一種實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的結(jié)構(gòu)，包括由相位比較器、環(huán)路濾波器、控制開(kāi)關(guān)、壓控振蕩器、數(shù)字分頻器順序相連組成的鎖相環(huán)，以及連接并調(diào)節(jié)控制所述壓控振蕩器、數(shù)字分頻器和控制開(kāi)關(guān)的控制模組；所述結(jié)構(gòu)還包括與相位比較器相連的主振蕩器，與所述數(shù)字分頻器和控制模組相連的頻率選擇器，以及與所述控制模組相連的重置電路。使得在不需要斷開(kāi)開(kāi)關(guān)情況下，對(duì)鎖相環(huán)進(jìn)行自動(dòng)頻率校正，縮短了鎖定時(shí)間，達(dá)到了快速鎖定的目的；當(dāng)工作頻率的改變超過(guò)快捕帶時(shí)，并不需要進(jìn)行開(kāi)環(huán)校正過(guò)程就可以捕捉到所需頻率，實(shí)現(xiàn)了快速捕捉。
【專利說(shuō)明】
一種實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種通訊電子設(shè)備的部件，具體來(lái)說(shuō)涉及一種鎖相環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)的發(fā)展，電子設(shè)備越來(lái)越普及。有通信功能的電子設(shè)備中都具有鎖相環(huán)這一電路結(jié)構(gòu)，處于電子設(shè)備中的鎖相環(huán)可以為設(shè)備提供時(shí)鐘信號(hào)或是其他的保證設(shè)備正常工作的參考信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，鎖相環(huán)電路中都會(huì)包含一個(gè)壓控振蕩器，所以鎖相環(huán)可以為系統(tǒng)提供可調(diào)整的頻率。通過(guò)改變數(shù)字分頻器的分頻比，就可以調(diào)整鎖相環(huán)的頻率。使用自動(dòng)頻率校正技術(shù)的鎖相環(huán)由于在環(huán)路開(kāi)環(huán)的時(shí)候，才能校正壓控振蕩器的頻率，所以當(dāng)改變分頻比，導(dǎo)致需要粗調(diào)壓控振蕩器里面的可變電容時(shí)，需要重復(fù)開(kāi)環(huán)校正過(guò)程。眾所周知，鎖相環(huán)的性能是由校正時(shí)間，捕捉時(shí)間，快捕帶寬，調(diào)諧靈敏度，噪聲大小和其他性能來(lái)表征的。例如快捕帶寬和校正時(shí)間表征了鎖相環(huán)響應(yīng)頻率改變的速度。特別是，當(dāng)工作頻率的改變超過(guò)了快捕帶范圍時(shí)，必須進(jìn)行校正過(guò)程。鎖相環(huán)如果可以不需要進(jìn)行校正過(guò)程的話，那么就可以縮短捕捉時(shí)間。前人所做的鎖相環(huán)，需要額外的開(kāi)環(huán)工作時(shí)間去執(zhí)行另外的校正程序來(lái)粗調(diào)電容槽的電容值，這就延長(zhǎng)了鎖定時(shí)間。但是，如果通過(guò)增加鎖相環(huán)的調(diào)諧靈敏度來(lái)增加快捕帶寬的話，會(huì)帶來(lái)噪聲的增加以及更多的制造成本。
[0003]隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越需要鎖相環(huán)提供更短的鎖定時(shí)間，更快的鎖定速度。一個(gè)顯而易見(jiàn)的方法就是增大壓控振蕩器的靈敏度，但是當(dāng)壓控振蕩器靈敏度增大時(shí)，相位噪聲特性就會(huì)變差，對(duì)于低相位噪聲要求的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)增大壓控振蕩器的靈敏度而使得相位噪聲特性變差來(lái)達(dá)到快速鎖定的目的是不可行的?，F(xiàn)有的環(huán)路快速鎖定技術(shù)主要有以下兩類:1.加速模式(speed-up mode)?；舅枷刖褪峭ㄟ^(guò)在不同環(huán)路帶寬或增益之間的切換，來(lái)實(shí)現(xiàn)快速鎖定和鎖定后的低噪聲，鎖相環(huán)在頻率切換鎖定過(guò)程中工作在環(huán)路帶寬比較大的加速模式狀態(tài)下，當(dāng)鎖定后或在一定的時(shí)間后由較大環(huán)路帶寬加速模式狀態(tài)變換到較小環(huán)路帶寬的正常模式工作狀態(tài)。2.壓控振蕩器預(yù)調(diào)節(jié)模式。通過(guò)選擇壓控振蕩器中的電感或電容陣列來(lái)改變壓控振蕩器的振蕩頻率，這種方法也稱為自動(dòng)頻率校正(AFC)，自動(dòng)頻率校正模式的不足是鎖定時(shí)間等于AFC時(shí)間和正常鎖定時(shí)間之和。