專利名稱：：振蕩器的頻率調(diào)節(jié)方法及小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及射頻微波通訊領(lǐng)域，尤其涉及鎖相環(huán)頻率合成器及其振蕩器的頻率調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
：在射頻微波收發(fā)器中往往需要使用鎖相環(huán)頻率合成器來產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率。在現(xiàn)有技術(shù)中，經(jīng)常采用粗調(diào)和細調(diào)相結(jié)合的方法將鎖相環(huán)頻率合成器中振蕩器(vco)的輸出頻率鎖定在參考頻率上。如美國專利US6,597,249就公開了一種鎖相環(huán)頻率合成器的調(diào)節(jié)方法。如US6,597，249的圖3所示，鎖相環(huán)頻率合成器包括數(shù)字粗調(diào)模塊10和模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)，模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)的VC0分頻器16具有2n個分立的頻率。粗調(diào)開始時，VC015的輸入控制字VC0-DIN被設置在2n個分立頻率的中間值，即2n-1，而相位探測器沒有輸出，即模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)在整個粗調(diào)期間內(nèi)不工作。數(shù)字粗調(diào)模塊10采用二分查找法來調(diào)節(jié)VC0的頻率，直至VC0的頻率與參考頻率的誤差在設定的精度范圍內(nèi)。粗調(diào)結(jié)束后，VC015的輸入控制字VC0-DIN被固定在粗調(diào)過程所確定的最終頻段上，模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)被啟動，對VC0進行細調(diào)，直至頻率鎖相成功。其中，在數(shù)字粗調(diào)模塊10的二分查找算法中，調(diào)整步長逐次減小一半，而調(diào)節(jié)精度在整個頻段粗調(diào)過程中保持不變?，F(xiàn)在越來越多的射頻微波收發(fā)器開始使用小數(shù)分頻鎖相環(huán)。相比于整數(shù)分頻鎖相環(huán)，小數(shù)分頻鎖相環(huán)根本性的拆分了頻率合成精細度和鎖相環(huán)環(huán)路帶寬之間的聯(lián)系。它帶來以下的三點好處一，小數(shù)分頻鎖相環(huán)不再對晶體振蕩器的參考頻率有所限制。比如說需要綜合一個信道間隔為300KHz的本振信號，整數(shù)分頻鎖相環(huán)就會要求晶振振在300KHz的整數(shù)倍數(shù)頻率上，而小數(shù)分頻鎖相環(huán)就不再有這個限制，于是對晶振就可以有比較大的選擇余地。二，小數(shù)分頻鎖相環(huán)可以有很精細的頻率綜合能力。一般情況下，整數(shù)分頻鎖相環(huán)的頻率綜合精度就是鑒頻鑒相器電路的更新頻率，而小數(shù)分頻電路的頻率綜合精度是鑒頻鑒相器電路的更新頻率除與分頻調(diào)制的模，可以達到幾十Hz到幾Hz的精度。三，在同等條件下，小數(shù)分頻鎖相環(huán)可以有更快的鎖定時間。因為頻率合成精細度和環(huán)路帶寬之間的固定比例關(guān)系不再存在，所以在電路速度、相位噪聲、雜散允許的范圍內(nèi)，可以采取比較寬的環(huán)路帶寬，從而得到比較快的鎖定時間。而鎖相環(huán)的自校準電路和算法則是在需要壓控振蕩器有比較大的頻率覆蓋范圍而使用開關(guān)電容陣列的情況下必須采取的技術(shù)方案。開關(guān)電容陣列是一組并聯(lián)的帶有開關(guān)的有大有小的電容，根據(jù)開關(guān)的情況，它們或連到或脫離振蕩器的電容電感諧振回路。有兩種情況壓控振蕩器需要比較大的頻率覆蓋范圍，一是，系統(tǒng)本身要求，比如調(diào)頻應用或是數(shù)字電視應用，二是為了降低本振信號的相位噪音而使用芯片封裝中的鍵合金絲電感的情況。電感是壓控振蕩器的關(guān)鍵器件，它在很大程度上決定了振蕩器的相位噪聲指標。封裝才莫塊中的鍵合金絲的品質(zhì)因數(shù)一般能達到普通CMOS或BiCM0S工藝片上電感的五倍以上。但鍵合金絲電感的缺點就是封裝到封裝的變化比較大，這樣就會導致振蕩器的中心頻率的偏移，從而帶來系統(tǒng)性能的下降或根本失敗。所以在這種情況下必須使用開關(guān)電容陣列擴大壓控振蕩器的頻率以抵消封裝金絲電感帶來的中心頻率的偏移。頻率的自動校準一般需要在三種情況下執(zhí)行l(wèi).電路上電；2.