一種鎖相環(huán)快速鎖定和帶寬校準的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及集成電路領域，尤其設及一種鎖相環(huán)路的快速鎖定和帶寬校準的系統(tǒng) 和方法。
【背景技術】
[0002] 鎖相環(huán)是一種用來產生參考信號的相位有固定關系的電子控制系統(tǒng)。作為電子系 統(tǒng)和設備的精確頻率源，鎖相環(huán)響應于輸入信號的頻率與相位，并自動提高或降低被控制 的振蕩器的頻率，直至鎖相環(huán)電路與參考信號在相位上符合為止。現(xiàn)代模擬鎖相環(huán)一般包 含相位比較器、電荷累、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器W及分頻器，如圖1所示。通過環(huán)路反饋，壓 控振蕩器的輸出信號頻率被降低后，在相位比較器的輸入端與參考信號的相位進行比較。 經過環(huán)路作用，二者最終達到相位一致。環(huán)路濾波器連接于相位比較器之后，用于濾除電荷 累開關動作產生的電流中的高頻分量，并將電流信號轉化為電壓信號，控制壓控振蕩器輸 出信號的頻率。
[0003] 出于多協(xié)議技術的需要，如今的鎖相環(huán)需要支持更寬的頻率調節(jié)范圍。為了使鎖 相環(huán)達到較寬的頻率范圍，且出于性能的考慮，在壓控振蕩器的設計上，通常采用離散的開 關電容陣列來實現(xiàn)壓控振蕩器頻率粗調，而用連續(xù)可變電容實現(xiàn)頻率細調，直到環(huán)路鎖定。 如圖2所示，化為電感L的寄生電阻，-R為等效負電阻，C為可調電容(包括離散可調的電容陣 列和連續(xù)可調的可變電容），BC0~B化控制電容陣列，實現(xiàn)頻率粗略調諧，控制電壓Vtune調 節(jié)可變電容，實現(xiàn)頻率精細調諧。鎖定情況下，運一頻率特性可由圖3表示，其中橫軸為控制 電壓Vtune,縱軸為壓控振蕩器輸出頻率Fvco, V化ne_lo和VtuneJii定義振蕩器電壓-頻率 特性中線性度較好的一段的電壓區(qū)間，BandO~Bandn為壓控振蕩器的工作頻段。
[0004] 根據(jù)環(huán)路的特征，在鎖相環(huán)輸出頻率切換的過程中，即輸出頻率從某一頻點鎖定 到所需要的頻率值上，需要一定的響應時間。為了降低運一時間，達到某些電子系統(tǒng)對時鐘 信號頻率切換時間的要求，一般都采取斷開環(huán)路，改變環(huán)路中某些參數(shù)的辦法來加速環(huán)路 的鎖定。其大致過程為:環(huán)路斷開，將控制電壓Vtune固定到某一電壓值，根據(jù)系統(tǒng)要求的頻 率，采用某種算法，選擇BandO~Bandn中的某條作為壓控振蕩器的工作頻段，然后閉合環(huán) 路，通過環(huán)路特性使Vtune穩(wěn)定在Vtune_lo和￥村]1日_11；[之間的某一點上，環(huán)路輸出頻率鎖 定。
[0005] 在實際過程中，存在一些因素，對上述方法的準確性和可靠性有較大影響，比如工 藝制程誤差和系統(tǒng)溫度變化，會使壓控振蕩器中的電容值產生偏移，壓控振蕩器的增益也 隨之改變，導致壓控振蕩器的輸出頻率無法到達某些特定的值，增加環(huán)路鎖定失敗的風險。 再比如，當環(huán)路反饋的分頻比變化較大，環(huán)路帶寬也會隨之產生較大變化，導致環(huán)路特性改 變，運也增加了環(huán)路鎖定失敗的風險。
