寬帶電荷泵鎖相環及動態閾值自動頻率調諧方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及無線射頻通信技術領域，尤其設及一種寬帶電荷累鎖相環及其動態闊 值自動頻率調諧方法。
【背景技術】
[0002] 寬頻帶鎖相環(Wide-Band I^ase-Locked Loop,簡稱WB化L)是無線通信系統及其 他眾多應用中的重要模塊，是實現頻率合成器的基礎，它主要為發送端和接收端提供寬頻 帶的本地時鐘W形成本振，同時要保證時鐘的噪聲和雜散性能。目前為了實現足夠大的頻 率覆蓋范圍，同時保持較低的壓控振蕩器(Voltage-con化oiled Oscillator,簡稱VC0)增 益，寬頻帶鎖相環中的壓控振蕩器通常包含2的N(N為正整數)次方條互相有一定程度交疊 的調頻曲線，由開關電容陣列實現。寬頻帶鎖相環收到頻率控制字后，鎖定通常會經過先粗 調（Coarse tuning)、后精調（Fine tuning)的過程，其中，粗調過程由自動頻率控制電路 (Adaptive Rrequency Calibration，簡稱AFC)完成最佳調頻曲線的選擇;精調過程由鎖相 環路調節VCO中變容器的控制電壓完成頻率鎖定。
[0003] 而AFC電路有閉環和開環兩大類型，其開環結構因具有更快的選頻速度而成為眾 多寬頻帶鎖相環的實現選擇。通過對國內外專利及學術交流文獻進行大量的查閱對比，發 現目前應用于寬頻帶電荷累鎖相環的開環AFC模塊的主要改進方向在提高粗調頻的速度， 減小鎖相環的鎖定時間，而在AFC粗調頻的準確性對鎖相環噪聲和雜散性能的影響方面卻 鮮有分析和研究。實際上，在無線通信系統中普遍采用的II型電荷累鎖相環中，電荷累的電 流匹配性能與其輸出電壓有關，其最佳位置通常在VDD/2附近，偏離VDD/2越遠，電荷累的電 流匹配性能越差，鎖相環的噪聲和雜散也會相應惡化，而最終鎖定時電荷累的輸出電壓與 AFC粗調頻的準確性（即最終收斂的調頻曲線)有關，對于寬頻帶鎖相環，由于VCO增益隨其 振蕩頻率的大幅變化，會使得低頻段下AFC粗調頻準確性的進一步惡化。目前通常采用增加 AFC計數器計數位寬來提高準確性，但是會增加粗調頻時間，即AFC工作的速度與準確性存 在一定程度的折中。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種寬帶電荷累鎖相環及其動態闊值自動頻率調諧方法， 用W解決現有技術中粗調頻的準確性對鎖相環噪聲和雜散性能的影響問題。
[0005] 本發明的第一個方面是提供一種寬帶電荷累鎖相環，包括依次電連接的鑒頻鑒相 器、電荷累、環路濾波器、壓控振蕩器和分頻器，分頻器的輸出端連接鑒頻鑒相器的一個輸 入端，鑒頻鑒相器的另一個輸入端連接參考時鐘，還包括動態闊值自動頻率調諧模塊，分頻 器的輸出端連接動態闊值自動頻率調諧模塊的一個輸入端，動態闊值自動頻率調諧模塊的 另一個輸入端連接參考時鐘，動態闊值自動頻率調諧模塊的輸出端連接壓控振蕩器的輸入 JLjJU 乂而。
[0006] 進一步的，動態闊值自動頻率調諧模塊包括并連的第一計數器和第二計數器，第 一計數器的輸入端連接參考時鐘Fref，第二計數器的輸入端與分頻器的輸出端連接，第一 計數器和第二計數器的輸出端連接有比較器，比較器還連接有粗調頻狀態機和判決闊值動 態控制單元。
[0007] 本發明的另一個方面是提供一種動態闊值自動頻率調諧的方法，包括：
