一种锁相环及频率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种锁相环及频率控制方法。锁相环包括锁相环主体和与锁相环主体相连的频率范围自动控制器，锁相环主体至少包括压控振荡器；频率范围自动控制器包括比较单元、分频单元、第一控制单元、第二控制单元和逻辑控制单元。该锁相环能够在减小锁相环的面积的基础上，降低锁相环中的压控振荡器连续切换频段的时间，提升电路系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种锁相环及频率控制方法
本专利技术实施例涉及通信
，尤其涉及一种锁相环及频率控制方法。
技术介绍
锁相环作为一种典型的反馈控制电路，利用外部输入信号控制环路内部信号的频率和相位，进而实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪。因此，锁相环越来越多被用做视频监控领域的频率合成器以及时钟发生器的组成器件。传统的锁相环通常包括相频检测器，充电泵，低通滤波器，压控振荡器，以及可编程反馈分频器。为了减小锁相环的面积，现有的锁相环通常将压控振荡器总的频率范围分为多个连续交叠的频率范围，即多个频段，用于降低压控振荡器的增益。每个频段都有对应的预先设定的压控振荡器的工作电压范围(即最大电压VH至最小电压VL之间)，通过将压控振荡器的控制电压与预设的压控振荡器的工作电压范围VH和VL比较确定压控振荡器工作在哪一个频段：如果压控振荡器的工作电压大于VH说明这个频段频率太低，需要向更高的频段切换；如果压控振荡器的工作电压小于VL说明这个频段频率太高，需要向更低的频段切换，直至压控振荡器的工作电压介于VH和VL之间。然而，通常压控振荡器的频段切换需要在进入新的频段后等待足够长的时间才能进行下一次切换，如果切换后压控振荡器的工作电压依然没有介于VH和VL之间，则需要继续切换，等待的时间太长，影响电路系统性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种锁相环及频率控制方法，能够在减小锁相环的面积的基础上，降低锁相环中的压控振荡器连续切换频段的时间，提升电路系统的稳定性。第一方面，本专利技术实施例提供了一种锁相环，包括：锁相环主体和与锁相环主体相连的频率范围自动控制器，锁相环主体至少包括压控振荡器；频率范围自动控制器，包括比较单元、分频单元、第一控制单元、第二控制单元和逻辑控制单元，其中，比较单元的输入端输入控制电压，比较单元的输出端与逻辑控制单元相连，分频单元的输入端输入输入时钟信号，分频单元的输出端分别与第一控制单元的第一输入端和第二控制单元的第一输入端相连，第一控制单元的第二输入端输入输出时钟信号，第一控制单元的第三输入端输入第一预设值，第二控制单元的第二输入端输入输出时钟信号，第二控制单元的第三输入端输入第二预设值，第一控制单元的输出端与逻辑控制单元相连，第二控制单元的输出端与逻辑控制单元相连，逻辑控制单元与压控振荡器相连；比较单元，用于对控制电压、最大电压和最小电压进行比较，其中，最大电压为压控振荡器当前工作频段的最大电压，最小电压为压控振荡器当前工作频段的最小电压；分频单元，用于对输入时钟信号进行分频，生成并分别向第一控制单元和第二控制单元发送分频信号，其中，分频信号的频率为输入时钟信号的频率的1/2；逻辑控制单元，用于控制第一控制单元计数，并控制压控振荡器切换至上一工作频段，其中，上一工作频段为与压控振荡器的当前工作频段相邻、且高于压控振荡器的当前工作频段的频段；以及控制第二控制单元计数，并控制压控振荡器切换至下一工作频段，其中，下一工作频段为与压控振荡器的当前工作频段相邻、且低于压控振荡器的当前工作频段的频段。进一步地，锁相环主体包括相频检测器，充电泵，低通滤波器，压控振荡器，以及可编程反馈分频器；其中，相频检测器的第一输入端输入输入时钟信号，相频检测器的输出端与充电泵的输入端相连，充电泵的输出端与低通滤波器和压控振荡器的输入端均相连，低通滤波器与压控振荡器的输入端相连，压控振荡器的输出端与可编程反馈分频器的输入端相连，可编程反馈分频器的输出端与相频检测器的第二输入端相连，低通滤波器与比较单元相连。进一步地，相频检测器，用于接收输入时钟信号和可编程反馈分频器发送的反馈时钟信号，并比较输入时钟信号和反馈时钟信号的相位，生成相位差值信号，向充电泵发送相位差值信号；充电泵，用于接收相频检测器发送的相位差值信号，并根据相位差值信号生成充电电流或放电电流；低通滤波器，用于向压控振荡器输出控制电压，并根据充电电流或放电电流，控制控制电压的大小；压控振荡器，用于根据低通滤波器输出的控制电压生成并输出输出时钟信号；其中，在控制电压增大时提高输出时钟信号的频率，在控制电压减小时降低输出时钟信号的频率；可编程反馈分频器，用于采集压控振荡器输出的输出时钟信号，并根据输出时钟信号，生成反馈时钟信号，其中，反馈时钟信号的频率为输出时钟信号的频率的1/N，其中，N为大于或者等于2的正整数。