宽带电荷泵锁相环及动态阈值自动频率调谐方法技术

本发明专利技术提供一种宽带电荷泵锁相环及其动态阈值自动频率调谐方法，其中，宽带电荷泵锁相环包括依次电连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器，还包括动态阈值自动频率调谐模块。本发明专利技术由压控振荡器、分频器和动态阈值自动频率调谐模块组成粗调频环路以进行粗调频，随后由压控振荡器、分频器、鉴频鉴相器、电荷泵和环路滤波器组成精调频锁相环路以进行精调频锁定。其中粗调频过程采用二进制折半查找算法进行粗调频曲线的逐次逼近，每次逼近通过动态阈值自动频率调谐模块对参考时钟和分频时钟分别计数并基于动态阈值对计数结果进行比较判决，从而可在不影响AFC粗调频速度的情况下，提高粗调频准确性，进而改进了锁相环的相位噪声和杂散性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线射频通信
，尤其涉及一种宽带电荷泵锁相环及其动态阈值自动频率调谐方法。
技术介绍
宽频带锁相环(Wide-BandPhase-LockedLoop，简称WBPLL)是无线通信系统及其他众多应用中的重要模块，是实现频率合成器的基础，它主要为发送端和接收端提供宽频带的本地时钟以形成本振，同时要保证时钟的噪声和杂散性能。目前为了实现足够大的频率覆盖范围，同时保持较低的压控振荡器(Voltage-controlledOscillator,简称VCO)增益，宽频带锁相环中的压控振荡器通常包含2的N(N为正整数)次方条互相有一定程度交叠的调频曲线，由开关电容阵列实现。宽频带锁相环收到频率控制字后，锁定通常会经过先粗调(Coarsetuning)、后精调(Finetuning)的过程，其中，粗调过程由自动频率控制电路(AdaptiveFrequencyCalibration，简称AFC)完成最佳调频曲线的选择；精调过程由锁相环路调节VCO中变容器的控制电压完成频率锁定。而AFC电路有闭环和开环两大类型，其开环结构因具有更快的选频速度而成为众多宽频带锁相环的实现选择。通过对国内外专利及学术交流文献进行大量的查阅对比，发现目前应用于宽频带电荷泵锁相环的开环AFC模块的主要改进方向在提高粗调频的速度，减小锁相环的锁定时间，而在AFC粗调频的准确性对锁相环噪声和杂散性能的影响方面却鲜有分析和研究。实际上，在无线通信系统中普遍采用的II型电荷泵锁相环中，电荷泵的电流匹配性能与其输出电压有关，其最佳位置通常在VDD/2附近，偏离VDD/2越远，电荷泵的电流匹配性能越差，锁相环的噪声和杂散也会相应恶化，而最终锁定时电荷泵的输出电压与AFC粗调频的准确性(即最终收敛的调频曲线)有关，对于宽频带锁相环，由于VCO增益随其振荡频率的大幅变化，会使得低频段下AFC粗调频准确性的进一步恶化。目前通常采用增加AFC计数器计数位宽来提高准确性，但是会增加粗调频时间，即AFC工作的速度与准确性存在一定程度的折中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种宽带电荷泵锁相环及其动态阈值自动频率调谐方法，用以解决现有技术中粗调频的准确性对锁相环噪声和杂散性能的影响问题。本专利技术的第一个方面是提供一种宽带电荷泵锁相环，包括依次电连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器，分频器的输出端连接鉴频鉴相器的一个输入端，鉴频鉴相器的另一个输入端连接参考时钟，还包括动态阈值自动频率调谐模块，分频器的输出端连接动态阈值自动频率调谐模块的一个输入端，动态阈值自动频率调谐模块的另一个输入端连接参考时钟，动态阈值自动频率调谐模块的输出端连接压控振荡器的输入端。进一步的，动态阈值自动频率调谐模块包括并连的第一计数器和第二计数器，第一计数器的输入端连接参考时钟Fref，第二计数器的输入端与分频器的输出端连接，第一计数器和第二计数器的输出端连接有比较器，比较器还连接有粗调频状态机和判决阈值动态控制单元。本专利技术的另一个方面是提供一种动态阈值自动频率调谐的方法，包括：通过由压控振荡器、分频器和动态阈值自动频率调谐模块组成的环路进行粗调频；通过由压控振荡器、分频器、鉴频鉴相器、电荷泵和环路滤波器组成的锁向环路进行精调频锁定。采用上述本专利技术技术方案的有益效果是：由压控振荡器、分频器和动态阈值自动频率调谐模块组成粗调频环路以进行粗调频，并通过动态阈值自动频率调谐模块进行计数和动态阈值的比较判决，采用二进制折半查找算法进行粗调频曲线的逐次逼近，从而实现动态调整阈值以选定压控振荡器工作的粗调频曲线；由压控振荡器、分频器、鉴频鉴相器、电荷泵和环路滤波器组成精调频锁相环路以进行精调频锁定，从而可在不影响AFC粗调频速度的情况下，提高粗调频准确性，使得锁相环锁定后VCO的控制电压更靠近电荷泵工作的最佳位置，从而改进了锁相环的噪声和杂散性能。