[發明專利]一種快速自動頻率校準裝置及方法

在審

• 申請號: 202010534955.0
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN113810046A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 胡昂
• 申請（專利權）人: 連云港坤芯微電子科技有限公司
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099;H03L7/14;H03L7/087
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種快速自動頻率校準裝置及方法，采用整數周期計算單元和小數周期計算單元分別對參考頻率信號周期內VCO頻率信號的整數周期個數和小數周期個數進行計數，其中通過反相延遲采樣電路對VCO頻率信號進行多次反相延遲處理，參考頻率信號對反相延遲信號進行采樣，基于采樣信號計算參考頻率信號與其后面鄰近的VCO頻率信號上升沿之間的差值，并基于所述差值確定參考頻率信號周期內VCO頻率信號的小數周期個數；整數周期個數和小數周期個數相加，能夠快速且準確地獲取參考頻率信號周期內VCO頻率信號的完整周期個數，進一步生成控制邏輯字控制校準壓控振蕩器的輸出頻率。有效地降低了校準時間，能夠滿足高性能快速頻率校準系統的應用要求。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，尤其涉及一種快速自動頻率校準裝置及方法。

背景技術

頻率合成器(FS，Frequency Synthesizer)是現代無線收發器中一個非常重要的模塊，如圖1A所示為FS的基本結構示意圖，包括鎖相環(PLL，Phase Locked Loop)結構1、電容陣列2和頻率校準模塊3，PLL結構1主要由鑒頻鑒相器PFD(Phase Frequency Detector)11、電荷泵CP(Charge Pump)12、環路濾波器LPF(Low Pass Filter)13、分頻器(Divider)14和壓控振蕩器VCO(Voltage Controlled Oscillator)15組成。

為了保證電源電壓溫度(PVT，Power Voltage Temperature)變化時具有較強的魯棒性，通常要求FS輸出較寬的頻率范圍，這就意味著片上VCO需具有較寬的調諧范圍。而VCO的寬帶調諧范圍一般是通過固定電感調整電容陣列2得到，比如采用2進制權重形式的電容陣列，通過調整接入的電容大小獲得寬帶調諧范圍。這樣，VCO的調諧特性曲線就會有多條子帶。

在快速跳頻通信系統中，如軍事雷達，FS切換頻率時，需要快速的找到合適的子帶以滿足通信系統的鎖定時間要求。同時，VCO子帶之間一般會有一定比例的交疊，而由于VCO調諧增益及CP輸出電壓的非線性，當FS鎖定在VCO子帶二端時相位噪聲一般較差，因此最好是將FS鎖定在子帶中間位置。為了快速準確的選擇合適的子帶，就需要用到自動頻率校準(AFC，Automatic Frequency Calibration)電路。現有的頻率校準方案一般可以分為兩種，一種是基于控制電壓的閉環校準方案，另一種是基于計數形式的開環校準方案。

基于控制電壓的閉環校準方案，采用如圖1B所示的電路結構，通過設置VCO的控制字，在閉環狀態下判斷VCO控制電壓是否落入設定的范圍來確定所設置的VCO控制字是否合適。該方案由于工作在閉環模式下，因此每次環路鎖定需要較長時間，這個時間根據環路帶寬而定，通常是幾十us甚至上百us，如果VCO子帶很多，那么整個AFC的校準時間將會很長，可能達到ms級別，這在快速跳頻系統中是不可接受的。

基于計數形式的開環校準方案，采用如圖1C所示的電路結構，在一個固定的時間窗口中對參考頻率信號F_REF和VCO的輸出頻率信號F_VCO同時進行計數，根據計數的結果來判斷當前VCO的輸出頻率，從而對VCO輸出頻帶進行調整。該方案在進行計數時是基于開環結構，因此穩定時間較快。現在FS中一般都采用這種方法。但是由于計數器只能計算整數個周期，而VCO頻帶間有時候頻率間隔很小，所對應的整數分頻比相差可能小于1，因此為了正確區分子帶，只能通過增加計數窗口的時間來保證準確性，需要在一個較長時間內進行計數，這樣就增加了AFC的校準時間，在快速跳頻系統中也是難以接受的。

發明內容

本發明針對現有技術中自動頻率校準方案校準時間長(幾十上百微秒)，無法滿足高性能快速校準系統的應用要求的技術問題，提供了一種新的技術來提高頻率校準速度，降低校準時間。

一方面，本發明提供了一種快速自動頻率校準裝置，包括：