进一步地，分频单元为二分频分频器；第一控制单元至少包括第一计数器；第二控制单元至少包括第二计数器，其中，第一预设值等于第二预设值，所述第一预设值为正整数。进一步地，第一控制单元包括第一计数器和加法器，加法器的第一输入端输入数值M，加法器的第二输入端输入数值δ，加法器的输出端输出第一预设值，第一预设值为(M+δ)；第二控制单元包括第二计数器和减法器，减法器的第一输入端输入数值M，减法器的第二输入端输入数值δ，减法器的输出端输出第二预设值，第二预设值为(M-δ)；其中，M为正整数，δ为正整数。进一步地，比较单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一运算放大器和第二运算放大器；其中，第一电阻的一端输入电压，第一电阻的另一端与第一运算放大器的第二输入端相连，第二电阻的一端与第一电阻的另一端相连，第二电阻的另一端与第二运算放大器的第二输入端相连，第三电阻的一端与第二电阻的另一端相连，第三电阻的另一端接地，第一运算放大器的第一输入端输入控制电压，第二运算放大器的第一输入端输入控制电压，第一运算放大器的输出端与逻辑控制单元相连，第二运算放大器的输出端与逻辑控制单元相连。进一步地，二分频分频器为D类型触发器。第二方面，本专利技术实施例还提供一种频率控制方法，应用在如上述第一方面中任意一项的锁相环中，包括：比较控制电压、最大电压和最小电压的大小，其中，最大电压为锁相环中压控振荡器当前工作频段的最大电压，最小电压为压控振荡器当前工作频段的最小电压；若控制电压大于最大电压，则利用时钟计数，控制压控振荡器切换至第一工作频段，其中，第一工作频段为适合压控振荡器工作、且高于压控振荡器的当前工作频段的频段；若控制电压小于最小电压，则利用时钟计数，控制压控振荡器切换至第二工作频段，其中，第二工作频段为适合压控振荡器工作、且低于压控振荡器的当前工作频段的频段。进一步地，利用时钟计数，控制压控振荡器切换至第一工作频段，包括：判断一个输入时钟信号的时钟周期内是否计数到第一预设值个输出时钟信号的时钟周期；若一个输入时钟信号的时钟周期内未计数到第一预设值个输出时钟信号的时钟周期，则控制压控振荡器切换至上一工作频段，其中，上一工作频段为与压控振荡器的当前工作频段相邻、且高于压控振荡器的当前工作频段的频段；若一个输入时钟信号的时钟周期内计数到第一预设值个输出时钟信号的时钟周期，则重复执行下述步骤直至控制电压小于或者等于最大电压：在预设时间后，判断控制电压是否仍大于最大电压；若控制电压仍大于最大电压，则控制压控振荡器切换至上一工作频段，其中，上一工作频段为与压控振荡器的当前工作频段相邻、且高于压控振荡器的当前工作频段的频段。进一步地，利用时钟计数，控制压控振荡器切换至第二工作频段，包括：判断一个输入时钟信号的时钟周期内是否计数到第二预设值个输出时钟信号的时钟周期；若一个输入时钟信号的时钟周期内计数到第二预设值个输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锁相环，其特征在于，包括：锁相环主体和与所述锁相环主体相连的频率范围自动控制器，所述锁相环主体至少包括压控振荡器；所述频率范围自动控制器，包括比较单元、分频单元、第一控制单元、第二控制单元和逻辑控制单元，其中，所述比较单元的输入端输入控制电压，所述比较单元的输出端与所述逻辑控制单元相连，所述分频单元的输入端输入输入时钟信号，所述分频单元的输出端分别与所述第一控制单元的第一输入端和所述第二控制单元的第一输入端相连，所述第一控制单元的第二输入端输入输出时钟信号，所述第一控制单元的第三输入端输入第一预设值，所述第二控制单元的第二输入端输入输出时钟信号，所述第二控制单元的第三输入端输入第二预设值，所述第一控制单元的输出端与所述逻辑控制单元相连，所述第二控制单元的输出端与所述逻辑控制单元相连，所述逻辑控制单元与所述压控振荡器相连；所述比较单元，用于对所述控制电压、最大电压和最小电压进行比较，其中，所述最大电压为所述压控振荡器当前工作频段的最大电压，所述最小电压为所述压控振荡器当前工作频段的最小电压；所述分频单元，用于对所述输入时钟信号进行分频，生成并分别向所述第一控制单元和所述第二控制单元发送分频信号，其中，所述分频信号的频率为所述输入时钟信号的频率的1/2；所述逻辑控制单元，用于控制所述第一控制单元计数，并控制所述压控振荡器切换至上一工作频段，其中，所述上一工作频段为与所述压控振荡器的当前工作频段相邻、且高于所述压控振荡器的当前工作频段的频段；以及控制所述第二控制单元计数，并控制所述压控振荡器切换至下一工作频段，其中，所述下一工作频段为与所述压控振荡器的当前工作频段相邻、且低于所述压控振荡器的当前工作频段的频段。...

