[发明专利]PLL及PLL中的自适应补偿方法

说明书

在一种用于减轻具有加速度敏感压控振荡器的锁相环的振动引入的相位噪声的方法中，将校正信号加至振荡器控制信号进行有源补偿，该校正信号是通过向由感测VCO上加速度的加速度传感器提供的加速度信号应用增益和均衡所生成的，自适应补偿单元在锁相环工作的同时动态调整增益、均衡的频率响应和加速度传感器的感测方向，以使有源补偿自动地适应于压控振荡器的参数。在自适应补偿单元的输入处提供加速度信号和由跟随在锁相环的相位频率检测器后面的滤波器所生成的滤波后的相差信号。在自适应补偿单元中，互相关单元计算加速度信号与滤波后的相差信号之间的相关系数和延迟，增益生成单元根据相关系数递增地计算增益以及加速度传感器的感测方向，以及均衡系数估计器根据加速度信号、滤波后的相差信号和计算出的延迟来递增地计算执行均衡的滤波器的滤波系数。

技术领域

本公开涉及电子电路的领域，并具体涉及锁相环(PLL)、包括PLL的装置和PLL中的自适应补偿方法。

背景技术

晶体(例如石英晶体振荡器)在电子电路的频率资源中广泛使用，例如抖动消除器和频率合成器。然而，还众所周知的是这种晶体的固有谐振频率在晶体经受加速度时改变(cf.参考文献[1])。由于晶体振荡器的加速度灵敏度，机械振动会向它的输出时钟引入附加相位噪声，这会不利地导致对于各种应用的性能降级或甚至故障。

在三种现实场景中振动效应是明显的：1)受风、驶过的卡车或地震摇晃的铁塔上的无线基站；2)车载设备，例如汽车、火车、轮船、飞机、直升机、火箭或航天飞机上的无线通信终端、雷达、导航仪和/或科学仪器；以及3)高速网络/数字通信设备，例如高速网关应用、高速路由器、高吞吐量云存储设备。这些设备需要具有超低相位噪声的系统时钟，其可能由来自散热风扇或人为操作(走动、关门)等的振动而降级。

考虑到PLL是电子设备中广泛使用的基础模块，振动引入的相位噪声可能使系电子系统的关键性能(例如，通信系统的连接性、信噪比和/或误比特率)、雷达和其他传感器的分辨率和/或可靠性降级。因此，抑制振动引入的相位噪声的技术对于许多市场(如蜂窝网络、双向无线电、车车通信、雷达、航天、互联网和/或云设备等等)是非常有价值的。

降低晶体振荡器的加速度灵敏度的公知方法包括有源和无源方法二者。

无源方法包括：吸收振动的特殊机械结构或安装成对的相反朝向的晶体，以消除加速度引入的频移。已经在印刷电路板(PCB)层级(参见参考文献[2])或紧凑尺寸封装中集成的微观结构(参见参考文献[3]-[7])中应用了这些方法。

在有源方法中，机械振动可以通过加速度传感器感测并反馈，以动态地调整通过它的调谐接口的晶体振荡器的输出频率。通常存在靠近晶体振荡器放置的三个加速度计，以感测自由空间中的3轴的加速度。

1981(参见参考文献[8])和1987(参见参考文献[9])年，V.R.Rosati等人提出了可以通过模拟放大器以固定增益且没有相位延迟地修改由加速度计所生成的调谐信号的解决方案。

1989(参见参考文献[10])年，Frerking描述了在极化效应调谐方法中使用自适应滤波器来使压控晶体振荡器的(VCXO)振动引入的相位噪声最小化。

1997(参见参考文献[11])年，Wei提出了一种自适应信号调节器，包括一个或更多个加速度计、带通滤波器和代表传递函数H(s)的模拟电路，以抑制VCXO的振动引入的相位噪声。

2006(参见参考文献[20])年，Nicola等人提出了一种用于使PLL稳定化的设备。在Nicola的专利中，稳定化设备可以将随机数字信号与振荡器控制信号相加，以及对相位检测器的输出与所述随机数字信号进行互相关，以估计PLL的传递函数和环路增益。估计出的传递函数和环路增益可以然后被用于通过查找表来调整两个放大器的增益，以在参考时钟的抖动改变时使PLL的传递函数稳定化。在Nicola的专利中，加至振荡器控制信号的信号的方差和增益是预先确定的，并且环路滤波器被调整。它仅适用于全数字PLL，并且不旨在抑制振动引入的相位噪声。