頻道切換；3.由于溫度、電壓或時間造成的頻率漂移。這種自校準過程的速度直接影響收發(fā)器啟動的快慢和頻道切換的快慢，對于一些需要鎖相環(huán)速度比較快的應用，加快自校準過程是滿足系統(tǒng)指標的關(guān)鍵技術(shù)。而現(xiàn)有技術(shù)的鎖相環(huán)頻率合成器中VC0的數(shù)字頻段調(diào)節(jié)時間較長，其根本原因有二一是沒有充分利用小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器中鑒頻鑒相器的頻率比較高的特點，二是在數(shù)字頻段粗調(diào)的過程中，沒有配合二分查找法的特點，比較精度保持不變。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器中vco的頻率調(diào)節(jié)時間較長的問題，提出一種鎖相環(huán)頻率合成器中的振蕩器的頻率調(diào)節(jié)方法及采用該調(diào)節(jié)方法的小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種鎖相環(huán)頻率合成器中的振蕩器的頻率調(diào)節(jié)方法，所述鎖相環(huán)頻率合成器包括數(shù)字頻段粗調(diào)機構(gòu)和模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)，先通過所述粗調(diào)機構(gòu)對鎖相環(huán)頻率合成器中的振蕩器的工作頻段進行粗調(diào)，而模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)在整個粗調(diào)期間內(nèi)不工作；然后，使用粗調(diào)過程所確定的最終頻段啟動模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)對所述振蕩器進行細調(diào)，直至頻率鎖相成功；其中，在粗調(diào)過程中，使用二分查找算法，調(diào)整步長逐次減小一半，且調(diào)節(jié)精度逐次提高。其中，調(diào)節(jié)精度逐次提高一倍。其中，可以通過所述粗調(diào)機構(gòu)改變初始調(diào)節(jié)精度。一種小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器，其包括數(shù)字頻段粗調(diào)機構(gòu)和模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)；所述模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、具有開關(guān)電容陣列的壓控振蕩器vco、分頻器、分頻調(diào)制器和參考頻率產(chǎn)生電路，其中，所述鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和分頻器依次連接成環(huán)路，參考頻率被輸入所述鑒頻鑒相器；所述分頻調(diào)制器與所述分頻器相連接，使所述分頻器經(jīng)所述分頻調(diào)制器的控制，對所述壓控振蕩器的輸出作分頻，從分頻器輸出的反饋頻率被輸入所述鑒頻鑒相器；首先通過數(shù)字粗調(diào)機構(gòu)對所述具有開關(guān)電容陣列電路的壓控振蕩器進行粗調(diào)，所述模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)在整個粗調(diào)期間內(nèi)不工作，粗調(diào)結(jié)束后，模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)被啟動，對VC0進行細調(diào)，直至頻率鎖相成功，其特征在于，所述數(shù)字粗調(diào)機構(gòu)包括自校準控制模塊、自校準觸發(fā)模塊和電壓偏置模塊；所述自校準控制模塊包括順序相連的比較窗口產(chǎn)生模塊、計數(shù)模塊、比較和二分查找模塊；所述參考頻率被輸入所述比較窗口產(chǎn)生模塊，所述反饋頻率被輸入所述計數(shù)模塊；所述比較窗口產(chǎn)生模塊用于讀入初始比較精度和產(chǎn)生比較窗口，所述計數(shù)模塊用于計算在所述比較窗口中出現(xiàn)的反饋脈沖的個數(shù)，所述比較和二分查找模塊用于比較計數(shù)模塊的計數(shù)結(jié)果和比較窗口產(chǎn)生模塊輸入的持續(xù)時間桐故，利用二分查找法查找合適的控制字，逐步減半調(diào)整步長并逐步加倍比較精度，以及向所述壓控振蕩器輸出頻段控制數(shù)字信號；所述自校準觸發(fā)模塊與所述比較窗口產(chǎn)生模塊、計數(shù)模塊、比較和二分查找模塊分別相連，用于提供觸發(fā)信號，以啟動粗調(diào)；所述電壓偏置模塊在數(shù)字粗調(diào)過程中為壓控振蕩器提供一個固定的控制電壓。