[发明专利]一种利用校准算法实现频率控制的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及压控振荡器电路设计领域，特别是涉及一种利用校准算法实现频率控制的电路设计方法及装置。

背景技术

振荡器的频率可以由电压控制，这样的电路称作一个压控振荡器。压控振荡器一般采用两种结构：LC谐振型压控振荡器和环形压控振荡器。LC谐振型压控振荡器利用电感与电容的并联谐振产生频率为f=1/(2πLC)]]>的正弦波，并通过控制电压调节变容二极管的电容值C，从而实现对频率的调节。LC谐振型压控振荡器的优点在于输出摆幅大，相位噪声低；LC谐振型压控振荡器的缺点在于电流消耗大，调谐范围小，并由于用到了电感集成电感而面积较大。环形压控振荡器实现方式有多种，但是其原理基本一致，一般由奇数个延时单元依次首尾相连而成，若每级(每个延时单元)的传输延时为Td，则输出频率f＝1/(2*N*Td)，N为级数。环形压控振荡器通过调节控制电压调节每级的传输延时Td来实现对频率的调节。环形压控振荡器的优点在于结构简单，频率调谐范围大，电流消耗小，面积小；环形压控振荡器的缺点在于选频性能较差，频率精度不高，相位噪声高，从而限制了其应用范围。

压控振荡器是锁相环系统中的一个重要模块，能够通过调整控制电压的大小来调整它的输出频率范围。当锁相环系统锁定在某一频率点时，要求压控振荡器的输出频率也应在某一频率点上。但是随工艺偏差和温度变化压控振荡器电路参数的输出频率会产生很大变化。为了保证锁相环在各种工艺条件下都能锁定在指定的频带或频点，压控振荡器需要覆盖很大的输出频率范围。在现有技术中，这就需要压控振荡器控制电压到输出频率的增益Kvco的值较大(Kvco=Δf/ΔV)，然而大的Kvco值会影响锁相环最终输出的相位噪声。而且，由于控制电压调整范围有限，若超出了电压调整范围，则无法将输出频率调整到预期值上。以环行压控振荡器为例，环形压控振荡器每级的传输延时为Td＝R*C，输出频率为f＝1/(2*N*Td)。

延时单元可采用单端结构或者差分结构。环形压控振荡器应由级数最少为3的延时单元组成的环路。图1是典型环形压控振荡器的结构示意图。如图1所示，典型环形压控振荡器由3级差分结构的延时单元依次首尾相接而成。所述延时单元的输入端为(Vinp，Vinn)，输出端为(Voutn，Voutp)。

图2是典型环形压控振荡器等效电路的结构示意图。如图2所示，R为每级延时单元的等效电阻，C为每级延时单元的等效电容。

图3是现有技术延时单元的电路图。延时单元可以采用单端或者差分结构，如图3所示的现有技术延时单元电路图为一常用的差分结构延时电路。Vinp与Vinn为差分输入；Voutn与Voutp为差分输出；M1为第一MOS管，M2为第二MOS管，所述M1与M2为接成二极管形式的负载电阻；M3为第三MOS管，M4为第四MOS管理，所述M3与M4为提供负阻的交互式耦合对；M5为第五MOS管，M6为第六MOS管，所述M5与M6为输入放大管；Vdd为电源；gnd为接地端；I1为第一电流源，I2为第二电流源。所述交M3，M4产生负阻-1/gm1，所述M1，M2作为负载，阻值为1/gm2。所述M3，M4产生的负阻-1/gm1与所述M1，M2产生的负载1/gm2并联作为输出端的负载电阻。由于gm(跨导)的值与工艺、温度等因素有关，必须依靠控制电压来调整gm。由公式C＝Cox·W·L(其中Cox为单位面积栅氧化层电容，W为MOS管的宽，L为MOS管的长)，因此对MOS管的gm进行调整时，势必影响该节点的电容值，从而导致了两个参数的变化。由f∝1gm·C,]]>gm的变化量也将极大的影响输出频率的变化，这将极大的影响电路性能。例如，如gm变化了10％，f也将变化10％，对于射频段，f变化10％则有几百兆赫兹的变化量。