频率合成器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种频率合成器，其包括以来自晶体振荡器的参考频率为基础运行的锁频环、频率校正单元、插值逻辑单元。其中，所述频率校正单元以第一参数和第二参数为基础生成数字频率校正控制字，所述第一参数是自动频率校正字和固定频率控制字的结合。所述插值逻辑单元用于生成表示温度变化补偿的第二参数。其中，当第一参数为常数时所述锁频环生成固定的时钟信号或当第一参数为表示调制信号的频率改变的二进制序列时所述锁频环生成频率调制信号。通过对频率校正控制字的控制，可以实现对参考时钟的频率漂移的温度补偿。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电子电路设计领域，特别涉及频率合成器的温度频率漂移 的补偿技术。 技术背景为了确保所有的电子器件都能正常或同步工作，在电子电路设计中提供精确的时钟信号是非常重要的。通常，所述时钟信号是由晶体振荡器(crystal oscillator)产生的，其中所述晶体振荡器是利用压电材料的振荡晶体的机械谐 振来产生一定频率电信号的电子电路。这个频率通常可以用于计时(比如石英 手表中)，也可以用于为数字集成电路提供时钟信号，还可以用于稳定无线发射 器/接收器的频率。导致时钟信号不同于设计的一个原因在于温度，它可能影响 压电材料和晶体振荡器的运作。随着温度的变化，晶体振荡器输出的频率会也 会随之变化。事实上，电子设备比如便携式电脑、手机和电子仪表可能被用于 各种温度变化的环境中，因此保证这些电子设备在各种温度环境下都能正常无 误的工作是非常重要的。许多现代通信设备比如GPS和GSM系统需要高精度、稳定的频率来增加 其内无线电收发器的灵敏度以及来降低采集时间。在频率合成器(frequencysynthesizer)中，将晶体振荡器的输出频率乘以己知系数就可以获得期望信道 频率。通常，晶体振荡器的输出频率的范围是数兆赫兹，而信道频率的范围是 千兆赫兹。然而，晶体振荡器的输出频频随着寿命和温度的变化会发生漂移， 并且晶体振荡器也没有提供抑制晶体频率随周围温度发生变化的机制。由于苛 刻的需求，在没有来自基站的频率调谐支持的蜂窝系统中使用低成本独立晶体 振荡器是不可能的。无线通讯设备或移动电话的频率源包括有数控晶体振荡器(digitally controlled crystal oscillator )或温度补偿晶体振荡器(temperature-compensated crystal oscillator》然而，数控晶体振荡器电路需要在晶体振荡 器中引入电容阵列来进行频率校正。这样，使用数控晶体振荡器就变得非常昂 贵，尤其对于深亚微米COMS工艺的数控晶体振荡器。此外，通过对数控晶体 振荡器中的大量电容的切换来调整晶体振荡器的输出频率很可能会导致频率跳 变效应(frequency beating effects ),从而难以满足输出频率稳定性的要求。在现有的)显度补偿晶体振荡器(temperature-compensated crystal oscillator)中，自动调温器生成校正电压以保证振荡器频率恒定。这样的压控 温度补偿晶体振荡器具有一根据温度成比例产生线性电压的温度传感器。将三 级线性函数电压发生器和温度传感器的输出提供给压控晶体振荡器，所述压控 晶体振荡器进而可以根据所使用晶体的温度频率特性来进行温度补偿。然而，这样的压控温度补偿晶体振荡器首先需要一高品质晶体来满足所述三级线性补偿需要，这样的高品质晶体非常昂贵，尤其是小尺寸的晶体。由于 限制了晶体振荡器的最大输出频率，因此也很难保证高频稳定性和精确性。此 外，由于很难精确生成微伏级模拟电压，所述压控温度补偿晶体振荡器很难控制小频率的改变(比如，小于1.0赫兹、因此，亟待提出一种低成本、低噪声、高精度的解决方案来生成具有宽频 范围且经过温度补偿的频率。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的目的在于提供低成本、高精度的频率合成器，其 可以对其输出频率进行温度补偿。为了达到上述目的，本技术提供了一种频率合成器，其包括以来自晶 体振荡器的参考频率为基础运行的锁频环、频率校正单元和插值逻辑单元。所 述频率校正单元以第一参数和第二参数为基础生成数字频率校正控制字，所述 第一参数是自动频率校正字和固定频率控制字的结合。所述插值逻辑单元用于 生成表示温度变化补偿的第二参数。