特，即有η個尾電流MOS晶體管，從而對應(yīng)2η個不同的電流值。
圖6示出了圖3中的電容陣列模塊31的詳細電路圖，下面結(jié)合圖3和圖6進行詳細說明。電容陣列模塊31具體包括多個并聯(lián)的電容單元60，其中每一電容單元 60包括第一 PMOS晶體管(例如，在每個電容單元60中分別為第一第晶體管Μ1<1>、Ml<2>......Ml<m>)，其柵極連接壓控振蕩器31的正相輸出端op ；與第一 PMOS晶體管相同的第二 PMOS晶體管(例如，在每個電容單元60中分別為M2<1>、M2<2>......M2&>)，其柵極連接壓控振蕩器31的負相輸出端on ；開關(guān)模塊14，其輸入端連接電源VDD或接地GND， 其輸出端連接第一 PMOS晶體管和第二 PMOS晶體管的源極和漏極，其控制端由電容狀態(tài)位信號vC<l:m>的各個比特控制。
在電容狀態(tài)位信號vC<l:m>的各個比特的控制下，各個電容單元60中第一晶體管和第二晶體管的源極和漏極連接電源VDD或接地GND，從而進入耗盡區(qū)或者強反型區(qū)，由于耗盡區(qū)電容很小，強反型區(qū)電容很大，因此，源極和漏極電壓的切換實現(xiàn)了電容的接通和切斷，類似電容的開關(guān)，從而實現(xiàn)了等效電容值的調(diào)節(jié)，其中每個等效電容值對應(yīng)壓控振蕩器 31的一個頻段，本實施例中包括m個電容單元60，因而具有2m組等效電容值，分別對應(yīng)2m 個振蕩信號頻段。
優(yōu)選地，電容單元60中第一 PMOS晶體管包括多個PMOS晶體管，其中每一 PMOS晶體管的柵極連接正相輸出端op，源極和漏極連接開關(guān)模塊14的輸出端，即每一第一PMOS晶體管都包括多個相同的、并聯(lián)的PMOS晶體管；電容單元60中的第二 PMOS晶體管包括多個 PMOS晶體管，其中每一 PMOS晶體管的柵極連接負相輸出端on，源極和漏極連接開關(guān)模塊14 的輸出端，即每一第二 PMOS晶體管都包括多個相同的、并聯(lián)的PMOS晶體管。其中，各個電容單元60內(nèi)第一 PMOS晶體管包括的PMOS晶體管的數(shù)量依次倍增，第二 PMOS晶體管包括的PMOS晶體管的數(shù)量依次倍增，例如，第一 PMOS晶體管Ml<2>、第二 PMOS晶體管M2<2>中包含的PMOS晶體管的數(shù)量是第一 PMOS晶體管M1<1>、第二 PMOS晶體管M2<1>的兩倍，第一 PMOS晶體管Ml<3>、第二 PMOS晶體管M2<3>中包含的PMOS晶體管的數(shù)量是第一 PMOS晶體管Ml<2>、第二 PMOS晶體管M2<2>的兩倍，以此類推。
圖7示出了本實施例中自動頻率控制模塊的具體結(jié)構(gòu)與壓控振蕩器之間的連接關(guān)系，結(jié)合圖3和圖7，自動頻率控制模塊30包括電壓多路選擇器71、頻率檢測模塊72和頻率控制模塊73。
具體地，電壓多路選擇器71在頻率控制模塊73輸出的選擇信號的控制下，選擇充電電壓VLPF、窗口上限電壓V2和窗口下限電壓Vl其中之一作為控制電壓vctr輸入至壓控振蕩器31。其中充電電壓VLPF可以鎖相環(huán)中電荷泵輸出的電壓。
頻率檢測模塊72在頻率控制模塊73的控制下，從壓控振蕩器31接收振蕩信號并將其與目標頻率進行比較。具體地，頻率檢測模塊72包括分頻器721，對振蕩信號進行分頻后產(chǎn)生分頻信號；頻率檢測器722，在頻率控制模塊73的控制下，以外部的標準參考時鐘 REFCLK為標準對分頻信號進行計數(shù)，并計算振蕩信號的頻率；比較器723，在頻率控制模塊 73的控制下，將振蕩信號的頻率與目標頻率(包含在系統(tǒng)數(shù)據(jù)DATA中)進行比較，產(chǎn)生比較結(jié)果CR。其中，頻率檢測器722根據(jù)如下公式計算振蕩信號的頻率fra = O^ftlZU其中為振蕩信號的頻率，f0為標準參考時鐘REFCLK的頻率，N為分頻器721的分頻系數(shù)， M為計數(shù)過程中標準參考時鐘REFCLK的周期數(shù)，C為計數(shù)過程中分頻信號的周期數(shù)。
