一種帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構。包括用于接收預設的輸入信號并根據諧振頻率對預設的輸入信號進行分頻產生第一分頻信號的注入鎖定分頻器；包括用于接收第一分頻信號并進行第二次分頻產生第二分頻信號輸出的數字分頻器；包括用于將接收到的第二分頻信號與參考信號的頻率相比較產生數字校驗選擇信號的自動頻率控制器；包括用于從自動頻率控制器接收數字校驗選擇信號并轉化成模擬信號反饋到注入鎖定分頻器中進行電壓控制的數字到模擬轉換器。本發明能獲得高穩定工作頻率范圍、低功耗的帶自動頻率校驗功能，可以更好地在實際過程中對注入鎖定分頻電路中控制電壓的控制以及對潛在的工藝偏差等因素的抵抗。
【專利說明】一種帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種注入鎖定分頻結構，尤其是涉及電子電路【技術領域】的一種帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構。
【背景技術】
[0002]目前，傳統的鎖相環(PLL)在反饋路徑中采用分頻器來實現分頻。絕大多數鎖相環的分頻器都是基于觸發器實現的，這些分頻器的功耗隨著工作頻率的增加而增加，因此在毫米波頻段，分頻器的功耗非常大。而應用于無線通信系統的頻率合成器中，分頻器的功耗占據了系統功耗的大部分。
[0003]鎖相環(PLL)在無線收發機中是非常重要的電路之一，收發機的功耗很大一部分都是來自于鎖相環，為了降低收發機的功耗，進一步改善和提高鎖相環的性能是非常有必要的。在鎖相環的系統中，降低第一級分頻器的功耗可以很好的實現低功耗鎖相環設計。
[0004]傳統的解決方法是引入注入鎖定分頻器技術設計鎖相環來降低鎖相環的功耗，具體的，如圖2實線框圖所示。注入鎖定分頻器采用了類似于振蕩器設計的諧振諧波的鎖定來獲得非常高的工作頻率以及超低的功耗，具體的，如圖3所示，通過將大信號與小信號互補的方法合理的規劃分頻器實現超低功耗。但是，這種技術在具體實現過程中面臨實際困難，由于供電電壓、輸入幅度以及偏置電流發生的變化都會使分頻器的工作頻率范圍發生很大的偏差，因此ILFD的工作頻率范圍非常不穩定。另外從圖4典型的分頻輸入靈敏度曲線可以看出，在不同的控制電壓Vt上，注入鎖定分頻器需要有很多的V型分頻工作范圍來滿足整個分頻器輸入范圍的要求。并且還存在一些應用層面上的問題，在實際過程確定ILFD實際工作狀態的輸入頻率范圍、如何實現實際過程中對Vt的控制以及對潛在的工藝偏差等因素的抵抗。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明提供了一種帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構，適用于毫米波頻段，以獲得實際工作狀態的輸入頻率范圍，來克服現有技術中ILFD工作頻率范圍不穩定、控制電壓Vt難控制的問題以及抵抗潛在的工藝偏差。
[0006]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
本發明包括用于接收預設的輸入信號Fin并根據諧振頻率對預設的輸入信號Fin進行分頻產生第一分頻信號的注入鎖定分頻器；
包括用于接收第一分頻信號并進行第二次分頻產生第二分頻信號的數字分頻器，第二分頻信號作為預設的輸出信號Ftjut ；
包括用于將接收到的第二分頻信號與參考信號FMf的頻率相比較產生數字校驗選擇信號的自動頻率控制器；
包括用于從自動頻率控制器接收數字校驗選擇信號并轉化成模擬信號反饋到注入鎖定分頻器中進行電壓Vt控制的數字到模擬轉換器； 預設的輸出信號Ftjut的頻率與參考信號FMf的頻率相等；注入鎖定分頻器、數字分頻器和自動頻率控制器依次連接，數字到模擬轉換器分別與注入鎖定分頻器、自動頻率控制器連接。
