一种带有自动频率控制电路的快速锁定锁频环制造技术

一种带有自动频率控制电路的快速锁定锁频环，包括自动频率控制电路和锁频环路，所述锁频环路包括放大器、第一开关、第二开关、压控振荡器、缓冲器、N分频器、频率电压转换器；所述自动频率控制电路包括电压比较器和逻辑控制电路；初始时，所述逻辑控制电路输出使能信控制第一开关断开、第二开关闭合，电路属于开环状态，锁频环首先进行粗选频，根据电压比较器的输出m控制逻辑输出控制字的增减来选择合适的子频带，然后锁频环进行细选频，所述逻辑控制电路输出使能信号控制第一开关闭合、第二开关断开，电路进入闭环状态，所述锁频环路根据输入所述放大器的信号完成目标频率锁定，此种工作方式使得本发明专利技术具有快速锁定的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种带有自动频率控制电路的快速锁定锁频环
本专利技术涉及一种锁频环，尤其涉及一种带有自动频率控制电路的快速锁定锁频 环。
技术介绍
锁频环FLL相对于锁相环PLL而言，具有锁定时间快的特点，一般应用在对锁定时 间有严格要求的场合，锁频环的输出范围由压控振荡器VC0的调谐范围所决定。对于宽带 压控振荡器而言，其调谐范围一般将达到50%以上，若采用单个调谐曲线来实现如此宽的 调谐范围，其调谐增益Kvco太大，带来严重的AM-PM转换，恶化相位噪声性能。因此宽带振 荡器一般采用开关选择的方法，将一个宽带调谐范围划分为几个窄带调谐范围，并且保证 相邻压控曲线有一定的重叠区域。实际应用中，采用开关调谐电容来实现宽带振荡器的方 法居多。采用此方法，数字和模拟调谐电路实现了很宽的调谐范围，同时保持了很小的VC0 增益，保证了低相位噪声的应用要求。但对于使用开关电容阵列的VC0而言，额外需要一块 电路来控制开关电容阵列的切换。每当要求锁频环输出一定的振荡频率时，控制电路必须 产生一组控制字，控制开关管的工作状态，从2 n个频率边带中找到一个覆盖目标频率的频 率边带。所以这个控制电路的工作对整个锁频环路的工作十分重要。 自动频率控制电路可以自动切换开关电容阵列，调整数字控制字，比较当前频率 边带和目标频率，直到找到可以覆盖目标频率的频率调谐边带，并且可以克服工艺偏差带 来的频率调谐范围的偏移。对于自动频率控制电路AFC，应当从两方面来考虑其性能：精度 和速度。所谓精度，即AFC必须保证产生正确的开关电容阵列控制字，其选出的频率边带 必须覆盖目标频率，否则锁频环功能失效，所以AFC的精度对于整个锁频环的功能实现至 关重要。所谓速度，指的是AFC在完成功能的前提下，应当工作时间尽量短。从这两方面出 发，可以得到三个性能指标：AFC的位数n、AFC锁定时间T Arc和频率比较精度f,es。在一定 的f；es条件下，更大的调谐带宽带来了 AFC位数η的增加，AFC的锁定时间也会变长；调谐 带宽一定，η变小，使得fMS变大和Kvco变大，恶化相位噪声性能。在AFC的设计中，f MS、 TAF。、n、Kvco以及调谐范围等参数和相位噪声等性能之间存在着很复杂的折中关系。 对于锁频环而言，锁定时间是一个极其重要的参数。而自动频率控制电路的工作 时间TAF。直接影响整个锁频环FLL的锁定时间。对于锁频环而言，目前常用的方法是采用闭 环AFC进行频率控制，如图2所示。待环路稳定之后，放大器输出电压Vctrl将与预先确定 的电压范围Vmax和Vmin进行比较，如果在这个电压范围之内，表明当前的频率调谐边带可 以覆盖目标频率，否则没有覆盖。逻辑控制电路将根据Vctrl的值，产生新的控制字，通过 开关电容选中下一个频率边带，之后锁频环将再次锁定，电压Vctrl将重新与Vmax和Vmin 比较判断新的频带是否覆盖目标频率。锁频环将重复上述校准过程，直到Vctrl处于Vmax 和Vmin之间，表明VC0已经选中覆盖目标频率的子频带。这种闭环工作的AFC需要在锁频 环完成一次锁定之后，才能产生一个新的控制字，整个环路的锁定时间较长。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提供一种带有自动频率控制电路的快速锁定锁频 环，能够解决锁频环中整个环路锁定时间长的问题。 技术方案：一种带有自动频率控制电路的快速锁定锁频环，包括自动频率控制电 路和锁频环路，所述锁频环路包括放大器、第一开关、第二开关、压控振荡器、缓冲器、N分频 器、频率电压转换器；所述自动频率控制电路包括电压比较器和逻辑控制电路；所述放大 器的输出端经第一开关连接压控振荡器的输入端，同时外部直流电压经第二开关接入压控 振荡器的输入端，所述压控振荡器输出端连接缓冲器的输入端，缓冲器的输出端连接N分 频器的输入端，所述N分频器的输出端连接频率电压转换器的输入端，频率电压转换器的 输出端分别连接放大器和电压比较器的一个输入端，外部参考电压分别连接所述放大器和 电压比较器的另一输入端；所述电压比较器的输出信号接到逻辑控制电路的输入端，逻辑 控制电路输出使能信号控制第一开关和第二开关，并输出频率控制字到压控振荡器的控制 输入端来调整压控振荡器中的子频带； 其中，所述锁频环包括粗选频和细选频过程；初始时，所述逻辑控制电路输出使能 信控制第一开关断开、第二开关闭合，并且设置初始频率控制字到所述压控振荡器的控制 输入端；锁频环首先进行粗选频，所述自动频率控制电路根据输入的信号控制压控振荡器 的子频带能够覆盖目标频率；然后锁频环进行细选频，所述逻辑控制电路输出使能信号控 制第一开关闭合、第二开关断开，所述锁频环路根据输入所述放大器的信号完成目标频率 锁定。 