頻率控制模塊73根據(jù)頻率檢測模塊72的比較結(jié)果CR調(diào)節(jié)發(fā)送至電壓多路選擇器71的選擇信號和發(fā)送至電容陣列模塊33的電容狀態(tài)位信號vc< 1 m>，直至目標頻率落入調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻段內(nèi)。
同時結(jié)合圖8，頻率控制模塊73的工作過程可以如下壓控振蕩器31初始時可以工作在圖8中的初始狀態(tài)線對應(yīng)的頻段，頻率控制模塊73首先通過調(diào)整選擇信號來選擇窗口下限電壓Vl作為控制電壓vctr，使得壓控振蕩器31輸出的振蕩信號頻率對應(yīng)在A點； 然后判斷目標頻率與當前頻率的比較結(jié)果，若頻率檢測模塊72輸出的比較結(jié)果指示目標頻率低于振蕩信號的當前頻率(即A點的頻率)，則繼續(xù)將窗口下限電壓Vl作為控制電壓 vctr，并調(diào)節(jié)電容狀態(tài)位信號VC<l:m>以增大電容陣列模塊33的等效電容值(即減小振蕩信號的頻率，將壓控振蕩器31的頻段調(diào)節(jié)為初始狀態(tài)線下方的曲線頻段)，直至目標頻率高于調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻率(即找到第一條目標頻率高于其下端點頻率的頻段曲線)，此時可以確定目標頻率落在切換后的頻段內(nèi)，將控制電壓vctr切換為充電電壓VLPF ；若頻率檢測模塊72輸出的比較結(jié)果指示目標頻率高于振蕩信號的當前頻率，則將控制電壓vctr 切換為窗口上限電壓V2，之后若比較結(jié)果指示目標頻率低于切換后的振蕩信號頻率(即B 點的頻率)，則將控制電壓vctr切換為充電電壓VLPF，否則調(diào)節(jié)電容狀態(tài)位信號vc<l :m> 以減小電容陣列模塊的等效電容值(即增大振蕩信號的頻率，將壓控振蕩器31的頻段調(diào)節(jié)為初始狀態(tài)線上方的曲線頻段)，直至目標頻率低于調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻率(即找到第一條目標頻率低于其上端點頻率的頻段曲線)，此時可以確定目標頻率落在切換后的頻段內(nèi)， 并將控制電壓vctr切換為充電電壓VLPF。
此外，頻率控制模塊73在調(diào)節(jié)電容狀態(tài)位信號vc<l:m>之后，還產(chǎn)生觸發(fā)信號 AACD，以觸發(fā)自動幅度控制模塊調(diào)節(jié)尾電流狀態(tài)位信號tc<l:n>。
圖9示出了本實施例中的自動幅度控制模塊的詳細結(jié)構(gòu)與其他各個模塊之間的連接結(jié)構(gòu)，如圖9所示，自動幅度控制模塊31包括幅度分段預(yù)設(shè)表模塊311、幅度控制模塊312和鎖存器313。
其中，幅度分段預(yù)設(shè)表模塊311中存儲有尾電流狀態(tài)位信號tc<l:n>與電容狀態(tài)位信號vc<l:m>之間分段對應(yīng)的映射表。同時參考圖10，如圖10中的虛線所示，在恒定的尾電流It下，壓控振蕩器31輸出的振蕩信號幅度是隨電容陣列模塊33的等效電容值的改變而改變的，由于本實施例中電容陣列模塊33的電容值是多個分立的值，因而實際的曲線是圖10中階梯狀的實線，在恒定尾電流It前提下，改變電容狀態(tài)位信號VC<l:m>的值將改變振蕩信號的振幅。如果期望壓控振蕩器31輸出的振蕩信號幅度保持穩(wěn)定，例如期望穩(wěn)定在 F段所對應(yīng)的振幅，那么在電容狀態(tài)位信號vc<l :m>的值落在F段左邊的時候，為了保持振幅穩(wěn)定，應(yīng)當調(diào)節(jié)尾電流狀態(tài)位信號tc<l:n>以增大尾電流It ；在電容狀態(tài)位信號Vc<l:m> 的值落在F段右邊的時候，為了保持振幅穩(wěn)定，應(yīng)當調(diào)節(jié)尾電流狀態(tài)位信號tc<l:n>以減小尾電流It，幅度分段預(yù)設(shè)表模塊311中就保存了依照上述關(guān)系保持振幅穩(wěn)定的尾電流狀態(tài)位信號tc<l:n>與電容狀態(tài)位信號VC<l:m>之間的對應(yīng)關(guān)系。