【技术特征摘要】
1.一种锁相环，其特征在于，包括：锁相环主体和与所述锁相环主体相连的频率范围自动控制器，所述锁相环主体至少包括压控振荡器；所述频率范围自动控制器，包括比较单元、分频单元、第一控制单元、第二控制单元和逻辑控制单元，其中，所述比较单元的输入端输入控制电压，所述比较单元的输出端与所述逻辑控制单元相连，所述分频单元的输入端输入输入时钟信号，所述分频单元的输出端分别与所述第一控制单元的第一输入端和所述第二控制单元的第一输入端相连，所述第一控制单元的第二输入端输入输出时钟信号，所述第一控制单元的第三输入端输入第一预设值，所述第二控制单元的第二输入端输入输出时钟信号，所述第二控制单元的第三输入端输入第二预设值，所述第一控制单元的输出端与所述逻辑控制单元相连，所述第二控制单元的输出端与所述逻辑控制单元相连，所述逻辑控制单元与所述压控振荡器相连；所述比较单元，用于对所述控制电压、最大电压和最小电压进行比较，其中，所述最大电压为所述压控振荡器当前工作频段的最大电压，所述最小电压为所述压控振荡器当前工作频段的最小电压；所述分频单元，用于对所述输入时钟信号进行分频，生成并分别向所述第一控制单元和所述第二控制单元发送分频信号，其中，所述分频信号的频率为所述输入时钟信号的频率的1/2；所述逻辑控制单元，用于控制所述第一控制单元计数，并控制所述压控振荡器切换至上一工作频段，其中，所述上一工作频段为与所述压控振荡器的当前工作频段相邻、且高于所述压控振荡器的当前工作频段的频段；以及控制所述第二控制单元计数，并控制所述压控振荡器切换至下一工作频段，其中，所述下一工作频段为与所述压控振荡器的当前工作频段相邻、且低于所述压控振荡器的当前工作频段的频段。2.根据权利要求1所述的锁相环，其特征在于，所述锁相环主体包括相频检测器，充电泵，低通滤波器，压控振荡器，以及可编程反馈分频器；其中，所述相频检测器的第一输入端输入所述输入时钟信号，所述相频检测器的输出端与所述充电泵的输入端相连，所述充电泵的输出端与所述低通滤波器和所述压控振荡器的输入端均相连，所述低通滤波器与所述压控振荡器的输入端相连，所述压控振荡器的输出端与所述可编程反馈分频器的输入端相连，所述可编程反馈分频器的输出端与所述相频检测器的第二输入端相连，所述低通滤波器与所述比较单元相连。3.根据权利要求2所述的锁相环，其特征在于，所述相频检测器，用于接收所述输入时钟信号和所述可编程反馈分频器发送的反馈时钟信号，并比较所述输入时钟信号和所述反馈时钟信号的相位，生成相位差值信号，向所述充电泵发送所述相位差值信号；所述充电泵，用于接收所述相频检测器发送的所述相位差值信号，并根据所述相位差值信号生成充电电流或放电电流；所述低通滤波器，用于向所述压控振荡器输出所述控制电压，并根据所述充电电流或所述放电电流，控制所述控制电压的大小；所述压控振荡器，用于根据所述低通滤波器输出的所述控制电压生成并输出输出时钟信号；其中，在所述控制电压增大时提高所述输出时钟信号的频率，在所述控制电压减小时降低所述输出时钟信号的频率；所述可编程反馈分频器，用于采集所述压控振荡器输出的输出时钟信号，并根据所述输出时钟信号，生成所述反馈时钟信号，其中，所述反馈时钟信号的频率为所述输出时钟信号的频率的1/N，其中，N为大于或者等于2的正整数。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的锁相环，其特征在于，所述分频单元为二分频分频器；所述第一控制单元至少包括第一计数器；所述第二控制单元至少包括第二计数器，其中，所述第一预设值等于所述第二预设值，所述第一预设值为正整数。5.根据权利要求4所述的锁相...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海涛，
申请(专利权)人：上海玮舟微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31