[发明专利]一种快速锁定的频率综合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线通信设备的射频收发频率范围调制装置，尤其涉及一种能快速锁定频率切换的频率综合器，属于集成电路设计领域。

背景技术

随着无线通信系统日益发展，宽带射频收发机越来越受欢迎，因为射频收发机的频率范围是由压控振荡器（以下简称VCO）所提供的，并且为了避免在工艺水平上流片造成的一定频率偏差，通常VCO的振荡频率范围会设计的相当宽。同时随着工艺电源电压的不断降低，用一条调频曲线来实现宽带VCO，其调频增益Kvco会很大，这样VCO对于控制电压上的噪声非常敏感，很小的抖动都会造成振荡频率偏离很多，从而导致频率综合器的相位噪声和杂散性能非常的差。针对这样的情况，将VCO的调频曲线从一条扩展为多条，这样既可以保证较宽的调频范围，又能保证VCO的调频增益不至于过大。

针对多条频率带的选择，自动频率校准电路被加入到频率综合器电路中，通过自动频率校准电路的频率粗调和锁相环环路的精确细调来实现频率的最终锁定。所以在无线通信射频收发机的集成电路设计中，现在常用的频率综合器电路如图1所示，主要由参考频率时钟分频器2、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器4、压控振荡器5、多模分频器6和自动频率校准电路1构成。其中鉴频鉴相器和电荷泵可视作为一体的组件3。从连接关系来看：参考频率时钟分频器输出的一部分分频信号接入自动频率校准电路1的一个分频计数器11，另一部分分频信号输入鉴频鉴相器，而压控振荡器5的输出经多模分频器6分别反馈至鉴频鉴相器和自动频率校准电路1的一个反馈计数器12，该两路计数器经判断控制逻辑电路13向压控振荡器5输出VCO_code信号。再者，经鉴频鉴相器检测两路林绿输入产生一定宽度的脉冲信号，控制电荷泵开闭，实现对环路滤波器的电容充放电，在控制逻辑电路13输出Cal_done信号控制下向压控振荡器5输出控制电压Vctrl，压控振荡器5输出Fvco。

具体工作过程如下：在频率综合器每次进行频率切换时，自动频率校准电路1首先开始工作，根据特定的查找算法来锁定到多条频带中的某一根频带，这样自动频率校准电路校准结束，然后由参考频率时钟分频器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和多模分频器构成的锁相环（PLL）环路开始工作，鉴频鉴相器根据分频频率Fdiv和反馈频率Ffb的频率相位差产生一定宽度的脉冲信号，来打开和关闭电荷泵的开关，从而实现环路滤波器的电容充放电，产生控制电压Vctrl，改变压控振荡器的振荡频率Fvco，然后该频率再经过多模分频器进行分频得到反馈频率Ffb，继续与参考分频频率进行鉴频鉴相，直到两者频率相位相等，环路锁定为止。这样就在这根频带上找到所要锁定的频率点，从而完成整个频率切换过程。

带有自动频率校准电路的频率综合器的频率切换时间是由自动频率校准电路的校准时间和锁相环（PLL）的锁定时间共同决定的，所以该频率综合器在锁定时间上会有很大缺陷，主要原因：（1）自动频率校准电路中计数器的输入时钟为参考频率的分频时钟和多模分频器后的反馈时钟，这两个时钟均为低频时钟，会导致自动频率校准电路计数比较过程相当慢，锁定时间过长。（2）自动频率校准电路校准结束以后，锁相环环路开始锁定，由于分频频率来自于参考晶振频率，而反馈频率来自于压控振荡器（VCO）分频频率，两者不在同一个时钟域，初始相位会差别很大，导致锁相环在锁定过程中产生周期滑动（Cycle Slip），锁定时间非常长。

发明内容

考虑上述现有频率综合器快速锁定的不足与需求，本发明提出了一种快速锁定的频率综合器，解决快速锁定的问题。

一种快速锁定的频率综合器，具有由参考频率时钟分频器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器、多模分频器和自动频率校准电路组成的基本电路，其中所述参考频率时钟分频器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器、多模分频器构成锁相环，其特征在于：所述频率综合器在基本电路中增设有复位机制电路，所述复位机制电路的复位信号输出端分别连接多模分频器和锁相环的控制电压输出开关，且复位机制电路的输入端分别连接参考频率时钟分频器的分频信号输出端和自动频率校准电路的Cal_done信号输出端；所述压控振荡器输出的一路直接连至自动频率校准电路的一个压控频率计数器，另一路通过多模分频器接入鉴频鉴相器，所述参考频率时钟分频器输入端的参考频率直接连至自动频率校准电路的一个参考频率计数器。