[发明专利]一种自动频率调谐锁相环及其自动频率调谐方法

权利要求书

1.一种自动频率调谐锁相环，其特征在于，包括：鉴频鉴相器（11）、电荷泵（12）、环路滤波器（13）、压控振荡器（14）、分频器（15）以及自动频率调谐电路（20），其中，

所述鉴频鉴相器（11）的两个输出端均连接至所述电荷泵（12）的输入端，所述电荷泵（12）的输出端连接所述环路滤波器（13）的输入端，所述环路滤波器（13）的输出端通过第一开关（S1）选择性地连接至所述压控振荡器（14）的输入端，所述压控振荡器（14）的输出端连接所述分频器（15）的输入端，所述分频器（15）的输出端连接所述鉴频鉴相器（11）的一个输入端，所述鉴频鉴相器（11）的另一个输入端连接外接晶体振荡器，所述压控振荡器（14）进一步通过第二开关（S2）选择性地连接一固定偏置电压；

所述自动频率调谐电路（20）包括再分频电路（21）、鉴频工作控制状态机（23）、鉴频电路（22）、以及译码电路（24），其中，

所述再分频电路（21）根据寄存器的控制指令，对来自所述外接晶体振荡器的参考频率和经所述分频器（15）分频后的输出频率（F_div）进行降频处理，并将处理后的第一输出频率（F_div1）发送给所述鉴频电路（22），同时将第一参考频率（F_ref1）发送给所述鉴频工作控制状态机（23）；

所述鉴频工作控制状态机（23）接收所述第一参考频率（F_ref1），对其进行处理之后产生有限周期的第二参考频率（F_ref2），以控制所述鉴频电路（22）的N次鉴频；根据所述第一参考频率（F_ref1），在所述鉴频电路（22）完成一次鉴频之后对所述分频器（15）进行一次复位，同时控制所述译码电路（24）中N个译码单元的工作顺序，其中，N为正整数；

所述鉴频电路（22）在一个参考频率周期内，对经所述再分频电路（21）处理后的第一输出频率（F_div1）和经所述鉴频工作控制状态机（23）处理后的第二参考频率（F_ref2）进行比较，当所述第一输出频率的周期小于第二参考频率的周期时，在所述第一输出频率的上升沿，所述鉴频电路（22）的输出信号（U1）变为高电平，由所述译码电路（24）降低所述压控振荡器（14）的工作频段；当所述第一输出频率的周期大于第二参考频率的周期时，所述鉴频电路（22）的输出（U1）保持低电平不变，由所述译码电路（24）提高所述压控振荡器（14）的工作频段；以及

所述译码电路（24）根据所述鉴频电路（22）和鉴频工作控制状态机（23）产生的信号对所述压控振荡器（14）的子频带作出选择。

2.根据权利要求1所述的自动频率调谐锁相环，其特征在于，所述再分频电路（21）包括一系列可编程的2分频器，并且可以根据需要配置所述再分频电路（21）的分频比为2、4至2^M，其中，M为整数。

3.根据权利要求1所述的自动频率调谐锁相环，其特征在于，所述压控振荡器（14）是具有2^N个工作子频段的压控振荡器，其中，N为正整数。

4.根据权利要求1所述的自动频率调谐锁相环，其特征在于，所述译码电路（24）包括四个译码单元，每个译码单元包括一个D触发器和一个与非门，其中，在每个译码单元中，D触发器的数据输入端（D）接收所述鉴频电路（22）的输出信号（U1），时钟输入端(CK)和复位端（RN）分别接收所述鉴频工作控制状态机（23）的控制信号，负输出端（QN）连接与非门的一个输入端，正输出端（Q）悬空；所述与非门的另一个输入端连接所述D触发器的时钟输入端(CK)，所述与非门的输出端连接所述压控振荡器（14）。

