CN101399542A - 具有温度漂移补偿的锁相环及其方法 - Google Patents

Abstract

一种具有温度漂移补偿的锁相环及其方法，其增设了基准电压产生电路、比较器、数字逻辑控制电路。基准电压产生电路产生的两个电压值作为锁相环控制电压有效范围的两个端点值。将锁相环控制电压与这两个电压值进行比较，当控制电压落在有效范围内，数字逻辑控制电路输出保持不变；当控制电压落在有效范围外，数字逻辑控制电路进行计算，重新选择电容线，使控制电压重新落入有效范围内，避免失锁情况发生。

Description

具有温度漂移补偿的锁相环及其方法

技术领域

本发明属于信号处理领域，涉及用于通讯和信息处理系统中，产生精确的、稳定的频率输出的锁相环及其方法。

背景技术

在无线通讯系统中，要求产生射频段、高性能的本振信号给混频器进行上/下变频操作。因此，能够在各种环境条件下，输出稳定的时钟是对锁相环的首要要求。典型的锁相环结构如图1所示，包括鉴频鉴相器、电荷泵，环路滤波器，压控振荡器VCO、N分频器。典型的VCO如图2所示，LC谐振网络由电感、开关电容阵列和变容管构成，数字校准产生开关电容阵列的控制字，开关电容阵列以4bit为例。典型的锁相环锁定过程分为两步：第一步，开环校准，利用数字校准逻辑，调节开关电容阵列接入电路电容值的大小，使VCO的频率尽量落在需锁定的目标频率点附近，即粗调；第二步，闭环锁定，利用变容管的C-V特性，用VCO控制电压来微调电容值，使VCO的频率落在准确的目标频率点上，即细调。当锁相环锁定在设定频率时，开关电容阵列的控制字被选定，对应选定了一条VCO电容线，VCO控制电压为Vtune，如果Vtune落在当前电容线上VCO控制电压的有效范围的边沿时，一旦温度发生变化，VCO振荡频率会发生漂移，Vtune需随之变化以保持闭环锁定，但控制电压Vtune在当前电容线上有限的调节范围很容易导致失锁发生，如图3所示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有温度漂移补偿的锁相环及其方法，在锁相环锁定后，对于因受到外界温度环境变化而造成VCO控制电压的变动时，监测VCO控制电压落点的变化，控制其始终处于安全的有效调节范围内，以消除发生失锁的可能性。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种具有温度漂移补偿的数字自动控制VCO控制电压范围的方法，

其包括两个基准电压V1、V2，其由基准电压产生电路产生，为电压有效范围Vsafe的两端值，V1<V2；

两个比较器输出结果A、B，A为控制电压Vtune与V2的比较输出结果，B为V1与控制电压Vtune的比较输出结果；

一个数字逻辑控制电路初始值SCA_CTRL<3:0>，同时作为开关电容阵列的控制字，数字逻辑控制电路根据比较输出结果A、B的电平判断操作，改变SCA_CTRL<3:0>值，调整选择电容线，保持控制电压Vtune处于有效范围内。

进一步，当V1<Vtune<V2，A、B都为低电平，数字逻辑控制电路保持SCA_CTRL<3:0>值，电容线不变；当Vtune≤V1，B为高电平，A为低电平，数字逻辑控制电路调整SCA_CTRL<3：0>值加1，跳入下一根电容线；当Vtune≥V2，A为高电平，B为低电平，数字逻辑控制电路调整SCA_CTRL<3:0>值减1，跳入上一根电容线。

一种具有温度漂移补偿的锁相环，锁相环增设了数字自动控制VCO控制电压范围的电路，其包括基准电压产生电路、比较器电路、数字逻辑控制电路，锁相环的控制电压Vtune与比较器相连，数字校准电路产生的开关电容阵列的控制字为SCA<3:0>赋给数字逻辑控制电路作为初始值SCA_CTRL<3:0>。

该基准电压产生电路为分压电路，产生基准电压V1、V2，V1<V2，且输入比较器内分别与控制电压Vtune比较。

该比较器电路为两个，分别对控制电压Vtune与基准电压V2、基准电压V1与控制电压Vtune进行比较，且分别输出结果A、B。

该数字逻辑控制电路初始值SCA_CTRL<3:0>作为开关电容阵列的控制字，根据比较器输出结果A、B调整控制字，改变所选电容线，保持控制电压Vtune处于有效范围内。

由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：本发明保证锁相环的控制电压落在有效范围内，从而避免由于温度变化而造成的失锁情况发生。

