CN102545836A - 一种频率产生单元及其频率快速锁定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种频率产生单元及其频率快速锁定方法，该频率产生单元包括：主控芯片、环路滤波器、压控振荡器和锁相环IC；以及电压预配置电路，包括正向压降随温度升高而降低的二极管，用于输出随温度升高而增加的预置电压；其中主控芯片用于在接收频率设置信号后，在第一时间段内将电压预配置电路输出的预置电压施加到所述环路滤波器，并在第一时间段结束后切断该预置电压，由锁相环IC控制频率锁定。本发明通过电压预配置电路为环路滤波器提供预置电压从而缩短锁相环的锁定时间，并在电压预配置电路中引入二极管通过简单的硬件实现了温度补偿，保证锁定时间在高低温情况下的稳定性，增强了装置在高低温下的可靠性。

Description

一种频率产生单元及其频率快速锁定方法

技术领域

本发明涉及射频通信技术领域，更具体地说，涉及一种具有温度补偿的频率产生单元及其频率快速锁定方法。

背景技术

频率产生单元是通信设备的核心部件之一，为通信设备提供接收本振信号和发射载波信号。

频率产生单元一般包括环路滤波器、压控振荡器和锁相环IC。锁相环IC用于鉴别本振信号与压控振荡器的输出信号的相位差并输出误差电压，经环路滤波器后作为压控振荡器的压控电压CV以实现频率锁定，从而将压控振荡器的输出信号的频率锁定为频率产生单元所需产生的频率。

压控振荡器中会使用变容管谐振产生所需频率的信号。变容管相当于可变电容，在不同的反向电压下呈现不同的电容值。图1所示为变容管电容值随反向电压的变化。反向电压越大，电容值越小。谐振电路的谐振频率公式如下公式(1)所示。由公式(1)可知，谐振频率与变容管的电容相关，电容增大，谐振频率降低。因此，可以为压控振荡器设置不同的压控电压CV，该压控电压CV将作为施加到变容管的反向电压来产生不同谐振频率的信号。

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}---\left(1\right)$

一个方面，随着通信技术的发展，通信设备要求频率产生单元具有较快的锁定时间。然而，在切换频率时，由于锁相环IC经环路滤波器输出的电压需要一定的时间才能调整至所需频率对应的压控电压CV，进而使频率的锁定也需要经历一定的过程。如图2所示，为频率产生单元的频率锁定过程示意图，频率产生单元的频率锁定过程分为三个阶段：

T1：捕获阶段：由于频点的切换，频率从稳定到不稳定的急剧变化，输出频率与本振信号的参考时钟鉴相频率相位差非常大，锁相环处于失锁状态，需要锁相环产生大量的泵电流来捕获目标频率。

T2：跟踪阶段：输出频率与参考时钟鉴相频率相位差较小，锁相环对输出频率进行跟踪，属于环路自身调节的阶段。

T3：稳定阶段：输出频率与参考时钟鉴相频率相位差非常小，锁相环处于锁定的状态。当频率偏差小于±100Hz时，锁相环进入稳定状态。

在上述锁定过程的三个阶段中，主要是由T1和T2阶段决定目标频率的锁定时间。而T2的时间主要是由于环路自身的参数决定。T2时，相位差已经比较小了，靠锁相环自身的调节可以很快进入T3。然而，T1捕获阶段所消耗的时间，对整体锁定时间起直接的影响。

现有的频率产生单元主要通过两种解决方法来实现快速锁定。一种是利用锁相环IC自身携带的快速锁定电路控制压控电压CV快速变化，使得频率在切换时快速锁定。第二种方法是为环路滤波器提供一个预置电压，使得环路滤波器输出的压控电压CV快锁稳定在所需的压控电压CV。该预置电压的作用是为环路滤波器中的电容提供比锁相环IC的正常锁定时输出的泵电流大的充电电流，以缩短电容充电时间，后续再由锁相环IC的正常锁定时输出的泵电流对环路滤波器输出的压控电压CV进行调节使其快速切换，实现频率锁定。与第二种方法相比，第一种方法的锁定时间降低不明显。