[0006] 針對上述問題，一般會通過一些方法來減小壓控振蕩器增益的偏差，比如對壓控 振蕩器的增益進行線性化補償，但并不能很好的處理工藝偏差帶來的影響。另一方面，由于 不能有效抵消壓控振蕩器增益的變化，需要實時測量壓控振蕩器的增益，然后再根據(jù)環(huán)路 分頻比來調整電荷累的電流，進而使環(huán)路帶寬特性保持不變。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種鎖相環(huán)快速鎖定和帶寬校準的系統(tǒng)和方法，通過對壓 控振蕩器進行預校準，消除工藝制程偏差對壓控振蕩器增益的影響，同時實時校準壓控振 蕩器增益隨溫度的變化，使其在所關屯、的控制電壓范圍內基本保持恒定。通過模塊復用，在 壓控振蕩器增益恒定的情況下，簡化快速鎖定和帶寬校準功能的過程，減少硬件開銷。
[0008] 本發(fā)明的具體技術解決方案如下：
[0009] 該鎖相環(huán)快速鎖定和帶寬校準方法包括W下步驟：
[0010] 1】壓控振蕩器增益預校準
[0011] 斷開鎖相環(huán)環(huán)路，在鎖相環(huán)的振蕩信號輸出之前，先對壓控振蕩器增益進行校準， 保證每個子帶范圍內壓控振蕩器的增益都保持一致；
[0012] 2】環(huán)路快速鎖定
[0013] 鎖相環(huán)開始工作之后，檢測壓控振蕩器輸出信號的頻率，通過調節(jié)壓控振蕩器的 內部參數(shù)，使振蕩頻率處于鎖相環(huán)環(huán)路閉合之后可W自行鎖定的頻率范圍內，然后閉合鎖 相環(huán)環(huán)路；
[0014] ^帶寬校準
[0015] 待鎖相環(huán)環(huán)路鎖定之后，發(fā)生輸出頻率變化時，會導致環(huán)路分頻比隨輸出頻率變 化而變化，由于在環(huán)路濾波器的電阻大小恒定時，增益與電流乘積和分頻比與環(huán)路帶寬的 乘積成正比，且步驟1中將每個子帶范圍內壓控振蕩器的增益調整為一致，所W在壓控振蕩 器增益恒定的情況下，通過調節(jié)電荷累電流來補償由于分頻比變化導致的環(huán)路帶寬變化， 使環(huán)路帶寬保持恒定，從而保證環(huán)路特性的穩(wěn)定。
[0016] 或通過另一方式進行3】帶寬校準
[0017] 待鎖相環(huán)環(huán)路鎖定之后，發(fā)生輸出頻率變化時，會導致環(huán)路分頻比隨輸出頻率變 化而變化，由于在電荷累電流恒定時，增益與環(huán)路濾波器的電阻乘積和分頻比與環(huán)路帶寬 的乘積成正比，且步驟1中已將每個子帶范圍內壓控振蕩器的增益調整為一致，所W在壓控 振蕩器增益恒定的情況下，通過調節(jié)環(huán)路濾波器的電阻大小來補償由于分頻比變化導致的 環(huán)路帶寬變化，使環(huán)路帶寬保持恒定，從而保證環(huán)路特性的穩(wěn)定。
[0018] 上述步驟3中，導致輸出頻率變化的因素包括:溫度變化、電源電壓波動。
[0019] 基于上述方法的鎖相環(huán)快速鎖定和帶寬校準的系統(tǒng)包括相位比較器、電荷累、環(huán) 路濾波器、壓控振蕩器、分頻器，還包括時序邏輯校準單元，所述時序邏輯校準單元包括壓 控振蕩器輸出頻率檢測模塊、壓控振蕩器控制電壓調整模塊、壓控振蕩器頻率及增益調整 模塊W及電荷累控制模塊;所述壓控振蕩器輸出頻率檢測模塊用于檢測壓控振蕩器的輸出 頻率，壓控振蕩器控制電壓調整模塊用于調整壓控振蕩器的輸入電壓，壓控振蕩器頻率及 增益調整模塊用于調整壓控振蕩器內部電容的大小，電荷累控制模塊用于調整電荷累的輸 出電流。
[0020] 該系統(tǒng)也可采用另一種結構形式，其包括相位比較器、電荷累、環(huán)路濾波器、壓控 振蕩器、分頻器，還包括時序邏輯校準單元，所述時序邏輯校準單元包括壓控振蕩器輸出頻 率檢測模塊、壓控振蕩器控制電壓調整模塊、壓控振蕩器頻率及增益調整模塊W及環(huán)路濾 波器電阻調整模塊;所述壓控振蕩器輸出頻率檢測模塊用于檢測壓控振蕩器的輸出頻率， 壓控振蕩器控制電壓調整模塊用于調整壓控振蕩器的輸入電壓，壓控振蕩器頻率及增益調 整模塊用于調整壓控振蕩器內部電容的大小，環(huán)路濾波器電阻調整模塊用于調整環(huán)路濾波 器電阻的輸大小。
