本發(fā)明涉及一種鎖頻環(huán)，特別是涉及一種數(shù)字化鎖頻環(huán)。

背景技術(shù)：

晶體振蕩器輸出的頻率都會隨著溫度的變化而發(fā)生漂移，這樣基于晶體振蕩器輸出的頻率而生成的各種頻率都會隨之發(fā)生漂移，而鎖頻環(huán)(FLL)又稱為自動頻率控制環(huán)，是一種典型的自動控制環(huán)路，實(shí)質(zhì)上就是動態(tài)運(yùn)用的自動頻率微調(diào)電路，利用反饋回路對輸入頻率變化進(jìn)行調(diào)整，最后達(dá)到對頻率的跟蹤。

現(xiàn)有技術(shù)中的鎖頻環(huán)主要采用模擬電路的方法來穩(wěn)定輸出的時鐘，如圖1所示，該電路中頻率/電壓產(chǎn)生電路采用電阻電容充放電的方法，然而該方法本身在溫度和工藝參數(shù)漂移的時候就會引入偏差，并不適合作為頻率調(diào)節(jié)的參考電路；同時采用的模擬比較電路自身所產(chǎn)生的噪聲也會被引入到振蕩回路中，而且最重要的是模擬電路對于深亞微米工藝，其成本變得非常昂貴。

鑒于此，有必要設(shè)計(jì)一種新的數(shù)字化鎖頻環(huán)用以解決上述技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字化鎖頻環(huán)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的模擬鎖頻環(huán)對溫度、工藝參數(shù)漂移、噪聲等較為敏感以及成本高的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種數(shù)字化鎖頻環(huán)，所述鎖頻環(huán)包括：

頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，用于在檢測周期內(nèi)，檢測數(shù)字控制振蕩器的輸出時鐘信號，并輸出與所述輸出時鐘信號頻率對應(yīng)的數(shù)字序列；

與所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元連接的校準(zhǔn)單元，當(dāng)所述校準(zhǔn)單元處于校準(zhǔn)狀態(tài)下時，用于存儲頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的輸出信號，同時輸出使所述輸出時鐘信號為標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號的預(yù)設(shè)數(shù)值；當(dāng)所述校準(zhǔn)單元處于正常工作狀態(tài)時，用于輸出與所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的輸出信號相關(guān)的輸出信號；

與所述校準(zhǔn)單元連接的增量積累調(diào)制器，用于將校準(zhǔn)單元的輸出信號轉(zhuǎn)換為1bit的調(diào)制信號；以及

分別與所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、校準(zhǔn)單元及增量積累調(diào)制器連接的數(shù)字控制振蕩器，用于根據(jù)所述調(diào)制信號調(diào)整其輸出時鐘信號，同時將所述輸出時鐘信號輸入到所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、校準(zhǔn)單元及增量積累調(diào)制器。

優(yōu)選地，所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元包括：

頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路，用于將數(shù)字控制振蕩器產(chǎn)生的輸出時鐘信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；

與所述頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路連接的比較器，用于將頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的電壓信號與參考電壓進(jìn)行比較，并輸出比較結(jié)果；

與所述比較器連接的第一計(jì)數(shù)器，用于根據(jù)數(shù)字控制振蕩器的輸出時鐘信號來計(jì)數(shù)所述比較器輸出信號的寬度；

分別與所述比較器及第一計(jì)數(shù)器連接的第一鎖存器，用于在比較器的輸出信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，將第一計(jì)數(shù)器的輸出信號進(jìn)行鎖存；以及

分別與所述第一鎖存器及檢測周期控制信號連接的第二鎖存器，用于在檢測周期開始時，將上一個檢測周期中第一鎖存器的輸出信號進(jìn)行鎖存。

優(yōu)選地，所述頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路包括第一開關(guān)，所述第一開關(guān)的一端連接輸入的時鐘信號，另一端分別與所述第二開關(guān)的一端及第一電容的一端連接，所述第二開關(guān)的另一端接地，所述第一電容的另一端則分別與所述第三開關(guān)的一端及第四開關(guān)的一端連接，所述第三開關(guān)的另一端接地，所述第四開關(guān)的另一端分別與運(yùn)算放大器的第一輸入端、第二電容的一端、及第五開關(guān)的一端連接，所述運(yùn)算放大器的第二輸出端接地，所述運(yùn)算放大器的輸出端與第二電容的另一端、第五開關(guān)的另一端、及比較器連接。