在所述比較和二分查找模塊中進行的二分查找算法中，步長逐次減小一半，且比較窗口逐次加大，即比較精度逐次提高。其中，比較窗口逐次加大一倍。其中，輸入所述比較窗口產(chǎn)生模塊的初始精度是可調(diào)的。由于在本發(fā)明的小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器的二分查找算法中，在步長減小的同時，比較窗口加大，因此，可以加速自校準過程，有效高速的逼近目標值。圖1是才艮據(jù)本發(fā)明的小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器的一個實施例的電路原理框圖。圖2是圖1所示的小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器中的自校準控制電路的電路框圖。圖3是本發(fā)明的小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器的一個實施例的頻率自校準流程圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實例進一步說明本發(fā)明。圖1所示是一個包含有開關(guān)電容陣列的壓控振蕩器以及頻率自校準功能的小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器的系統(tǒng)構(gòu)圖。所述模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、具有開關(guān)電容陣列的壓控振蕩器vco、分頻器、分頻調(diào)制器和參考頻率產(chǎn)生電路，其中，所述鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和分頻器依次連接成環(huán)路，參考頻率被輸入所述鑒頻鑒相器；所述分頻調(diào)制器與所述分頻器相連接，使所述分頻器經(jīng)所述分頻調(diào)制器的控制，對所述壓控振蕩器的輸出作分頻，從分頻器輸出的反饋頻率被輸入所述鑒頻鑒相器；所述數(shù)字頻段粗調(diào)機構(gòu)包括自校準觸發(fā)模塊、自校準數(shù)字控制模塊和電壓偏置模塊。自校準觸發(fā)模塊的功能是通過模擬方式連續(xù)或間隔式的檢測壓控振蕩器的控制電壓，或者是通過數(shù)字方式比較參考頻率和除法器的反饋頻率，從而判斷是否需要觸發(fā)自校準，以及在需要觸發(fā)自校準的情況下產(chǎn)生觸發(fā)信號給自校準控制模塊。自校準數(shù)字控制模塊接受觸發(fā)，使電壓偏置模塊為壓控振蕩器提供一個固定的控制電壓，對參考頻率和反饋頻率進行比較，從而產(chǎn)生合適的壓控振蕩器開關(guān)電^t制字。鎖相環(huán)環(huán)路開關(guān)模塊在自校準控制模塊的控制下斷開或者連接鎖相環(huán)回路。而如圖2所示，自校準數(shù)字控制模塊主要是由比較窗口產(chǎn)生模塊，計數(shù)模塊和比較和二分查找模塊構(gòu)成。比較窗口產(chǎn)生模塊負責讀入初始比較精度設定和產(chǎn)生持續(xù)時間依次加長的比較窗口，計數(shù)模塊負責計算在比較窗口中出現(xiàn)的反饋脈沖的個數(shù)，而比較和二分查找模塊用于比較計數(shù)模塊的計數(shù)結(jié)果和比較窗口產(chǎn)生模塊輸入的持續(xù)時間參數(shù)，利用二分查找法查找合適的控制字，逐步減半調(diào)整步長并逐步加倍比較精度，以及向所述壓控振蕩器輸出頻段控制數(shù)字信號。其中，初始比較精度是可調(diào)的，如可以由用戶通過控制軟件設置，并由數(shù)字接口模塊傳遞至比較窗口產(chǎn)生模塊。圖3是數(shù)字頻段粗調(diào)的流程。在自校準模塊被觸發(fā)后，鎖相環(huán)回路被切斷，壓控振蕩器的控制電壓被固定，同時自校準數(shù)字控制模塊被初始化。比較窗口根據(jù)本步的比較精度參數(shù)，產(chǎn)生不同長度的比較窗口。比較精度本次參數(shù)(NR)與計數(shù)模塊對反饋脈沖在比較窗口內(nèi)的計數(shù)結(jié)果(NF)進行比較。根據(jù)比較的結(jié)果，分三種情況對壓控振蕩器的控制字進行調(diào)節(jié)NR=NF，控制字不變；NR〉NF，控制字加上步長；NR<NF,控制字減去步長。以上的操作是假設壓控振蕩器隨控制字的增大而震蕩頻率加大，反之則對控制字進行相反的加減操作。自校準數(shù)字控制應用二分查找法的時候需要循環(huán)的次數(shù)為(K-l)次，其中K是開關(guān)電容陣列的控制位數(shù)。