專利名稱：頻率合成器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子電路設計領域，特別涉及頻率合成器的溫度頻率漂移的補 償技術。 技術背景為了確保所有的電子器件都能正常或同步工作，在電子電路設計中提供精確的時鐘信號是非常重要的。通常，所述時鐘信號是由晶體振蕩器(crystal oscillator )產(chǎn)生的，其中所述晶體振蕩器是利用壓電材料的振蕩晶體的機械諧 振來產(chǎn)生一定頻率電信號的電子電路。這個頻率通?？梢杂糜谟嫊r(比如石英 手表中)，也可以用于為數(shù)字集成電路提供時鐘信號，還可以用于穩(wěn)定無線發(fā)射 器/接收器的頻率。導致時鐘信號不同于設計的一個原因在于溫度，它可能影響 壓電材料和晶體振蕩器的運作。隨著溫度的變化，晶體振蕩器輸出的頻率會也 會隨之變化。事實上，電子設備比如便攜式電腦、手機和電子儀表可能被用于 各種溫度變化的環(huán)境中，因此保證這些電子設備在各種溫度環(huán)境下都能正常無 誤的工作是非常重要的。許多現(xiàn)代通信設備比如GPS和GSM系統(tǒng)需要高精度、穩(wěn)定的頻率來增加 其內無線電收發(fā)器的靈敏度以及來降低采集時間。在頻率合成器(frequencysynthesizer)中，將晶體振蕩器的輸出頻率乘以己知系數(shù)就可以獲得期望信道 頻率。通常，晶體振蕩器的輸出頻率的范圍是數(shù)兆赫茲，而信道頻率的范圍是 千兆赫茲。然而，晶體振蕩器的輸出頻頻隨著壽命和溫度的變化會發(fā)生漂移， 并且晶體振蕩器也沒有提供抑制晶體頻率隨周圍溫度發(fā)生變化的機制。由于苛 刻的需求，在沒有來自基站的頻率調諧支持的蜂窩系統(tǒng)中使用低成本獨立晶體 振蕩器是不可能的。無線通訊設備或移動電話的頻率源包括有數(shù)控晶體振蕩器(digitally controlled crystal oscillator ) 或溫度補償晶體振蕩器 (temperature-compensated crystal osc'illator )b然而，數(shù)控晶體振蕩器電路 需要在晶體振蕩器中引入電容陣列來進行頻率校正。這樣，使用數(shù)控晶體振蕩 器就變得非常昂貴，尤其對于深亞微米COMS工藝的數(shù)控晶體振蕩器。此外， 通過對數(shù)控晶體振蕩器中的大量電容的切換來調整晶體振蕩器的輸出頻率很可 能會導致頻率跳變效應(frequency beating effects ),從而難以滿足輸出頻率 穩(wěn)定性的要求。在現(xiàn)有的溫度補償晶體振蕩器(temperature-compensated crystal oscillator)中，自動調溫器生成校正電壓以保證振蕩器頻率恒定。這樣的壓控 溫度補償晶體振蕩器具有一根據(jù)溫度成比例產(chǎn)生線性電壓的溫度傳感器。將三 級線性函數(shù)電壓發(fā)生器和溫度傳感器的輸出提供給壓控晶體振蕩器，所述壓控 晶體振蕩器進而可以根據(jù)所使用晶體的溫度頻率特性來進行溫度補償。然而，這樣的壓控溫度補償晶體振蕩器首先需要一高品質晶體來滿足所述 三級線性補償需要，這樣的高品質晶體非常昂貴，尤其是小尺寸的晶體。由于 限制了晶體振蕩器的最大輸出頻率，因此也很難保證高頻穩(wěn)定性和精確性。此 外，由于很難精確生成微伏級模擬電壓，所述壓控溫度補償晶體振蕩器很難控制小頻率的改變(比如，小于1.0赫茲>>因此，亟待提出一種低成本、低噪聲、高精度的解決方案來生成具有寬頻 范圍且經(jīng)過溫度補償?shù)念l率。 發(fā)明內容有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供低成本、高精度的頻率合成器，其可以 對其輸出頻率進行溫度補償。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種頻率合成器，其包括以來自晶體振 蕩器的參考頻率為基礎運行的鎖頻環(huán)、頻率校正單元和插值邏輯單元。所述頻 率校正單元以第一參數(shù)和第二參數(shù)為基礎生成數(shù)字頻率校正控制字，所述第一 參數(shù)是自動頻率校正字和固定頻率控制字的結合。所述插值邏輯單元用于生成 表示溫度變化補償?shù)牡诙?shù)。