另一方面，目前对频率产生单元的稳定性也提出了更高的要求，不仅要求设备常温正常工作，还要求在高低温条件下正常使用，通常的标准有-25℃～70℃或者-30℃～80℃等。但是，由于变容管是由pn结做成的，在固定的反向电压下，随着温度的升高，pn结空间电荷区宽度减小，变容管电容增大。因此，一般的通信设备会出现随着环境温度升高，变容管电容增大，频率降低的问题。为了保持所产生信号的频率不变，要求变容管电容不变，进而需要在环境温度升高时增大压控电压CV来保持变容管电容的稳定，或者在环境温度降低时减小压控电压CV。因此，需要根据环境温度来调节压控电压CV，也就需要根据环境温度来调节提供给环路滤波器的预置电压，使得预置电压随温度的变化量与压控电压CV随温度变化量相同，达到温度补偿的作用，保证锁定时间在高低温和常温下保持一致，增加频率产生单元的可靠性。

然而，目前主要运用温度探测器测试并反馈环境的温度，然后根据温度刷新通过软件计算获得的存储器内的压控电压CV的值，以此来达到温度补偿的目的和效果。该方法的缺陷在于其对硬件需求很多，温度补偿需要采用温度探测器和存储器，占用大量的PCB面积。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有频率产生单元的快速锁定方法中采用温度探测器反馈温度来调节预置电压导致硬件复杂的缺陷，提供一种频率产生单元及其频率快速锁定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种频率产生单元，包括：主控芯片、环路滤波器、压控振荡器和锁相环IC；所述锁相环IC用于接收所述主控芯片的频率设置信号，鉴别本振信号与所述压控振荡器的输出信号的相位差并输出误差电压信号，经所述环路滤波器后作为所述压控振荡器的压控电压以实现频率锁定；

所述频率产生单元还包括：电压预配置电路，包括正向压降随温度升高而降低的二极管，用于输出随温度升高而增加的预置电压；所述主控芯片用于在接收频率设置信号后，在第一时间段内将电压预配置电路输出的预置电压施加到所述环路滤波器，为所述环路滤波器中的电容充电，所述主控芯片还在所述第一时间段后切断电压预配置电路为环路滤波器提供的预置电压，并由所述锁相环IC调节环路滤波器输出的电压实现频率锁定。

本发明还相应提供了一种如上所述的频率产生单元的频率快速锁定方法，所述频率产生单元包括：主控芯片、环路滤波器、压控振荡器和锁相环IC；其特征在于，所述频率快速锁定方法包括以下步骤：

主控芯片接收频率设置信号，发送给锁相环IC；

主控芯片在第一时间段内将电压预配置电路输出的预置电压施加到环路滤波器，为所述环路滤波器中的电容充电；所述电压预配置电路包括正向压降随温度升高而降低的二极管，用于输出随温度升高而增加的预置电压；

主控芯片在所述第一时间段后切断电压预配置电路为环路滤波器提供的预置电压，并由所述锁相环IC调节环路滤波器输出的电压实现频率锁定。

实施本发明的频率产生单元及其频率快速锁定方法，具有以下有益效果：本发明通过采用具有正向压降随温度升高而降低的二极管的电压预配置电路为环路滤波器提供随温度升高而增加的预置电压，缩短了随后锁相环IC控制的锁定时间；同时，本发明采用二极管等器件组成电压预配置电路，其电路简单，成本低，并且可以使得预置电压随温度的变化量与压控电压随温度变化量相同，达到温度补偿的作用，进而保证锁定时间在高低温和常温下保持一致，增加频率产生单元的可靠性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为变容管电容值随反向电压的变化关系图；

图2为频率产生单元的频率锁定过程示意图；

图3为根据本发明的频率产生单元的第一实施例的原理框图；

图4为根据本发明的频率产生单元的第二实施例的原理框图；

图5为根据本发明的频率产生单元的第二实施例中第一部分的电路原理图；

图6为根据本发明的频率产生单元的第二实施例中第二部分的电路原理图；

图7为根据本发明的频率产生单元的频率快速锁定方法的第一实施例的流程图；

图8为根据本发明的频率产生单元的频率快速锁定方法的第二实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