幅度控制模塊312根據(jù)當前的電容狀態(tài)位信號vc<l:m>從幅度分段預(yù)設(shè)表模塊 311中查找對應(yīng)的尾電流狀態(tài)位信號tc<l:n>。鎖存器313與幅度控制模塊312相連，對尾電流狀態(tài)位信號tc<l :n>進行鎖存后輸出至尾電流陣列模塊32，從而在改變了電容狀態(tài)位信號VC<l:m>之后，相應(yīng)地調(diào)節(jié)尾電流狀態(tài)位信號tc<l:n>，以保持振蕩信號的振幅基本不變。
本實施例還提供了一種采用上述壓控振蕩電路的鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)的工作流程如圖11所示，包括步驟81，初始化；步驟82，寫入系統(tǒng)數(shù)據(jù)DATA，包括目標頻率、目標振蕩幅度以及其他控制信號；步驟83，對壓控振蕩電路中的電容陣列模塊賦初值，即將壓控振蕩電路的工作頻段設(shè)定為一個初始的頻段；步驟84，將尾電流陣列狀態(tài)位賦初值，即將壓控振蕩器的振蕩幅度限定在某一個值；步驟85，將觸發(fā)信號AACD輸出為0(即邏輯低電平)，將控制電壓接入窗口下限電壓Vl ；步驟86，等待壓控振蕩器幅度穩(wěn)定；步驟87，判斷目標頻率是否大于等于當前的振蕩信號頻率，如果是則執(zhí)行步驟88，將控制電壓接入窗口上限電壓V2，之后執(zhí)行步驟89，判斷目標頻率是否大于等于當前頻率，如果是的話，則執(zhí)行步驟101，將控制電壓接入鎖相環(huán)輸出的充電電壓；如果步驟89中的判斷結(jié)果為否，則執(zhí)行步驟90，將電容狀態(tài)位信號減1 (即減小等效電容，頻段頻率增大)，執(zhí)行步驟91，在觸發(fā)信號AACD上產(chǎn)生一個脈沖以觸發(fā)自動幅度控制模塊進行幅度調(diào)節(jié)，執(zhí)行步驟92，自動幅度控制模塊查表取得尾電流狀態(tài)位信號值，之后執(zhí)行93，對尾電流狀態(tài)位信號賦值，經(jīng)過步驟 94，等待壓控振蕩器幅度穩(wěn)定后，再次執(zhí)行步驟87 ；如果步驟87中判斷的結(jié)果為否，即目標頻率小于當前頻率，則執(zhí)行步驟95，將電容狀態(tài)位信號加1(即增大等效電容，頻段頻率減小)，執(zhí)行步驟96，在觸發(fā)信號AACD上產(chǎn)生一個脈沖以觸發(fā)自動幅度控制模塊進行幅度調(diào)節(jié)，執(zhí)行步驟97，自動幅度控制模塊查表取得尾電流狀態(tài)值，之后執(zhí)行98，對尾電流狀態(tài)位信號賦值，步驟99，等待壓控振蕩器幅度穩(wěn)定后，執(zhí)行步驟100，判斷目標頻率是否大于等于當前頻率，如果是則執(zhí)行步驟101 ；如果否則返回繼續(xù)執(zhí)行步驟95，繼續(xù)進行頻段的搜索和PLL的鎖定。
綜上，本實施例針對使用鍵合線電感和MOS管電容的振蕩電路頻段寬、誤差大、環(huán)境影響大、幅度變化大的問題，將自動頻率控制電路和自動幅度控制電路結(jié)合起來，既克服了傳統(tǒng)電路自動頻率控制方法對工藝和溫度等變化的補償能力差、易于出現(xiàn)頻率偏差超出預(yù)期的缺點，又克服了傳統(tǒng)的自動幅度控制電路嚴重影響振蕩信號相位噪聲性能的缺點， 使得本發(fā)明的頻率控制電路不受工藝和溫度變化的影響，幅度控制電路也不會影響振蕩信號的相位噪聲，從而節(jié)約了大量芯片面積，降低了產(chǎn)品成本，提高了系統(tǒng)性能和成品率。