5.根据权利要求1所述的自动频率调谐锁相环，其特征在于，所述鉴频电路（22）由常用的D触发器实现，其中，所述D触发器的数据输入端（D）连接固定的高电平，时钟输入端(CK)接收来自所述再分频电路（21）的第一输出频率（F_div1），复位端（RN）接收来自所述鉴频工作控制状态机（23）的第二参考频率（F_ref2），正输出端（Q）输出所述输出信号（U1）给所述译码电路（24），负输出端（QN）悬空。

6.一种自动频率调谐锁相环的自动频率调谐方法，其特征在于，包括以下步骤：

粗调谐过程：

S1.给电路供电，由寄存器控制第一开关（S1）断开，第二开关（S2）闭合，使压控振荡器（14）的控制电压连到一个固定偏置电压（V_ref）；

S2.由压控振荡器（14）输出振荡频率（F_vco）给分频器（15），所述分频器（15）进行分频之后，将分频后的输出频率（F_div）传送给再分频电路（21）；

S3.由寄存器控制再分频电路（21）对所述分频器（15）的输出频率（F_div）以及来自外接晶体振荡器的参考频率（F_ref）进行降频处理，并将处理之后的第一参考频率（F_ref1）输出给鉴频工作控制状态机（23），由所述鉴频工作控制状态机（23）进行处理之后产生有限周期的第二参考频率（F_ref2），以控制鉴频电路（22）的N次鉴频，同时控制译码电路（24）中的N个译码单元的工作顺序，并在所述鉴频电路（22）完成一次鉴频之后对所述分频器（15）进行一次复位，其中，N为正整数；同时，所述再分频电路（21）还将第一输出频率（F_div1）输出给所述鉴频电路（22）,由所述鉴频电路（22）在一个参考频率周期内对第二参考频率（F_ref2）和第一输出频率（F_div1）进行比较，当第一输出频率的周期小于第二参考频率的周期时，在第一输出频率的上升沿，所述鉴频电路（22）的输出（U1）变为高电平，由所述译码电路（24）降低所述压控振荡器（14）的工作频段；当所述第一输出频率的周期大于第二参考频率的周期时，所述鉴频电路（22）的输出（U1）保持低电平不变，由所述译码电路（24）提高所述压控振荡器（14）的工作频段；

S4.所述译码电路（24）根据所述鉴频电路（22）和鉴频工作控制状态机（23）产生的信号对所述压控振荡器（14）的子频带作出选择，由此完成粗调谐过程；

细调谐过程：

S5.完成粗调谐过程之后，寄存器控制第一开关（S1）闭合，第二开关（S2）断开，进入细调谐过程；

S6.由压控振荡器（14）继续输出振荡频率（F_vco）给分频器（15），经所述分频器（15）进行分频之后，将分频后的输出频率（F_div）输出给鉴频鉴相器（11），外接晶体振荡器提供的参考频率（F_ref）传送给鉴频鉴相器（11），由鉴频鉴相器（11）对所述参考频率（F_ref）和分频后的输出频率（F_div）进行相位比较，当分频后的输出频率（F_div）高于参考频率（F_ref）时，鉴频鉴相器（11）的输出控制电荷泵（12）向环路滤波器（13）放电，此时环路滤波器连接压控振荡器（14）的控制电压降低，压控振荡器（14）的频率开始降低；当分频后的输出频率（F_div）低于参考频率（F_ref）时，鉴频鉴相器（11）的输出控制电荷泵（12）向环路滤波器充电（13），此时环路滤波器连接压控振荡器（14）的控制电压升高，压控振荡器（14）的频率开始升高；以及

S7.通过鉴频鉴相器（11），电荷泵（12）和环路滤波器（13）不断调整压控振荡器（14）的输出振荡频率（F_VCO），直至分频器（15）分频后的输出频率（F_div）和外接晶体振荡器提供的输入参考频率(F_ref)相等，并且相位完全重合，由此完成锁相环的细调谐过程。