一種頻率產生單元及其頻率快速鎖定方法

專利名稱：一種頻率產生單元及其頻率快速鎖定方法
技術領域：
本發明涉及射頻通信技術領域，更具體地說，涉及一種具有溫度補償的頻率產生單元及其頻率快速鎖定方法。
背景技術：
頻率產生單元是通信設備的核心部件之一，為通信設備提供接收本振信號和發射載波信號。頻率產生單元一般包括環路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環IC。鎖相環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，經環路濾波器后作為壓控振蕩器的壓控電壓CV以實現頻率鎖定，從而將壓控振蕩器的輸出信號的頻率鎖定為頻率產生單元所需產生的頻率。壓控振蕩器中會使用變容管諧振產生所需頻率的信號。變容管相當于可變電容， 在不同的反向電壓下呈現不同的電容值。圖1所示為變容管電容值隨反向電壓的變化。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， 諧振頻率與變容管的電容相關，電容增大，諧振頻率降低。因此，可以為壓控振蕩器設置不同的壓控電壓CV，該壓控電壓CV將作為施加到變容管的反向電壓來產生不同諧振頻率的信號。
1CO =-1=
2tt^JlC (1)一個方面，隨著通信技術的發展，通信設備要求頻率產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IC經環路濾波器輸出的電壓需要一定的時間才能調整至所需頻率對應的壓控電壓CV，進而使頻率的鎖定也需要經歷一定的過程。如圖2所示， 為頻率產生單元的頻率鎖定過程示意圖，頻率產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，頻率從穩定到不穩定的急劇變化，輸出頻率與本振信號的參考時鐘鑒相頻率相位差非常大，鎖相環處于失鎖狀態，需要鎖相環產生大量的泵電流來捕獲目標頻率。T2 跟蹤階段輸出頻率與參考時鐘鑒相頻率相位差較小，鎖相環對輸出頻率進行跟蹤，屬于環路自身調節的階段。T3 穩定階段輸出頻率與參考時鐘鑒相頻率相位差非常小，鎖相環處于鎖定的狀態。當頻率偏差小于士 IOOHz時，鎖相環進入穩定狀態。在上述鎖定過程的三個階段中，主要是由Tl和T2階段決定目標頻率的鎖定時間。 而T2的時間主要是由于環路自身的參數決定。T2時，相位差已經比較小了，靠鎖相環自身的調節可以很快進入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。現有的頻率產生單元主要通過兩種解決方法來實現快速鎖定。一種是利用鎖相環 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。第二種方法是為環路濾波器提供一個預置電壓，使得環路濾波器輸出的壓控電壓CV快鎖穩定的壓控電壓CV。該預置電壓的作用是為環路濾波器中的電容提供比鎖相環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，后續再由鎖相環IC的正常鎖定時輸出的泵電流對環路濾波器輸出的壓控電壓CV進行調節使其快速切換，實現頻率鎖定。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，目前對頻率產生單元的穩定性也提出了更高的要求，不僅要求設備常溫正常工作，還要求在高低溫條件下正常使用，通常的標準有_25°C 70°C或者-30°C 80°C等。但是，由于變容管是由pn結做成的，在固定的反向電壓下，隨著溫度的升高，pn結空間電荷區寬度減小，變容管電容增大。因此，一般的通信設備會出現隨著環境溫度升高， 變容管電容增大，頻率降低的問題。為了保持所產生信號的頻率不變，要求變容管電容不變，進而需要在環境溫度升高時增大壓控電壓CV來保持變容管電容的穩定，或者在環境溫度降低時減小壓控電壓CV。因此，需要根據環境溫度來調節壓控電壓CV，也就需要根據環境溫度來調節提供給環路濾波器的預置電壓，使得預置電壓隨溫度的變化量與壓控電壓CV 隨溫度變化量相同，達到溫度補償的作用，保證鎖定時間在高低溫和常溫下保持一致，增加頻率產生單元的可靠性。然而，目前主要運用溫度探測器測試并反饋環境的溫度，然后根據溫度刷新通過軟件計算獲得的存儲器內的壓控電壓CV的值，以此來達到溫度補償的目的和效果。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。