进一步的，所述压控振荡器采用开关电容阵列的环形振荡器。 更进一步的，所述外部直流电压是压控振荡器的调谐曲线上线性度最优处的控制 电压值。 有益效果：本专利技术的一种带有自动频率控制电路的快速锁定锁频环，包括自动频 率控制电路和锁频环路。在锁频环路中设有第一开关和第二开关，锁频环路中放大器的输 出端经第一开关连接压控振荡器的输入端；同时，外部直流电压V0经第二开关接入压控振 荡器的输入端；第一开关和第二开关均由逻辑控制电路输出逻辑控制信号控制。锁频环包 括粗选频和细选频过程。初始时，逻辑控制电路输出使能信控制第一开关断开、第二开关闭 合，并且输出初始频率控制字Q到压控振荡器。锁频环首先进行粗选频，此时锁频环路处于 开环状态，自动频率控制电路根据输入到电压比较器的电压值调整频率控制字Q的增减： 若AFC中的电压比较器输出为0,则使频率控制字Q减1，若输出为1，则控制字加1 ;然后再 在下一时刻根据电压比较器输出端的结果m重新调整频率控制字Q的增减，直至m改变极 性，此时使频率控制字Q保持不变，从而选择压控振荡器VC0中合适的子频带，使得该子频 带能够覆盖目标频率。环路粗选频结束后，然后锁频环进行细选频，逻辑控制电路输出使能 信号控制第一开关闭合、第二开关断开，此时的锁频环路处于闭环状态。由于放大器具有较 高的开环增益，当电路稳定后，频率电压转换器FVC的输出Vfvc近似等于参考电压Vref， 即最终VC0的振荡频率取决于参考电压Vref的大小。假设由于环境因素使得在原控制电 压下VC0的输出频率降低，此时FVC电路的输出Vfvc开始增大，而Vref基本不变，所以放 大器的输出电压升高，促使VC0的工作频率升高，直到FVC电路的输出Vfvc降低到参考电 压Vref为止；反之电路也会发生类似的负反馈调节过程。至此，该锁频环路根据输入放大 器的信号完成目标频率锁定，从而使得自动控制电路每次改变VCO开关电容阵列的控制字 时不需要重复经历锁频环的锁定过程，缩短了锁频环的锁定时间，达到快速锁定的目的。 压控振荡器采用开关电容阵列的环形振荡器，有益于在保持压控振荡器输出信号 较小的同时输出频率范围较大。 直流电压V0是压控振荡器VC0的调谐曲线上线性度最优处的控制电压值，其有益 效果为：调谐曲线的线性度最优处的调谐增益Kvco变化最小，一方面可以改善锁频环的相 位噪声，另一方面可以提商锁频环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有自动频率控制电路的快速锁定锁频环，其特征在于：包括自动频率控制电路和锁频环路，所述锁频环路包括放大器、第一开关、第二开关、压控振荡器、缓冲器、N分频器、频率电压转换器；所述自动频率控制电路包括电压比较器和逻辑控制电路；所述放大器的输出端经第一开关连接压控振荡器的输入端，同时外部直流电压经第二开关接入压控振荡器的输入端，所述压控振荡器输出端连接缓冲器的输入端，缓冲器的输出端连接N分频器的输入端，所述N分频器的输出端连接频率电压转换器的输入端，频率电压转换器的输出端分别连接放大器和电压比较器的一个输入端，外部参考电压分别连接所述放大器和电压比较器的另一输入端；所述电压比较器的输出信号接到逻辑控制电路的输入端，逻辑控制电路输出使能信号控制第一开关和第二开关，并输出频率控制字到压控振荡器的控制输入端来调整压控振荡器中的子频带；其中，所述锁频环包括粗选频和细选频过程；初始时，所述逻辑控制电路输出使能信控制第一开关断开、第二开关闭合，并且设置初始频率控制字到所述压控振荡器的控制输入端；锁频环首先进行粗选频，所述自动频率控制电路根据输入的信号控制压控振荡器的子频带能够覆盖目标频率；然后锁频环进行细选频，所述逻辑控制电路输出使能信号控制第一开关闭合、第二开关断开，所述锁频环路根据输入所述放大器的信号完成目标频率锁定。...

【技术特征摘要】
1. 一种带有自动频率控制电路的快速锁定锁频环，其特征在于：包括自动频率控制电 路和锁频环路，所述锁频环路包括放大器、第一开关、第二开关、压控振荡器、缓冲器、N分频 器、频率电压转换器；所述自动频率控制电路包括电压比较器和逻辑控制电路；所述放大 器的输出端经第一开关连接压控振荡器的输入端，同时外部直流电压经第二开关接入压控 振荡器的输入端，所述压控振荡器输出端连接缓冲器的输入端，缓冲器的输出端连接N分 频器的输入端，所述N分频器的输出端连接频率电压转换器的输入端，频率电压转换器的 输出端分别连接放大器和电压比较器的一个输入端，外部参考电压分别连接所述放大器和 电压比较器的另一输入端；所述电压比较器的输出信号接到逻辑控制电路的输入端，逻辑 控制电路输出使能信号控制第一开关和第二开关，并输出频率控制字到压控振荡器...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建辉，娄宁，程康，张俊，黄成，李红，陈超，田茜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32