本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種壓控振蕩電路，其特征在于，包括 壓控振蕩器，在控制電壓的控制下產(chǎn)生振蕩信號；電容陣列模塊，與所述壓控振蕩器的輸出端相連，在電容狀態(tài)位信號的控制下改變等效電容值，以切換所述振蕩信號的頻段；尾電流陣列模塊，向所述壓控振蕩器提供尾電流，在尾電流狀態(tài)位信號的控制下調(diào)節(jié)所述尾電流的強度，以使所述振蕩信號的振幅保持不變；自動頻率控制模塊，接收所述振蕩信號以及外部輸入的目標頻率、充電電壓、窗口上限電壓、窗口下限電壓，若所述目標頻率落在所述振蕩信號當前的頻段外，則將所述窗口上限電壓或窗口下限電壓作為所述控制電壓輸入至所述壓控振蕩器，并調(diào)節(jié)所述電容狀態(tài)位信號，直至所述目標頻率落入調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻段內(nèi)，并將所述控制電壓切換為充電電壓；自動幅度控制模塊，根據(jù)所述電容狀態(tài)位信號調(diào)節(jié)所述尾電流狀態(tài)位信號，以補償因頻段切換造成的振蕩信號幅度變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓控振蕩電路，其特征在于，所述自動頻率控制模塊包括電壓多路選擇器、頻率檢測模塊和頻率控制模塊，其中所述電壓多路選擇器，在選擇信號的控制下，選擇所述充電電壓、窗口上限電壓和窗口下限電壓其中之一作為所述控制電壓輸入至所述壓控振蕩器；所述頻率檢測模塊，在所述頻率控制模塊的控制下，接收所述振蕩信號并將其與所述目標頻率進行比較；所述頻率控制模塊，根據(jù)所述頻率檢測模塊的比較結(jié)果調(diào)節(jié)所述選擇信號和電容狀態(tài)位信號，直至所述目標頻率落入調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻段內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓控振蕩電路，其特征在于，所述頻率控制模塊采用如下方式調(diào)節(jié)所述選擇信號和電容狀態(tài)位信號首先通過所述選擇信號選擇所述窗口下限電壓作為控制電壓； 若所述比較結(jié)果指示所述目標頻率低于振蕩信號的當前頻率，則繼續(xù)將所述窗口下限電壓作為控制電壓，并調(diào)節(jié)所述電容狀態(tài)位信號以增大所述電容陣列模塊的等效電容值， 直至所述目標頻率高于調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻率，并將所述控制電壓切換為所述充電電壓；若所述比較結(jié)果指示所述目標頻率高于振蕩信號的當前頻率，則將所述控制電壓切換為窗口上限電壓，之后若所述比較結(jié)果指示所述目標頻率低于切換后的振蕩信號頻率，則將所述控制電壓切換為所述充電電壓，否則調(diào)節(jié)所述電容狀態(tài)位信號以減小所述電容陣列模塊的等效電容值，直至所述目標頻率低于調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻率，并將所述控制電壓切換為所述充電電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓控振蕩電路，其特征在于，所述頻率檢測模塊包括 分頻器，對所述振蕩信號進行分頻后產(chǎn)生分頻信號；頻率檢測器，在所述頻率控制模塊的控制下，以外部的標準參考時鐘為標準對所述分頻信號進行計數(shù)，并計算所述振蕩信號的頻率；比較器，在所述頻率控制模塊的控制下，將所述振蕩信號的頻率與目標頻率進行比較， 