请参阅图3，为根据本发明的频率产生单元的第一实施例的原理框图。如图3所示，该频率产生单元包括主控芯片10、锁相环IC 20、环路滤波器(LPF)30和压控振荡器(VCO)40。其中，主控芯片10被用于运行程序发送频率设置信号等给锁相环IC 20。主控芯片10通过发送时钟信号PLL_CLOCK、数据信号PLL_DATA和片选信号PLL_CS给锁相环IC20实现控制和数据的配置。锁相环IC 20用于接收主控芯片10的频率设置信号，根据为其设置的频率产生本振信号，并鉴别本振信号与压控振荡器40的输出信号的相位差并输出误差电压信号，该误差电压信号中的噪声和干扰成分被低通性质的环路滤波器30滤除，并通过为环路滤波器中的电容充电使得环路滤波器输出的电压作为压控振荡器40的压控电压CV，压控电压CV作用于压控振荡器40的结果是把它的输出信号的振荡频率fo拉向为锁相环IC 20设置的频率，当二者相等时，频率产生单元进入锁定状态。

本发明的频率产生单元还包括电压预配置电路90，该电压预配置电路90包括正向压降随温度升高而降低的二极管，用于输出随温度升高而增加的预置电压。主控芯片10则在接收频率设置信号后，在第一时间段t1内将电压预配置电路输出的预置电压施加到环路滤波器30，为环路滤波器30中的电容充电，主控芯片10还在第一时间段t1后切断电压预配置电路90为环路滤波器提供的预置电压，并由所述锁相环IC调节环路滤波器输出的电压实现频率锁定。

本发明是通过采用二极管组成的电压预配置电路90来提供随温度升高而增加的预置电压的，该电压预配置电路90具有通过将一个固定电压经至少一个二极管降压后输出，由于二极管具有正向压降随温度升高而降低的特性，通过二极管降压后输出的预置电压将随温度升高而增加。因此，本发明可以根据环境温度来调节提供给环路滤波器的预置电压，使得预置电压随温度的变化量与压控振荡器的压控电压CV随温度变化量相同，达到温度补偿的作用，保证锁定时间在高低温和常温下保持一致，增加频率产生单元的可靠性。并且本发明的电压预配置电路90通过简单的二极管实现，与采用温度探测器相比，其硬件简单，成本低，不占用设备空间。

电压预配置电路90采用的二极管可以为普通p-n二极管，或者为金属-半导体(接触)二极管即肖特基管。优选地，电压预配置电路90采用肖特基管实现，由于其开关速度非常快，适用于在频率切换时快速反应。

本发明中电压预配置电路90在温度不变时所提供的预置电压为固定值。在常温输出的预置电压可以固定为频率产生单元所产生频率范围对应压控电压范围中的某一特定值。更优选地，在常温输出的预置电压固定为频率产生单元所产生频率范围对应压控电压的中间值。例如，当频率产生单元所产生频率范围为400-700Hz时，其在常温下对应的压控电压CV为1V～3.8V，则预置电压选取中间值2.4V。请结合参阅图2，在捕获阶段T1，当为频率产生单元设置的频率进行切换时，如果没有预置电压，则锁相环IC在调整环路滤波器输出的电压时，将在大范围内进行变化以调整到设置的频率被锁定时的压控电压CV。而本发明通过为环路滤波器提供预置电压，使锁相环IC在调整环路滤波器输出的电压时，从中间值开始搜索使频率锁定时的压控电压CV，使得相应的频率跳动的范围相对缩小，能够有效地缩短捕获阶段T1的时间，更加快速地锁定频率。与目前通过软件采用时序复杂的公式算法计算压控电压CV，再为环路滤波器提供与之相应的预置电压的方法相比，本发明为环路滤波器提供固定的预置电压，当该预置电压采用中间值时，仍然能够缩短锁相环IC的频率锁定的搜索时间，并且其硬件简单，成本降低。