發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有頻率產生單元的快速鎖定方法中采用溫度探測器反饋溫度來調節預置電壓導致硬件復雜的缺陷，提供一種頻率產生單元及其頻率快速鎖定方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種頻率產生單元，包括主控芯片、環路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環IC ；所述鎖相環IC用于接收所述主控芯片的頻率設置信號，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， 經所述環路濾波器后作為所述壓控振蕩器的壓控電壓以實現頻率鎖定；所述頻率產生單元還包括電壓預配置電路，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置電壓；所述主控芯片用于在接收頻率設置信號后，在第一時間段內將電壓預配置電路輸出的預置電壓施加到所述環路濾波器，為所述環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配置電路為環路濾波器提供的預置電壓，并由所述鎖相環IC調節環路濾波器輸出的電壓實現頻率鎖定。本發明還相應提供了一種如上所述的頻率產生單元的頻率快速鎖定方法，所述頻率產生單元包括主控芯片、環路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環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置信號，發送給鎖相環IC ；主控芯片在第一時間段內將電壓預配置電路輸出的預置電壓施加到環路濾波器， 為所述環路濾波器中的電容充電；所述電壓預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置電壓；
主控芯片在所述第一時間段后切斷電壓預配置電路為環路濾波器提供的預置電壓，并由所述鎖相環IC調節環路濾波器輸出的電壓實現頻率鎖定。實施本發明的頻率產生單元及其頻率快速鎖定方法，具有以下有益效果本發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配置電路為環路濾波器提供隨溫度升高而增加的預置電壓，縮短了隨后鎖相環IC控制的鎖定時間；同時，本發明采用二極管等器件組成電壓預配置電路，其電路簡單，成本低，并且可以使得預置電壓隨溫度的變化量與壓控電壓隨溫度變化量相同，達到溫度補償的作用，進而保證鎖定時間在高低溫和常溫下保持一致，增加頻率產生單元的可靠性。


下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1為變容管電容值隨反向電壓的變化關系圖；圖2為頻率產生單元的頻率鎖定過程示意圖；圖3為根據本發明的頻率產生單元的第一實施例的原理框圖；圖4為根據本發明的頻率產生單元的第二實施例的原理框圖；圖5為根據本發明的頻率產生單元的第二實施例中第一部分的電路原理圖；圖6為根據本發明的頻率產生單元的第二實施例中第二部分的電路原理圖；圖7為根據本發明的頻率產生單元的頻率快速鎖定方法的第一實施例的流程圖；圖8為根據本發明的頻率產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明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。請參閱圖3，為根據本發明的頻率產生單元的第一實施例的原理框圖。如圖3所示，該頻率產生單元包括主控芯片10、鎖相環IC 20、環路濾波器(LPF) 30和壓控振蕩器 (VCO)400其中，主控芯片10被用于運行程序發送頻率設置信號等給鎖相環IC 20。主控芯片10通過發送時鐘信號PLL_CL0CK、數據信號PLL_DATA和片選信號PLL_CS給鎖相環IC20 實現控制和數據的配置。鎖相環IC 20用于接收主控芯片10的頻率設置信號，根據為其設置的頻率產生本振信號，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的環路濾波器30濾除，并通過為環路濾波器中的電容充電使得環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的結果是把它的輸出信號的振蕩頻率fo拉向為鎖相環IC 20設置的頻率，當二者相等時，頻率產生單元進入鎖定狀態。本發明的頻率產生單元還包括電壓預配置電路90，該電壓預配置電路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置電壓。主控芯片10 則在接收頻率設置信號后，在第一時間段tl內將電壓預配置電路輸出的預置電壓施加到環路濾波器30，為環路濾波器30中的電容充電，主控芯片10還在第一時間段tl后切斷電壓預配置電路90為環路濾波器提供的預置電壓，并由所述鎖相環IC調節環路濾波器輸出的電壓實現頻率鎖定。