現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的方法，無(wú)論是設(shè)計(jì)寬頻帶的壓控振蕩器，還是設(shè)計(jì)新型的自動(dòng)頻率校正電路，都會(huì)使得設(shè)計(jì)更加復(fù)雜，增加電路設(shè)計(jì)的難度。再者由于電路設(shè)計(jì)的難度增加，再有經(jīng)驗(yàn)的工程師都不能確保流片的質(zhì)量，這無(wú)疑會(huì)增加流片的次數(shù)，從而增加制作成本。同時(shí)電路復(fù)雜程度的增加也會(huì)帶來(lái)一定的不穩(wěn)定性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的結(jié)構(gòu)，其通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]—種實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的結(jié)構(gòu)，包括由相位比較器、環(huán)路濾波器、控制開(kāi)關(guān)、壓控振蕩器、數(shù)字分頻器順序相連組成的鎖相環(huán)，以及連接并調(diào)節(jié)控制所述壓控振蕩器、數(shù)字分頻器和控制開(kāi)關(guān)的控制模組;所述結(jié)構(gòu)還包括與所述相位比較器相連的主振蕩器，與所述數(shù)字分頻器和控制模組相連的頻率選擇器，以及與所述控制模組相連的重置電路；
[0006]進(jìn)一步地，所述控制模組包括檢測(cè)電路、頻率變化范圍控制器和校正電路。
[0007]進(jìn)一步地，所述壓控振蕩器包括并聯(lián)連接的電容模塊、電感和增益模塊，所述電容模塊包括由連續(xù)模擬信號(hào)控制的可變電容和由數(shù)字信號(hào)控制的連接解碼器的電容槽。
[0008]進(jìn)一步地，由于晶體振蕩器能提供非常穩(wěn)定的固定頻率，所以所述主振蕩器為晶體振蕩器。
[0009]本實(shí)用新型還提供一種通過(guò)上述結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的方法，具體為:
[0010]由所述主振蕩器給所述相位比較器提供參考頻率;所述相位比較器通過(guò)將所述參考頻率和由數(shù)字分頻器提供的反饋信號(hào)進(jìn)行比較，輸出代表兩輸入相位差值的誤差信號(hào)，再將該誤差信號(hào)通過(guò)環(huán)路濾波器濾波，輸出一個(gè)直流控制電壓VC信號(hào)到壓控振蕩器;所述頻率選擇器控制數(shù)字分頻器的分頻比;所述控制模組輸出控制信號(hào)CONTROL WORD給所述壓控振蕩器，所述壓控振蕩器的輸出信號(hào)FREQ的頻率由所述VC信號(hào)和所述CONTROL WORD信號(hào)共同調(diào)節(jié)決定，F(xiàn)REQ的頻率再通過(guò)所述數(shù)字分頻器輸入到所述相位比較器中，再進(jìn)行新一輪的跟蹤過(guò)程;所述控制開(kāi)關(guān)在正常工作狀態(tài)下閉合，所述鎖相環(huán)工作在閉環(huán)狀態(tài)下;所述控制開(kāi)關(guān)在校正過(guò)程時(shí)開(kāi)啟，所述鎖相環(huán)工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下。
[0011]進(jìn)一步地，所述重置電路用來(lái)初始化校正過(guò)程，校正過(guò)程僅在響應(yīng)重置信號(hào)和啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行一次，不在改變工作頻率時(shí)重復(fù)進(jìn)行。由于在制造過(guò)程中，器件的參數(shù)會(huì)有所偏差，這時(shí)校正電路就會(huì)確定一個(gè)偏置值來(lái)補(bǔ)償這些變化，調(diào)整所述鎖相環(huán)的頻率。
[0012]校正電路在開(kāi)環(huán)工作情況下運(yùn)行校正程序來(lái)設(shè)定鎖相環(huán)的振蕩頻率。在校正程序運(yùn)行過(guò)程中，校正電路通過(guò)斷開(kāi)所述控制開(kāi)關(guān)使得鎖相環(huán)工作在開(kāi)環(huán)模式下，頻率變化范圍控制器監(jiān)測(cè)FREQ信號(hào)的頻率并提供控制信號(hào)來(lái)確定一個(gè)合適的偏置基準(zhǔn)值。在校正程序之后，所述校正電路通過(guò)閉合所述控制開(kāi)關(guān)將鎖相環(huán)設(shè)定在閉環(huán)工作模式下。
[0013]在鎖相環(huán)支持的頻率范圍內(nèi)，所述頻率選擇器通過(guò)為所述數(shù)字分頻器設(shè)定一個(gè)新的分頻比和為所述控制模組提供一個(gè)新的控制信號(hào)，來(lái)調(diào)整鎖相環(huán)的工作頻率至任一想要的頻率;為了響應(yīng)檢測(cè)電路要求一個(gè)新頻率的需求，所述頻率變化范圍控制器將確定一個(gè)合適的控制值，通過(guò)所述CONTROL WORD信號(hào)將該控制值傳輸給壓控振蕩器；同時(shí)，當(dāng)需要載入一個(gè)新的頻率比時(shí)，所述頻率變化范圍控制器將信號(hào)傳輸給所述數(shù)字分頻器。
