基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统，包括鉴频鉴相器、荷泵、环路滤波器、压控振荡器、数模转换模块、注入锁定分频器、分频器模块、多模分频器、ΔΣ调制器、FMCW多功能模块、子带补偿模块、系统线性校准模块、开关电容阵列。本发明专利技术通过多子带振荡器)技术将频率源的频率带宽拓宽；采用两点调制技术缓解PLL环路的环路带宽，保证快速啁啾(chirp)定状态；采用数模转换模块与多子带带振荡器相结合技术，实现超级小的分频分辨率、降低频率的RMS误差；采用频率补偿技术消除多子带带振荡器对快速chirp的影响；采用系统线性校准技术消除带振荡器、数模转换模块的非线性对PLL的影响。线性对PLL的影响。线性对PLL的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统


[0001]本专利技术涉及FMCW锁相环
，特别是涉及一种基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统。

技术介绍

[0002]近年来无线通信技术得到了快速发展，以其在民用、军用事业中广泛的应用，推动着无线通信产业逐步成为当今世界最重要地产业中的一员。以射频技术为代表的无线通信技术被广泛地应用在各个领域中，如蓝牙(Bluetooth)、无线局域网(WLAN)、Zigbee等短距离无线通信技术以及兼容2G/3G/4G协议的宽带多标准无线通信技术极大的方便了人们的工作和生活。
[0003]5G的提出将面对一个万物互联的世界，使所有应用在放置到云端的同时获得桌面版的个人体验。同时雷达技术也进入了人们视野，比如汽车雷达、移动设备的雷达系统等。无线通信和雷达的组成部分里面，锁相环频率源(PLL)是他们的“心脏”。但现在的技术以电荷泵PLL为主，很难满足民用乃至军用需求。主要存在以下问题：FMCW源和通信源的指标要求很难同时满足、锁相环的频率带宽比较窄、扫频速度太慢，而chirp的速度影响雷达的分辨率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统，可以实现超级带宽的频率源系统、可以实现同时满足通信和雷达需求、可以实现快速啁啾(chirp)以及具有极小频率误差。
[0005]为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：
[0006]一种基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统，包括鉴频鉴相器、荷泵、环路滤波器、压控振荡器、数模转换模块、注入锁定分频器、分频器模块、多模分频器、ΔΣ调制器、FMCW多功能模块、子带补偿模块、系统线性校准模块、开关电容阵列；
[0007]其中，鉴频鉴相器的输出端与电荷泵的输入端连接，电荷泵的输出端与环路滤波器的输入端连接，环路滤波器的输出端与压控振荡器的滤波信号输入端连接，压控振荡器的模拟信号输入端接DAC数模转换模块的输出端，压控振荡器开关阵列信号输入端接开关电容阵列的输出端；
[0008]FMCW多功能模块系统的输出一路与系统线性校准模块的输入端连接，另一路输出与子带补偿模块的一路输入连接，第三路输出与ΔΣ调制器连接，ΔΣ调制器的输出与多模分频器的一路输入相接，多模分频器的输出与鉴频鉴相器的输入相接，多模分频器的另一路输入与分频器模块的输出相接，分频器模块的输入与注入锁定分频器的输出相接，注入锁定分频器的输入与压控振荡器的输出相接；
[0009]采用多子带VCO与数模转换模块相结合以提高系统带宽、提高VCO精度，采用两点调制方案，锁相环PLL的分频器链路是低通路径，数模转换模块路径是高通路径；采用线性
校准和子带补偿校准实现对系统校准。
[0010]其中，所述开关电容阵列压控振荡器，用于由数字环路滤波器的电压信号产生特定频率的波形输出，采用Class
‑
F结构，利用变压器和尾电感控制二三次谐波，以优化相位噪声；
[0011]其中，变压器的初级线圈L
P
和固定电容C
D
接在晶体管M1和M2的漏级之间，尾电感L
TAIL
接在晶体管M1、M2的源极和地之间，变压器的次级线圈L
S
、开关电容阵列和可变电容接在晶体管M1和M2的栅极之间，6bit的开关电容阵列由3组相同的容值较大的开关电容C1以及15组相同的容值较小的开关电容C2组成，开关电容与DAC连接，两组不同尺寸的可变电容C
V1
、C
V2
的容值分别由V
CTRL1
、V
CTRL2
控制，其中V
CTRL1
与系统的滤波器相连，V
CTRL2
与系统的相连加法器的高位连接。
[0012]本专利技术通过多子带振荡器(VCO)技术将频率源的频率带宽拓宽；采用两点调制技术缓解PLL环路的环路带宽，可以保证快速啁啾(chirp)定状态；采用数模转换模块(DAC)与多子带带振荡器(VCO)相结合技术，可以实现超级小的分频分辨率、可以降低频率的RMS误差；采用频率补偿技术可以消除多子带带振荡器(VCO)对快速chirp的影响；采用系统线性校准技术可以消除带振荡器(VCO)、数模转换模块(DAC)的非线性对PLL的影响。
附图说明
[0013]图1是本专利技术基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统的原理图。
[0014]图2是本专利技术多子带的两点调制(TPM)调整VCO架构图。
[0015]图3是本专利技术两点调制(TPM)低通和高通路径匹配流程图。
[0016]图4是本专利技术定点输出流程图。
