分数N型数字PLL频率合成器中的非线性误差校正制造技术

本发明专利技术涉及分数N型数字PLL频率合成器中的非线性误差校正。本公开涉及频率合成器。该频率合成器包括具有第一和第二输入节点的相位比较器。该第一输入节点接收具有参考频率的参考信号。信道控制块具有接收信道字的输入和耦合到相位比较器的第二输入节点的输出。本地振荡器(LO)输出节点提供具有基于参考频率和信道字的LO频率的LO信号。一个反馈通过信道控制块将LO输出节点反馈耦合到相位比较器的第二输入节点。非线性误差校正元件可操作地耦合在延伸在相位比较器和DCO之间的耦合路径上。

【技术实现步骤摘要】
分数N型数字PLL频率合成器中的非线性误差校正
技术介绍
调制解调器的无线收发器的核心构件是射频(RF)合成器，其被用来合成在无线通信期间使用的信道频率。传统的用于多模式和多频带操作的频率合成器是基于分数N型数字PLL(FNDPLL)的。FNDPLL能够合成输出频率，其是固定的参考频率REF的分数倍数。不幸的是，由于FNDPLL中的设备的非线性，传统的频率合成器在用于无线通信的工作范围内表现出非线性行为(behavior)。传统的FNDLL未能解决该非线性行为，因此，它们的输出频率的精度小于期望的精度。附图说明图1图示了包括非线性误差校正块的射频(RF)合成器。图2图示了包括非线性误差校正块的更详尽的射频(RF)合成器。图3示出了图示非线性TDC能够如何被表示为线性增益分量和非线性INL分量的功能框图。图4A-4B图示了两个时间数字转换器(TDC)的积分(integral)非线性(INL)测量结果。图5图示了包括多个基函数路径的非线性误差校正块。图6图示了一个基函数路径的更详尽的例子。图7绘制了提供对之前在图4A中示出的正弦非线性的分段线性近似的基函数c1Ψ1，......c5Ψ5。图8示出了多种RF合成器的多种模拟输出的相位噪声谱。图9图示了用于生成射频信号的方法的流程图。具体实施方式此处的说明参考附图做出，其中自始至终同样的附图标记通常用来指代相同的元素，并且其中各种结构并不一定按比例绘制。在下面的说明中，为了解释的目的，陈述了多个特定细节来帮助理解。然而，对于本领域技术人员来说，显然的是，此处描述的一个或多个方面可被实现为带有较少程度的这些特定细节。在其他的实例中，已知的结构和设备显示为框图的形式来帮助理解。图1图示了射频(RF)合成器100的一个例子。该RF合成器100适于在它的输出102提供本地振荡器(LO)信号，SLO，其中SLO基于分别在第一和第二输入104,106提供的参考信号SRef以及信道字。该LO信号SLO具有是参考信号SRef的频率的整数倍数或分数倍数的LO频率，其中整数倍数或分数倍数由第二输入106上的信道字设定。例如，如果SRef具有固定的参考频率2GHz，并且信道字指定了分数倍数3／2，该RF合成器将在LO频率3GHz输出SLO。该信道字可被实时改变为对应于不同的整数倍数和／或分数倍数，从而对LO频率进行调谐来实时促进在不同频率信道上的通信。为了实现该功能，该RF合成器100包括相位比较器108，其分别具有第一和第二相位比较器输入节点110，112。第一相位比较器输入节点110被配置为接收例如来自晶体振荡器或其他参考频率源124的参考信号SRef；并且第二相位比较器输入节点112耦合到信道控制块114的输出。信道控制块114，被设置在反馈路径116上，接收由数字控制振荡器(DCO)118生成的LO信号SLO，并基于在106上提供的信道字来调整LO信号，由此生成反馈信号SFB。相位比较器108将反馈信号SFB和参考信号SRef进行比较，并基于该比较来提供锁相控制信号SPLC。该锁相控制信号SPLC倾向于调整DCO118的输出状态直到LO信号达到目标LO频率，该目标LO频率由参考频率乘以信道字给出。