[实用新型]锁相频率合成器及自适应频率校准电路

说明书

本实用新型涉及锁相频率合成器，具体涉及锁相频率合成器及自适应频率校准电路。

锁相频率合成器是采用锁相环(PL)进行频率合成的一种频率合成器，它是目前频率合成器主流。锁相式整数频率合成器由鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、可变计数器(/N)、环路滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)等部分组成。锁相频率合成器是一个相位误差控制系统，它比较输入信号和压控振荡器输出信号之间的相位差，从而产生误差控制电压来调整压控振荡器的频率，以达到与输入信号同频。在环路开始工作时，如果输入参考时钟频率与VCO时钟频率不同，则由于两信号之间存在固有的频率差，它们之间的相位差势必一直在变化，结果鉴频鉴相器输出的误差电压就在一定范围内变化。在这种误差电压的控制下，压控振荡器的频率也在变化。

并且，压控振荡器的工作频率对工艺非常敏感，特别是压控振荡器的振荡频率在1000MHz以上，不同批次芯片及工艺本身所造成的工艺偏差会影响VCO频率的一致性。增加VCO的压控频率增益可以增加VCO的频率覆盖范围，在一定程度上抵消工艺偏差对VCO频率的影响，但增加VCO的压控增益会增加VCO的相位噪声。

AFC(Adaptive Frequency Calibration自适应频率校准)其功能是在锁频锁相初期，由基准电路产生某一固定电压作为VCO的压控电压，通过一定的算法对参考时钟与VCO分频后的时钟频率进行比较，从而调整压控振荡器的振荡频率。

本实用新型所要解决的技术问题之一在于提供具有自适应频率校准电路的锁相频率合成器。

本实用新型所要解决的技术问题之二在于提供分段式压控振荡器自适应频率校准电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型的第一个技术方案是，具有自适应频率校准电路的锁相频率合成器，包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、可变计数器、压控振荡器、自适应频率校准电路和控制开关，其特征在于：自适应频率校准电路包括计数器、比较器以及状态机；

为了解决上述技术问题，本实用新型的第一个技术方案是，具有自适应频率校准电路的锁相频率合成器，包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、可变计数器、压控振荡器、自适应频率校准电路和控制开关，其特征在于：自适应频率校准电路包括计数器、比较器以及状态机；

压控振荡器通过控制开关接收基准电压信号，产生频率信号输出到可变计数器；

可变计数器将收到的信号进行分频处理后输出压控振荡器的分频时钟信号到计数器和鉴频鉴相器；

计数器同时接收参考时钟信号和压控振荡器的分频时钟信号进行计数，当其中一个时钟信号计数结束时，计数器产生一个脉冲信号输出到比较器；

比较器收到计数器输出的脉冲信号后进行比较，再根据比较结果产生指示信号并同时产生状态机时钟信号一并输出给状态机；

状态机受比较器输出的状态机时钟信号的控制，并根据指示信号，产生控制信号输出到压控振荡器，以调整压控振荡器的时钟信号频率；当压控振荡器的分频时钟信号频率等于参考时钟信号频率，状态机输出开关控制信号，使控制开关与基准电压信号断开并与环路滤波器接通，压控振荡器通过控制开关接收环路滤波器输出的控制电压信号。

本实用新型采用将压控振荡器分成若干频段，以增加压控振荡器的频率范围，压控振荡器的每一频段都具有较小的压控频率增益，而多个频段完全可以覆盖所需的频率范围并保留一定余量；与采用鉴频鉴相器的传统PL环路相比，压控振荡器输出频率首先由自适应频率校准电路输出的数字信号进行控制，自动寻找最适合目标频率的频段，使压控振荡器的分频时钟信号频率能够调整到与参考时钟信号频率相近，并保持工作在这个频段；再由环路滤波器输出的控制电压进一步调整压控振荡器的频率，达到稳定后，参考时钟信号和压控振荡器分频时钟信号之间的频差为零，相差不再随时间变化，误差电压为一固定值，这时环路就进入“锁定”状态。采用频率分段结构及自适应频率校准电路，能避免VC0频率受到工艺偏差的影响，即使工艺不一致造成压控振荡器的频率变化，在设定范围内总会使压控振荡器满足所需频率要求，保证芯片一致性，提高产品成品率；并且整个校准工作由芯片内部自动完成，无需外部控制，既满足了压控振荡器频率的一致性问题，同时简化了应用方案。