其中當?shù)谝粎?shù)為常數(shù)時所述鎖頻環(huán)生成固定 的時鐘信號或當?shù)谝粎?shù)為表示調制信號的頻率改變的二進制序列時所述鎖頻 環(huán)生成頻率調制信號。進一步的，A^表示所述時鐘信號，/"表示參考頻率，F(xiàn)C『-"ew表示所 述數(shù)字頻率校正控制字，則有下式其中K表示比例系數(shù)K。更進一步的，通過調整比例系數(shù)K使輸出時鐘信號達到期望頻率。 再進一步的，所述數(shù)字頻率校正控制字對參考頻率的頻率漂移進行補償以 至于所述輸出時鐘信號不受溫度變化影響而保持穩(wěn)定。再進一步的，所述固定頻率控制字是由外部提供，其是表示輸出時鐘信號 期望頻率的二進制序列。仍進一步的，根據(jù)精確的頻率源確定所述自動頻率校正字。 再進一步的，所述精確的頻率源是無線基站發(fā)射的計鐘信息。 進一步的，其進一步包括數(shù)字溫度傳感器，用于感應包括所述頻率合成 器所在集成電路的溫度在內的周圍溫度；解碼邏輯單元，與數(shù)字溫度傳感器相 連接，接收并解碼來自數(shù)字溫度傳感器的數(shù)字溫度測量值；查找表，用于存儲 頻率校正信號和溫度的對應關系，并驅動插值邏輯單元調整第二參數(shù)。進一步的，所述鎖頻環(huán)包括數(shù)字相位累加器，從所述頻率校正單元接收 數(shù)字頻率校正控制字，其中所述時鐘信號或頻率調制信號的頻率精度是由數(shù)字 相位累加器的字長和參考頻率決定；數(shù)字頻率比較器，比較數(shù)字相位累加器的 輸出和包括分頻器與頻率數(shù)字轉換器的反饋回路的輸出；數(shù)字回路濾波器，與 數(shù)字頻率比較器相連接，用于對數(shù)字頻率比較器輸出的誤差信號進行濾波，其 中所述數(shù)字回路濾波器提供環(huán)路帶寬和鎖定調節(jié)時間的控制；數(shù)字模擬轉換器，與數(shù)字回路濾波器相連接，接收數(shù)字回路濾波器的輸出以生成模擬信號；低通 濾波器，用于對所述模擬信號進行濾波，所述模擬信號進一步控制了壓控振蕩 器的輸入電壓，其中在壓控振蕩器的輸出鎖定于期望頻率時所述鎖頻環(huán)進入鎖 定狀態(tài)。更進一步的，所述鎖頻環(huán)進一步包括直接頻率數(shù)字轉換器，用于利用參 考頻率將壓控振蕩器的輸出信號直接轉換成數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流。更進一步的，所述鎖頻環(huán)進一步包括直接頻率數(shù)字轉換器，用于利用壓 控振蕩器的輸出信號對參考頻率進行采樣從而直接將壓控振蕩器的輸出信號轉 換為數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流。再進一步的，所述鎖頻環(huán)進一步包括用于對壓控振蕩器的輸出進行分頻 以獲得所述時鐘信號的分頻器。進一步的，所述鎖頻環(huán)包括數(shù)字相位累加器，從所述頻率校正單元接收 數(shù)字頻率校正控制字并生成參考頻率數(shù)據(jù)流，其中所述時鐘信號或頻率調制信 號的頻率精度是由數(shù)字相位累加器的字長和參考頻率決定；數(shù)字頻率比較器， 比較數(shù)字相位累加器的輸出和包括分頻器與頻率數(shù)字轉換器的反饋回路的輸 出；數(shù)字回路濾波器，與數(shù)字頻率比較器相連接，用于對數(shù)字頻率比較器輸出 的誤差信號進行濾波，其中所述數(shù)字回路濾波器提供環(huán)路帶寬和鎖定調節(jié)時間 的控制；數(shù)控振蕩器增益控制電路，以數(shù)字回路濾波器的輸出為基礎生成用于 控制數(shù)控振蕩器的加權開關二進制電容陣列的數(shù)字控制信號，其中所述數(shù)控振蕩器增益控制單元用于消除工藝、電壓和溫度對相位和頻率的影響；和數(shù)字控 制振蕩器，生成無線頻率信號，所述無線頻率信號被轉換為中頻信號，頻率數(shù) 字轉換器進一步將所述中頻信號轉換成數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流，其中在數(shù)字頻率數(shù)據(jù) 流鎖定于參考頻率數(shù)據(jù)流時所述鎖頻環(huán)進入鎖定狀態(tài)。再進一步的，加權開關二進制電容陣列根據(jù)數(shù)字控制信號的控制可切換至 高電容模式或低電容模式。更進一步的，通過改變使用delta-sigma調制的數(shù)字控制信號的位數(shù)可獲 得輸出時鐘信號或頻率調制信號的高分辨率。這樣與現(xiàn)有技術相比，在本發(fā)明提出的技術方案中，通過對頻率校正控制 信號的控制，實現(xiàn)對參考時鐘的頻率漂移的溫度補償。


