振荡器的频率调节方法及小数分频锁相环频率合成器

技术领域

本发明涉及射频微波通讯领域，尤其涉及锁相环频率合成器及其振荡器的频率调节方法。

背景技术

在射频微波收发器中往往需要使用锁相环频率合成器来产生稳定的频率。在现有技术中，经常采用粗调和细调相结合的方法将锁相环频率合成器中振荡器(VCO)的输出频率锁定在参考频率上。如美国专利US 6,597,249就公开了一种锁相环频率合成器的调节方法。如US 6,597,249的图3所示，锁相环频率合成器包括数字粗调模块10和模拟锁相环细调机构，模拟锁相环细调机构的VCO分频器16具有2ⁿ个分立的频率。粗调开始时，VCO 15的输入控制字VCO_DIN被设置在2ⁿ个分立频率的中间值，即2^n-1，而相位探测器没有输出，即模拟锁相环细调机构在整个粗调期间内不工作。数字粗调模块10采用二分查找法来调节VCO的频率，直至VCO的频率与参考频率的误差在设定的精度范围内。粗调结束后，VCO 15的输入控制字VCO_DIN被固定在粗调过程所确定的最终频段上，模拟锁相环细调机构被启动，对VCO进行细调，直至频率锁相成功。其中，在数字粗调模块10的二分查找算法中，调整步长逐次减小一半，而调节精度在整个频段粗调过程中保持不变。

现在越来越多的射频微波收发器开始使用小数分频锁相环。相比于整数分频锁相环，小数分频锁相环根本性的拆分了频率合成精细度和锁相环环路带宽之间的联系。它带来以下的三点好处：一，小数分频锁相环不再对晶体振荡器的参考频率有所限制。比如说需要综合一个信道间隔为300KHz的本振信号，整数分频锁相环就会要求晶振振在300KHz的整数倍数频率上，而小数分频锁相环就不再有这个限制，于是对晶振就可以有比较大的选择余地。二，小数分频锁相环可以有很精细的频率综合能力。一般情况下，整数分频锁相环的频率综合精度就是鉴频鉴相器电路的更新频率，而小数分频电路的频率综合精度是鉴频鉴相器电路的更新频率除与分频调制的模，可以达到几十Hz到几Hz的精度。三，在同等条件下，小数分频锁相环可以有更快的锁定时间。因为频率合成精细度和环路带宽之间的固定比例关系不再存在，所以在电路速度、相位噪声、杂散允许的范围内，可以采取比较宽的环路带宽，从而得到比较快的锁定时间。

而锁相环的自校准电路和算法则是在需要压控振荡器有比较大的频率覆盖范围而使用开关电容阵列的情况下必须采取的技术方案。开关电容阵列是一组并联的带有开关的有大有小的电容，根据开关的情况，它们或连到或脱离振荡器的电容电感谐振回路。有两种情况压控振荡器需要比较大的频率覆盖范围，一是，系统本身要求，比如调频应用或是数字电视应用，二是为了降低本振信号的相位噪音而使用芯片封装中的键合金丝电感的情况。电感是压控振荡器的关键器件，它在很大程度上决定了振荡器的相位噪声指标。封装模块中的键合金丝的品质因数一般能达到普通CMOS或BiCMOS工艺片上电感的五倍以上。但键合金丝电感的缺点就是封装到封装的变化比较大，这样就会导致振荡器的中心频率的偏移，从而带来系统性能的下降或根本失败。所以在这种情况下必须使用开关电容阵列扩大压控振荡器的频率以抵消封装金丝电感带来的中心频率的偏移。频率的自动校准一般需要在三种情况下执行：1.电路上电；2.频道切换；3.由于温度、电压或时间造成的频率漂移。这种自校准过程的速度直接影响收发器启动的快慢和频道切换的快慢。对于一些需要锁相环速度比较快的应用，加快自校准过程是满足系统指标的关键技术。

而现有技术的锁相环频率合成器中VCO的数字频段调节时间较长，其根本原因有二：一是没有充分利用小数分频锁相环频率合成器中鉴频鉴相器的频率比较高的特点，二是在数字频段粗调的过程中，没有配合二分查找法的特点，比较精度保持不变。

发明内容

本发明的目的是解决现有的小数分频锁相环频率合成器中VCO的频率调节时间较长的问题，提出一种锁相环频率合成器中的振荡器的频率调节方法及采用该调节方法的小数分频锁相环频率合成器。

本发明的技术方案如下：

一种锁相环频率合成器中的振荡器的频率调节方法，所述锁相环频率合成器包括数字频段粗调机构和模拟锁相环细调机构，先通过所述粗调机构对锁相环频率合成器中的振荡器的工作频段进行粗调，而模拟锁相环细调机构在整个粗调期间内不工作；然后，使用粗调过程所确定的最终频段启动模拟锁相环细调机构对所述振荡器进行细调，直至频率锁相成功；其中，在粗调过程中，使用二分查找算法，调整步长逐次减小一半，且调节精度逐次提高。

其中，调节精度逐次提高一倍。

其中，可以通过所述粗调机构改变初始调节精度。

一种小数分频锁相环频率合成器，其包括数字频段粗调机构和模拟锁相环细调机构；所述模拟锁相环细调机构包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、具有开关电容阵列的压控振荡器VCO、分频器、分频调制器和参考频率产生电路，其中，所述鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器依次连接成环路，参考频率被输入所述鉴频鉴相器；所述分频调制器与所述分频器相连接，使所述分频器经所述分频调制器的控制，对所述压控振荡器的输出作分频，从分频器输出的反馈频率被输入所述鉴频鉴相器；首先通过数字粗调机构对所述具有开关电容阵列电路的压控振荡器进行粗调，所述模拟锁相环细调机构在整个粗调期间内不工作，粗调结束后，模拟锁相环细调机构被启动，对VCO进行细调，直至频率锁相成功，其特征在于，所述数字粗调机构包括自校准控制模块、自校准触发模块和电压偏置模块；所述自校准控制模块包括顺序相连的比较窗口产生模块、计数模块、比较和二分查找模块；所述参考频率被输入所述比较窗口产生模块，所述反馈频率被输入所述计数模块；所述比较窗口产生模块用于读入初始比较精度和产生比较窗口，所述计数模块用于计算在所述比较窗口中出现的反馈脉冲的个数，所述比较和二分查找模块用于比较计数模块的计数结果和比较窗口产生模块输入的持续时间参数，利用二分查找法查找合适的控制字，逐步减半调整步长并逐步加倍比较精度，以及向所述压控振荡器输出频段控制数字信号；所述自校准触发模块与所述比较窗口产生模块、计数模块、比较和二分查找模块分别相连，用于提供触发信号，以启动粗调；所述电压偏置模块在数字粗调过程中为压控振荡器提供一个固定的控制电压。

在所述比较和二分查找模块中进行的二分查找算法中，步长逐次减小一半，且比较窗口逐次加大，即比较精度逐次提高。

其中，比较窗口逐次加大一倍。

其中，输入所述比较窗口产生模块的初始精度是可调的。

由于在本发明的小数分频锁相环频率合成器的二分查找算法中，在步长减小的同时，比较窗口加大，因此，可以加速自校准过程，有效高速的逼近目标值。

附图说明

图1是根据本发明的小数分频锁相环频率合成器的一个实施例的电路原理框图。

图2是图1所示的小数分频锁相环频率合成器中的自校准控制电路的电路框图。

图3是本发明的小数分频锁相环频率合成器的一个实施例的频率自校准流程图。