[發明專利]鎖相頻率合成器及自適應頻率校準電路和校準方法

有效

• 申請號: 201210589697.1
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103095295A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 徐驊;李明劍;劉永光;吳炎輝;范麟;萬天才
• 申請（專利權）人: 重慶西南集成電路設計有限責任公司
• 主分類號: H03L7/18
• 分類號: H03L7/18
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所 50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及鎖相頻率合成器，具體涉及鎖相頻率合成器及自適應頻率校準電路和校準方法。

背景技術

鎖相頻率合成器是采用鎖相環(PLL)進行頻率合成的一種頻率合成器，它是目前頻率合成器主流。鎖相式整數頻率合成器由鑒頻鑒相器(PFD)、電荷泵(CP)、可變計數器(/N)、環路濾波器(LPF)、壓控振蕩器(VCO)等部分組成。鎖相頻率合成器是一個相位誤差控制系統，它比較輸入信號和壓控振蕩器輸出信號之間的相位差，從而產生誤差控制電壓來調整壓控振蕩器的頻率，以達到與輸入信號同頻。在環路開始工作時，如果輸入參考時鐘頻率與VCO時鐘頻率不同，則由于兩信號之間存在固有的頻率差，它們之間的相位差勢必一直在變化，結果鑒頻鑒相器輸出的誤差電壓就在一定范圍內變化。在這種誤差電壓的控制下，壓控振蕩器的頻率也在變化。

并且，壓控振蕩器的工作頻率對工藝非常敏感，特別是壓控振蕩器的振蕩頻率在1000MHz以上，不同批次芯片及工藝本身所造成的工藝偏差會影響VCO頻率的一致性。增加VCO的壓控頻率增益可以增加VCO的頻率覆蓋范圍，在一定程度上抵消工藝偏差對VCO頻率的影響，但增加VCO的壓控增益會增加VCO的相位噪聲。

AFC(Adaptive?Frequency?Calibration自適應頻率校準)其功能是在鎖頻鎖相初期，由基準電路產生某一固定電壓作為VCO的壓控電壓，通過一定的算法對參考時鐘與VCO分頻后的時鐘頻率進行比較，從而調整壓控振蕩器的振蕩頻率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一在于提供具有自適應頻率校準電路的鎖相頻率合成器。

本發明所要解決的技術問題之二在于提供分段式壓控振蕩器自適應頻率校準電路。

本發明所要解決的技術問題之三在于提供分段式壓控振蕩器自適應頻率校準方法。

為了解決上述技術問題，本發明的第一個技術方案是，具有自適應頻率校準電路的鎖相頻率合成器，包括鑒頻鑒相器、電荷泵、環路濾波器、可變計數器、壓控振蕩器、自適應頻率校準電路和控制開關，其特征在于：自適應頻率校準電路包括計數器、比較器以及狀態機；

壓控振蕩器通過控制開關接收基準電壓信號，產生頻率信號輸出到可變計數器；

可變計數器將收到的信號進行分頻處理后輸出壓控振蕩器的分頻時鐘信號到計數器和鑒頻鑒相器；

計數器同時接收參考時鐘信號和壓控振蕩器的分頻時鐘信號進行計數，當其中一個時鐘信號計數結束時，計數器產生一個脈沖信號輸出到比較器；

比較器收到計數器輸出的脈沖信號后進行比較，再根據比較結果產生指示信號并同時產生狀態機時鐘信號一并輸出給狀態機；

狀態機受比較器輸出的狀態機時鐘信號的控制，并根據指示信號，產生控制信號輸出到壓控振蕩器，以調整壓控振蕩器的時鐘信號頻率；當壓控振蕩器的分頻時鐘信號頻率等于參考時鐘信號頻率，狀態機輸出開關控制信號，使控制開關與基準電壓信號斷開并與環路濾波器接通，壓控振蕩器通過控制開關接收環路濾波器輸出的控制電壓信號。

本發明采用將壓控振蕩器分成若干頻段，以增加壓控振蕩器的頻率范圍，壓控振蕩器的每一頻段都具有較小的壓控頻率增益，而多個頻段完全可以覆蓋所需的頻率范圍并保留一定余量；與采用鑒頻鑒相器的傳統PLL環路相比，壓控振蕩器輸出頻率首先由自適應頻率校準電路輸出的數字信號進行控制，自動尋找最適合目標頻率的頻段，使壓控振蕩器的分頻時鐘信號頻率能夠調整到與參考時鐘信號頻率相近，并保持工作在這個頻段；再由環路濾波器輸出的控制電壓進一步調整壓控振蕩器的頻率，達到穩定后，參考時鐘信號和壓控振蕩器分頻時鐘信號之間的頻差為零，相差不再隨時間變化，誤差電壓為一固定值，這時環路就進入“鎖定”狀態。采用頻率分段結構及自適應頻率校準電路，能避免VCO頻率受到工藝偏差的影響，即使工藝不一致造成壓控振蕩器的頻率變化，在設定范圍內總會使壓控振蕩器滿足所需頻率要求，保證芯片一致性，提高產品成品率；并且整個校準工作由芯片內部自動完成，無需外部控制，既滿足了壓控振蕩器頻率的一致性問題，同時簡化了應用方案。

所述狀態機包括邏輯電路、寄存器組一和寄存器組二；寄存器組一和寄存器組二均受比較器輸出的狀態機時鐘信號的控制；寄存器組一作為存儲加/減數的寄存器；邏輯電路接收寄存器組一輸出的數據，并同時接收比較器輸出的指示信號，進行邏輯運算后輸出到寄存器組二，寄存器組二產生控制信號輸出到壓控振蕩器，以調整壓控振蕩器的時鐘信號頻率。