本發明是通過采用二極管組成的電壓預配置電路90來提供隨溫度升高而增加的預置電壓的，該電壓預配置電路90具有通過將一個固定電壓經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置電壓將隨溫度升高而增加。因此，本發明可以根據環境溫度來調節提供給環路濾波器的預置電壓，使得預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，達到溫度補償的作用，保證鎖定時間在高低溫和常溫下保持一致，增加頻率產生單元的可靠性。 并且本發明的電壓預配置電路90通過簡單的二極管實現，與采用溫度探測器相比，其硬件簡單，成本低，不占用設備空間。電壓預配置電路90采用的二極管可以為普通p-n 二極管，或者為金屬_半導體 (接觸)二極管即肖特基管。優選地，電壓預配置電路90采用肖特基管實現，由于其開關速度非常快，適用于在頻率切換時快速反應。本發明中電壓預配置電路90在溫度不變時所提供的預置電壓為固定值。在常溫輸出的預置電壓可以固定為頻率產生單元所產生頻率范圍對應壓控電壓范圍中的某一特定值。更優選地，在常溫輸出的預置電壓固定為頻率產生單元所產生頻率范圍對應壓控電壓的中間值。例如，當頻率產生單元所產生頻率范圍為400-700HZ時，其在常溫下對應的壓控電壓CV為IV 3. 8V,則預置電壓選取中間值2. 4V。請結合參閱圖2，在捕獲階段Tl，當為頻率產生單元設置的頻率進行切換時，如果沒有預置電壓，則鎖相環IC在調整環路濾波器輸出的電壓時，將在大范圍內進行變化以調整到設置的頻率被鎖定時的壓控電壓CV。而本發明通過為環路濾波器提供預置電壓，使鎖相環IC在調整環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雜的公式算法計算壓控電壓CV，再為環路濾波器提供與之相應的預置電壓的方法相比，本發明為環路濾波器提供固定的預置電壓，當該預置電壓采用中間值時，仍然能夠縮短鎖相環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IC20在電壓預配置電路90為環路濾波器30提供預置電壓結束后， 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，優選地也可以通過開啟快鎖功能，進一步加快頻率的鎖定時間。主控芯片10可以發送信號開啟鎖相環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IC20產生的快鎖信號發送給環路濾波器30實現快速鎖定。為了防止出現過沖現象，在第二時間段t2結束時，主控芯片10可以發送信號關閉鎖相環IC20的快鎖功能，使得鎖相環IC20通過正常鎖定的功能對頻率進行鎖定。圖3所示的頻率產生單元的第一實施例的控制過程如下所述首先，當頻率產生單元的設備上電或者切換頻率時，主控芯片10接收頻率設置信號，并發送給鎖相環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內將電壓預配置電路90輸出的預置電壓施加到環路濾波器30，為環路濾波器30中的電容充電。隨后，主控芯片10第一時間段tl結束后切斷電壓預配置電路90為環路濾波器30 提供的預置電壓。此時由鎖相環IC20調節環路濾波器30輸出的電壓，使得頻率快速鎖定。 此時環路濾波器30輸出的電壓被切換到所設置的頻率對應的壓控電壓CV。優選地，主控芯片10可以控制鎖相環IC20開啟快鎖模式，并在第二時間段t2內控制鎖相環IC20產生的快鎖信號發送給環路濾波器30實現快速鎖定。在第二時間段t2結束時，主控芯片10可以發送信號關閉鎖相環IC20的快鎖功能，使得鎖相環IC20通過正常鎖定的功能對頻率進行鎖定。請參閱圖4，為根據本發明的頻率產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構和功能相同的主控芯片10、鎖相環IC 20、環路濾波器(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，OMAP 10是一款面向多操作系統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的輸出信號可以經過反饋帶通器(BPF) 50返回給鎖相環IC 20。在實際應用中，該頻率產生單元還需要包括鎖相環參考晶體(VC_TCX0) 60，以及與OMAP 10連接輸出VC_TCX0控制電壓的數模轉換器(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行緩沖放大的緩沖放大器80。在第二實施例中，頻率產生單元還包括第一開關91和第二開關92，0MAP10通過第一開關91和第二開關92對各個電路的信號發送進行控制。