優(yōu)選地，所述第一、第三開關(guān)由第一時鐘信號控制，所述第二、第四開關(guān)由第二時鐘信號控制，所述第五開關(guān)由檢測周期控制信號控制，其中，所述第一、第二時鐘信號為一對互為反相的輸出時鐘信號。

優(yōu)選地，所述檢測周期控制信號由控制電路產(chǎn)生，所述控制電路包括第二計(jì)數(shù)器。

優(yōu)選地，所述第一、第二、第三、第四、第五開關(guān)為增強(qiáng)型NMOS管或CMOS管中的一種。

優(yōu)選地，所述檢測周期為T_FL＝T_FO*N_C，其中，T_FL為檢測周期，T_FO為數(shù)字控制振蕩器的輸出時鐘周期，N_C為輸出時鐘周期的數(shù)目。

優(yōu)選地，通過所述鎖頻環(huán)上電初始化或軟件來實(shí)現(xiàn)所述校準(zhǔn)單元是處于校準(zhǔn)狀態(tài)或正常工作狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述校準(zhǔn)單元包括第一校準(zhǔn)開關(guān)，所述第一校準(zhǔn)開關(guān)的一端與所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元連接，所述第一校準(zhǔn)開關(guān)的另一端與第一存儲單元的一端連接，所述第一存儲單元的另一端與第一加法器的第二輸入端連接，所述第一加法器的第一輸入端與所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元連接，所述第一加法器的輸出端與第二加法器的第一輸入端連接，所述第二加法器的第二輸入端與第二存儲單元的一端連接，所述第二加法器的輸出端與第一正常工作開關(guān)的一端連接，所述第二存儲單元的另一端與所述第二校準(zhǔn)開關(guān)的一端連接，所述第二校準(zhǔn)開關(guān)的另一端與所述第一正常工作開關(guān)的另一端連接，作為所述校準(zhǔn)單元的輸出端。

優(yōu)選地，所述增量積累調(diào)制器包括第三加法器，所述第三加法器的第一輸入端與所述校準(zhǔn)單元連接，所述第三加法器的輸出端與濾波器的一端連接，所述濾波器的另一端與所述量化器的一端連接，所述量化器的另一端與所述第三加法器的第二輸出端連接，并作為所述增量積累調(diào)制器的輸出端。

優(yōu)選地，所述數(shù)字控制振蕩器包括多個調(diào)節(jié)單元串聯(lián)，并且最后一個調(diào)節(jié)單元的輸出端與第一個調(diào)節(jié)單元連接，所述調(diào)節(jié)單元包括反相器，與所述反相器一端連接的負(fù)載電容，與所述負(fù)載電容另一端連接的調(diào)節(jié)開關(guān)，所述調(diào)節(jié)開關(guān)的另一端接地，其中，所述調(diào)節(jié)開關(guān)由所述增量積累調(diào)制器的輸出信號控制。

優(yōu)選地，所述數(shù)字控制振蕩器通過調(diào)節(jié)負(fù)載電容或電源供電方式來調(diào)節(jié)振蕩頻率。

如上所述，本發(fā)明的數(shù)字化鎖頻環(huán)，具有以下有益效果：

1.通過在頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元中采用開關(guān)電容的方式來實(shí)現(xiàn)頻率-電壓的轉(zhuǎn)換，使其對工藝參數(shù)的漂移不敏感，而且還通過利用電容的比例，使得轉(zhuǎn)換系數(shù)精確而不隨溫度發(fā)生變化。

2.通過采用數(shù)字校準(zhǔn)、調(diào)制方式，將信號處理轉(zhuǎn)移到數(shù)字電路上，使其在深亞微米工藝中性能更穩(wěn)定，但成本卻更低。