[0017]图5是本专利技术chirp波形输出流程图。
具体实施方式
[0018]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0019]如图1所示，本专利技术实施例的基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统，包括鉴频鉴相器(PFD)、荷泵(CP)、环路滤波器、压控振荡器(VCO)、DAC数模转换模块、注入锁定分频器(ILFD)、分频器模块(CML)、多模分频器、ΔΣ调制器、FMCW多功能模块、子带补偿模块(OC)、系统线性校准模块(LM)、开关电容阵列；
[0020]其中，子带补偿模块(OC)在进行补偿时是，系统首先测试出子带间重叠的频率，根据频率精度求出补偿每条子带的的数字控制字的值，将这些信息由FMCW多功能模发送给子带补偿模块(OC)，子带补偿模块(OC)通过不同时刻对chirp控制字进行补偿，消除VOC子带重叠。
[0021]其中，系统线性校准模块(LM)，用于校准DAC和VCO的非线性，是外部校准的。根据外部测试的非线性得出非线性的差值，然后将这些信息由FMCW多功能模块给系统线性校准模块(LM)，系统线性校准模块(LM)根据系统需求将补偿到系统中。
[0022]系统线性校准模块(LM)和子带补偿模块(OC)输出求和后，得出整体校准后的控制字，最终的控制字分别给两个模块，控制字的高位给开关电容阵列，低位给DAC模块，实现BW
(频率带宽)/2
18
的频率控制精度。
[0023]其中，鉴频鉴相器(PFD),其用于比较参考时钟与反馈时钟，求出输入的相位差。荷泵(CP)，用于将输入相位差值转换成电压或者电流。
[0024]本专利技术实施例中，所述的环路滤波器一方面在于环路滤波器可以将信号通过鉴频鉴相器(PFD)所产出的高频信号分量滤除，还可以限制其锁相环外部所产生的噪声对锁相环的影响。另一方面环路滤波器也可以调节锁相环。通过改变环路滤波器的参数控制锁相环电压频谱度，从而提高锁相环系统的稳定性。
[0025]其中，压控振荡器(VCO)，用于由环路滤波器的电压信号产生特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统，其特征在于，包括鉴频鉴相器、荷泵、环路滤波器、压控振荡器、数模转换模块、注入锁定分频器、分频器模块、多模分频器、ΔΣ调制器、FMCW多功能模块、子带补偿模块、系统线性校准模块、开关电容阵列；其中，鉴频鉴相器的输出端与电荷泵的输入端连接，电荷泵的输出端与环路滤波器的输入端连接，环路滤波器的输出端与压控振荡器的滤波信号输入端连接，压控振荡器的模拟信号输入端接DAC数模转换模块的输出端，压控振荡器开关阵列信号输入端接开关电容阵列的输出端；FMCW多功能模块系统的输出一路与系统线性校准模块的输入端连接，另一路输出与子带补偿模块的一路输入连接，第三路输出与ΔΣ调制器连接，ΔΣ调制器的输出与多模分频器的一路输入相接，多模分频器的输出与鉴频鉴相器的输入相接，多模分频器的另一路输入与分频器模块的输出相接，分频器模块的输入与注入锁定分频器的输出相接，注入锁定分频器的输入与压控振荡器的输出相接；采用多子带VCO与数模转换模块相结合以提高系统带宽、提高VCO精度，采用两点调制方案，锁相环PLL的分频器链路是低通路径，数模转换模块路径是高通路径；采用线性校准和子带补偿校准实现对系统校准。2.根据权利要求1所述基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统，其特征在于，所述开关电容阵列压控振荡器，用于由数字环路滤波器的电压信号产生特定频率的波形输出，采用Class
‑
F结构，利用变压器和尾电感控制二三次谐波，以优化相位噪声；其中，变压器的初级线圈L
P
和固定电容C
D
接在晶体管M1和M2的漏级之间，尾电感L
TAIL
接在晶体管M1、M2的源极和地之间，变压器的次级线圈L
S
、开关电容阵列和可变电容接在晶体管M1和M2的栅极之间，6bit的开关电容阵列由3组相同的容值较大的开关电容C1以及15组相同的容值较小的开关电容C2组成，开关电容与DAC连接，两组不同尺寸的可变电容C
V1
、C
V2
的容值分别由V
CTRL1
、V
CTRL2
控制，其中V
CTRL1
与系统的滤波器相连，V
CTRL2
与系统的相连加法器的高位连接。3.根据权利要求1所述基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统，其特征在于，所述FMCW多功能模块，通过识别调制信号实现多功能频率源，可实现在24.8GHz到31.5GHz内的定点频率输出，实现多种模式、多种chirp时间、子带补偿、系统线性校准模式，以使系统实现超低的RSM频率误差和需要的线性度。4.根据权利要求1所述基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW锁相环系统，其特征在于，子带补偿校准时，首先测试出子带间重叠的频率，根据频率精度求出补偿每条子带的的数字控制字的值，将所述数字控制字的值由FMCW多功能模发送给子带补偿模块，子带补偿模块通过不同时刻对chirp控制字进行补偿，消除VOC子带重叠。5.根据权利要求1所述基于两点调制多子带压控振荡器的FMCW...

【专利技术属性】
技术研发人员：马凯学，石浩，傅海鹏，王勇强，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：