[0007]所述的注入鎖定分頻器包括電感L1、電容Cl、電容C2、MOS管Ml和負阻，負阻由MOS管M2和MOS管M3組成；電感LI的兩端與電容Cl、電容C2串聯，電感LI的中間端與電壓Vdd相連電容Cl和電容C2之間的引出端與控制電壓Vt相連；電感LI兩端分別與MOS管M2、MOS管M3的漏極連接，電感LI兩端分別與MOS管M3、MOS管M2的柵極連接，MOS管M3和MOS管M2的源極串聯后連接到MOS管Ml的漏極上，MOS管Ml的柵極與注入信號Vinj相連，MOS管Ml的源極接地；電感LI和電容Cl之間的引出端為第一輸出端RF+，電感LI和電容C2之間的引出端為第二輸出端RF-。
[0008]所述的電容Cl、電容C2均為可變電容。
[0009]所述的MOS管Ml、MOS管M2、MOS管M3均為N型MOS管。
[0010]所述的注入鎖定分頻結構用于鎖相環中并替代分頻器。
[0011]所述的參考信號Fm由外部的晶體振蕩器產生。
[0012]本發明的有益效果為:
本發明能獲得高穩定工作頻率、低功耗的帶自動頻率校驗功能，可以更好地在實際過程中對ILFD電路中控制電壓Vt的控制以及對潛在的工藝偏差等因素的抵抗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明的結構原理示意圖。
[0014]圖2為引入本發明的鎖相環的結構原理示意圖。
[0015]圖3為本發明中采用的注入鎖定分頻器的結構原理示意圖。
[0016]圖4為本發明中采用的注入鎖定分頻器的頻率與輸入功率圖。
[0017]圖5為本發明實施例現有的AFC電路的連接關系圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0019]如圖1所示，本發明的注入鎖定分頻結構包括以下:
包括用于接收預設的輸入信號Fin并根據諧振頻率對預設的輸入信號Fin進行分頻產生第一分頻信號的注入鎖定分頻器；
包括用于接收第一分頻信號并進行第二次分頻產生第二分頻信號的數字分頻器，第二分頻信號作為預設的輸出信號Ftjut ；
包括用于將接收到的第二分頻信號與參考信號FMf的頻率相比較產生數字校驗選擇信號的自動頻率控制器；
包括用于從自動頻率控制器接收數字校驗選擇信號并轉化成模擬信號反饋到注入鎖定分頻器中進行電壓Vt控制的數字到模擬轉換器；
在理想工作狀態下，即在注入鎖定分頻器工作頻率范圍之內，其預設的輸出信號Fwt的頻率與參考信號FMf的頻率相等；注入鎖定分頻器、數字分頻器和自動頻率控制器依次連接，數字到模擬轉換器分別與注入鎖定分頻器、自動頻率控制器連接。[0020]如圖3所示，注入鎖定分頻器可以采用以下結構的注入鎖定分頻器，包括電感L1、電容Cl、電容C2、MOS管Ml和負阻，負阻由MOS管M2和MOS管M3組成；電感LI的兩端與電容Cl、電容C2串聯，電感LI的中間端與電壓Vdd相連電容Cl和電容C2之間的引出端與控制電壓Vt相連；電感LI兩端分別與MOS管M2、MOS管M3的漏極連接，電感LI兩端分別與MOS管M3、MOS管M2的柵極連接，MOS管M3和MOS管M2的源極串聯后連接到MOS管Ml的漏極上，MOS管Ml的柵極與注入信號Vinj相連，MOS管Ml的源極接地；電感LI和電容Cl之間的引出端為第一輸出端RF+，電感LI和電容C2之間的引出端為第二輸出端RF-。
[0021]電容Cl、電容C2均為可變電容。
[0022]MOS 管 Ml、MOS 管 M2、MOS 管 M3 均為 N 型 MOS 管。
[0023]注入鎖定分頻結構用于鎖相環中并替代分頻器。參考信號FMf由外部的晶體振蕩器產生。
[0024]帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻器結構用于鎖相環中并替代分頻器，如圖2虛線框圖所示。鎖相環的結構包括，鑒頻鑒相器、低通濾波器、壓控振蕩器以及本發明提出的帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻器。
[0025]為了引用方便起見，各個附圖和實施中描述使用的技術名詞采用以下英文簡稱: ILFD: Injection Locking Frequency Divider,注入鎖定分步頁器。
[0026]VCO: Voltage Control Oscillator,壓控振蕩器。
