[发明专利]电感电容振荡器的锁相环电路及其温度补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种电感电容振荡器的锁相环电路及其温度补偿方法。

背景技术

随着无线通信技术发展及半导体芯片集成度的日益提高，多频多模技术已成为通信设备发展的必然趋势，这迫切需要基于锁相环的频率合成器能够有更宽的频率调节范围，也即锁相环中的压控振荡器(VCO)要求很宽的调频范围。现代电感电容型锁相环设计中，通常用离散的开关电容阵列来实现压控振荡器频率粗调，而用连续可变电容实现频率细调直到锁定，如图1所示，其中-Req为等效负电阻部分，CTL0～CTLn控制电容整列开闭，实现频率粗调，Vadj调节可变电容，实现频率细调。在锁相环锁定状况下，压控振荡器的调整电压和频率控制特性如图2所示，其中横坐标VCTL表示电压，纵坐标F_VCO表示频率，Vt_low和Vt_high为VCO的调整电压与输出频率控制特性中线性度最好的一段的两个端电压，Vadj表示VCO调整电压，Band0～Bandn为VCO的工作频段。

锁相环工作过程大致如下：首先将锁相环环路断开，将VCTL固定到某个中间电压，根据系统要求的频点，利用预先设置的算法，选择Band0～Bandn中某条线作为VCO的工作频段(由CTL0～CTLn的开关状态决定)，然后环路闭合，VCO调整电压Vadj将在Vt_low到Vt_high之间自动变化直到环路锁定，锁相环系统输出稳定时钟。

上述过程较为理想，在实际系统中，温度变化对系统有较大影响，比如当功率放大器(PA)打开的时候，系统温度将发生很大变化，此时VCO谐振网络中的等效电容(C_total)将增大，也即VCO频率有变小趋势，由于锁相环是一个闭环负反馈系统，为了维持环路锁定，Vadj必将往Vt Low或Vt_jigh方向移动(分别对应K_VCO(压控振荡器增益)＜0或者K_VCO＞0)，如果温度变化范围过大，Vadj无法在[Vt_Low，Vt_high]找到合适的锁定点，锁相环系统必将失锁。因此，为增加系统可靠性，需要增加温度补偿来解决上述问题。

为解决上述问题，专利号为US8022780，US6980062，US5604468的美国专利均采用片上温度传感器等额外硬件采集温度信息，然后再对VCO进行前馈补偿，这类方案能够部分解决上述问题，但是由于片上传感器的温度系数需要预先设置，在实际工作过程中不能很好进行偏差纠正，需要大量测试结果支持，不确定性较大，所以实际效果有限；同时片上温度传感器必将增加额外的芯片面积以及功耗，存在一定负面效果。同时，电容大小变化必然导致环路动态特性变化，上述设计中并没有进行环路特性的补偿，存在环路失锁风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电感电容振荡器的锁相环电路及其温度补偿方法，通过温度补偿单元进行反馈式温度补偿，不需要复杂的后续温度系数测试和校准，同时去掉片上温度传感器等辅助线路，减少硅片面积及系统功耗，降低了成本，提高可靠性和实用性。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电感电容振荡器的锁相环电路，包含鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器、温度补偿单元，分频器。

所述鉴频鉴相器将标准时钟频率和所述分频器输出的反馈频率进行比较，并将所述比较结果输出给所述电荷泵。

所述电荷泵将所述比较结果转化为模拟电流，并将转化后的所述模拟电流输出给所述环路滤波器。

所述环路滤波器将所述模拟电流转换为调整电压Vadj，并将转换后的所述Vadj输出给所述压控振荡器和所述温度补偿单元。

所述压控振荡器根据所述Vadj进行频率细调直到锁定，所述压控振荡器中包含供所述温度补偿单元控制的电容。

所述温度补偿单元包含比较子单元和压控振荡器补偿逻辑控制子单元；所述比较子单元将所述Vadj与N个预设的表征温度变化的边际电压值进行比较，并将得到的反映电压大小的数字信号值输出给所述压控振荡器补偿逻辑控制子单元，所述压控振荡器补偿逻辑控制子单元根据该数字信号值向所述压控振荡器输出控制信号，将该压控振荡器中供该温度补偿单元控制的电容进行关闭或开启。

所述分频器将所述压控振荡器的输出频率进行分频处理并输出给所述鉴频鉴相器。

本发明的实施方式还提供了一种电感电容振荡器的锁相环电路的温度补偿方法，包含以下步骤：

将标准时钟和所述锁相环电路中的压控振荡器的反馈时钟进行比较；

将所述比较的结果转化为模拟电流；

将所述模拟电流转换为电压Vadj；