圖1是本發(fā)明中的溫度補償頻率合成器的功能方框圖，其中所述溫度補償 頻率合成器包括數(shù)控鎖頻環(huán)(Digitally-Controlled Frequency-Looked Loop )和 晶體振蕩器；圖2是晶體振蕩器的未補償溫度頻率特性曲線圖；圖3是與晶體振蕩器的未補償溫度頻率特性對應的點對點校正溫度補償曲 線圖；圖4是本發(fā)明中的鎖頻環(huán)的功能方框圖，其中所述鎖頻環(huán)在參考頻率厶的 基礎上使用數(shù)字頻率控制字FCW( digital frequency control word )設置期望輸出頻率<formula>formula see original document page 12</formula>;圖5是本發(fā)明中的鎖頻環(huán)的另一架構的功能方框圖，其中所述鎖頻環(huán)包括直接頻率/數(shù)字轉換器(frequency-to-digital converter);圖6是本發(fā)明中的鎖頻環(huán)的功能方框圖，其中所述鎖頻環(huán)利用數(shù)控振蕩器 (digitally controlled oscillator )來替f5壓控振蕩器(voltage controlled oscillator);圖7是使用鎖頻環(huán)和壓控振蕩器的雙點調制架構的方框圖；圖8是使用鎖頻環(huán)和數(shù)控振蕩器的雙點調制架構的方框圖。
具體實施方式
下面結合說明書附圖來說明本發(fā)明的具體實施方式
。圖1示出了本發(fā)明中的提供溫度補償輸出頻率/。 ,的溫度補償頻率合成器 100。振蕩電路101借助晶體振蕩器117生成參考頻率信號厶。所述參考頻率 信號A用作鎖頻環(huán)107 ( Frequency-Looked Loop ,簡稱FLL )的參考時鐘。 所述鎖頻環(huán)107通過利用頻率校正控制信號FCW—new (frequency corrected control signal )生成期望輸出頻率/。m。本發(fā)明的優(yōu)點、目的或特點之一就是 通過頻率校正控制信號FCW一new對參考時鐘^的頻率漂移進行補償。在一個 實施例中，頻率校正控制信號FCW_new由頻率校正單元109生成，可得其中K表示比例系數(shù)。根據(jù)比例系數(shù)K ，可以得到期望的輸出頻率信號。 頻率校正單元109用于生成頻率校正控制數(shù)據(jù)，其通常用二進制序列表示(比如32位)，其也可以被稱為頻率校正控制字FCW—new。通過利用來自插 值邏輯單元115的頻率校正值FCWtmp來補償自動頻率控制字FCWAFC(automatic frequency control data or word )得到頻率校正控制字FCW—new。 其中<formula>formula see original document page 13</formula>
所述自動頻率控制字FCWafc包括固定頻率控制字FCW( fixed frequencycontrol signal or word )和自動頻率校正字AFC ( automatic frequencycorrection word》在一個實施例中，固定頻率控制字FCW可以在一定范圍內變化，這樣固定頻率控制字FCW也可以被用作頻率調制信號以生成調制輸出頻率/。^。在這里，字(word )并不一定意味著8位，它意味著用二進制序列(比如8位、16位或32位)來表現(xiàn)數(shù)據(jù)。所述自動頻率控制字FCWafc可以表達為下式。<formula>formula see original document page 13</formula>比如，需要生成890MHz ~ 910MHz頻率范圍的頻率調制(Frequency Modulated )ft號，固定頻率控制字FCW可以表示所述頻率范圍的二進制序列。 隨著固定頻率控制字FCW的改變，自動頻率控制字FCWafc也會隨之改変。 同樣，自動頻率校正字AFC也可以用作表示所述頻率范圍的二進制序列。這樣， 圖1所示的所述溫度補償頻率合成器100可以被看作具有溫度補償頻率的頻率 調制生成器。自動頻率校正字AFC可由外部提供。