第一開關91連接在電壓預配置電路90和環路濾波器30之間，在通常情況下為斷開狀態，在接通時可以將電壓預配置電路90與環路濾波器30連接。0MAP10在第一時間段 tl內發送預配置控制信號ft~e_ktup_C0ntr0l控制第一開關91接通將電壓預配置電路90 提供的預置電壓施加給環路濾波器30，為環路濾波器30中的電容提供較大的充電電流，使其快速充電。第二開關92連接在鎖相環IC 20的快鎖控制端和環路濾波器30之間，能夠接收 0MAP10的控制信號。第二開關92可以將鎖相環IC 20的快鎖控制端連接至環路濾波器30。 0MAP10在第一時間段tl后的第二時間段t2內發送快鎖控制信號i^St_L0Ck_C0ntr0l控制第二開關92接通，進而將鎖相環IC 20產生的快鎖信號i^St_Lock發送給環路濾波器30， 由鎖相環IC 20實現快鎖功能。優選地，主控芯片10在第二時間段t2結束時，發送信號關閉鎖相環IC 20的開鎖功能，將其切換至鎖定檢測模式。由鎖相環IC 20對環路濾波器30輸出的電壓進行調節實現正常鎖定。在鎖定檢測模式下，鎖相環IC20產生的快鎖檢測信號還可以經第二開關92 反饋給主控芯片10。此時，第二開關92可以采用單刀雙擲開關，常態為斷開狀態，在第一種接通情況下將鎖相環IC 20產生的快鎖信號i^St_Lock發送給環路濾波器30，在第二種接通情況下將鎖相環IC20產生的快鎖檢測信號反饋給主控芯片10。主控芯片10可以分別發送快鎖控制信號i^st_L0Ck_C0ntr0l控制第二開關92切換到第一種接通情況，或者發送快鎖檢測控制信號L0Ck_Detect_C0ntr0l控制第二開關92切換到第二種接通情況。圖4所示的頻率產生單元的第二實施例的控制過程如下所述當設備上電或者切換頻率時，主控芯片10接收頻率設置信號，并發送給鎖相環IC 20配置所需鎖定的頻率信息。在一些優選的實施例中，此時可以主控芯片10可以打開鎖相環IC 20的快鎖功能，此時由于第二開關92的隔離，鎖相環IC 20產生的快鎖信
Lock未加到環路濾波器30上。隨后，主控芯片10發送預配置控制信號f^rejetupjontrol給第一開關91，控制其導通并持續第一時間段tl，從而將電壓預配置電路90提供的預置電壓施加給環路濾波器30。第一開關91在第一時間段tl結束后關閉。隨后，主控芯片10發送快鎖控制信號i^aSt_L0Ck_C0ntr0l給第二開關92，控制其為第一種接通狀態并持續第二時間段t2，即將鎖相環IC 20的快鎖控制端產生的快鎖信號 i^St_Lock發送給環路濾波器30，由鎖相環IC 20實現快鎖功能。第二開關92在第二時間段t2結束后關閉，即切斷鎖相環IC 20作用于環路濾波器30的快鎖信號i^St_Lock。最后，可以關閉鎖相環IC 20的快鎖功能，使頻率產生單元實現正常鎖定。優選地，可以由主控芯片10配置鎖相環IC 20，將其由快鎖模式切換至鎖定檢測模式。此時，第二開關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，將鎖相環IC 20產生的快鎖檢測信號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路濾波器30的過充與否以及鎖定時間，所以需要根據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，進而防止出現電容的過充和欠充，縮短了鎖定時間，保證了系統的可靠性。請結合參閱圖2可見，本發明在捕獲階段Tl，首先通過給頻率產生單元的環路濾波器30提供一個隨溫度變化的預置電壓，然后開啟鎖相環IC 20的快鎖功能，可以大幅減小捕獲階段Tl的鎖定時間。在此期間控制預置電壓的預置時間即tl和鎖相環的快鎖功能時間即t2，最后可以通過鎖相環的常規鎖定功能進行鎖定。這樣，可以避免環路濾波器30 的過充現象，縮短了 Tl階段時間，從而達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，本發明提供的方案只是在鎖定過程中起作用，鎖定結束后所有設置和器件不會影響頻率產生單元，也不會影響相位噪聲。也就是說，本發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。下面對本發明的頻率產生單元的主要功能模塊的具體電路進行介紹。請參閱圖5和圖6，為根據本發明的頻率產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IC 20和鎖相環參考晶體(VC_TCX0)60的具體電路圖。其中，鎖相環IC 20由PLL芯片U202以及周邊電路實現，可以采用型號為sky72310的PLL芯片。應該理解的是，本發明并不限于本具體實施例中所采用的芯片類型，而可以選擇本領域技術人員熟知并能應用的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發出的時鐘信號PLL_CLK、片選信號PLL_CS和數據信號PLL_Data。