3.通過采用增量積累調(diào)制器，將高bit的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成低bit的數(shù)字控制信號，不僅使數(shù)字控制振蕩器的設(shè)計(jì)更加簡單，而且不損失精度。

附圖說明

圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中模擬鎖頻環(huán)的電路圖。

圖2顯示為本發(fā)明所述數(shù)字化鎖頻環(huán)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3顯示為本發(fā)明所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的電路圖。

圖4顯示為本發(fā)明所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的信號轉(zhuǎn)換過程的波形圖。

圖5顯示為本發(fā)明輸出時鐘信號經(jīng)過頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元后的數(shù)字序列的波形圖。

圖6顯示為本發(fā)明所述控制電路的電路圖。

圖7顯示為本發(fā)明所述校準(zhǔn)單元的電路圖。

圖8顯示為本發(fā)明所述增量積累調(diào)制器的電路圖。

圖9顯示為本發(fā)明所述數(shù)字控制振蕩器的電路圖。

元件標(biāo)號說明

1 頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元

11 頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路

K1 第一開關(guān)

K2 第二開關(guān)

K3 第三開關(guān)

K4 第四開關(guān)

K5 第五開關(guān)

C1 第一電容

C2 第二電容

12 比較器

13 第一計(jì)數(shù)器

14 第一鎖存器

15 第二鎖存器

16 控制電路

F_O 輸出時鐘信號

S1 第一時鐘信號

S2 第二時鐘信號

V_FV 頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出信號

S_FL 檢測周期控制信號

V_REF 參考電壓

C_VR 比較器的輸出信號

S_FD 頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的輸出信號

2 校準(zhǔn)單元

21 第一加法器

22 第二加法器

23 第一存儲單元

24 第二存儲單元

K6 第一校準(zhǔn)開關(guān)

K7 第二校準(zhǔn)開關(guān)

K8 第一正常工作開關(guān)

S_FM 校準(zhǔn)單元的輸出信號

3 增量積累調(diào)制器

31 第三加法器

32 濾波器

33 量化器

S_SD 增量積累調(diào)制器的輸出信號

4 數(shù)字控制振蕩器

41 調(diào)節(jié)單元

I1 反相器

C3 負(fù)載電容

K9 調(diào)節(jié)開關(guān)

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請參閱圖2至圖9。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

如圖2所示，本發(fā)明提供一種數(shù)字化鎖頻環(huán)，所述鎖頻環(huán)包括：

頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，用于在檢測周期內(nèi)，檢測數(shù)字控制振蕩器的輸出時鐘信號，并輸出與所述輸出時鐘信號頻率對應(yīng)的數(shù)字序列；

與所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元連接的校準(zhǔn)單元，當(dāng)所述校準(zhǔn)單元處于校準(zhǔn)狀態(tài)下時，用于存儲頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的輸出信號，同時輸出使所述輸出時鐘信號為標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號的預(yù)設(shè)數(shù)值；當(dāng)所述校準(zhǔn)單元處于正常工作狀態(tài)時，用于輸出與所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的輸出信號相關(guān)的輸出信號；

與所述校準(zhǔn)單元連接的增量積累調(diào)制器，用于將校準(zhǔn)單元的輸出信號轉(zhuǎn)換為1bit的調(diào)制信號；以及

分別與所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、校準(zhǔn)單元及增量積累調(diào)制器連接的數(shù)字控制振蕩器，用于根據(jù)所述調(diào)制信號調(diào)整其輸出時鐘信號，同時將所述輸出時鐘信號輸入到所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、校準(zhǔn)單元及增量積累調(diào)制器。

需要說明的是，所述檢測周期為T_FL＝T_FO*N_C，其中，T_FL為檢測周期，T_FO為數(shù)字控制振蕩器的輸出時鐘周期，N_C為輸出時鐘周期的數(shù)目。

具體的，如圖3所示，所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元包括：

頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路，用于將數(shù)字控制振蕩器產(chǎn)生的輸出時鐘信號轉(zhuǎn)換為電壓信號；

與所述頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路連接的比較器，用于將頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的電壓信號與參考電壓進(jìn)行比較，并輸出比較結(jié)果；