其中当第一参数为常数时所述锁频环生成 固定时钟信号或当第一参数为表示调制信号的频率改变的二进制序列时所述锁 频环生成频率调制信号。进一步的，Z。^表示所述输出时钟信号，/ 表示参考频率，FC『—"m表示所述数字频率校正控制字，则有下式其中K表示比例系数K。更进一步的，通过调整比例系数K使时钟信号达到期望频率。 再进一步的，所述数字频率校正控制字对参考频率的频率漂移进行补偿以 至于所述输出时钟信号不受温度变化影响而保持稳定。再进一步的，所述固定频率控制字是由外部提供，其是表示输出时钟信号 期望频率的二进制序列。仍进一步的，根据精确的频率源确定所述自动频率校正字。 再进一步的，所述精确的频率源是无线基站发射的计时信息。 进一步的，其进一步包括数字温度传感器，用于感应包括所述频率合成 器所在集成电路的温度在内的周围温度；解码逻辑单元，与数字温度传感器相 连接，接收并解码来自数字温度传感器的数字温度测量值；查找表，用于存储 频率校正信号和温度的对应关系，并驱动插值逻辑单元调整第二参数。进一步的，所述锁频环包括数字相位累加器，从所述频率校正单元接收 数字频率校正控制字，其中所述时钟信号或频率调制信号的频率精度是由数字 相位累加器的字长和参考频率决定；数字频率比较器，比较数字相位累加器的 输出和包括分频器与频率数字转换器的反馈回路的输出；数字回路滤波器，与 数字频率比较器相连接，用于对数字频率比较器输出的误差信号进行滤波，其 中所述数字回路滤波器提供环路带宽和锁定调节时间的控制；数字模拟转换器， 与数字回路滤波器相连接，接收数字回路滤波器的输出以生成模拟信号；低通滤波器，用于对所述模拟信号进行滤波，所述模拟信号进一步控制了压控振荡 器的输入电压，其中在压控振荡器的输出锁定于期望频率时所述锁频环进入锁 定状态。更进一步的，所述锁频环进一步包括直接频率数字转换器，用于利用参 考频率将压控振荡器的输出信号直接转换成数字频率数据流。更进一步的，所述锁频环进一步包括直接频率数字转换器，用于利用压 控振荡器的输出信号对参考频率进行采样从而直接将压控振荡器的输出信号转 换为数字频率数据流。再进一步的，所述锁频环进一步包括用于对压控振荡器的输出进行分频 以获得所述时钟信号的分频器。进一步的，所述锁频环包括数字相位累加器，从所述频率校正单元接收 数字频率校正控制字并生成参考频率数据流，其中所述时钟信号或频率调制信 号的频率精度是由数字相位累加器的字长和参考频率决定；数字频率比较器， 比较数字相位累加器的输出和包括分频器与频率数字转换器的反馈回路的输 出；数字回路滤波器，与数字频率比较器相连接，用于对数字频率比较器输出 的误差信号进行滤波，其中所述数字回路滤波器提供环路带宽和锁定调节时间 的控制；数控振荡器增益控制电路，以数字回路滤波器的输出为基础生成用于 控制数控振荡器的加权开关二进制电容阵列的数字控制信号，其中所述数控振 荡器增益控制单元用于消除工艺、电压和温度对相位和频率的影响；和数字控10制振荡器，生成无线频率信号，所述无线频率信号被转换为中频信号，频率数 字转换器进一步将所述中频信号转换成数字频率数据流，其中在数字频率数据 流锁定于参考频率数据流时所述锁频环进入锁定状态。再进一步的，加权开关二进制电容阵列根据数字控制信号的控制可切换至 高电容模式或低电容模式。更进一步的，通过改变使用delta-sigma调制的数字控制信号的位数可获 得输出时钟信号或频率调制信号的高分辨率。这样与现有技术相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频率合成器，其特征在于，其包括：　以来自晶体振荡器的参考频率为基础运行的锁频环，其中所述晶体振荡器与所述锁频环相连接并将其输出的参考频率提供给所述锁频环；　与所述锁频环相连接的频率校正单元，以第一参数和第二参数为基础生成数字 频率校正控制字，并将所述数字频率校正控制字提供给所述锁频环，所述第一参数是自动频率校正字和固定频率控制字的结合；　与频率校正单元相连接的插值逻辑单元，用于生成表示温度变化补偿的第二参数，并将所述第二参数提供给所述频率校正单元；　 其中，当第一参数为常数时所述锁频环生成定时时钟信号或当第一参数为表示调制信号的频率改变的二进制序列时所述锁频环生成频率调制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹伟勋，
申请(专利权)人：曹秀娟，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]