[發明專利]一種自動頻率調諧鎖相環及其自動頻率調諧方法

有效

• 申請號: 201310714310.5
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103746688B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 張娜娜;李永峰;李衛民;畢波;劉璐;文武;張佃偉;焦洋
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08;H03L7/085;H03L7/099
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

1.一種自動頻率調諧鎖相環，其特征在于，包括：鑒頻鑒相器（11）、電荷泵（12）、環路濾波器（13）、壓控振蕩器（14）、分頻器（15）以及自動頻率調諧電路（20），其中，

所述鑒頻鑒相器（11）的兩個輸出端均連接至所述電荷泵（12）的輸入端，所述電荷泵（12）的輸出端連接所述環路濾波器（13）的輸入端，所述環路濾波器（13）的輸出端通過第一開關（S1）選擇性地連接至所述壓控振蕩器（14）的輸入端，所述壓控振蕩器（14）的輸出端連接所述分頻器（15）的輸入端，所述分頻器（15）的輸出端連接所述鑒頻鑒相器（11）的一個輸入端，所述鑒頻鑒相器（11）的另一個輸入端連接外接晶體振蕩器，所述壓控振蕩器（14）進一步通過第二開關（S2）選擇性地連接一固定偏置電壓；

所述自動頻率調諧電路（20）包括再分頻電路（21）、鑒頻工作控制狀態機（23）、鑒頻電路（22）、以及譯碼電路（24），其中，

所述再分頻電路（21）根據寄存器的控制指令，對來自所述外接晶體振蕩器的參考頻率和經所述分頻器（15）分頻后的輸出頻率（F_div）進行降頻處理，并將處理后的第一輸出頻率（F_div1）發送給所述鑒頻電路（22），同時將第一參考頻率（F_ref1）發送給所述鑒頻工作控制狀態機（23）；

所述鑒頻工作控制狀態機（23）接收所述第一參考頻率（F_ref1），對其進行處理之后產生有限周期的第二參考頻率（F_ref2），以控制所述鑒頻電路（22）的N次鑒頻；根據所述第一參考頻率（F_ref1），在所述鑒頻電路（22）完成一次鑒頻之后對所述分頻器（15）進行一次復位，同時控制所述譯碼電路（24）中N個譯碼單元的工作順序，其中，N為正整數；

所述鑒頻電路（22）在一個參考頻率周期內，對經所述再分頻電路（21）處理后的第一輸出頻率（F_div1）和經所述鑒頻工作控制狀態機（23）處理后的第二參考頻率（F_ref2）進行比較，當所述第一輸出頻率的周期小于第二參考頻率的周期時，在所述第一輸出頻率的上升沿，所述鑒頻電路（22）的輸出信號（U1）變為高電平，由所述譯碼電路（24）降低所述壓控振蕩器（14）的工作頻段；當所述第一輸出頻率的周期大于第二參考頻率的周期時，所述鑒頻電路（22）的輸出（U1）保持低電平不變，由所述譯碼電路（24）提高所述壓控振蕩器（14）的工作頻段；以及

所述譯碼電路（24）根據所述鑒頻電路（22）和鑒頻工作控制狀態機（23）產生的信號對所述壓控振蕩器（14）的子頻帶作出選擇。

2.根據權利要求1所述的自動頻率調諧鎖相環，其特征在于，所述再分頻電路（21）包括一系列可編程的2分頻器，并且可以根據需要配置所述再分頻電路（21）的分頻比為2、4至2^M，其中，M為整數。

3.根據權利要求1所述的自動頻率調諧鎖相環，其特征在于，所述壓控振蕩器（14）是具有2^N個工作子頻段的壓控振蕩器，其中，N為正整數。

4.根據權利要求1所述的自動頻率調諧鎖相環，其特征在于，所述譯碼電路（24）包括四個譯碼單元，每個譯碼單元包括一個D觸發器和一個與非門，其中，在每個譯碼單元中，D觸發器的數據輸入端（D）接收所述鑒頻電路（22）的輸出信號（U1），時鐘輸入端(CK)和復位端（RN）分別接收所述鑒頻工作控制狀態機（23）的控制信號，負輸出端（QN）連接與非門的一個輸入端，正輸出端（Q）懸空；所述與非門的另一個輸入端連接所述D觸發器的時鐘輸入端(CK)，所述與非門的輸出端連接所述壓控振蕩器（14）。