與所述比較器連接的第一計(jì)數(shù)器，用于根據(jù)數(shù)字控制振蕩器的輸出時鐘信號來計(jì)數(shù)所述比較器輸出信號的寬度；

分別與所述比較器及第一計(jì)數(shù)器連接的第一鎖存器，用于在比較器的輸出信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，將第一計(jì)數(shù)器的輸出信號進(jìn)行鎖存；以及

分別與所述第一鎖存器及檢測周期控制信號連接的第二鎖存器，用于在檢測周期開始時，將上一個檢測周期中第一鎖存器的輸出信號進(jìn)行鎖存。

其中，所述頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路包括第一開關(guān)，所述第一開關(guān)的一端連接輸入的時鐘信號，另一端分別與所述第二開關(guān)的一端及第一電容的一端連接，所述第二開關(guān)的另一端接地，所述第一電容的另一端則分別與所述第三開關(guān)的一端及第四開關(guān)的一端連接，所述第三開關(guān)的另一端接地，所述第四開關(guān)的另一端分別與運(yùn)算放大器的第一輸入端、第二電容的一端、及第五開關(guān)的一端連接，所述運(yùn)算放大器的第二輸出端接地，所述運(yùn)算放大器的輸出端與第二電容的另一端、第五開關(guān)的另一端、及比較器連接。

需要說明的是，輸出時鐘信號通過所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，各個信號的波形圖如圖4和圖5所示。

需要說明的是，所述第一、第三開關(guān)由第一時鐘信號控制，所述第二、第四開關(guān)由第二時鐘信號控制，所述第五開關(guān)由檢測周期控制信號控制，其中，所述第一、第二時鐘信號為一對互為反相的輸出時鐘信號。

需要說明的是，所述第一、第二、第三、第四、第五開關(guān)為增強(qiáng)型NMOS管或CMOS管中的一種。

需要說明的是，所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的輸出信號與數(shù)字控制振蕩器的時鐘周期成正比。

具體的，如圖6所示，所述檢測周期控制信號由控制電路產(chǎn)生，所述控制電路包括第二計(jì)數(shù)器。

需要說明的是，所述第二計(jì)數(shù)器的輸入端為數(shù)字控制振蕩器的輸出時鐘信號F_O，輸出端為檢測周期控制信號S_FL，其中，所述第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)周期為N_C個輸出時鐘信號；所述第二計(jì)數(shù)器的輸入、輸出波形如圖6所示。

具體的，如圖7所示，所述校準(zhǔn)單元包括第一校準(zhǔn)開關(guān)，所述第一校準(zhǔn)開關(guān)的一端與所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元連接，所述第一校準(zhǔn)開關(guān)的另一端與第一存儲單元的一端連接，所述第一存儲單元的另一端與第一加法器的第二輸入端連接，所述第一加法器的第一輸入端與所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元連接，所述第一加法器的輸出端與第二加法器的第一輸入端連接，所述第二加法器的第二輸入端與第二存儲單元的一端連接，所述第二加法器的輸出端與第一正常工作開關(guān)的一端連接，所述第二存儲單元的另一端與所述第二校準(zhǔn)開關(guān)的一端連接，所述第二校準(zhǔn)開關(guān)的另一端與所述第一正常工作開關(guān)的另一端連接，作為所述校準(zhǔn)單元的輸出端。

其中，通過所述鎖頻環(huán)上電初始化或軟件來實(shí)現(xiàn)所述校準(zhǔn)單元是處于校準(zhǔn)狀態(tài)或正常工作狀態(tài)。

當(dāng)所述校準(zhǔn)單元工作在校準(zhǔn)狀態(tài)下時，第一校準(zhǔn)開關(guān)及第二校準(zhǔn)開關(guān)閉合，第一正常工作開關(guān)斷開，此時，所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的輸出信號S_FD存入所述第一存儲單元中，并在第二存儲單元中寫入預(yù)設(shè)數(shù)值，使得輸出時鐘信號F_O＝F_OC，其中，F(xiàn)_OC為希望得到的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號。