此外，锁相环IC20在电压预配置电路90为环路滤波器30提供预置电压结束后，即在第一时间段t1后可以通过正常的锁定功能将频率锁定，优选地也可以通过开启快锁功能，进一步加快频率的锁定时间。主控芯片10可以发送信号开启锁相环IC20的快锁功能，并在第一时间段t1后的第二时间段t2将锁相环IC20产生的快锁信号发送给环路滤波器30实现快速锁定。为了防止出现过冲现象，在第二时间段t2结束时，主控芯片10可以发送信号关闭锁相环IC20的快锁功能，使得锁相环IC20通过正常锁定的功能对频率进行锁定。

图3所示的频率产生单元的第一实施例的控制过程如下所述：

首先，当频率产生单元的设备上电或者切换频率时，主控芯片10接收频率设置信号，并发送给锁相环IC 20配置所需锁定的频率信息。

随后，主控芯片10在第一时间段t1内将电压预配置电路90输出的预置电压施加到环路滤波器30，为环路滤波器30中的电容充电。

随后，主控芯片10第一时间段t1结束后切断电压预配置电路90为环路滤波器30提供的预置电压。此时由锁相环IC20调节环路滤波器30输出的电压，使得频率快速锁定。此时环路滤波器30输出的电压被切换到所设置的频率对应的压控电压CV。优选地，主控芯片10可以控制锁相环IC20开启快锁模式，并在第二时间段t2内控制锁相环IC20产生的快锁信号发送给环路滤波器30实现快速锁定。在第二时间段t2结束时，主控芯片10可以发送信号关闭锁相环IC20的快锁功能，使得锁相环IC20通过正常锁定的功能对频率进行锁定。

请参阅图4，为根据本发明的频率产生单元的第二实施例的原理框图。第二实施例包括与第一实施例中结构和功能相同的主控芯片10、锁相环IC 20、环路滤波器(LPF)30和压控振荡器(VCO)40。在该实施例中，主控芯片10采用OMAP 10实现，OMAP 10是一款面向多操作系统的高性能低功耗处理器。在第二实施例中，上述压控振荡器40的输出信号可以经过反馈带通器(BPF)50返回给锁相环IC 20。在实际应用中，该频率产生单元还需要包括锁相环参考晶体(VC_TCXO)60，以及与OMAP 10连接输出VC_TCXO控制电压的数模转换器(DAC)70等。以及与压控振荡器40的输出端连接用于对输出信号进行缓冲放大的缓冲放大器80。

在第二实施例中，频率产生单元还包括第一开关91和第二开关92，OMAP10通过第一开关91和第二开关92对各个电路的信号发送进行控制。

第一开关91连接在电压预配置电路90和环路滤波器30之间，在通常情况下为断开状态，在接通时可以将电压预配置电路90与环路滤波器30连接。OMAP10在第一时间段t1内发送预配置控制信号Pre_Setup_Control控制第一开关91接通将电压预配置电路90提供的预置电压施加给环路滤波器30，为环路滤波器30中的电容提供较大的充电电流，使其快速充电。

第二开关92连接在锁相环IC 20的快锁控制端和环路滤波器30之间，能够接收OMAP10的控制信号。第二开关92可以将锁相环IC 20的快锁控制端连接至环路滤波器30。OMAP10在第一时间段t1后的第二时间段t2内发送快锁控制信号Fast_Lock_Control控制第二开关92接通，进而将锁相环IC 20产生的快锁信号Fast_Lock发送给环路滤波器30，由锁相环IC 20实现快锁功能。

优选地，主控芯片10在第二时间段t2结束时，发送信号关闭锁相环IC 20的开锁功能，将其切换至锁定检测模式。由锁相环IC 20对环路滤波器30输出的电压进行调节实现正常锁定。在锁定检测模式下，锁相环IC20产生的快锁检测信号还可以经第二开关92反馈给主控芯片10。此时，第二开关92可以采用单刀双掷开关，常态为断开状态，在第一种接通情况下将锁相环IC 20产生的快锁信号Fast_Lock发送给环路滤波器30，在第二种接通情况下将锁相环IC20产生的快锁检测信号反馈给主控芯片10。主控芯片10可以分别发送快锁控制信号Fast_Lock_Control控制第二开关92切换到第一种接通情况，或者发送快锁检测控制信号Lock_Detect_Control控制第二开关92切换到第二种接通情况。