附图说明图1为本专利技术宽带电荷泵锁相环的结构示意图；图2为本专利技术宽带电荷泵锁相环的一种实现方式的结构示意图；图3为本专利技术动态阈值自动频率调谐的方法流程图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：100、鉴频鉴相器，200、电荷泵，300、环路滤波器，400、压控振荡器，500、分频器，600、动态阈值自动频率调谐模块，700、第一开关，800、第二开关，601、第一计数器，602、第二计数器，603、比较器，604、粗调频状态机，605、判决阈值动态控制单元。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术公开了一种宽带电荷泵锁相环，如图1所示，该宽带电荷泵锁相环包括：依次电连接的鉴频鉴相器100、电荷泵200、环路滤波器300、压控振荡器400和分频器500，还包括动态阈值自动频率调谐模块600，其中，分频器500的输出端连接鉴频鉴相器100的一个输入端，鉴频鉴相器100的另一个输入端连接参考时钟Fref，分频器500的输出端还连接动态阈值自动频率调谐模块600的一个输入端，动态阈值自动频率调谐模块600的另一个输入端连接参考时钟Fref，动态阈值自动频率调谐模块600的输出端连接压控振荡器400的输入端。具体的，压控振荡器400的输入端通过第一开关700连接环路滤波器300的输出端，压控振荡器400进一步通过第二开关800连接一偏置电压Vref，其中，第一开关700和第二开关800不会同时闭合。在本实施例中，由压控振荡器400、分频器500和动态阈值自动频率调谐模块600组成粗调频环路(即自动频率控制电路，AdaptiveFrequencyCalibration，简称AFC)以进行粗调频；由压控振荡器400、分频器500、鉴频鉴相器100、电荷泵200和环路滤波器300组成精调频锁相环路以进行精调频锁定。具体工作时，通常会经过先粗调(Coarsetuning)、后精调(Finetuning)的过程。首先，分频器500接收频率控制字，设定宽带电荷泵锁相环的最终锁定频率，由数字接口控制第二开关800闭合，第一开关700断开，压控振荡器400以Vref为输入电压，此时压控振荡器400经分频器500分频后的信号Fdiv与参考时钟Fref送入动态阈值自动频率调谐模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带电荷泵锁相环，包括依次电连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器，所述分频器的输出端连接所述鉴频鉴相器的一个输入端，所述鉴频鉴相器的另一个输入端连接参考时钟，其特征在于，还包括动态阈值自动频率调谐模块，所述分频器的输出端连接所述动态阈值自动频率调谐模块的一个输入端，所述动态阈值自动频率调谐模块的另一个输入端连接参考时钟，所述动态阈值自动频率调谐模块的输出端连接压控振荡器的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种宽带电荷泵锁相环，包括依次电连接的鉴频鉴相器、电荷泵、环
路滤波器、压控振荡器和分频器，所述分频器的输出端连接所述鉴频鉴相器
的一个输入端，所述鉴频鉴相器的另一个输入端连接参考时钟，其特征在于，
还包括动态阈值自动频率调谐模块，所述分频器的输出端连接所述动态阈值
自动频率调谐模块的一个输入端，所述动态阈值自动频率调谐模块的另一个
输入端连接参考时钟，所述动态阈值自动频率调谐模块的输出端连接压控振
荡器的输入端。
2.根据权利要求1所述的宽带电荷泵锁相环，其特征在于，所述动态阈
值自动频率调谐模块包括并连的第一计数器和第二计数器，所述第一计数器
的输入端连接所述参考时钟Fref，所述第二计数器的输入端与所述分频器的
输出端连接，所述第一计数器和第二计数器的输出端连接有比较器，所述比
较器还连接有粗调频状态机和判决阈值动态控制单元。
3.根据权利要求2所述的宽带电荷泵锁相环，其特征在于，所述压控振
荡器还连接有并联的第一开关和第二开关，所述压控振荡器通过所述第一开
关与所述环路滤波器连接，通过第二开关与偏置电压连接，所述压控振荡器
的输入端还与所述粗调频状态机连接。
4.根据权利要求2所述的宽带电荷泵锁相环，其特征在于，所述压控振
荡器具有2N条互相有一定程度频率范围交...

【专利技术属性】
技术研发人员：李路，朱进宇，邹光南，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11