在一個實施例中，自動頻率校正字AFC可根據(jù)無線基站或其他精確頻率源發(fā)出的時鐘信息的確定。通過改變自動頻率校正字AFC的值就可以對所述參考時鐘厶的頻率漂移進行補償。這樣，所述參考時鐘厶可以采用低成本的簡單晶體通過AFC控制數(shù)值進行精確的溫度頻率補償，而不需要在晶體振蕩器電路中進行復雜，高成本的直接頻率補償。在頻率調制時，作為頻率調制信號的自動頻率校正字AFC可以用作頻率合成器100的輸入，而所述固定頻率控制字FCW用作設置所述信道的頻率。在 "3GPP TS 05.10 V8.12.0(2003-08)， Digital Cellular Telecommunications System (Phase 2+); Radio Subsystem Synchronization (Release 1999)"描述的GSM和WCDMA標準，需要移動設備(比如手機)的發(fā)射信號與從基站接受的信號相比具有大于0.1 ppm載波頻率精確度。這個精度遠遠超出最好的晶體振蕩器在沒有頻率反憤校正時所能獲得的精度。這個頻率反饋校正環(huán)在GSM標準中通常是指自動頻率控制。所述自動頻率控制信號是一個數(shù)字信號。現(xiàn)有自動頻率控制環(huán)實現(xiàn)通常會通過AFC數(shù)模轉換器將自動頻率控制信號轉換成模擬信號。之后，用這個模擬信號來控制片外壓控晶體振蕩器(voltage-controlled crystal oscillator, VCXO)或壓控溫度補償振蕩器 (voltage-controlled temperature compensated crystal oscillator, VCTCXO)的 頻率。與本發(fā)明相比，這種傳統(tǒng)實現(xiàn)方案需要采用附加的數(shù)模轉換電路和獨立的高質量的模擬壓控振蕩器來達到高精度的頻率補償效果。數(shù)字溫度傳感器103用于感應晶體振蕩器117周圍的溫度并給解碼邏輯單 元105提供數(shù)字溫度值。在一個實施例中，所述數(shù)字溫度值應該具有足夠的精度禾豕蓋所述溫度補償頻率合成器100的需求溫度范圍和補償?shù)念l率精度。^Jf述解碼邏輯單元105對數(shù)字溫度進行解碼并給頻率校正查找表111和插 值邏輯單元115提供解碼信號。所述查找表111提供適當?shù)念l率校正信號給所 述插值邏輯單元115。換句話說，所述查找表111驅動所述插值邏輯單元115根據(jù)解碼的數(shù)字溫度值來調整頻率校正信號FCWtmp。圖2示出了普通AT切割石英晶體振蕩器的未補償溫度頻率特性曲線圖， 其中所述普通AT切割石英晶體在-50。C至125°C溫度范圍內具有大約 士10ppm的頻率穩(wěn)定性。圖3示出了與未補償溫度頻率特性對應的點對點校正 溫度補償曲線。如圖3所示，補償后的輸出的頻率漂移較未補償輸出的頻率漂 移大大降低。在圖3中示出了頻率溫度補償點。解碼數(shù)字溫度值與其對應的頻率校正字 FCWtmp存儲與査找表111中。在生產(chǎn)或測試過程中通過比較輸出頻率/。w和期 望頻率精確測定每個溫度點上的頻率校正字FCWtmp。使用輸入信號DATA將 頻率校正字FCWtmp編入查找表內。在兩個補償點之間的頻率校正值，比如圖3 中的補償點A和B之間的溫度頻率校正點，可以由線性插值邏輯單元115估算 出來。存儲于查找表的補償點越多，插值獲得的頻率校正字越精確。然而，查 找表的硬件開銷也會隨著查找表中補償點數(shù)目的增加而增加。在一個實施例中， 可以在滿足工作溫度范圍內輸出頻率穩(wěn)定的情況下使查找表的尺寸最小。圖4示出了本發(fā)明一個實施例中的鎖頻環(huán)107的方框圖。所述鎖頻環(huán)107可以用于圖1中并根據(jù)頻率控制字FCW定義的期望輸出頻率來鎖定頻率。所 述鎖頻環(huán)107包括相位累加器120、數(shù)字頻率比較器121 、數(shù)字環(huán)路濾波器123、 數(shù)字模擬轉換器125、低通濾波器127、壓控振蕩器129及包括分頻器133及 頻率數(shù)字轉換器131的反饋回路。與傳統(tǒng)工作在相域的鎖相環(huán)不同，所述鎖頻環(huán)107工作在頻域。所述鎖頻 環(huán)107的主要優(yōu)點在于所述頻率比較器121具有高線性度并且可以設計為全數(shù) 字邏輯電路。