图4所示的频率产生单元的第二实施例的控制过程如下所述：

当设备上电或者切换频率时，主控芯片10接收频率设置信号，并发送给锁相环IC 20配置所需锁定的频率信息。在一些优选的实施例中，此时可以主控芯片10可以打开锁相环IC 20的快锁功能，此时由于第二开关92的隔离，锁相环IC 20产生的快锁信号Fast_Lock未加到环路滤波器30上。

随后，主控芯片10发送预配置控制信号Pre_Setup_Control给第一开关91，控制其导通并持续第一时间段t1，从而将电压预配置电路90提供的预置电压施加给环路滤波器30。第一开关91在第一时间段t1结束后关闭。

随后，主控芯片10发送快锁控制信号Fast_Lock_Control给第二开关92，控制其为第一种接通状态并持续第二时间段t2，即将锁相环IC 20的快锁控制端产生的快锁信号Fast_Lock发送给环路滤波器30，由锁相环IC 20实现快锁功能。第二开关92在第二时间段t2结束后关闭，即切断锁相环IC 20作用于环路滤波器30的快锁信号Fast_Lock。

最后，可以关闭锁相环IC 20的快锁功能，使频率产生单元实现正常锁定。优选地，可以由主控芯片10配置锁相环IC 20，将其由快锁模式切换至锁定检测模式。此时，第二开关92可以在接收主控芯片10的快锁检测控制信号Lock_Detect_Control后，切换至第二接通状态，将锁相环IC 20产生的快锁检测信号Lock_Detect反馈给主控芯片10。

在整个过程中，第一时间段t1时间长度和第二时间段t2时间长度直接决定环路滤波器30的过充与否以及锁定时间，所以需要根据所需的锁定控制时间控制第一时间段t1和第二时间段t2的时间长度，进而防止出现电容的过充和欠充，缩短了锁定时间，保证了系统的可靠性。

请结合参阅图2可见，本发明在捕获阶段T1，首先通过给频率产生单元的环路滤波器30提供一个随温度变化的预置电压，然后开启锁相环IC 20的快锁功能，可以大幅减小捕获阶段T1的锁定时间。在此期间控制预置电压的预置时间即t1和锁相环的快锁功能时间即t2，最后可以通过锁相环的常规锁定功能进行锁定。这样，可以避免环路滤波器30的过充现象，缩短了T1阶段时间，从而达到了快速锁定的目的。T1阶段时间越短，锁定过程所用时间越短。

此外，本发明提供的方案只是在锁定过程中起作用，锁定结束后所有设置和器件不会影响频率产生单元，也不会影响相位噪声。也就是说，本发明提供的方案在保证快速锁定和高低温可靠性的同时，也保证了很好的相位噪声特性。

下面对本发明的频率产生单元的主要功能模块的具体电路进行介绍。

请参阅图5和图6，为根据本发明的频率产生单元的第二实施例的电路原理图。如图5所示，示出了锁相环IC 20和锁相环参考晶体(VC_TCXO)60的具体电路图。其中，锁相环IC 20由PLL芯片U202以及周边电路实现，可以采用型号为sky72310的PLL芯片。应该理解的是，本发明并不限于本具体实施例中所采用的芯片类型，而可以选择本领域技术人员熟知并能应用的PLL芯片。该PLL芯片U202具备快锁功能。该PLL芯片U202的Clock端(第22脚)、CS端(第21脚)和Data端(第20脚)分别用于接收主控芯片10发出的时钟信号PLL_CLK、片选信号PLL_CS和数据信号PLL_Data。

锁相环参考晶体(VC TCXO)60在本实施例中采用型号为DSB321SDA的芯片以及周边电路实现。同理，本发明并不限于该具体实施例中所采用的芯片类型。主控芯片10通过数模转换器DAC70发出的参考晶体控制信号VC_TCXO_Control输出给锁相环参考晶体(VC_TCXO)60，锁相环参考晶体(VC_TCXO)60的输出连接至PLL芯片U202的Xtalin/OSC端(第9脚)。