5.根據權利要求1所述的自動頻率調諧鎖相環，其特征在于，所述鑒頻電路（22）由常用的D觸發器實現，其中，所述D觸發器的數據輸入端（D）連接固定的高電平，時鐘輸入端(CK)接收來自所述再分頻電路（21）的第一輸出頻率（F_div1），復位端（RN）接收來自所述鑒頻工作控制狀態機（23）的第二參考頻率（F_ref2），正輸出端（Q）輸出所述輸出信號（U1）給所述譯碼電路（24），負輸出端（QN）懸空。

6.一種自動頻率調諧鎖相環的自動頻率調諧方法，其特征在于，包括以下步驟：

粗調諧過程：

S1.給電路供電，由寄存器控制第一開關（S1）斷開，第二開關（S2）閉合，使壓控振蕩器（14）的控制電壓連到一個固定偏置電壓（V_ref）；

S2.由壓控振蕩器（14）輸出振蕩頻率（F_vco）給分頻器（15），所述分頻器（15）進行分頻之后，將分頻后的輸出頻率（F_div）傳送給再分頻電路（21）；

S3.由寄存器控制再分頻電路（21）對所述分頻器（15）的輸出頻率（F_div）以及來自外接晶體振蕩器的參考頻率（F_ref）進行降頻處理，并將處理之后的第一參考頻率（F_ref1）輸出給鑒頻工作控制狀態機（23），由所述鑒頻工作控制狀態機（23）進行處理之后產生有限周期的第二參考頻率（F_ref2），以控制鑒頻電路（22）的N次鑒頻，同時控制譯碼電路（24）中的N個譯碼單元的工作順序，并在所述鑒頻電路（22）完成一次鑒頻之后對所述分頻器（15）進行一次復位，其中，N為正整數；同時，所述再分頻電路（21）還將第一輸出頻率（F_div1）輸出給所述鑒頻電路（22）,由所述鑒頻電路（22）在一個參考頻率周期內對第二參考頻率（F_ref2）和第一輸出頻率（F_div1）進行比較，當第一輸出頻率的周期小于第二參考頻率的周期時，在第一輸出頻率的上升沿，所述鑒頻電路（22）的輸出（U1）變為高電平，由所述譯碼電路（24）降低所述壓控振蕩器（14）的工作頻段；當所述第一輸出頻率的周期大于第二參考頻率的周期時，所述鑒頻電路（22）的輸出（U1）保持低電平不變，由所述譯碼電路（24）提高所述壓控振蕩器（14）的工作頻段；

S4.所述譯碼電路（24）根據所述鑒頻電路（22）和鑒頻工作控制狀態機（23）產生的信號對所述壓控振蕩器（14）的子頻帶作出選擇，由此完成粗調諧過程；

細調諧過程：

S5.完成粗調諧過程之后，寄存器控制第一開關（S1）閉合，第二開關（S2）斷開，進入細調諧過程；

S6.由壓控振蕩器（14）繼續輸出振蕩頻率（F_vco）給分頻器（15），經所述分頻器（15）進行分頻之后，將分頻后的輸出頻率（F_div）輸出給鑒頻鑒相器（11），外接晶體振蕩器提供的參考頻率（F_ref）傳送給鑒頻鑒相器（11），由鑒頻鑒相器（11）對所述參考頻率（F_ref）和分頻后的輸出頻率（F_div）進行相位比較，當分頻后的輸出頻率（F_div）高于參考頻率（F_ref）時，鑒頻鑒相器（11）的輸出控制電荷泵（12）向環路濾波器（13）放電，此時環路濾波器連接壓控振蕩器（14）的控制電壓降低，壓控振蕩器（14）的頻率開始降低；當分頻后的輸出頻率（F_div）低于參考頻率（F_ref）時，鑒頻鑒相器（11）的輸出控制電荷泵（12）向環路濾波器充電（13），此時環路濾波器連接壓控振蕩器（14）的控制電壓升高，壓控振蕩器（14）的頻率開始升高；以及

S7.通過鑒頻鑒相器（11），電荷泵（12）和環路濾波器（13）不斷調整壓控振蕩器（14）的輸出振蕩頻率（F_VCO），直至分頻器（15）分頻后的輸出頻率（F_div）和外接晶體振蕩器提供的輸入參考頻率(F_ref)相等，并且相位完全重合，由此完成鎖相環的細調諧過程。