逐次循環(huán)完成后都要對比較精度和調(diào)節(jié)步長進行調(diào)節(jié)。假設逐次比較的比較精度參數(shù)為Ai,i=l,2，。。。，(K-l)而逐次比較之后的調(diào)節(jié)步長為Si,i=l,2,。。。，(K-l)，本專利的特點就在于配合逐次比較之后Si減半，同時加倍Ai。在實際應用中，由于在頻率自校準過程中的參考頻率和反饋頻率的相位不相干性，比較精度參數(shù)可以設為一個變量，根據(jù)需要的比較精度和需要的自校準速度加以調(diào)節(jié)。以下以一個實例來說明自校準數(shù)字控制模塊的工作過程。如圖1所示的小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器，其參考頻率為20MHz,另外假設需要綜合的頻率為2340MHz,這樣分頻器的分頻比就需要被調(diào)整至117。另設壓控振蕩器具有四個控制位的開關(guān)電容陣歹寸，其振蕩頻率和控制位的關(guān)系如表一所示。欄一為控制字，欄二為本頻段頻率下P艮值，而欄三為本頻^a頻率上限值。在一定的控制字的控制下，壓控振蕩器只能綜合出大于下限而小于上限的頻率。通過二分查找法，三次循環(huán)(控制字數(shù)減1)即可以查找出壓控振蕩器的合適頻段。下面將詳細敘述數(shù)字頻段粗調(diào)的過程。表一<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>頻率自校準功能被觸發(fā)后，控制字被重置到中間值，在本例中為1000。因為在比較和二分查找模塊中，步長初始值為oioo,所以第一步只需要判斷所需頻段是不是在(IOOO土OIOO)的范圍內(nèi)。如果在，控制字不變，如果是低于這個范圍，則控制字變?yōu)?100,如高于這個范圍，則控制字變?yōu)?100。對比壓控振蕩器的對應頻率范圍，考慮初始相位誤差，我們可以算出初始的比較精度參數(shù)可以設為32,也就是比較窗口為參考周期的32倍。因為如果在比較窗口產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一個周期為參考信號周期的32倍的信號，同時利用此信號對反饋頻率進行計數(shù)，那么本步就可以檢測出反饋信號頻率是不是在參考信號頻率的(1±1/32)倍之內(nèi)，從而可以滿足對應頻段的頻率比值?？梢酝瞥觯?jīng)過第一次次比較，NR〉NF，控制字加上本步步長，變?yōu)?100。完成第一步比較后，步長減半，變?yōu)?010,而比較精度參數(shù)此時就需要在初始比較精度的基礎上加倍，變?yōu)?4,以滿足更加精細的比較要求。在第二步中，NR=NF，控制字不變。步長減半，變?yōu)?001,比較精度^:變?yōu)?28。在第三步中，NR〉NF，控制字加上本步步長，變?yōu)?101,比較完成。2340剛好落在控制字1101對應的頻段范圍之內(nèi)，頻率自校準成功。整個數(shù)字頻段粗調(diào)過程所需時間為Tcal=(32+64+128)/20MHz=11.2uS。對照美國專利US6,597,249,設所有參數(shù)同本例中保持一致，由于它的調(diào)節(jié)精度在整個頻段粗調(diào)過程中保持不變，而要完成最后一步調(diào)制，它需要的調(diào)節(jié)精度參數(shù)至少為128，也就決定了第一，二，三輪調(diào)制的調(diào)節(jié)精度參數(shù)都是128。所以，把壓控振蕩器的頻段調(diào)節(jié)到正確的結(jié)果所需的時間可以計算如下Tcal=(128+128+128)/20MHz=19.2uS。本發(fā)明可以明顯縮短振蕩器數(shù)字頻段粗調(diào)的時間，從而加快頻率合成的速度。自校準完成之后，壓控振蕩器的控制字被固定，自校準模塊發(fā)送指令給配合模擬模塊，鎖相環(huán)恢復正常工作狀態(tài)，進入模擬頻率細調(diào)過程。模擬頻率細調(diào)過程可以采用現(xiàn)有技術(shù)的方法，在此不^:詳細描述。權(quán)利要求1.一種鎖相環(huán)頻率合成器中的振蕩器的頻率調(diào)節(jié)方法，所述鎖相環(huán)頻率合成器包括數(shù)字頻段粗調(diào)機構(gòu)和模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)，先通過所述粗調(diào)機構(gòu)對鎖相環(huán)頻率合成器中的振蕩器的工作頻段進行粗調(diào)，而模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)在整個粗調(diào)期間內(nèi)不工作；然后，使用粗調(diào)過程所確定的最終頻段啟動模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)對所述振蕩器進行細調(diào)，直至頻率鎖相成功；其中，在粗調(diào)過程中，使用二分查找算法，調(diào)整步長逐次減小一半，且調(diào)節(jié)精度逐次提高。