[發(fā)明專利]基于鎖相環(huán)頻率快速鎖定的頻率合成方法及其電路

有效

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• 申請日: 2013-12-06
• 公開（公告）號: CN103618548B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔建偉;陳杰;唐偉群
• 申請（專利權(quán)）人: 海能達(dá)通信股份有限公司
• 主分類號: H03L7/16
• 分類號: H03L7/16
• 代理公司: 深圳市瑞方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)44314
• 代理人: 張約宗,張秋紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信電路，更具體地說，涉及一種基于鎖相環(huán)頻率快速鎖定的頻率合成方法及其電路。

背景技術(shù)

為了提高頻譜效率，現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)大都利用頻分/時分復(fù)用技術(shù)，無線收發(fā)機進(jìn)行通信時所用信道，會根據(jù)信道占用情況、信道質(zhì)量進(jìn)行實時切換。信道的切換，是通過改變頻率合成器的輸出頻率來實現(xiàn)的。頻率合成器給收發(fā)電路中的變頻電路提供可編程的本地載波信號，是無線通信設(shè)備的核心。目前使用的頻率合成方式主要是采用鎖相環(huán)加壓控振蕩器方式實現(xiàn)的。

在鎖相環(huán)頻合方式中，在目前窄帶通信系統(tǒng)中需要帶內(nèi)噪聲盡量低，即需要環(huán)路濾波器帶寬不能過寬，由于鎖相環(huán)濾波器帶寬的限制，頻率源的相位噪聲與鎖相速度之間的互相制約：環(huán)路帶寬窄時，鎖定時間變長，但帶內(nèi)噪聲比較低；環(huán)路帶寬大時，可降低鎖相環(huán)路的鎖定時間，但帶內(nèi)相位噪聲較差。頻率源的振蕩頻率在兩個頻點之間切換所需要的時間與兩個頻點間的頻率間隔有關(guān)：兩個頻點間隔越大，對應(yīng)的濾波器輸出的壓控電壓相差越大，需要的切換時間就越長。相關(guān)技術(shù)中大多采用縮短頻率源頻率兩個不同頻點間壓控電壓的切換時間（即提高壓控振蕩器），以提高頻率源的鎖相速度。但這會增加壓控振蕩器本身的相位噪聲。

鎖相環(huán)方式的頻率合成器鎖定過程示意如圖1所示，其頻率鎖定過程分為三個階段：

T1（捕獲階段）：頻率從穩(wěn)定到不穩(wěn)定的急劇變化，輸出頻率與參考時鐘鑒相頻率相位差非常大，鎖相環(huán)處于失鎖狀態(tài)；

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(huán)對輸出頻率進(jìn)行跟蹤，屬于環(huán)路自身調(diào)節(jié)的階段；

T3(穩(wěn)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(huán)處于鎖定的狀態(tài)。

鎖定過程的三個階段中，主要是由T1階段和T2階段決定目標(biāo)頻率的鎖定時間。而T2階段的時間主要是由于環(huán)路自身的參數(shù)決定，T2階段時相位差較小，靠鎖相環(huán)自身的調(diào)節(jié)可很快進(jìn)入T3階段。然而T1階段捕獲階段所消耗的時間，對整體鎖定時間起關(guān)鍵的影響，一般通過減小TI階段的時間來提高頻率源的鎖相速度。

相關(guān)技術(shù)中的鎖相環(huán)鎖定方法是通過為鎖相環(huán)提前配置預(yù)估充電時間，打開鎖相環(huán)為鎖相環(huán)電路中的環(huán)路濾波器提前充電，使環(huán)路中的電壓接近鎖定電壓，減少充電泵為鎖相環(huán)充電的時間，從而加快鎖定速度。該方案需要預(yù)先測量壓控振蕩器鎖定頻段內(nèi)單點電壓的充電時間統(tǒng)計特性，并存儲，在開啟鎖相環(huán)電路時再讀取充電時間，便于控制中心發(fā)出持續(xù)充電時間；充電時間與頻率變化關(guān)系如圖2所示；由于不同的壓控振蕩器對應(yīng)同一頻點的電壓由于一致性、溫度等因素不完全相同，導(dǎo)致預(yù)置電壓不夠精確從而使得鎖定時間變長。

目前，鎖相環(huán)鎖定電路如圖3所示，首先為鑒相器預(yù)置鎖定頻點的電壓，連接于控制中心的數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過運算放大器為低通濾波器充電，同時通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過閱讀交換機檢測低通濾波器的充電電壓，當(dāng)達(dá)到預(yù)置的鎖定電壓值時，數(shù)模轉(zhuǎn)換器發(fā)送信號至控制中心，控制中心發(fā)送控制信號停止為環(huán)路濾波器充電，使電壓趨近于所設(shè)置頻點的鎖定電壓，從而達(dá)到減少鎖定時間的目的。該方案需要預(yù)先測量壓控振蕩器鎖定頻段內(nèi)單點電壓的統(tǒng)計特性，并存儲至儲存器；為鎖相環(huán)配置數(shù)據(jù)時再讀預(yù)存的電壓，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器預(yù)先充電，充電時間由模數(shù)轉(zhuǎn)換器檢測反饋給控制器，形成閉環(huán)控制；該方案對電路一致性及溫度穩(wěn)定性要求較高，軟件反應(yīng)有延遲并且電路比較復(fù)雜、成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種改進(jìn)的基于鎖相環(huán)頻率快速鎖定的頻率合成方法及其電路。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種基于鎖相環(huán)頻率快速鎖定的頻率合成方法，包括以下步驟：

在每個鎖定時隙開始時，為鎖相環(huán)單元配置數(shù)據(jù)；

通過直流電源對環(huán)路濾波器進(jìn)行充電，所述環(huán)路濾波器的電壓上升推動與其連接的壓控振蕩器的頻率由低變高；

所述鎖相環(huán)單元實時比較所述壓控振蕩器的輸出頻率是否達(dá)到其配置數(shù)據(jù)的范圍：

在所述輸出頻率達(dá)到所述配置數(shù)據(jù)的范圍時，所述鎖相環(huán)單元送出鎖定指示；

根據(jù)所述鎖定指示斷開所述直流電源，并連通充電泵繼續(xù)為所述環(huán)路濾波器充電，直至所述鎖相環(huán)鎖定。

優(yōu)選地，上述基于鎖相環(huán)頻率快速鎖定的頻率合成方法中，在對所述環(huán)路濾波器進(jìn)行充電之前，還包括：對所述環(huán)路濾波器進(jìn)行放電以降低所述壓控振蕩器的輸出頻率。

優(yōu)選地，上述基于鎖相環(huán)頻率快速鎖定的頻率合成方法中，根據(jù)所述鎖定指示斷開所述直流電源為：控制單元接收鎖相環(huán)單元發(fā)送的鎖定指示，并發(fā)送控制信號至所述直流電源，使其停止為所述環(huán)路濾波器充電。