[0014]所述壓控振蕩器的頻率是由電容電感值決定的，當(dāng)電容值達(dá)到希望的值時(shí)，壓控振蕩器的輸出頻率也將達(dá)到希望的頻率。由于SELECT信號(hào)并不是連續(xù)信號(hào)，所以所述電容槽的電容值是以某一步長(zhǎng)跳變的，達(dá)到了粗調(diào)電容值的目的，這為所述輸出信號(hào)FREQ的頻率提供了一個(gè)大概的范圍，同時(shí)，所述VC信號(hào)微調(diào)所述輸出信號(hào)FREQ的頻率。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型的鎖相環(huán)接收到頻率選擇器發(fā)送新的工作頻率的要求之后，在一個(gè)周期內(nèi)就能建立對(duì)新頻率的鎖定狀態(tài)，也就是鎖定時(shí)間。鎖相環(huán)從一個(gè)工作頻率轉(zhuǎn)換到另一個(gè)工作頻率所需要的時(shí)間僅在閉環(huán)工作情況下，并不包括額外的開(kāi)環(huán)工作時(shí)間，這就可以縮短鎖相環(huán)的鎖定時(shí)間。當(dāng)工作頻率的改變超過(guò)快捕帶時(shí)，并不需要進(jìn)行開(kāi)環(huán)校正過(guò)程就可以捕捉到所需頻率，實(shí)現(xiàn)快速捕捉。本實(shí)用新型還在自動(dòng)頻率校正的方法上進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)將電容模塊中的電容分為兩部分，一部分由連續(xù)模擬信號(hào)控制的可變電容，一部分由數(shù)字信號(hào)控制的電容槽電路，使得在不需要斷開(kāi)控制開(kāi)關(guān)情況下，對(duì)鎖相環(huán)進(jìn)行自動(dòng)頻率校正，縮短了鎖定時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是實(shí)施例的電路原理不意圖。
[0017]圖2是實(shí)施例的壓控振蕩器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是圖2壓控振蕩器的電容模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4是壓控振蕩器電容值與輸出頻率的關(guān)系圖。
[0020]圖5是壓控振蕩器電容值與CONTROLWORD信號(hào)值的關(guān)系圖。
[0021]圖6是FREQ的頻率與CONTROL WORD信號(hào)值的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例，如圖1和圖2所示，一種實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的結(jié)構(gòu)，包括由相位比較器、環(huán)路濾波器、控制開(kāi)關(guān)、壓控振蕩器、數(shù)字分頻器順序相連組成的鎖相環(huán)，以及連接并調(diào)節(jié)控制所述壓控振蕩器、數(shù)字分頻器和控制開(kāi)關(guān)的控制模組;所述結(jié)構(gòu)還包括與所述相位比較器相連的主振蕩器，與所述數(shù)字分頻器和控制模組相連的頻率選擇器，以及與所述控制模組相連的重置電路;所述控制模組包括檢測(cè)電路、頻率變化范圍控制器和校正電路，所述壓控振蕩器包括并聯(lián)連接的電容模塊、電感和增益模塊，所述電容模塊包括由連續(xù)模擬信號(hào)控制的可變電容和由數(shù)字信號(hào)控制的連接解碼器的電容槽，主振蕩器為晶體振蕩器。本結(jié)構(gòu)的工作方法和原理如【實(shí)用新型內(nèi)容】部分所述。
[0023]圖4展示了壓控振蕩器電容值與輸出頻率的關(guān)系圖，輸出頻率與電容值并不是呈線性關(guān)系的，而是與電容值平方根的倒數(shù)成比例的。圖5展示了電容值與CONTROL WORD信號(hào)值的關(guān)系圖，在這種實(shí)現(xiàn)方式中CONTROL WORD的值是從O變化到127的，CONTROL WORD的值在實(shí)際中是用7位二進(jìn)制碼來(lái)表示的。為了在最后能使得輸出信號(hào)頻率與CONTROL WORD信號(hào)值呈現(xiàn)線性關(guān)系，我們使得電容值與信號(hào)值的平方根倒數(shù)成正比，這樣我們就能得到如圖6所示的，輸出信號(hào)FREQ的頻率與CONTROL WORD信號(hào)值呈現(xiàn)線性關(guān)系的圖。用插值法求出輸出信號(hào)FREQ的頻率與CONTROL WORD信號(hào)值的關(guān)系式如下。