[0027]AFC:Automatic Frequency Control,自動頻率控制器。
[0028]DAC:Digital to Analog Converter,數字到模擬轉換器。
[0029]Digital divider:數字分頻器。
[0030]PFD:Phase and Frequency Detector,鑒頻鑒相器。
[0031]LPF:Low Pass Filter,低通濾波器。
[0032]結合上述具體的連接關系，本發明的工作原理如下:
如圖4頻率與輸入功率特性所示，注入鎖定分頻器在不同控制電壓Vt下，都有一個V型分頻工作范圍來滿足整個分頻器的輸入范圍。例如:VT=0，注入鎖定分頻器工作頻率范圍是55G到60G ;VT=Vdd/2，注入鎖定分頻器工作頻率范圍是58G到63G ；VT=Vdd,注入鎖定分頻器工作頻率范圍是61G到67G，那么該注入鎖定分頻器的工作范圍是55G到67G。在不同控制電壓Vt下，通過注入鎖定分頻器不同V型工作頻率范圍形成了注入鎖定分頻器的工作頻率范圍。通過采用本發明提出的帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構，可以確定注入鎖定分頻器工作頻率范圍，并實現對控制電壓Vt的控制。
[0033]當\=0，當輸入信號Fin(振蕩器輸出信號)頻率未超出ILFD工作頻率范圍時，ILFD的輸出頻率會隨著振蕩器工作頻率增加(減小)而增加(減小)，ILFD對Fin進行第一次分頻，產生第一分頻信號，該信號經過數字分頻器Digital divider進行再次分頻，產生第二分頻信號。然后第二分頻信號與參考信號Fref在AFC進行比較，得出第二分頻信號與參考信號FMf的頻率差為0，即O數字校驗位；直到，減小輸入信號Fin的頻率到超出ILFD工作頻率范圍時，ILFD仍然有一定的輸出但是輸出頻率不會隨著振蕩器工作頻率減小而減小，采用自動頻率校驗，如圖1所示，ILFD對Fin進行第一次分頻，產生第一分頻信號，該信號經過數字分頻器Digital divider進行再次分頻，產生第二分頻信號。然后第二分頻信號與參考信號FMf在AFC進行比較，得出數字校驗選擇信號，從而獲得了 ILFD的實際工作狀態的最小頻率，最后DAC把數字校驗選擇信號轉化成模擬信號反饋到ILFD，實現了對控制電壓Vt的控制。
[0034]當VT=Vdd，當輸入信號Fin頻率未超出ILFD工作頻率范圍時，ILFD的輸出頻率會隨著振蕩器工作頻率增加(減小)而增加(減小)，ILFD對Fin進行第一次分頻，產生第一分頻信號，該信號經過數字分頻器Digital divider進行再次分頻，產生第二分頻信號。然后第二分頻信號與參考信號FMf在AFC進行比較，得出第二分頻信號與與參考信號FMf的頻率差為0，即O數字校驗位；直到，增加輸入信號Fin頻率到超出ILFD工作頻率范圍時，ILFD仍然有一定的輸出但是輸出頻率不會隨著振蕩器工作頻率增加而增加，采用自動頻率校驗，如圖1所示，ILFD對Fin進行第一次分頻，產生第一分頻信號，該信號經過數字分頻器Digitaldivider進行再次分頻，產生第二分頻信號。然后第二分頻信號與參考信號FMf在AFC進行比較，得出數字校驗選擇信號，從而獲得了 ILFD的實際工作狀態的最大頻率，最后DAC把數字校驗選擇信號轉化成模擬信號反饋到ILFD，實現了對控制電壓Vt的控制。
[0035]所用的自動頻率控制器AFC如圖5所示，其結構包括以下:
包括用于接收圖1中預設輸出信號Fwt和晶體振蕩器產生的參考信號Fref并對這兩個信號的頻率進行比較產生兩個信號頻率的差的限幅鑒頻器；
包括用于將接收到的信號Fwt與參考信號FMf頻率差濾除高頻部分并輸出校驗信號的低通濾波器。
[0036]本發明的實施例為:
