[發(fā)明專利]一種∑?△分?jǐn)?shù)頻率綜合器用自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410264289.8
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104038215B
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張長春;宋韋;鄭立博;郭宇鋒;劉蕾蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08;H03L7/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種∑-△(sigma-delta)分?jǐn)?shù)頻率綜合器用自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路，屬于集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

∑-△分?jǐn)?shù)頻率綜合器是無線收發(fā)機(jī)射頻前端芯片的關(guān)鍵模塊，可以為不同標(biāo)準(zhǔn)的無線收發(fā)機(jī)提供穩(wěn)定的、可編程的、低噪聲的本地振蕩時(shí)鐘，其性能決定或影響著整個(gè)無線收發(fā)系統(tǒng)的性能。由于其輸出時(shí)鐘具有頻譜純度高、工作頻率高，相位噪聲低、功耗低、易于在片集成等優(yōu)點(diǎn)，因此在學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界被廣泛應(yīng)用。

如圖1所示，為一個(gè)典型的∑-△分?jǐn)?shù)頻率綜合器的結(jié)構(gòu)框圖，主要包含以下幾個(gè)組成部分：鑒頻鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器(VCO，VoltageControlOscillator)、可編程分頻器、除2分頻器、∑-△小數(shù)調(diào)制器以及自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路(AFC，Automatic Frequency Calibration)。

下面簡要介紹電荷泵鎖相環(huán)頻率綜合器各主要模塊的作用：

1)鑒頻鑒相器

鑒頻鑒相器的一個(gè)輸入端為參考時(shí)鐘f_REF，另一個(gè)輸入端為對輸出時(shí)鐘f_OUT進(jìn)行分頻后而得到的反饋時(shí)鐘f_DIV，鑒頻鑒相器對參考時(shí)鐘和反饋時(shí)鐘進(jìn)行頻率、相位差值的比較，以輸出信號的脈寬反映出頻率和相位的比較結(jié)果，即產(chǎn)生脈沖控制信號UP、DOWN。

2)電荷泵

根據(jù)鑒頻鑒相器輸出的相位比較結(jié)果對電容進(jìn)行充電或放電，將脈沖控制信號UP、DOWN轉(zhuǎn)換成電流信號I_cp，以產(chǎn)生與參考時(shí)鐘和反饋時(shí)鐘的頻率差、相位差相對應(yīng)的電壓。3)環(huán)路濾波器

電荷泵產(chǎn)生的電流信號I_cp對環(huán)路濾波器中的電容充放電以產(chǎn)生壓控振蕩器的控制電壓V_ctrl。

4)壓控振蕩器

VCO用于產(chǎn)生頻率綜合器的輸出時(shí)鐘(f_OUT)。通常，VCO有數(shù)字控制端和模擬控制端。它的振蕩頻率由數(shù)字控制端以及模擬控制電壓V_ctrl控制。

5)可編程分頻器

用于將壓控振蕩器的輸出時(shí)鐘進(jìn)行N分頻，因鑒頻鑒相器的兩個(gè)輸入是參考信號和分頻器輸出的反饋信號，故鑒頻鑒相器的輸出通過低通濾波器濾波后調(diào)節(jié)壓控振蕩器的振蕩頻率，從而間接該表分頻器的輸出信號的頻率。

6)除2分頻器

鎖相環(huán)外的除2分頻器主要用于形成正交I/Q時(shí)鐘給后續(xù)電路如混頻器使用。

7)∑-△小數(shù)調(diào)制器

在整數(shù)分頻的基礎(chǔ)上，加入∑-△小數(shù)調(diào)制器，以一個(gè)固定的整數(shù)倍分頻為基礎(chǔ)進(jìn)行變化，一定周期內(nèi)可輸出小數(shù)分頻比，通過隨機(jī)化分頻比使雜散問題得到很好的控制。如圖3所示，∑-△小數(shù)調(diào)制器的reset端接result信號，時(shí)鐘端clk接反饋時(shí)鐘f_DIV，輸入端K通過SPI總線接收小數(shù)分頻值。

8)自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路

采用多頻帶的壓控振蕩器輸出頻率時(shí)，需要具體選擇輸出頻帶，即先進(jìn)行粗調(diào)過程然后再進(jìn)行細(xì)調(diào)節(jié)。自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路的作用就是選擇壓控振蕩器的最優(yōu)控制字，保證輸出頻率盡量落在所選頻帶的中心頻率附近。

現(xiàn)有的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路多為基于比較計(jì)數(shù)器方式的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路。如圖2所示，為一個(gè)典型的基于比較計(jì)數(shù)器方式的自動(dòng)頻率校準(zhǔn)電路的原理圖。兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值應(yīng)設(shè)置的足夠大以確保能夠區(qū)分出參考時(shí)鐘及反饋時(shí)鐘的個(gè)數(shù)。比較的結(jié)果產(chǎn)生UP、DN信號輸出給狀態(tài)機(jī)，使?fàn)顟B(tài)機(jī)跳變至相應(yīng)的頻帶。

計(jì)數(shù)值N_cnt由下列式確定：

f_VCO＝N.F·f_DIV(2)

f_REQ＝N.F·f_REF(3)