[0024]CONTROL WORD的數(shù)值是從O變化到127的，每一個(gè)整數(shù)代表一個(gè)控制步長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的頻率步長(zhǎng)。例如，當(dāng)鎖相環(huán)工作在3.0GHZ到4.5GHZ這個(gè)頻段內(nèi)時(shí)，O對(duì)應(yīng)最低的工作頻率3.0GHZ，127對(duì)應(yīng)最高的工作頻率4.5GHZ，每個(gè)控制步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)大約IlMHZ的頻率變化。在不同的實(shí)現(xiàn)方式中，⑶NTROL WORD的數(shù)值也可以從O變化511，這樣就有512個(gè)不同的控制信號(hào)，對(duì)應(yīng)鎖相環(huán)輸出不同的頻率。當(dāng)然，這時(shí)CONTROL WORD的數(shù)值需要9位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示。
[0025]圖3展示了圖2中電容模塊的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。整個(gè)電容模塊可分為兩部分，分為可變電容與電容槽?？勺冸娙萦蒝C信號(hào)控制，電容槽連接一個(gè)解碼器，解碼器接收CONTROL WORD信號(hào)，并解碼輸出SELECT信號(hào)控制電容槽的電容值。由于SELECT信號(hào)并不是連續(xù)信號(hào)，所以電容值是以某一步長(zhǎng)跳變的，達(dá)到了粗調(diào)電容值的目的，而后通過(guò)VC信號(hào)控制可變電容，細(xì)調(diào)電容值來(lái)達(dá)到希望的電容值。壓控振蕩器的頻率是由電容電感值決定的，當(dāng)電容值達(dá)到希望的值時(shí)，壓控振蕩器的輸出頻率也將達(dá)到希望的頻率。
[0026]在本實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，電容槽由八個(gè)小的電容槽組成，每個(gè)小的電容槽里面有4個(gè)由數(shù)字信號(hào)控制的小電容，每個(gè)小電容的電容值不同，這樣每個(gè)小的電容槽能提供16種不同的電容值。小電容槽里的4個(gè)電容如何選擇，是否并聯(lián)，將由CONTROL WORD信號(hào)中的4位二進(jìn)制碼決定。例如，當(dāng)CONTROL WORD的值為零時(shí)，小電容槽里的電容全部并聯(lián)在一起，所有小電容槽也并聯(lián)在一起，這樣就可以得到最大的電容值，由于頻率與電容值的平方根倒數(shù)成正比，所以這時(shí)鎖相環(huán)輸出的頻率為最低頻率。
[0027]使用該種方法所造成的誤差也在可接受范圍以內(nèi)，例如當(dāng)鎖相環(huán)工作在3.0GHZ到
4.5GHZ這個(gè)頻段內(nèi)時(shí)，每個(gè)CONTROL WORD信號(hào)的控制步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)大約IIMHZ的頻率變化。同時(shí)，可變電容能為鎖相環(huán)提供40MHZ的鎖定范圍，該鎖定范圍是連續(xù)變化的，所以使用該種方法所造成的誤差是非常小的，在可接受范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)包括由相位比較器、環(huán)路濾波器、控制開(kāi)關(guān)、壓控振蕩器、數(shù)字分頻器順序相連組成的鎖相環(huán)，以及連接并調(diào)節(jié)控制所述壓控振蕩器、數(shù)字分頻器和控制開(kāi)關(guān)的控制模組;所述結(jié)構(gòu)還包括與所述相位比較器相連的主振蕩器，與所述數(shù)字分頻器和控制模組相連的頻率選擇器，以及與所述控制模組相連的重置電路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述控制模組包括檢測(cè)電路、頻率變化范圍控制器和校正電路。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述壓控振蕩器包括并聯(lián)連接的電容模塊、電感和增益模塊，所述電容模塊包括由連續(xù)模擬信號(hào)控制的可變電容和由數(shù)字信號(hào)控制的連接解碼器的電容槽。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)快速鎖定的結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述主振蕩器為晶體振蕩器。
【文檔編號(hào)】H03L7/085GK205510015SQ201620340521
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】黃敬馨, 章國(guó)豪, 區(qū)力翔, 唐杰, 林俊明, 李思臻
【申請(qǐng)人】佛山臻智微芯科技有限公司