鎖相環參考晶體(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。同理，本發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通過數模轉換器DAC70發出的參考晶體控制信號VC_TCX0_Control輸出給鎖相環參考晶體(VC_ TCX0) 60，鎖相環參考晶體(VC_TCX0) 60的輸出連接至PLL芯片U202的Xtalin/OSC端(第 9腳)。請結合參閱圖6，示出了環路濾波器(LPF)30、反饋帶通器(BPF) 50、電壓預配置電路90，以及第一開關91和第二開關92。其中，圖6中反饋帶通器(BPF) 50接收VCO反饋信號VC0_to_PLL_FeedbaCk進行帶通濾波后通過接口 Jl輸出給圖5中鎖相環IC 20的Fvco_ main端(第2腳)，以供鎖相環IC 20進行相位比對。
此外，圖5中鎖相環IC 20通過CPoutjiiain端(第6腳)輸出經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，以提供給環路濾波器(LPF) 30 產生壓控電壓VC。圖5中鎖相環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92。電壓預配置電路90中采用肖特基管，用于調整電壓預配置電路90輸出的預置電壓隨溫度升高而增加，以實現溫度補償。本發明并不限定采用的肖特基管的數量、種類和連接關系，只需要使得該電壓預配置電路90能夠提供具有溫度補償的預置電壓，即隨溫度升高而增加即可。如圖6中，電壓預配置電路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之間的節點通過電阻R278輸出給第一開關91。該電壓預配置電路90還可以具有電容C237和電容C241，并聯在給定工作電壓PLL_3.3V與地之間。電壓預配置電路90能夠提供合適的預置電壓。電阻R277和電阻R2M之間的節點還通過電阻R257與鎖相環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，所以電壓預配置電路90提供的預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，本發明提出的電壓預配置電路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由于壓控電壓CV變化而破壞之前的常溫防過充設計或者快鎖設計，從而避免高低溫導致鎖相環的鎖定時間加長，增加了頻率產生單元的可靠性。第一開關91由開關芯片U205及周邊電路組成。該開關芯片U205采用型號為 FSA66P5X的開關芯片實現。其0N/0FF端(第4腳)由主控芯片10的預配置控制信號 Setup_Control控制，當接收到該預配置控制信號ft~e_ktup_Control時導通，將開關芯片 U205的Vin端(第1腳)輸入的電壓預配置電路90的預置電壓的信號通過OUT端(第2 腳)經電阻R230輸出給環路濾波器(LPF) 30中。環路濾波器(1^朽30主要由電阻1 219、電阻1 222以及并聯的電容組串聯對鎖相環IC 20的CPoutjiiain端(第6腳)輸出誤差電壓進行分壓。該開關芯片U205的OUT端 (第2腳)在第一時間段tl將電壓預配置電路90的預置電壓輸出至電阻R219和電阻R222 之間的節點，使得鎖相環IC 20的CPoutjiiain端(第6腳)經過串聯的電阻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。并聯的電容組由電容C233、電容C235等組成。第二開關92由開關芯片U203及周邊電路組成。該開關芯片U203采用型號為 TS5A3159DCKR的單刀雙擲芯片實現，其公共端COM端(第4腳)與鎖相環IC 20的LD/PS_ main端(第4腳)連接，接收快鎖信號i^St_Lock。開關芯片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92在一般情況下是斷開的，起到隔離作用。第二開關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，使得開關芯片 U203處于第一種接通狀態，其公共端COM端(第4腳)與NO端(第1腳)連通，將鎖相環 IC 20產生的快鎖信號i^St_Lock通過NO端(第1腳)發送給環路濾波器(LPF) 30的電阻 R222與并聯的電容組之間的節點，其該節點通過電容C223連接至電容R217和電容R218之間的節點。