[0008] 通過由壓控振蕩器、分頻器和動態闊值自動頻率調諧模塊組成的環路進行粗調 頻；
[0009] 通過由壓控振蕩器、分頻器、鑒頻鑒相器、電荷累和環路濾波器組成的鎖向環路進 行精調頻鎖定。
[0010] 采用上述本發明技術方案的有益效果是：由壓控振蕩器、分頻器和動態闊值自動 頻率調諧模塊組成粗調頻環路W進行粗調頻，并通過動態闊值自動頻率調諧模塊進行計數 和動態闊值的比較判決，采用二進制折半查找算法進行粗調頻曲線的逐次逼近，從而實現 動態調整闊值W選定壓控振蕩器工作的粗調頻曲線；由壓控振蕩器、分頻器、鑒頻鑒相器、 電荷累和環路濾波器組成精調頻鎖相環路W進行精調頻鎖定，從而可在不影響AFC粗調頻 速度的情況下，提高粗調頻準確性，使得鎖相環鎖定后VCO的控制電壓更靠近電荷累工作的 最佳位置，從而改進了鎖相環的噪聲和雜散性能。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明寬帶電荷累鎖相環的結構示意圖；
[0012] 圖2為本發明寬帶電荷累鎖相環的一種實現方式的結構示意圖；
[0013] 圖3為本發明動態闊值自動頻率調諧的方法流程圖。
[0014] 附圖中，各標號所代表的部件列表如下：
[001引 100、鑒頻鑒相器，200、電荷累，300、環路濾波器，400、壓控振蕩器，500、分頻器， 600、動態闊值自動頻率調諧模塊，700、第一開關，800、第二開關，601、第一計數器，602、第 二計數器，603、比較器，604、粗調頻狀態機，605、判決闊值動態控制單元。
【具體實施方式】
[0016] 為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。
[0017] 本發明公開了一種寬帶電荷累鎖相環，如圖1所示，該寬帶電荷累鎖相環包括:依 次電連接的鑒頻鑒相器100、電荷累200、環路濾波器300、壓控振蕩器400和分頻器500,還包 括動態闊值自動頻率調諧模塊600，其中，分頻器500的輸出端連接鑒頻鑒相器100的一個輸 入端，鑒頻鑒相器100的另一個輸入端連接參考時鐘Fref,分頻器500的輸出端還連接動態 闊值自動頻率調諧模塊600的一個輸入端，動態闊值自動頻率調諧模塊600的另一個輸入端 連接參考時鐘化ef，動態闊值自動頻率調諧模塊600的輸出端連接壓控振蕩器400的輸入 JLjJU 乂而。
[0018] 具體的，壓控振蕩器400的輸入端通過第一開關700連接環路濾波器300的輸出端， 壓控振蕩器400進一步通過第二開關800連接一偏置電壓化ef，其中，第一開關700和第二開 關800不會同時閉合。
[0019] 在本實施例中，由壓控振蕩器400、分頻器500和動態闊值自動頻率調諧模塊600組 成粗調頻環路（即自動頻率控制電路，Adaptive Frequen巧Calibration，簡稱AFC) W進行 粗調頻；由壓控振蕩器400、分頻器500、鑒頻鑒相器100、電荷累200和環路濾波器300組成精 調頻鎖相環路W進行精調頻鎖定。