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相環(huán)頻率合成器中的振蕩器的頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在于，調(diào)節(jié)精度逐次提高一倍。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鎖相環(huán)頻率合成器中的振蕩器的頻率調(diào)節(jié)方法，其特征在于，可以通過所述粗調(diào)機構(gòu)設置改變初始調(diào)節(jié)精度。4.一種小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器，其包括數(shù)字頻段粗調(diào)機構(gòu)和模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)；所述模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、具有開關(guān)電容陣列的壓控振蕩器VCO、分頻器、分頻調(diào)制器和參考頻率產(chǎn)生電路，其中，所述鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和分頻器依次連接成環(huán)路，參考頻率被輸入所述鑒頻鑒相器；所述分頻調(diào)制器與所述分頻器相連接，使所述分頻器經(jīng)所述分頻調(diào)制器的控制，對所述壓控振蕩器的輸出作分頻，從分頻器輸出的反饋頻率被輸入所述鑒頻鑒相器；首先通過數(shù)字粗調(diào)機構(gòu)對所述具有開關(guān)電容陣列電路的壓控振蕩器進行粗調(diào)，所述模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)在整個粗調(diào)期間內(nèi)不工作，粗調(diào)結(jié)束后，模擬鎖相環(huán)細調(diào)機構(gòu)被啟動，對VC0進行細調(diào)，直至頻率鎖相成功，其特征在于，所述數(shù)字粗調(diào)機構(gòu)包括自校準控制模塊、自校準觸發(fā)模塊和電壓偏置模塊；所述自校準控制模塊包括順序相連的比較窗口產(chǎn)生模塊、計數(shù)模塊、比較和二分查找模塊；所述參考頻率被輸入所述比較窗口產(chǎn)生模塊，所述反饋頻率被輸入所述計數(shù)模塊；所述比較窗口產(chǎn)生模塊用于讀入初始比較精度和產(chǎn)生比較窗口，所述計數(shù)模塊用于計算在所述比較窗口中出現(xiàn)的反饋脈沖的個數(shù)，所述比較和二分查找模塊用于比較計數(shù)模塊的計數(shù)結(jié)果和比較窗口產(chǎn)生模塊輸入的持續(xù)時間參數(shù)，利用二分查找法查找合適的控制字，逐步減半調(diào)整步長并逐步加倍比較精度，以及向所述壓控振蕩器輸出頻段控制數(shù)字信號；所述自校準觸發(fā)模塊與所述比較窗口產(chǎn)生模塊、計數(shù)模塊、比較和二分查找模塊分別相連，用于提供觸發(fā)信號，以啟動粗調(diào)；所述電壓偏置模塊在數(shù)字粗調(diào)過程中為壓控振蕩器提供一個固定的控制電壓。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器，其特征在于，在所述比較和二分查找模塊中進行的二分查找算法中，調(diào)整步長逐次減小一半，且比較窗口逐次加大。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器，其特征在于，所述比較窗口逐次加大一倍。7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器，其特征在于，輸入所迷比較窗口產(chǎn)生模塊的初始精度是可調(diào)的。全文摘要本發(fā)明公開了一種振蕩器的頻率調(diào)節(jié)方法及小數(shù)分頻鎖相環(huán)頻率合成器，所述鎖相環(huán)頻率合成器包括數(shù)字頻段粗調(diào)機構(gòu)和模擬頻率細調(diào)機構(gòu)。在數(shù)字頻段粗調(diào)過程中利用二分查找法，在調(diào)整步長減小的同時，逐次提高頻率比較精度，從而加速自校準過程。文檔編號H03L7/113GK101257302SQ20071007961公開日2008年9月3日申請日期2007年2月27日優(yōu)先權(quán)日2007年2月27日發(fā)明者孫衛(wèi)罡,王文申,馬槐楠申請人:北京朗波芯微技術(shù)有限公司