附图说明

图1为现有技术的典型锁相环结构图。

图2为现有技术的VCO电路图。

图3为现有技术的VCO控制电压落在Vtune有效范围的边沿情况图。

图4为本发明具有的温度漂移补偿功能的电路图。

图5为防止失锁发生而设置的Vtune的有效范围Vsafe图。

图6为本发明数字逻辑控制电路流程示意图。

图7为本发明对电容线作出调整从而保证Vtune落在有效范围内的示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

为了防止失锁发生，本发明采取方法如下：当锁相环锁定后，数字逻辑控制电路启动。数字校准电路产生的开关电容阵列的控制字为SCA<3:0>，将其赋给数字逻辑控制电路作为初始值SCA_CTRL<3:0>，此后，开关电容阵列的控制字就由数字逻辑控制电路来给出。设定Vtune的有效范围Vsafe，如图5所示，Vsafe的两个端点电压值分别为V1、V2，且V1<V2。实时监测Vtune电压范围，即将Vtune与V1、V2进行比较。两个基准电压V1与V2由电阻分压电路给出，V1＝VDD*R3/(R1+R2+R3)，V2＝VDD*(R2+R3)/(R1+R2+R3)。将V1与Vtune分别接比较器2的正、负端，将Vtune与V2分别接比较器1的正、负端。比较器1的输出为A，比较器2的输出为B。当V1<Vtune<V2时，A、B均为低电平，表示此时Vtune处于安全的有效范围内。当Vtune≤V1时，B为高电平，A为低电平，表示此时Vtune超出了有效范围，且值偏低。当Vtune≥V2时，A为高电平，B为低电平，表示此时Vtune超出了有效范围，且值偏高。当发生后两种情况时，按照数字逻辑控制电路流程示意图，如图6所示，对电容线的选择做出调整，即当B为高电平时，开关电容阵列的控制字加1，跳入下一根电容线，使Vtune变大，重新落入有效范围内；当A为高电平时，开关电容阵列的控制字减1，跳入上一根电容线，使Vtune变小，重新落入有效范围内，从而避免由于温度变化而造成的失锁情况发生，如图7所示。

上述的对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种具有温度漂移补偿的数字自动控制VCO控制电压范围的方法，其特征在于：

其包括两个基准电压V1、V2，其由基准电压产生电路产生，为电压有效范围Vsafe的两端值，V1<V2；

两个比较器输出结果A、B，A为控制电压Vtune与V2的比较输出结果，B为V1与控制电压Vtune的比较输出结果；

一个数字逻辑控制电路初始值SCA_CTRL<3:0>，同时作为开关电容阵列的控制字，数字逻辑控制电路根据比较输出结果A、B的电平判断操作，改变SCA_CTRL<3:0>值，调整选择电容线，保持控制电压Vtune处于有效范围内。

2、如权利要求1所述的具有温度漂移补偿的数字自动控制VCO控制电压范围的方法，其特征在于：当V1<Vtune<V2，A、B都为低电平，数字逻辑控制电路保持SCA_CTRL<3:0>值，电容线不变；当Vtune≤V1，B为高电平，A为低电平，数字逻辑控制电路调整SCA_CTRL<3:0>值加1，跳入下一根电容线；当Vtune≥V2，A为高电平，B为低电平，数字逻辑控制电路调整SCA_CTRL<3:0>值减1，跳入上一根电容线。

3、一种具有温度漂移补偿的锁相环，其特征在于：锁相环增设了数字自动控制VCO控制电压范围的电路，其包括基准电压产生电路、比较器电路、数字逻辑控制电路，锁相环的控制电压Vtune与比较器相连，数字校准电路产生的开关电容阵列的控制字为SCA<3:0>赋给数字逻辑控制电路作为初始值SCA_CTRL<3:0>。

4、如权利要求3所述的具有温度漂移补偿的锁相环，其特征在于：该基准电压产生电路为分压电路，产生基准电压V1、V2，V1<V2，且输入比较器内分别与控制电压Vtune比较。

5、如权利要求3所述的具有温度漂移补偿的锁相环，其特征在于：该比较器电路为两个，分别对控制电压Vtune与基准电压V2、基准电压V1与控制电压Vtune进行比较，且分别输出结果A、B。

6、如权利要求3所述的具有温度漂移补偿的锁相环，其特征在于：该数字逻辑控制电路初始值SCA_CTRL<3:0>作为开关电容阵列的控制字，根据比较器输出结果A、B调整控制字，改变所选电容线，保持控制电压Vtune处于有效范围内。

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