请结合参阅图6，示出了环路滤波器(LPF)30、反馈带通器(BPF)50、电压预配置电路90，以及第一开关91和第二开关92。其中，图6中反馈带通器(BPF)50接收VCO反馈信号VCO_to_PLL_Feedback进行带通滤波后通过接口J1输出给图5中锁相环IC 20的Fvco_main端(第2脚)，以供锁相环IC 20进行相位比对。

此外，图5中锁相环IC 20通过CPout_main端(第6脚)输出经比对后输出的误差电压，即正常工作模式下输出的锁定信号给图6中接口J3，以提供给环路滤波器(LPF)30产生压控电压VC。图5中锁相环IC 20在快锁模式下还通过LD/PS_main端(第4脚)输出快锁信号Fast_Lock给图6中接口J2，以提供给第二开关92。

电压预配置电路90中采用肖特基管，用于调整电压预配置电路90输出的预置电压随温度升高而增加，以实现温度补偿。本发明并不限定采用的肖特基管的数量、种类和连接关系，只需要使得该电压预配置电路90能够提供具有温度补偿的预置电压，即随温度升高而增加即可。如图6中，电压预配置电路90包括：肖特基管D203-D205，电阻R277、电阻R224和电阻R278。肖特基管D203-D205首尾相接，并和电阻R277和电阻R224串联在给定工作电压PLL_3.3V与地之间，其中，电阻R277和电阻R224之间的节点通过电阻R278输出给第一开关91。该电压预配置电路90还可以具有电容C237和电容C241，并联在给定工作电压PLL_3.3V与地之间。电压预配置电路90能够提供合适的预置电压。电阻R277和电阻R224之间的节点还通过电阻R257与锁相环IC20的LD/PS_main端(第4脚)连接。由于肖特基管正向压降随温度升高而减小，所以电压预配置电路90提供的预置电压随温度升高而增加，恰好满足压控电压CV随温度升高而增加的特点。因此，本发明提出的电压预配置电路90有温度补偿作用，一旦常温下第一时间段t1和第二时间段t2的时间长度固定，高低温情况下不会出现由于压控电压CV变化而破坏之前的常温防过充设计或者快锁设计，从而避免高低温导致锁相环的锁定时间加长，增加了频率产生单元的可靠性。

第一开关91由开关芯片U205及周边电路组成。该开关芯片U205采用型号为FSA66P5X的开关芯片实现。其ON/OFF端(第4脚)由主控芯片10的预配置控制信号Pre_Setup_Control控制，当接收到该预配置控制信号Pre_Setup_Control时导通，将开关芯片U205的Vin端(第1脚)输入的电压预配置电路90的预置电压的信号通过OUT端(第2脚)经电阻R230输出给环路滤波器(LPF)30中。

环路滤波器(LPF)30主要由电阻R219、电阻R222以及并联的电容组串联对锁相环IC 20的CPout_main端(第6脚)输出误差电压进行分压。该开关芯片U205的OUT端(第2脚)在第一时间段t1将电压预配置电路90的预置电压输出至电阻R219和电阻R222之间的节点，使得锁相环IC 20的CPout_main端(第6脚)经过串联的电阻R217和电阻R218之后输出的压控电压CV，即压控电压信号Control Voltage_to_VCO能够快速地切换。该压控电压信号Control Voltage_to_VCO将与压控振荡器40(图5-6中未示出)连接。并联的电容组由电容C233、电容C235等组成。

第二开关92由开关芯片U203及周边电路组成。该开关芯片U203采用型号为TS5A3159DCKR的单刀双掷芯片实现，其公共端COM端(第4脚)与锁相环IC 20的LD/PS_main端(第4脚)连接，接收快锁信号Fast_Lock。开关芯片U203的输入控制端IN端(第6脚)与主控芯片10连接，用于接收快锁控制信号Fast_Lock_Control或快锁检测控制信号Lock_Detect_Control。第二开关92在一般情况下是断开的，起到隔离作用。第二开关92在第二时间段t2接收的快锁控制信号Fast_Lock_Control为高电平，使得开关芯片U203处于第一种接通状态，其公共端COM端(第4脚)与NO端(第1脚)连通，将锁相环IC 20产生的快锁信号Fast_Lock通过NO端(第1脚)发送给环路滤波器(LPF)30的电阻R222与并联的电容组之间的节点，其该节点通过电容C223连接至电容R217和电容R218之间的节点。

