[發明專利]一種頻率產生單元及其頻率快速鎖定方法

有效

• 申請號: 201110454334.2
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102545836A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 冷鵬;童偉;黃成富
• 申請（專利權）人: 海能達通信股份有限公司
• 主分類號: H03K3/011
• 分類號: H03K3/011;H03L7/093
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 易釗

技術領域

本發明涉及射頻通信技術領域，更具體地說，涉及一種具有溫度補償的頻率產生單元及其頻率快速鎖定方法。

背景技術

頻率產生單元是通信設備的核心部件之一，為通信設備提供接收本振信號和發射載波信號。

頻率產生單元一般包括環路濾波器、壓控振蕩器和鎖相環IC。鎖相環IC用于鑒別本振信號與壓控振蕩器的輸出信號的相位差并輸出誤差電壓，經環路濾波器后作為壓控振蕩器的壓控電壓CV以實現頻率鎖定，從而將壓控振蕩器的輸出信號的頻率鎖定為頻率產生單元所需產生的頻率。

壓控振蕩器中會使用變容管諧振產生所需頻率的信號。變容管相當于可變電容，在不同的反向電壓下呈現不同的電容值。圖1所示為變容管電容值隨反向電壓的變化。反向電壓越大，電容值越小。諧振電路的諧振頻率公式如下公式(1)所示。由公式(1)可知，諧振頻率與變容管的電容相關，電容增大，諧振頻率降低。因此，可以為壓控振蕩器設置不同的壓控電壓CV，該壓控電壓CV將作為施加到變容管的反向電壓來產生不同諧振頻率的信號。

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一個方面，隨著通信技術的發展，通信設備要求頻率產生單元具有較快的鎖定時間。然而，在切換頻率時，由于鎖相環IC經環路濾波器輸出的電壓需要一定的時間才能調整至所需頻率對應的壓控電壓CV，進而使頻率的鎖定也需要經歷一定的過程。如圖2所示，為頻率產生單元的頻率鎖定過程示意圖，頻率產生單元的頻率鎖定過程分為三個階段：

T1：捕獲階段：由于頻點的切換，頻率從穩定到不穩定的急劇變化，輸出頻率與本振信號的參考時鐘鑒相頻率相位差非常大，鎖相環處于失鎖狀態，需要鎖相環產生大量的泵電流來捕獲目標頻率。

T2：跟蹤階段：輸出頻率與參考時鐘鑒相頻率相位差較小，鎖相環對輸出頻率進行跟蹤，屬于環路自身調節的階段。

T3：穩定階段：輸出頻率與參考時鐘鑒相頻率相位差非常小，鎖相環處于鎖定的狀態。當頻率偏差小于±100Hz時，鎖相環進入穩定狀態。

在上述鎖定過程的三個階段中，主要是由T1和T2階段決定目標頻率的鎖定時間。而T2的時間主要是由于環路自身的參數決定。T2時，相位差已經比較小了，靠鎖相環自身的調節可以很快進入T3。然而，T1捕獲階段所消耗的時間，對整體鎖定時間起直接的影響。

現有的頻率產生單元主要通過兩種解決方法來實現快速鎖定。一種是利用鎖相環IC自身攜帶的快速鎖定電路控制壓控電壓CV快速變化，使得頻率在切換時快速鎖定。第二種方法是為環路濾波器提供一個預置電壓，使得環路濾波器輸出的壓控電壓CV快鎖穩定在所需的壓控電壓CV。該預置電壓的作用是為環路濾波器中的電容提供比鎖相環IC的正常鎖定時輸出的泵電流大的充電電流，以縮短電容充電時間，后續再由鎖相環IC的正常鎖定時輸出的泵電流對環路濾波器輸出的壓控電壓CV進行調節使其快速切換，實現頻率鎖定。與第二種方法相比，第一種方法的鎖定時間降低不明顯。

另一方面，目前對頻率產生單元的穩定性也提出了更高的要求，不僅要求設備常溫正常工作，還要求在高低溫條件下正常使用，通常的標準有-25℃～70℃或者-30℃～80℃等。但是，由于變容管是由pn結做成的，在固定的反向電壓下，隨著溫度的升高，pn結空間電荷區寬度減小，變容管電容增大。因此，一般的通信設備會出現隨著環境溫度升高，變容管電容增大，頻率降低的問題。為了保持所產生信號的頻率不變，要求變容管電容不變，進而需要在環境溫度升高時增大壓控電壓CV來保持變容管電容的穩定，或者在環境溫度降低時減小壓控電壓CV。因此，需要根據環境溫度來調節壓控電壓CV，也就需要根據環境溫度來調節提供給環路濾波器的預置電壓，使得預置電壓隨溫度的變化量與壓控電壓CV隨溫度變化量相同，達到溫度補償的作用，保證鎖定時間在高低溫和常溫下保持一致，增加頻率產生單元的可靠性。