產(chǎn)生所述比較結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓控振蕩電路，其特征在于，所述自動幅度控制模塊包括幅度分段預(yù)設(shè)表模塊，其中存儲有所述尾電流狀態(tài)位信號與電容狀態(tài)位信號分段對應(yīng)的映射表；幅度控制模塊，根據(jù)所述電容狀態(tài)位信號從所述幅度分段預(yù)設(shè)表模塊中查找對應(yīng)的尾電流狀態(tài)位信號；鎖存器，與所述幅度控制模塊相連，對所述尾電流狀態(tài)位信號進行鎖存后輸出至尾電流陣列模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓控振蕩電路，其特征在于，所述尾電流陣列模塊包括偏置MOS晶體管，其源極連接電源，柵極接收預(yù)設(shè)的尾電流偏置電壓，漏極連接所述壓控振蕩器的尾電流輸入端；多個尾電流MOS晶體管，其中每一尾電流MOS晶體管的源極連接電源，柵極分別連接一開關(guān)模塊的輸出端，漏極連接所述壓控振蕩器的尾電流輸入端，所述開關(guān)模塊的輸入端接收所述尾電流偏置電壓，所述開關(guān)模塊的控制端由所述尾電流狀態(tài)位信號控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓控振蕩電路，其特征在于，所述多個尾電流MOS晶體管的寬長比依次倍增。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓控振蕩電路，其特征在于，所述電容陣列模塊包括多個并聯(lián)的電容單元，每一電容單元包括第一 PMOS晶體管，其柵極連接所述壓控振蕩器的正相輸出端；與所述第一 PMOS晶體管相同的第二 PMOS晶體管，其柵極連接所述壓控振蕩器的負相輸出端；開關(guān)模塊，其輸入端連接電源或接地，其輸出端連接所述第一 PMOS晶體管和第二 PMOS 晶體管的源極和漏極，其控制端由所述電容狀態(tài)位信號控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓控振蕩電路，其特征在于，所述電容單元中的第一PMOS晶體管包括多個PMOS晶體管，其中每一 PMOS晶體管的柵極連接所述正相輸出端，源極和漏極連接所述開關(guān)模塊的輸出端，所述電容單元中的第二PMOS晶體管包括多個PMOS晶體管，其中每一 PMOS晶體管的柵極連接所述負相輸出端，源極和漏極連接所述開關(guān)模塊的輸出端； 其中，所述多個電容單元內(nèi)第一 PMOS晶體管包括的PMOS晶體管的數(shù)量依次倍增，第二 PMOS 晶體管包括的PMOS晶體管的數(shù)量依次倍增。
10.一種鎖相環(huán)，其特征在于，包括權(quán)利要求1至9中任一項所述的壓控振蕩電路。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鎖相環(huán)及其壓控振蕩電路，所述壓控振蕩電路包括壓控振蕩器，在控制電壓的控制下產(chǎn)生振蕩信號；電容陣列模塊，在電容狀態(tài)位信號的控制下改變等效電容值，以切換振蕩信號的頻段；尾電流陣列模塊，在尾電流狀態(tài)位信號的控制下調(diào)節(jié)尾電流的強度，以使振蕩信號的振幅保持不變；自動頻率控制模塊，若目標頻率落在振蕩信號當前的頻段外，則將窗口上限電壓或窗口下限電壓作為控制電壓輸入至壓控振蕩器，并調(diào)節(jié)電容狀態(tài)位信號，直至目標頻率落入調(diào)節(jié)后的振蕩信號頻段內(nèi)，并將控制電壓切換為充電電壓；自動幅度控制模塊，根據(jù)電容狀態(tài)位信號調(diào)節(jié)尾電流狀態(tài)位信號。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、高性能、抗干擾能力強的自動幅度控制和頻率控制。
文檔編號H03L7/099GK102522984SQ20111045764
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者胡鐵剛, 陳軍 申請人:杭州士蘭微電子股份有限公司