当信道字被改变来表示新频率时，信道控制块114相应地改变反馈信号，并且相位比较器108更新锁相控制信号SPLC来引起DCO118中的相应改变以生成该新频率。尽管该功能很好理解，专利技术者意识到相位比较器108可能在其操作范围内表现出非线性行为。没有对策的话，在设备的操作范围内，该非线性行为会使得LO信号SLO的频率不期望地变化偏离目标LO频率。为了限制该非线性行为，非线性误差校正元件120被包括在延伸在相位比较器108和DCO118之间的耦合路径122上。如将在下面的更多细节中理解的，该非线性误差校正元件120能够基于信道字和／或锁相控制信号SPLC，解决相位比较器108的非线性行为。为了解决相位比较器108的非线性行为，非线性误差校正块120调整锁相控制信号SPLC来提供经误差校正的锁相控制信号，SECPLC。该SECPLC信号校正相位比较器108的小的非线性效应，并帮助来提供极其准确的输出频率和通信设备的性能与功率管理的更好平衡。数字环路滤波器126能够对SECPLC信号进行滤波来提供滤波后的经误差校正的锁相控制信号SFECPLC，其被提供给DCO118来保持可接受的DCO性能。图2示出了RF合成器200的一个更详细的例子。图2示出了与图1一致的例子，提供了相应的标识(例如，图2中的108A代表图1的相位比较器108的一个非限制的例子；图2中的114A代表图1的信道控制块114的一个非限制的例子等等)；然而，需要注意的是图2并不以任何方式限制图1。为了实现分数乘法，∑-Δ调制器(SDM)202被用来动态改变放置在反馈路径116A上的多模分频器(MMD)204的分频比。SDM202提供MMD分频比的整数序列，其对应于在输入106A上提供的连续的信道字。减法器206确定MMD分频比的整数序列和信道字之间的差，其中该差表示SDM量化噪声。求和元件208保持该量化噪声的累计和(runningsum)。不幸的是，该SDM量化噪声还表现为时间数字转换器(TDC)210的输入处的伪像(artifact)，并支配了相比于由其他组件引入的时间抖动的TDC输入时间变化。暂时转到图3，TDC210的非线性可被线性增益函数302和积分非线性(INL)函数304量化。这个INL函数304实质上描述了TDC210与线性行为的偏差。两个TDC实现的代表性INL测量结果在图4A和4B中绘出，分别显示了正弦INL特性402和三角INL特性404。回到图2，为了防止或者限制SDM量化噪声(以及由TDC210的非线性导致的噪声分量)在RF输出102A处表现为相位噪声的程度，RF合成器包括非线性误差校正元件120A。该非线性误差校正元件120A通过使用求和元件208来数字地生成SDM量化噪声的累计和，缩放(scale)该和(使用非线性缩放元件212和自适应算法216)，以及然后使用减法器214从TDC输出213中减去该和的缩放版本来实现噪声消除。经误差校正的锁相控制信号SECPLCA然后在前进到DCO118来生成指定的LO频率SLOA之前，被传送到数字环路滤波器126。如果TDC210的INL特性的形状是事先已知的(例如，通过测量或者来自电路模拟)，那么非线性误差校正元件120A中的非线性缩放块212可以被相应地选择，并且自适应算法216可以为参数化预期非线性的预定基函数的线性组合选择预定的系数。对于图4A的正弦INL，例如，提供给非线性缩放块212的系数将被选择来表示已知的正弦函数，正弦的振幅是自适应算法216的调谐参数。由于在这种场景中TDCINL是事先已知的，所以不需要校准，这节约了系统资源给其他的任务。另一方面，如果TDCINL的形状不是事先已知的，那么TDC210的非线性可通过基函数的线性组合来近似。特别地，非线性特性f(图3中的增益和以及INL)的该近似通过下式给出：其中Ψn，n=1，...，N是基函数，并且cn，n=1，...，N是由自适应算法216调谐来最小化经误差校正的锁相控制信号的系数。