對于傳統(tǒng)鎖相環(huán)來說，所述相位信號是周期為2tt的周期性信號， 所述相位檢測器(或比較器)將會引入噪聲和相位突波。所述傳統(tǒng)的鎖相環(huán)通 常用模擬電路來實現(xiàn)，這樣使它的設計成本增加而且難以實現(xiàn)和數(shù)字電路的自 由集成。此外，所述模擬鎖相環(huán)還對工藝、電壓和環(huán)境的變化很敏感。對于鎖頻環(huán)來說，通過設定FCW值可以產(chǎn)生任何期望的輸出頻率，其中 所述FCW值可以是前文提到的頻率校正控制信號FCW—new。頻率的精度由 相位累加器的FCW的字長和參考頻率厶決定。舉例來說，參考頻率^為 50MHz , FCW的字長為32位，那么頻率的精度可達到50MHz/232= 0.01Hz。通過使用數(shù)字環(huán)路濾波器123和高線性度的數(shù)字頻率比較器121 ,鎖頻環(huán) 可以獲得低噪聲和高精度信號。然而，輸出頻率/。w會隨著參考頻率/,的改變 而改變，輸出頻率/。^的頻率漂移補償方案可以參照上文描述。用在反饋路徑中的分頻器133可以將壓控振蕩器129生成的頻率信號 分頻至中頻信號/,f ,其中/^=/^。/*—" ， &》—"是分頻器133的分頻因子。所述頻率數(shù)字轉換器131提供表示其輸入信號/,f的頻率值的數(shù)字頻率數(shù) 據(jù)流Pvco。所述頻率數(shù)字轉換器131的作用在于利用參考頻率/,對輸入信號 /,F的時鐘周期(比如上升沿或下降沿)進行計數(shù)。預定時鐘數(shù)被標準化為數(shù)字 頻率數(shù)據(jù)流Pvco ，所述數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流Pvco將會作為數(shù)字頻率比較器121的 一個輸入。所述相位累加器120以參考頻率厶為基礎生成表示輸入頻率控制字FCW 設定頻率值的參考頻率數(shù)據(jù)流Posc。當環(huán)路鎖定后，數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流Pvco應 當與參考頻率數(shù)據(jù)流Posc相同。所述數(shù)字頻率比較器121通過比較數(shù)字頻率 數(shù)據(jù)流Pvco和參考頻率數(shù)據(jù)流Posc產(chǎn)生一個誤差信號。隨后，所述數(shù)字環(huán)路 濾波器123對所述誤差信號進行數(shù)字濾波。所述數(shù)字環(huán)路濾波器123提供環(huán)路 帶寬和鎖定調節(jié)時間的控制。通過使用所述數(shù)字環(huán)路濾波器123 ，可以根據(jù)鎖 頻環(huán)的需要(比如相位噪聲和調節(jié)時間)有效控制環(huán)路帶寬和鎖定調節(jié)時間。所述數(shù)字環(huán)路濾波器123的輸出被輸入至數(shù)字模擬轉換器125以生成一個 模擬信號。所述數(shù)字模擬轉換器125的模擬輸出信號在經(jīng)過所述低通濾波器 127的進一步的低通濾波后用于控制壓控振蕩器129的輸入電壓。當環(huán)路鎖定 后，壓控振蕩器129的輸出被鎖定于頻率控制字FCW設定的期望頻率。圖5示出了本發(fā)明另一種架構的鎖頻環(huán)500的方框圖。直接頻率數(shù)字轉換 器531用于直接將壓控振蕩器VC0529的輸出信號轉換為數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流 Pvco。對于所述直接頻率數(shù)字轉換器531來說，所述頻率采樣是通過高頻輸出信號(比如VCO輸出Pvco )采樣已知低頻參考頻率厶實現(xiàn)。本架構的優(yōu)點之 一在于由于用高頻的VCO輸出Pvco來對低頻參考頻率A進行采樣，從而提高 了頻率數(shù)字轉換器531的精度。通常頻率數(shù)字轉換器的精度是與使用采樣頻率 成比例的。采樣頻率越高，結果越精確，噪聲越低。此外，這種架構簡化了反 饋路徑中的分頻器的設計并降低了硬件成本和相關功耗。對于不同的輸出頻率， 分頻器533可以被用于分頻壓控振蕩器的輸出A:。以得到需要輸出頻率。圖6本發(fā)明中的鎖頻環(huán)600的功能方框圖，其中所述鎖頻環(huán)600利用數(shù)控 振蕩器(digitally controlled oscillator)來替代壓控振蕩器(voltage controlled oscillator 所述數(shù)控振蕩器是通過使用數(shù)控電容陣列來替代傳統(tǒng)壓控振蕩器中 的壓控可變電容器而設計完成。