第二開關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IC 20的快鎖功能被關閉，切換至鎖定檢測模式。開關芯片U203處于第二種接通狀態，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，為根據本發明的頻率產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生單元的頻率快速鎖定方法中，頻率產生單元為如上所述的圖3所示的頻率產生單元。該頻率快速鎖定方法包括以下步驟首先，在步驟S401中，當頻率產生單元的設備上電或者切換頻率時觸發；隨后，在步驟S402中，主控芯片10接收頻率設置信號，并發送給鎖相環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內將電壓預配置電路90輸出的預置電壓施加到環路濾波器30，為環路濾波器30中的電容充電。電壓預配置電路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置電壓。主控芯片10第一時間段tl結束后切斷了電壓預配置電路90為環路濾波器30提供的預置電壓。隨后，在步驟S404中，由鎖相環IC20調節環路濾波器30輸出的電壓，實現頻率的鎖定。優選地，主控芯片10可以控制鎖相環IC20開啟快鎖模式，并在第二時間段t2內控制鎖相環IC20產生的快鎖信號發送給環路濾波器30實現快速鎖定。在第二時間段t2結束時，主控芯片10可以發送信號關閉鎖相環IC20的快鎖功能，使得鎖相環IC20通過正常鎖定的功能對頻率進行鎖定。請參閱圖8，為根據本發明的頻率產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生單元的頻率快速鎖定方法中，頻率產生單元為如上所述的圖4所示的頻率產生單元。該頻率快速鎖定方法包括以下步驟首先，開始于步驟S801中，當頻率產生單元的設備上電或者切換頻率時觸發。例如通信設備上電時需要發射具有一定頻率的射頻信號。隨后，在步驟S802中，主控芯片10接收頻率設置信號，并發送給鎖相環IC 20配置所需鎖定的頻率信息。優選地，主控芯片10可以打開鎖相環IC的快鎖功能。此時由于第二開關92的隔離，鎖相環IC 20產生的快鎖信號i^aSt_L0Ck未加到環路濾波器30上。隨后，在步驟S803中，主控芯片10發送預配置控制信號ft~e_ktup_C0ntr0l給第一開關91，控制其導通并持續第一時間段tl，從而將電壓預配置電路90提供的預置電壓施加給環路濾波器30。第一開關91在第一時間段tl結束后關閉。其中，預置電壓通常選取所需頻率范圍對應壓控電壓CV的中間值。電壓預配置電路90包括肖特基管，用于調整電壓預配置電路90輸出的預置電壓隨溫度升高而增加，以實現溫度補償。隨后，在步驟S804中，上述主控芯片10發送快鎖控制信號i^St_L0Ck_C0ntr0l給第二開關92，控制其為第一種接通狀態并持續第二時間段t2，即將鎖相環IC 20的快鎖控制端產生的快鎖信號hst^ock發送給環路濾波器30，由鎖相環IC 20加快鎖定。第二開關92在第二時間段t2結束后關閉，即切斷鎖相環IC 20作用于環路濾波器30的快鎖信號 Fast_Lock0上述第一時間段tl和第二時間段t2的長度根據所需的鎖定控制時間而確定。
隨后，在步驟S805中，關閉鎖相環IC20的快鎖功能實現正常鎖定。優選地，可以由主控芯片10配置鎖相環IC 20，將其由快鎖模式切換至鎖定檢測模式。此時，第二開關 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，將鎖相環IC 20產生的快鎖檢測信號Lock_Detect反饋給主控芯片10。最后，在步驟S806中，鎖相環IC20自動將輸出信號鎖定為所需的新頻點。通過試驗數據證明，本發明鎖定時間較短，且產生的預置電壓基本可實現隨溫度的變化量與壓控電壓CV變化量相當，使得鎖定時間在高低溫下的一致性很好，可靠性很尚O本發明是根據特定實施例進行描述的，但本領域的技術人員應明白在不脫離本發明范圍時，可進行各種變化和等同替換。此外，為適應本發明技術的特定場合或材料，可對本發明進行諸多修改而不脫離其保護范圍。因此，本發明并不限于在此公開的特定實施例， 而包括所有落入到權利要求保護范圍的實施例。
權利要求