[0020] 具體工作時，通常會經過先粗調(Coarse化ning)、后精調(Fine tuning)的過程。 首先，分頻器500接收頻率控制字，設定寬帶電荷累鎖相環的最終鎖定頻率，由數字接口控 制第二開關800閉合，第一開關700斷開，壓控振蕩器400W化ef為輸入電壓，此時壓控振蕩 器400經分頻器500分頻后的信號Fdiv與參考時鐘Fref送入動態闊值自動頻率調諧模塊600 進行粗調頻，通過動態闊值自動頻率調諧模塊600進行計數和動態闊值的比較判決，采用二 進制折半查找算法進行粗調頻曲線的逐次逼近，使其振蕩頻率朝著使前述計數值之差的絕 對值減小的方向改變，直至比較結果在當前判決闊值之內，從而選定壓控振蕩器400工作的 粗調頻曲線。隨后第二開關800斷開，第一開關700閉合，從而斷開AFC環路，閉合鎖相環路進 入精調過程。
[0021] 壓控振蕩器400經分頻器500分頻后的信號Fdiv與參考時鐘Fref-并輸入鑒頻鑒 相器100,鑒頻鑒相器100對兩信號進行鑒頻及鑒相操作，產生的相位誤差信號送入電荷累 200,控制電荷累200內電流源與電流沉的開啟狀態，電荷累200輸出的電流信號經環路濾波 器300充放電與濾波操作，轉換為壓控振蕩器400的電壓控制信號，調節壓控振蕩器400的振 蕩頻率，該頻率經分頻器500分頻后反饋到鑒頻鑒相器100繼續與參考時鐘Fref進行鑒頻鑒 相操作得出相位誤差，最終鎖相環路在Fdiv與Fref的相位誤差為零時實現頻率鎖定，從而 輸出與頻率控制字對應的穩定的時鐘信號。
[0022] 圖2為本發明寬帶電荷累鎖相環的一種實現方式的結構示意圖，如圖2所示，動態 闊值自動頻率調諧模塊600包括并連的第一計數器601和第二計數器602，第一計數器601的 輸入端連接參考時鐘化ef，第二計數器602的輸入端與分頻器500的輸出端連接，第一計數 器601和第二計數器602的輸出端連接有比較器603，比較器603還連接有粗調頻狀態機604 和判決闊值動態控制單元605。
[0023] 具體工作時，由數字接口控制第二開關800閉合，第一開關700斷開，壓控振蕩器 400W化ef為輸入電壓，此時壓控振蕩器400經分頻器500分頻后的信號Fdiv送入第二計數 器602進行第一次計數，同時參考時鐘Fref送入第一計數器601計數，一定時間后計數同時 停止，第一計數器601和第二計數器602的計數值送入比較器603進行比較判決。若第一計數 器601和第二計數器602的計數值之差超出比較器603的判決闊值，則通過比較器603輸出判 決結果，粗調頻狀態機604根據判決結果控制壓控振蕩器400,使其振蕩頻率朝著使前述計 數值之差的絕對值減小的方向改變。
[0024] 當壓控振蕩器400的頻率改變后，通過分頻器500分頻新的信號Fdi V送入第二計數 器602進行第二次計數，同時第一計數器601對參考時鐘Fref計數，一定時間后兩計數同時 停止，第一計數器601和第二計數器602的計數值送入比較器603進行第二次比較判決。此 時，判決闊值動態控制單元605根據第一次的比較結果，對本次(也就是第二次)比較的判決 闊值做出調整，隨后通過比較器603輸出第二次判決結果，粗調頻狀態機604根據第二次判 決結果控制壓控振蕩器400,使其振蕩頻率朝著使前述計數值之差的絕對值減小的方向改 變。
[0025] 在本發明實施例中，壓控振蕩器具有/條互相有一定程度頻率范圍交疊的調頻曲 線（其中N為正整數），整個粗調頻過程可W采用二進制折半查找算法進行粗調頻曲線的逐 次逼近，通過比較器比較第一計數器和第二計數器的計數結果，另外通過闊值動態控制單 元在比較器每次比較前根據之前的判決結果對本次判決的闊值做出調整，直至比較結果在 當前判決闊值之內，使得粗調頻狀態機對壓控振蕩器的粗調頻曲線進行選擇和配置，通過 若干次的計數、比較進行逼近，從面最終確定壓控振蕩器工作的粗調頻曲線。
[0026]