非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频率合成器，包括：相位比较器，具有第一和第二输入节点，其中第一输入节点被配置为接收具有参考频率的参考信号；信道控制块，具有输入节点和输出节点，其中输入节点被配置为接收信道字并且其中输出节点耦合到相位比较器的第二输入节点；本地振荡器(LO)输出节点，提供具有基于参考频率和信道字的LO频率的LO信号，其中一反馈通过信道控制块将LO输出节点反馈耦合到相位比较器的第二输入节点；以及非线性误差校正元件，可操作地耦合在延伸在相位比较器和LO输出节点之间的耦合路径上。

【技术特征摘要】
2012.10.05 US 13/645,7601.一种频率合成器，包括：相位比较器，具有第一和第二输入节点，其中第一输入节点被配置为接收具有参考频率的参考信号；信道控制块，具有输入节点和输出节点，其中输入节点被配置为接收信道字并且其中输出节点耦合到相位比较器的第二输入节点；具有输出节点的本地振荡器LO，提供具有基于参考频率和信道字的LO频率的LO信号，其中一反馈通过信道控制块将LO输出节点反馈耦合到相位比较器的第二输入节点；以及非线性误差校正元件，可操作地耦合在延伸在相位比较器和LO输出节点之间的耦合路径上，其中非线性误差校正元件被配置为调整从相位比较器输出的锁相控制信号，以基于由信道控制块非线性缩放检测的量化噪声形成沿着所述耦合路径的用于LO的经误差校正的锁相控制信号。2.一种频率合成器，包括：相位比较器，具有第一和第二输入节点，其中第一输入节点被配置为接收具有参考频率的参考信号；信道控制块，具有输入节点和输出节点，其中输入节点被配置为接收信道字并且其中输出节点耦合到相位比较器的第二输入节点；本地振荡器LO输出节点，提供具有基于参考频率和信道字的LO频率的LO信号，其中一反馈通过信道控制块将LO输出节点反馈耦合到相位比较器的第二输入节点；以及非线性误差校正元件，可操作地耦合在延伸在相位比较器和LO输出节点之间的耦合路径上，其中非线性误差校正元件包括：求和元件，对量化误差信号进行求和，其中该量化误差信号基于信道字；多个基函数路径，具有耦合到求和元件的相应输入；以及自适应算法元件，分别提供多个系数给多个基函数路径。3.如权利要求2所述的频率合成器，其中基函数路径包括后面跟着乘法器的基函数。4.如权利要求3所述的频率合成器，其中基函数包括下面的至少一个：与另一基函数正交的多项式、样条函数、径向基函数、或正则分段线性或分段正交函数。5.如权利要求2所述的频率合成器，其中基函数路径包括：第一减法元件，具有输入和输出，其中第一减法元件的输入耦合到求和元件；绝对值元件，具有输入和输出，其中绝对值元件的输入耦合到第一减法元件的输出；以及第二减法元件，具有第一和第二输入以及输出，其中第二减法元件的第一输入耦合到第一减法元件的输出，并且其中第二减法元件的第二输入耦合到绝对值元件的输出，并且其中第二减法元件的输出耦合到耦合路径。6.如权利要求2所述的频率合成器，其中自适应算法适于基于信道字和耦合路径上提供的锁相控制信号两者来设定系数。7.一种频率合成器，包括：参考频率输入节点，接收具有参考频率的参考信号；信道控制块，接收信道字，其中该信道字随时间变化来对应于要由该频率合成器提供的时变输出频率；时间数字转换器TDC，适于提供锁相控制信号，来引入数字控制振荡器DCO以提供表现出时变输出频率的输出信号，其中该时变输出频率基于参考信号和信道字；以及非线性误差校正元件，设置在TDC...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·特蒂内克，T·迈尔，C·维帕勒克，
申请(专利权)人：英特尔移动通信有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE