锁相环电路中自动频率控制的实现方法技术

本发明专利技术涉及一种锁相环电路中自动频率控制的实现方法，包括寻找最佳VCO子频带，寻找最佳VCO子频带时，AFC算法控制器逐次搜索压控振荡器的各比特子频带；在实际输入信号的若干个周期时间内，高速同步计数器对目标信号的周期进行计数而获得计数结果，AFC算法控制器计算计数结果与分频比之差作为特征差值，找到特征差值最小的子频带作为最佳VCO子频带。锁相环电路锁定频率后，若出现失锁，则AFC算法控制器微调子频带，尝试使锁相环电路锁定，若尝试不成功，则重新寻找最佳VCO子频带；若改变分频比，则重新寻找最佳VCO子频带。本发明专利技术能够自动搜索子频带，完成频率锁定，且能够在失锁或改变分频比时重新进行锁定，可广泛应用于锁相环电路中。

【技术实现步骤摘要】
锁相环电路中自动频率控制的实现方法
本专利技术涉及一种适用于锁相环电路中以快速确定适于锁相环锁定的子频带的自动频率控制的实现方法。
技术介绍
在PLL电路中，为了抑制VCO内部产生的相位噪声，在设计时要减小VCO的增益KVCO，这与射频系统要求的宽频率覆盖范围相矛盾。解决办法是增加VCO的数量，实际设计时为了节省芯片面积和复杂度，通常是增加VCO子频带（Sub-band）的数量。PLL工作时要先选定VCO子频带（粗调），然后才进入锁定捕获过程（细调）。为了实现自动粗调VCO子频带，自动频率控制（AFC）应运而生。广义的看，AFC除了是一个辅助VCO使其正常工作的模块外，也监测PLL是否处于最合适状态，并起到实时调整的作用。成熟PLL中AFC同VCO/CP等其他模块一样是必不可少的，AFC设计的好坏直接关系到PLL甚至是整个射频系统的性能。AFC要解决PLL综合频率时的以下三个问题：1、目标本振频率有可能被多个VCO子带覆盖。以CPPLL为例，目标频率对应着VCO的控制电压，这个电压由CP输出并经LF滤波。有一个使CP各项指标正常的输出电压最优区间，一般是在VDD/2上下。在这个电压区间之外，CP可能会失去功能，也可能会性能不佳。因此AFC必须选出最合适的VCO子频带，使得此时的CP输出电压最佳；2、目标本振频率跳变时，AFC要控制VCO子频带快速而准确地变化。例如，在蓝牙通讯应用里，跳频数是1600次/秒，即大约600微秒左右要改变一次本振频率，这种情况下AFC的调整时间要远小于600微秒，PLL锁定到新频率后系统才能正常收发信号；3、温度、电源电压等外界环境因素变化时，PLL可能会因VCO子带频率变化而失锁，AFC要选取合适的VCO子带以抵消这种变化。这种监测调节机制应该是实时而且自动的，但在调整的响应速度上可以稍慢。然而，当前并没有能够很好地解决上述三个问题的自动频率控制的实现方法出现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够快速准确地找到最佳子频带，且能够适应外界变化而进行调整的锁相环电路中自动频率控制的实现方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种锁相环电路中自动频率控制的实现方法，应用于锁相环电路中以使其自动选择VCO子频带并锁定到所需频率，所述锁相环电路中自动频率控制的实现方法包括寻找最佳VCO子频带和在找到最佳VCO子频带后锁定频率，所述寻找最佳VCO子频带采用高速同步计数器和AFC算法控制器实现；所述高速同步计数器的输入信号包括所述锁相环电路中的N比特压控振荡器输出的目标信号，所述高速同步计数器的输出信号为在所述锁相环电路的若干个实际输入信号周期内对所述目标信号的周期进行计数的计数信号；所述AFC算法控制器的输入信号包括所述锁相环电路的实际输入信号、所述锁相环电路的分频比、所述计数信号，所述AFC算法控制器的输出信号为控制所述N比特压控振荡器调整VCO子频带的比特子带控制信号；寻找最佳VCO子频带通过以下步骤实现：步骤一：所述锁相环电路未锁定，所述锁相环电路的实际输入信号输入所述AFC算法控制器，所述锁相环电路中的N比特压控振荡器输出的目标信号输入给所述高速同步计数器；步骤二：所述AFC算法控制器逐次搜索所述N比特压控振荡器的各比特子频带；在搜索每一比特所述子频带时，在所述锁相环电路的实际输入信号的若干个周期时间内，所述高速同步计数器对所述目标信号的周期进行计数而获得计数结果，并将含有该比特所述计数结果的计数信号输出给所述AFC算法控制器，所述AFC算法控制器计算获得所述计数结果与所述锁相环电路的分频比之差，作为该比特所述子频带的特征差值；逐次搜索全部N比特所述子频带后，所述AFC算法控制器找到所述特征差值最小的所述子频带作为所述最佳VCO子频带；所述锁相环电路中自动频率控制的实现方法还包括在锁定频率后针对失锁的重新锁定以及在改变所述分频比时的重新锁定；当所述锁相环电路锁定频率后，若出现锁相环失锁，则采用所述针对失锁的重新锁定，所述AFC算法控制器在设定范围内微调所述子频带，尝试使所述锁相环电路锁定，若尝试不成功，则返回所述步骤一而重新寻找最佳VCO子频带；若改变所述分频比，则采用在改变所述分频比时的重新锁定，直接返回所述步骤一而重新寻找最佳VCO子频带。所述步骤二中，在搜索每一比特所述子频带时，在所述锁相环电路的实际输入信号的一个周期时间内，所述高速同步计数器采用所述目标信号的上升沿和下降沿分别进行计数，并获得两组所述计数结果，两组所述计数结果均输出给所述AFC算法控制器，所述AFC算法控制器自动选择其中一组计数结果用作后续计算。优选的，所述高速同步计数器向所述AFC算法控制器输出两组所述计数结果的同时，还向所述AFC算法控制器输出指示所述AFC算法控制器的参考时钟上升沿出现在所述目标信号的上升沿之后或下降沿之后的相位指示信号，所述AFC算法控制器根据所述相位指示信号自动选择其中一组计数结果用作后续计算。所述步骤二中，对每一比特所述子频带的搜索时间加权，任一比特所述子频带的时间权重大于或等于相对其高比特的各个所述子频带的时间权重。所述步骤二中，在搜索所述子频带时，所述AFC算法控制器记录已搜索的且出现最小特征差值的所述子频带，并在搜索出现相对于当前记录的最小特征差值更小的特征差值时，替换所记录的出现最小特征差值的所述子频带。优选的，所述锁相环电路的环路滤波器产生所述N比特压控振荡器所需的实际控制电压信号，所述AFC算法控制器向所述环路滤波器提供一个模拟正常锁定状态下所述实际控制电压信号的电压控制字信号，所述环路滤波器向所述AFC算法控制器提供其实际控制电压信号的监测信号。优选的，所述高速同步计数器采用多级流水线方式工作的计数器，所述高速同步计数器所能计数的最高输入频率大于所述N比特压控振荡器输出的目标信号的频率。优选的，在锁定频率过程中，所述AFC算法控制器进入锁定判断状态，当所述AFC算法控制器判断所述锁相环锁定后，即关闭所述高速同步计数器和所述AFC算法控制器。优选的，通过AFC外部监测电路监测所述锁相环电路的状态，所述AFC外部监测电路与所述AFC算法控制器相连接，当所述AFC算法控制器关闭时，所述AFC外部监测电路能够唤醒所述AFC算法控制器。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术能够快速、准确地自动搜索子频带，以完成频率锁定，且能够在失锁或改变分频比时重新进行锁定，可广泛应用于各种需要快速锁定子频带的锁相环电路中。附图说明附图1为包含自动频率控制模块的锁相环电路的原理框图。附图2为自动频率调整模块的工作流程图。附图3为高速同步计数器的原理框图。附图4为自动频率调整模块的时钟自动关闭和开启电路的原理图。具体实施方式下面结合附图所示的实施例对本专利技术作进一步描述。实施例一：参见附图1所示，锁相环电路包括鉴频鉴相器（PFD/CP）、环路滤波器（LF）、N比特压控振荡器（N-bitVCO）、分频器（DIV）以及自动频率控制模块（AFC），其中鉴频鉴相器的输入端为锁相环电路的输入端，输入实际输入信号FREF，鉴频鉴相器的输出端与环路滤波器的输入端相连接，环路滤波器的输出端输出N比特压控振荡器所需的实际控制电压信号Vtune并连接至N比特压控振荡器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锁相环电路中自动频率控制的实现方法，应用于锁相环电路中以使其自动选择VCO子频带并锁定到所需频率，所述锁相环电路中自动频率控制的实现方法包括寻找最佳VCO子频带和在找到最佳VCO子频带后锁定频率，其特征在于：所述寻找最佳VCO子频带采用高速同步计数器和AFC算法控制器实现；所述高速同步计数器的输入信号包括所述锁相环电路中的N比特压控振荡器输出的目标信号，所述高速同步计数器的输出信号为在所述锁相环电路的若干个实际输入信号周期内对所述目标信号的周期进行计数的计数信号；所述AFC算法控制器的输入信号包括所述锁相环电路的实际输入信号、所述锁相环电路的分频比、所述计数信号，所述AFC算法控制器的输出信号为控制所述N比特压控振荡器调整VCO子频带的比特子带控制信号；寻找最佳VCO子频带通过以下步骤实现：步骤一：所述锁相环电路未锁定，所述锁相环电路的实际输入信号输入所述AFC算法控制器，所述锁相环电路中的N比特压控振荡器输出的目标信号输入给所述高速同步计数器；步骤二：所述AFC算法控制器逐次搜索所述N比特压控振荡器的各比特子频带；在搜索每一比特所述子频带时，在所述锁相环电路的实际输入信号的若干个周期时间内，所述高速同步计数器对所述目标信号的周期进行计数而获得计数结果，并将含有该比特所述计数结果的计数信号输出给所述AFC算法控制器，所述AFC算法控制器计算获得所述计数结果与所述锁相环电路的分频比之差，作为该比特所述子频带的特征差值；逐次搜索全部N比特所述子频带后，所述AFC算法控制器找到所述特征差值最小的所述子频带作为所述最佳VCO子频带；所述锁相环电路中自动频率控制的实现方法还包括在锁定频率后针对失锁的重新锁定以及在改变所述分频比时的重新锁定；当所述锁相环电路锁定频率后，若出现锁相环失锁，则采用所述针对失锁的重新锁定，所述AFC算法控制器在设定范围内微调所述子频带，尝试使所述锁相环电路锁定，若尝试不成功，则返回所述步骤一而重新寻找最佳VCO子频带；若改变所述分频比，则采用在改变所述分频比时的重新锁定，直接返回所述步骤一而重新寻找最佳VCO子频带。...

【技术特征摘要】
1.一种锁相环电路中自动频率控制的实现方法，应用于锁相环电路中以使其自动选择VCO子频带并锁定到所需频率，所述锁相环电路中自动频率控制的实现方法包括寻找最佳VCO子频带和在找到最佳VCO子频带后锁定频率，其特征在于：所述寻找最佳VCO子频带采用高速同步计数器和AFC算法控制器实现；所述高速同步计数器的输入信号包括所述锁相环电路中的N比特压控振荡器输出的目标信号，所述高速同步计数器的输出信号为在所述锁相环电路的若干个实际输入信号周期内对所述目标信号的周期进行计数的计数信号；所述AFC算法控制器的输入信号包括所述锁相环电路的实际输入信号、所述锁相环电路的分频比、所述计数信号，所述AFC算法控制器的输出信号为控制所述N比特压控振荡器调整VCO子频带的比特子带控制信号；寻找最佳VCO子频带通过以下步骤实现：步骤一：所述锁相环电路未锁定，所述锁相环电路的实际输入信号输入所述AFC算法控制器，所述锁相环电路中的N比特压控振荡器输出的目标信号输入给所述高速同步计数器；步骤二：所述AFC算法控制器逐次搜索所述N比特压控振荡器的各比特子频带；在搜索每一比特所述子频带时，在所述锁相环电路的实际输入信号的若干个周期时间内，所述高速同步计数器对所述目标信号的周期进行计数而获得计数结果，并将含有该比特所述计数结果的计数信号输出给所述AFC算法控制器，所述AFC算法控制器计算获得所述计数结果与所述锁相环电路的分频比之差，作为该比特所述子频带的特征差值；逐次搜索全部N比特所述子频带后，所述AFC算法控制器找到所述特征差值最小的所述子频带作为所述最佳VCO子频带；所述锁相环电路中自动频率控制的实现方法还包括在锁定频率后针对失锁的重新锁定以及在改变所述分频比时的重新锁定；当所述锁相环电路锁定频率后，若出现锁相环失锁，则采用所述针对失锁的重新锁定，所述AFC算法控制器在设定范围内微调所述子频带，尝试使所述锁相环电路锁定，若尝试不成功，则返回所述步骤一而重新寻找最佳VCO子频带；若改变所述分频比，则采用在改变所述分频比时的重新锁定，直接返回所述步骤一而重新寻找最佳VCO子频带。2.根据权利要求1所述的锁相环电路中自动频率控制的实现方法，其特征在于：所述步骤二中，在搜索每一比特所述子频带时，在所述锁相环电路的实际输入信号的若干个周期时间内，所述高速同步计数器采用所述目标信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：于鹏，楚晓杰，袁芳，颜峻，石寅，
申请(专利权)人：苏州威发半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32