當(dāng)所述校準(zhǔn)單元工作在正常工作狀態(tài)下時，第一正常工作開關(guān)閉合，第一校準(zhǔn)開關(guān)及第二校準(zhǔn)開關(guān)斷開，此時，校準(zhǔn)單元的輸出信號S_FM＝S_FD-S_FD0+S_FDC0，其中，S_FD0為第一存儲單元內(nèi)保存的數(shù)值，S_FDC0為第二存儲單元內(nèi)保存的數(shù)值。

需要說明的是，所述校準(zhǔn)單元的驅(qū)動時鐘為數(shù)字控制振蕩器的輸出時鐘信號。

具體的，所述頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出信號V_FV＝V_REF*(C1/C2)*n；其中，n是頻率/電壓轉(zhuǎn)換電路的工作時間，即檢測周期T_FL。

需要說明的是，根據(jù)V_FV、V_REF及n的值，通過上式可以求出C1與C2的比值。由此可知，C1與C2的比值與數(shù)字控制振蕩器的輸出時鐘信號F_O及參考電壓相關(guān)V_REF。

具體的，如圖8所示，所述增量積累調(diào)制器包括第三加法器，所述第三加法器的第一輸入端與所述校準(zhǔn)單元連接，所述第三加法器的輸出端與濾波器的一端連接，所述濾波器的另一端與所述量化器的一端連接，所述量化器的另一端與所述第三加法器的第二輸出端連接，并作為所述增量積累調(diào)制器的輸出端。

需要說明的是，所述增量積累調(diào)制器的驅(qū)動時鐘為數(shù)字控制振蕩器的輸出時鐘信號。

具體的，如圖9所示，所述數(shù)字控制振蕩器包括多個調(diào)節(jié)單元串聯(lián)，并且最后一個調(diào)節(jié)單元的輸出端與第一個調(diào)節(jié)單元連接，所述調(diào)節(jié)單元包括反相器，與所述反相器一端連接的負(fù)載電容，與所述負(fù)載電容另一端連接的調(diào)節(jié)開關(guān)，所述調(diào)節(jié)開關(guān)的另一端接地，其中，所述調(diào)節(jié)開關(guān)由所述增量積累調(diào)制器的輸出信號控制。

需要說明的是，所述數(shù)字控制振蕩器通過調(diào)節(jié)負(fù)載電容或電源供電方式來調(diào)節(jié)振蕩頻率。

下面請參閱圖2～9對本發(fā)明所述數(shù)字化鎖頻環(huán)的工作情況進(jìn)行說明。

數(shù)字控制振蕩器輸出的輸出時鐘信號進(jìn)入所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元，所述頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元將所述輸出時鐘信號轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的數(shù)字序列輸出到所述校準(zhǔn)單元；所述校準(zhǔn)單元對輸入的信號進(jìn)行校準(zhǔn)后輸出到增量積累調(diào)制器，增量積累調(diào)制器將輸入的信號轉(zhuǎn)換成1bit的調(diào)制信號，并通過該調(diào)制信號控制所述數(shù)字控制振蕩器的調(diào)節(jié)開關(guān)，以此實(shí)現(xiàn)調(diào)整數(shù)字控制振蕩器的頻率。

綜上所述，本發(fā)明的數(shù)字化鎖頻環(huán)，具有以下有益效果：

1.通過在頻率/數(shù)字轉(zhuǎn)換單元中采用開關(guān)電容的方式來實(shí)現(xiàn)頻率-電壓的轉(zhuǎn)換，使其對工藝參數(shù)的漂移不敏感，而且還通過利用電容的比例，使得轉(zhuǎn)換系數(shù)精確而不隨溫度發(fā)生變化。

2.通過采用數(shù)字校準(zhǔn)、調(diào)制方式，將信號處理轉(zhuǎn)移到數(shù)字電路上，使其在深亞微米工藝中性能更穩(wěn)定，但成本卻更低。

3.通過采用增量積累調(diào)制器，將高bit的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換成低bit的數(shù)字控制信號，不僅使數(shù)字控制振蕩器的設(shè)計(jì)更加簡單，而且不損失精度。

所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。