加權開關二進制電容(比如可變電容器)陣列 可以通過二進級數(shù)字控制信號切換至高電容模式或低電容模式。通過使用 delta-sigma調制的數(shù)控位就可以獲得高分辨率的電容值。如圖6所示，相位累加器601 、數(shù)字頻率比較器603、數(shù)字環(huán)路濾波器605、 反饋路徑中的分頻器611及頻率數(shù)字轉換器613與圖4中的相應模塊具有相同 的功能。所述相位累加器601以參考頻率厶為基礎生成表示輸入頻率控制字 FCW設定頻率值的參考頻率數(shù)據(jù)流Posc。所述頻率數(shù)字轉換器613提供表示 其輸入信號A的頻率值的數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流Pvco。所述數(shù)字頻率比較器603通 過比較數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流Pvco和參考頻率數(shù)據(jù)流Posc產(chǎn)生一個誤差信號。隨后， 所述數(shù)字環(huán)路濾波器605對所述誤差信號進行數(shù)字濾波。所述數(shù)字環(huán)路濾波器605的輸出連接至數(shù)控振蕩器坩益控制單元607的輸 入，數(shù)控振蕩器增益控制單元607可以生成用于控制數(shù)控振蕩器的加權開關二 進制電容陣列的數(shù)字控制信號。所述數(shù)控振蕩器增益控制單元607用于歸一化 數(shù)控振蕩器增益并消除來自工藝、電壓和溫度的對數(shù)控振蕩器相位和頻率的影 響。用在反憤路徑中的分頻器611可以將數(shù)控振蕩器609生成的頻率信號/^。 分頻至中頻信號/,,。所述頻率數(shù)字轉換器613進一步將所述中頻信號/,,轉換 為數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流Pvco。當環(huán)路鎖定后，通過使用數(shù)字頻率比較器603 ,數(shù)字 頻率數(shù)據(jù)流Pvco被鎖定至參考頻率數(shù)據(jù)流Posc。這樣，數(shù)控振蕩器609的輸 出被鎖定于頻率控制字FCW設定的期望頻率。如圖6所示，通過利用數(shù)控振蕩器來替代壓控振蕩器從而可以去除圖4中 的數(shù)字模擬轉換器和低通濾波器，這樣整個鎖頻環(huán)600可以通過全數(shù)字邏輯方 式實現(xiàn)。這樣，頻率信號將不容易受到噪聲和其他環(huán)境的影響。這種架構尤其 適合低壓、深亞微米COMS工藝，因為傳統(tǒng)模擬振蕩器的的線性范圍由于低 電壓而變得很小，并且具有較高增益，這使模擬壓控振蕩器極易受到噪聲和工 作點漂移的影響，但是，采用數(shù)字壓控振蕩器就將不容易受到低電壓和其他環(huán) 境的因素的影響。圖7是使用鎖頻環(huán)和壓控振蕩器的雙點調制架構的方框圖。所述頻率調制 信號FM是符合鎖頻環(huán)輸入的頻率校正字FCW頻率格式表示的調制信號相位 差。所述調制數(shù)據(jù)FW被注入鎖頻環(huán)的兩點用于直接頻率調制。在一個注入點，利用加法器723將所述調制數(shù)據(jù)FW與FCW和AFC數(shù)字字加在一起。之后， 將這個合成調制數(shù)據(jù)FCW"轉換為表示輸入頻率控制字FCW"設定頻率值的參 考頻率數(shù)據(jù)流Posc。在另一個注入點，首先利用數(shù)模轉換器721將所述調制信號轉換成模擬信 號，之后利用加法器717將所述模擬信號加入壓控振蕩器709的輸入控制信號 中。這種注入調制信號將直接調制壓控振蕩器的輸出并導致頻率數(shù)字轉換器 713產(chǎn)生的頻率數(shù)據(jù)流Pvco的變化。由FM調制信號的注入引起的頻率數(shù)據(jù)流 Pvco和參考頻率數(shù)據(jù)流Pose的變化將會在數(shù)字頻率比較器701的輸出上相互 抵消。這樣，在通過頻率校正字FCW鎖定信道頻率及利用自動頻率校正字AFC 來補償頻率漯移時，所述環(huán)路濾波器703可以工作在很窄帶寬上以降低輸出的 雜散頻率和噪聲。