如附圖1，為本發明實施的示意圖，包括:ILFD、Digital divider、AFC以及DAC。注入鎖定分頻器首先接預設的輸入信號，并根據諧振頻率對輸入信號進行分頻，產生第一分頻信號；數字分頻器接注入鎖定分頻器，將所述第一分頻信號進行第二次分頻，產生頻率第二分頻信號并作為輸出信號；自動頻率控制器(AFC)接注入鎖定分頻器，比較所述第二分頻信號與參考信號的頻率得出兩個信號的頻率差，產生數字校驗選擇信號；數字到模擬轉換器(DAC)接自動頻率控制器(AFC)，將數字校驗選擇信號轉化成模擬信號，反饋到注入鎖定分頻器中，實現對控制電壓Vt的控制。這里的預設輸入信號為圖2鎖相環中壓控振蕩器(VCO)的輸出信號，本發明適用于對毫米波頻段信號的分頻。例如:60GHz的壓控振蕩器VC0，則注入鎖定分頻器對60GHz的信號進行分頻，該注入鎖定分頻器就工作在毫米波頻段。
[0037]綜合上述，本發明中，注入鎖定分頻器接輸入信號即振蕩器VCO的輸出信號，當輸入信號超過ILFD的鎖定范圍，該電路仍然有輸出(但是輸出頻率不會隨著振蕩器工作頻率的增加或減少)，并將輸入信號進行分頻，得到的分頻信號再通過數字分頻器進行二次分頻，接著通過自動頻率控制電路與參考信號的頻率進行比較，得出頻率信息的差別即校驗信號，這樣就可以獲得實際的工作狀態下的實際最大與最小頻率。再通過在實際的工作狀態中數字位進行選擇，選擇信號通過數字到摸擬的轉換器電路反饋到注入鎖定分頻器電路，保證振蕩器和注入鎖定分頻器的工作頻率吻合。從而可以更好的在實際過程中對ILFD電路中VT的控制以及對潛在的工藝偏差等因素的抵抗。
[0038]上述【具體實施方式】用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構，其特征在于: 包括用于接收預設的輸入信號Fin并根據諧振頻率對預設的輸入信號Fin進行分頻產生第一分頻信號的注入鎖定分頻器； 包括用于接收第一分頻信號并進行第二次分頻產生第二分頻信號的數字分頻器，第二分頻信號作為預設的輸出信號Ftjut ； 包括用于將接收到的第二分頻信號與參考信號FMf的頻率相比較產生數字校驗選擇信號的自動頻率控制器； 包括用于從自動頻率控制器接收數字校驗選擇信號并轉化成模擬信號反饋到注入鎖定分頻器中進行電壓Vt控制的數字到模擬轉換器； 預設的輸出信號Ftjut的頻率與參考信號FMf的頻率相等；注入鎖定分頻器、數字分頻器和自動頻率控制器依次連接，數字到模擬轉換器分別與注入鎖定分頻器、自動頻率控制器連接。
2.根據權利要求1所述的一種帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構，其特征在于:所述的注入鎖定分頻器包括電感L1、電容Cl、電容C2、M0S管Ml和負阻，負阻由MOS管M2和MOS管M3組成；電感LI的兩端與電容Cl、電容C2串聯，電感LI的中間端與電壓Vdd相連電容Cl和電容C2之間的引出端與控制電壓Vt相連；電感LI兩端分別與MOS管M2、MOS管M3的漏極連接，電感LI兩端分別與MOS管M3、MOS管M2的柵極連接，MOS管M3和MOS管M2的源極串聯后連接到MOS管Ml的漏極上，MOS管Ml的柵極與注入信號Vinj相連，MOS管Ml的源極接地；電感LI和電容Cl之間的引出端為第一輸出端RF+，電感LI和電容C2之間的引出端為第二輸出端RF-。
3.根據權利要求1所述的一種帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構，其特征在于:所述的電容Cl、電容C2均為可變電容。
4.根據權利要求1所述的一種帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構，其特征在于:所述的MOS管Ml、MOS管M2、MOS管M3均為N型MOS管。
5.根據權利要求1所述的一種帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構，其特征在于:所述的注入鎖定分頻結構用于鎖相環中并替代分頻器。
6.根據權利要求1所述的一種帶自動頻率校驗功能的注入鎖定分頻結構，其特征在于:所述的參考信號Fref由外部的晶體振蕩器產生。
【文檔編號】H03L7/18GK103916124SQ201410121844
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月28日 優先權日:2014年3月28日
【發明者】虞小鵬, 許文林 申請人:浙江大學