1.一種頻率產生單元，包括主控芯片、環路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環IC ；所述鎖相環IC用于接收所述主控芯片的頻率設置信號，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，經所述環路濾波器后作為所述壓控振蕩器的壓控電壓以實現頻率鎖定；其特征在于，所述頻率產生單元還包括電壓預配置電路，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置電壓；所述主控芯片用于在接收頻率設置信號后，在第一時間段內將電壓預配置電路輸出的預置電壓施加到所述環路濾波器，為所述環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配置電路為環路濾波器提供的預置電壓，并由所述鎖相環IC 調節環路濾波器輸出的電壓實現頻率鎖定。
2.根據權利要求1所述的頻率產生單元，其特征在于，所述二極管為肖特基管。
3.根據權利要求2所述的頻率產生單元，其特征在于，所述電壓預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串聯在給定工作電壓與地之間，所述電阻R277和電阻R2M之間的節點通過電阻R278輸出給所述第一開關。
4.根據權利要求1-3中任意一項所述的頻率產生單元，其特征在于，所述電壓預配置電路在常溫輸出的預置電壓固定為頻率產生單元所產生頻率范圍對應壓控電壓的中間值。
5.根據權利要求4所述的頻率產生單元，其特征在于，所述主控芯片開啟所述鎖相環 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IC產生的快鎖信號發送給所述環路濾波器。
6.根據權利要求5所述的頻率產生單元，其特征在于，所述頻率產生單元還包括第一開關，連接在所述電壓預配置電路和所述環路濾波器之間，用于在接收所述主控芯片在第一時間段內發送的預配置控制信號后接通，將所述電壓預配置電路提供的預置電壓施加給所述環路濾波器；第二開關，連接在所述鎖相環IC的快鎖控制端和所述環路濾波器之間，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發送的快鎖控制信號后接通，將所述鎖相環IC 產生的快鎖信號發送給所述環路濾波器。
7.一種根據權利要求1-6中任意一項所述的頻率產生單元的頻率快速鎖定方法，所述頻率產生單元包括主控芯片、環路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環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置信號，發送給鎖相環IC ；主控芯片在第一時間段內將電壓預配置電路輸出的預置電壓施加到環路濾波器，為所述環路濾波器中的電容充電；所述電壓預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置電壓；主控芯片在所述第一時間段后切斷電壓預配置電路為環路濾波器提供的預置電壓，并由所述鎖相環IC調節環路濾波器輸出的電壓實現頻率鎖定。
8.根據權利要求7所述的頻率產生單元的頻率快速鎖定方法，其特征在于，電壓預配置電路中采用的二極管為肖特基管。
9.根據權利要求7或8所述的頻率產生單元的頻率快速鎖定方法，其特征在于，所述電壓預配置電路輸出的預置電壓為頻率產生單元所產生頻率范圍對應壓控電壓的中間值。
10.根據權利要求9所述的頻率產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IC產生的快鎖信號發送給所述環路濾波器。
11.根據權利要求10所述的頻率產生單元的頻率快速鎖定方法，其特征在于，所述頻率產生單元還包括第一開關，連接在所述電壓預配置電路和所述環路濾波器之間，用于在接收所述主控芯片在第一時間段內發送的預配置控制信號后接通，將所述電壓預配置電路提供的預置電壓施加給所述環路濾波器；第二開關，連接在所述鎖相環IC的快鎖控制端和所述環路濾波器之間，用于在接收所述主控芯片在所述第二時間段內發送的快鎖控制信號后接通，將所述鎖相環IC產生的快鎖信號發送給所述環路濾波器。
全文摘要
本發明涉及一種頻率產生單元及其頻率快速鎖定方法，該頻率產生單元包括主控芯片、環路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環IC；以及電壓預配置電路，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置電壓；其中主控芯片用于在接收頻率設置信號后，在第一時間段內將電壓預配置電路輸出的預置電壓施加到所述環路濾波器，并在第一時間段結束后切斷該預置電壓，由鎖相環IC控制頻率鎖定。本發明通過電壓預配置電路為環路濾波器提供預置電壓從而縮短鎖相環的鎖定時間，并在電壓預配置電路中引入二極管通過簡單的硬件實現了溫度補償，保證鎖定時間在高低溫情況下的穩定性，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 優先權日2011年12月30日
發明者冷鵬, 童偉, 黃成富 申請人:海能達通信股份有限公司