由于在所述鎖頻環(huán)追蹤載波頻率時不需寬帶調制信號經(jīng)過環(huán) 路低通濾波器，所以該鎖頻環(huán)可以工作在窄環(huán)路帶寬條件下，以降低輸出的雜 散頻率。在開環(huán)狀態(tài)時，利用自適應增益控制單元直接將所述寬帶頻率調制信 號用于調制VCO。這樣，可以同時獲得對寬帶信號的調制和低輸出噪聲的頻率 合成和調制的要求。為了補償壓控振蕩器709由于工藝、電壓和溫度漂移的非線性對調制信號 的影響，自適應增益控制單元719用來將數(shù)字頻率比較器701生成的頻率誤差 作為輸入，根據(jù)接收到的頻率誤差按比例縮放調制信號FM以自適應改變壓控 振蕩器的增益，達到對壓控振蕩器調制線性化的要求。圖8是使用鎖頻環(huán)和數(shù)控振蕩器的雙點調制架構的方框圖，它使用了以數(shù) 控振蕩器為基礎的鎖頻環(huán)830。所述頻率調制信號FM被注入鎖頻環(huán)的兩點， 其中一個是加法器823點，它導致參考頻率數(shù)據(jù)流Pose的改變，另一個是加 法器807點，它導致頻率數(shù)據(jù)流Pvco的改變。頻率數(shù)據(jù)流Pvco和參考頻率 數(shù)據(jù)流Pose的變化將會在數(shù)字頻率比較器801的輸出上相互抵消。為了補償數(shù)控振蕩器增益由于工藝、電壓和溫度漂移的影響，在調制信號 FM注入數(shù)控振蕩器809的輸入前，自適應增益控制單元819會根據(jù)數(shù)字頻率 比較器801產(chǎn)生的頻率誤差信號的大小對調制信號FM進行增益修正，以使比 較器801產(chǎn)生的頻率誤差信號值最小。圖8所示的鎖頻環(huán)可以實現(xiàn)全數(shù)字電路 的寬帶頻率調制。本發(fā)明除上述方式實現(xiàn)對頻率的合成和調制外也可以采用其他不同的方式 實現(xiàn)。在一個實施例中，本發(fā)明可用于實現(xiàn)一個集成電路或系統(tǒng)集成芯片的穩(wěn) 定的時鐘頻率合成。在另一個實施例中，本發(fā)明可用于調制信號頻率。在另外 一個實施例中，本發(fā)明可用于儀器儀表中通過手動控制合成各種不同頻率的信 號。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本發(fā)明的保 護范圍之內。
權利要求
1. 一種頻率合成器，其特征在于，其包括以來自晶體振蕩器的參考頻率為基礎運行的鎖頻環(huán)；頻率校正單元，以第一參數(shù)和第二參數(shù)為基礎生成數(shù)字頻率校正控制字，所述第一參數(shù)是自動頻率校正字和固定頻率控制字的結合；插值邏輯單元，用于生成表示溫度變化補償?shù)牡诙?shù)；其中，當?shù)谝粎?shù)為常數(shù)時所述鎖頻環(huán)生成定時時鐘信號或當?shù)谝粎?shù)為表示調制信號的頻率改變的二進制序列時所述鎖頻環(huán)生成頻率調制信號。
2、 如權利要求1所述的頻率合成器，其特征在于，/。^表示所述輸出時鐘 信號，/ 表示參考頻率，F(xiàn)C,-"ew表示所述數(shù)字頻率校正控制字，則有下式其中K表示比例系數(shù)K。
3、 如權利要求2所述的頻率合成器，其特征在于，通過調整比例系數(shù)K 使輸出時鐘信號達到期望頻率。
4、 如權利要求3所述的頻率合成器，其特征在于，所述數(shù)字頻率校正控 制字對參考頻率的頻率漂移進行補償以至于所述輸出時鐘信號不受溫度變化影 響而保持穩(wěn)定。
5、 如權利要求4所述的頻率合成器，其特征在于，所述固定頻率控制字是由外部提供，其是表示輸出時鐘信號期望頻率的二進制序列。
6、 如權利要求5所述的頻率合成器，其特征在于，根據(jù)精確的頻率源確 定所述自動頻率校正字。
7、 如權利要求6所述的頻率合成器，其特征在于，所述精確的頻率源是 無線基站發(fā)射的時鐘信息。
8、 如權利要求1所述的頻率合成器，其特征在于，其進一步包括 數(shù)字溫度傳感器，用于感應包括所述頻率合成器所在集成電路的溫度在內的周圍溫度；解碼邏輯單元，與數(shù)字溫度傳感器相連接，接收并解碼來自數(shù)字溫度傳感 器的數(shù)字溫度測量值；查找表，用于存儲頻率校正信號和溫度的對應關系，并驅動插值邏輯單元 調整第二參數(shù)。