[0021] 還可W增設用于不同溫度下保持振蕩器增益不變的壓控振蕩器增益實時溫度校 準模塊。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0023] 本發(fā)明提供的鎖相環(huán)快速鎖定和帶寬校準方法W及鎖相環(huán)快速鎖定和帶寬校準 的系統(tǒng)是通過對鎖相環(huán)中壓控振蕩器增益的校準，維持其在工藝偏差和溫度偏移情況下保 持不變。
[0024] 該方法及系統(tǒng)提高了鎖相環(huán)的性能，并實現(xiàn)對一般環(huán)路帶寬校準方法的改進，縮 短了校準時間，提高了校準精度，同時經過對相關模塊的復用，實現(xiàn)環(huán)路的快速鎖定。
【附圖說明】
[0025] 圖1為鎖相環(huán)的示意圖；
[0026] 圖2為壓控振蕩器的示意圖；
[0027] 圖3為壓控振蕩器的電壓-頻率特性示意圖；
[0028] 圖4為本發(fā)明結構實施例；
[0029] 圖5為發(fā)明方法實施例框圖。
【具體實施方式】
[0030] 本發(fā)明的原理依據(jù)主要是：
[0031] 首先使環(huán)路濾波器的電阻大小恒定，由于在環(huán)路濾波器的電阻大小恒定時，增益 與電流乘積和分頻比與環(huán)路帶寬的乘積成正比，所W先將壓控振蕩器每個子帶范圍內壓控 振蕩器的增益都保持一致，使增益成為常數(shù)，同時，分頻比變化已知，增益與電流乘積和分 頻比與環(huán)路帶寬的乘積成正比的常數(shù)已知，所W可通過通過調節(jié)電荷累電流來補償由于分 頻比變化導致的環(huán)路帶寬變化，使環(huán)路帶寬保持恒定，從而保證環(huán)路特性的穩(wěn)定。
[0032] 或首先使電荷累電流恒定，由于在電荷累電流恒定時，增益與環(huán)路濾波器的電阻 乘積和分頻比與環(huán)路帶寬的乘積成正比，所W先將壓控振蕩器每個子帶范圍內壓控振蕩器 的增益都保持一致，使增益成為常數(shù)，同時，分頻比變化已知，增益與環(huán)路濾波器的電阻乘 積和分頻比與環(huán)路帶寬的乘積成正比的常數(shù)已知，所W可通過通過調節(jié)環(huán)路濾波器的電阻 的大小來補償由于分頻比變化導致的環(huán)路帶寬變化，使環(huán)路帶寬保持恒定，從而保證環(huán)路 特性的穩(wěn)定。
[0033] 本發(fā)明依據(jù)該原理執(zhí)行鎖相環(huán)快速鎖定和帶寬校準方法包括W下步驟：
[0034] 1】壓控振蕩器增益預校準
[0035] 斷開鎖相環(huán)環(huán)路，在鎖相環(huán)的振蕩信號輸出之前，先對壓控振蕩器增益進行校準， 保證每個子帶范圍內壓控振蕩器的增益都保持一致；
[0036] 具體為，壓控振蕩器控制電壓連接到電壓控制模塊，根據(jù)振蕩器增益的定義，
[003引計算子帶下的振蕩器增益。其中，Kvc。是壓控振蕩器增益，fvl和fv2分別是控制電壓 為Vl和V2時對應的振蕩器輸出頻率，然后根據(jù)預設的增益值來調節(jié)振蕩器的內部參數(shù)，使 得振蕩器增益最接近預設值，對振蕩器的每一條子帶進行增益校準。
[0039] 2】環(huán)路快速鎖定
[0040] 鎖相環(huán)開始工作之后，檢測壓控振蕩器輸出信號的頻率，通過調節(jié)壓控振蕩器的 內部參數(shù)，使振蕩頻率處于鎖相環(huán)環(huán)路閉合之后可W自行鎖定的頻率范圍內，然后閉合鎖 相環(huán)環(huán)路；
[0041 ] 3】帶寬校準
[0042] 待鎖相環(huán)環(huán)路鎖定之后，發(fā)生輸出頻率變化時，會導致環(huán)路分頻比隨輸出頻率