9、 如權利要求1所述的頻率合成器，其特征在于，所述鎖頻環(huán)包括 數(shù)字相位累加器，從所述頻率校正單元接收數(shù)字頻率校正控制字，其中所述時鐘信號或頻率調制信號的頻率精度是由數(shù)字相位累加器的字長和參考頻率 決定；數(shù)字頻率比較器，比較數(shù)字相位累加器的輸出和包括分頻器與頻率數(shù)字轉 換器的反饋回路的輸出；數(shù)字回路濾波器，與數(shù)字頻率比較器相連接，用于對數(shù)字頻率比較器輸出的誤差信號進行濾波，其中所述數(shù)字回路濾波器提供環(huán)路帶寬和鎖定調節(jié)時間的控制；數(shù)字模擬轉換器，與數(shù)字回路濾波器相連接，接收數(shù)字回路濾波器的輸出 以生成模擬信號；低通濾波器，用于對所述模擬信號進行濾波，所述模擬信號進一步控制了 壓控振蕩器的輸入電壓，其中在壓控振蕩器的輸出鎖定于期望頻率時所述鎖頻 環(huán)進入鎖定狀態(tài)。
10、 如權利要求9所述的頻率合成器，其特征在于，所述鎖頻環(huán)進一步包括直接頻率數(shù)字轉換器，用于利用參考頻率將壓控振蕩器的輸出信號直接轉 換成數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流。
11、 如權利要求9所述的頻率合成器，其特征在于，所述鎖頻環(huán)進一步包括直接頻率數(shù)字轉換器，用于利用壓控振蕩器的輸出信號對參考頻率進行采 樣從而直接將壓控振蕩器的輸出信號轉換為數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流。
12、 如權利要求11所述的頻率合成器，其特征在于，所述鎖頻環(huán)進一步包括用于對壓控振蕩器的輸出進行分頻以獲得所述時鐘信號的分頻器。
13、 如權利要求8所述的頻率合成器，其特征在于，所述鎖頻環(huán)包括數(shù)字相位累加器，從所述頻率校正單元接收數(shù)字頻率校正控制字并生成參 考頻率數(shù)據(jù)流，其中所述時鐘信號或頻率調制信號的頻率精度是由數(shù)字相位累加器的字長和參考頻率決定；數(shù)字頻率比較器，比較數(shù)字相位累加器的輸出和包括分頻器與頻率數(shù)字轉 換器的反饋回路的輸出；數(shù)字回路濾波器，與數(shù)字頻率比較器相連接，用于對數(shù)字頻率比較器輸出 的誤差信號進行濾波，其中所述數(shù)字回路濾波器提供環(huán)路帶寬和鎖定調節(jié)時間 的控制；數(shù)控振蕩器增益控制電路，以數(shù)字回路濾波器的輸出為基礎生成用于控制 數(shù)控振蕩器的加權開關二進制電容陣列的數(shù)字控制信號，其中所述數(shù)控振蕩器 增益控制單元用于消除工藝、電壓和溫度對相位和頻率的影響；和數(shù)字控制振蕩器，生成無線頻率信號，所述無線頻率信號被轉換為中頻信 號，頻率數(shù)字轉換器進一步將所述中頻信號轉換成數(shù)字頻率數(shù)據(jù)流，其中在數(shù) 字頻率數(shù)據(jù)流鎖定于參考頻率數(shù)據(jù)流時所述鎖頻環(huán)進入鎖定狀態(tài)。
14、 如權利要求13所述的頻率合成器，其特征在于，加權開關二進制電 容陣列根據(jù)數(shù)字控制信號的控制可切換至高電容模式或低電容模式。
15、 如權利要求14所述的頻率合成器，其特征在于，通過改變使用 delta-sigma調制的數(shù)字控制信號的位數(shù)可獲得時鐘信號或頻率調制信號的高 分辨率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頻率合成器，其包括以來自晶體振蕩器的參考頻率為基礎運行的鎖頻環(huán)、頻率校正單元、插值邏輯單元。其中，所述頻率校正單元以第一參數(shù)和第二參數(shù)為基礎生成數(shù)字頻率校正控制字，所述第一參數(shù)是自動頻率校正字和固定頻率控制字的結合。所述插值邏輯單元用于生成表示溫度變化補償?shù)牡诙?shù)。其中，當?shù)谝粎?shù)為常數(shù)時所述鎖頻環(huán)生成固定的時鐘信號或當?shù)谝粎?shù)為表示調制信號的頻率改變的二進制序列時所述鎖頻環(huán)生成頻率調制信號。通過對頻率校正控制字的控制，可以實現(xiàn)對參考時鐘的頻率漂移的溫度補償。
文檔編號H03B5/00GK101272142SQ200810037670
公開日2008年9月24日 申請日期2008年5月20日 優(yōu)先權日2008年5月20日
發(fā)明者曹偉勛 申請人:曹秀娟