第二开关92在第二时间段t2后，接收的快锁检测控制信号Lock_Detect_Control为低电平，且此时锁相环IC 20的快锁功能被关闭，切换至锁定检测模式。开关芯片U203处于第二种接通状态，其公共端COM端(第4脚)与NC端(第3脚)连通，将公共端COM端(第4脚)采集的锁相环IC 20的快锁检测信号Lock_Detect作为PLL_Lock_Detect反馈给主控芯片10。

请参阅图7，为根据本发明的频率产生单元的频率快速锁定方法的第一实施例的流程图。在该实施例提供的频率产生单元的频率快速锁定方法中，频率产生单元为如上所述的图3所示的频率产生单元。该频率快速锁定方法包括以下步骤：

首先，在步骤S401中，当频率产生单元的设备上电或者切换频率时触发；

随后，在步骤S402中，主控芯片10接收频率设置信号，并发送给锁相环IC 20配置所需锁定的频率信息。

随后，在步骤S403中，主控芯片10在第一时间段t1内将电压预配置电路90输出的预置电压施加到环路滤波器30，为环路滤波器30中的电容充电。电压预配置电路90中包括正向压降随温度升高而降低的二极管，用于输出随温度升高而增加的预置电压。主控芯片10第一时间段t1结束后切断了电压预配置电路90为环路滤波器30提供的预置电压。

随后，在步骤S404中，由锁相环IC20调节环路滤波器30输出的电压，实现频率的锁定。优选地，主控芯片10可以控制锁相环IC20开启快锁模式，并在第二时间段t2内控制锁相环IC20产生的快锁信号发送给环路滤波器30实现快速锁定。在第二时间段t2结束时，主控芯片10可以发送信号关闭锁相环IC20的快锁功能，使得锁相环IC20通过正常锁定的功能对频率进行锁定。

请参阅图8，为根据本发明的频率产生单元的频率快速锁定方法的第二实施例的流程图。在该实施例提供的频率产生单元的频率快速锁定方法中，频率产生单元为如上所述的图4所示的频率产生单元。该频率快速锁定方法包括以下步骤：

首先，开始于步骤S801中，当频率产生单元的设备上电或者切换频率时触发。例如通信设备上电时需要发射具有一定频率的射频信号。

随后，在步骤S802中，主控芯片10接收频率设置信号，并发送给锁相环IC 20配置所需锁定的频率信息。优选地，主控芯片10可以打开锁相环IC的快锁功能。此时由于第二开关92的隔离，锁相环IC 20产生的快锁信号Fast_Lock未加到环路滤波器30上。

随后，在步骤S803中，主控芯片10发送预配置控制信号Pre_Setup_Control给第一开关91，控制其导通并持续第一时间段t1，从而将电压预配置电路90提供的预置电压施加给环路滤波器30。第一开关91在第一时间段t1结束后关闭。其中，预置电压通常选取所需频率范围对应压控电压CV的中间值。电压预配置电路90包括肖特基管，用于调整电压预配置电路90输出的预置电压随温度升高而增加，以实现温度补偿。

随后，在步骤S804中，上述主控芯片10发送快锁控制信号Fast_Lock_Control给第二开关92，控制其为第一种接通状态并持续第二时间段t2，即将锁相环IC 20的快锁控制端产生的快锁信号Fast_Lock发送给环路滤波器30，由锁相环IC 20加快锁定。第二开关92在第二时间段t2结束后关闭，即切断锁相环IC 20作用于环路滤波器30的快锁信号Fast_Lock。上述第一时间段t1和第二时间段t2的长度根据所需的锁定控制时间而确定。

随后，在步骤S805中，关闭锁相环IC20的快锁功能实现正常锁定。优选地，可以由主控芯片10配置锁相环IC 20，将其由快锁模式切换至锁定检测模式。此时，第二开关92可以在接收主控芯片10的快锁检测控制信号Lock_Detect_Control后，切换至第二接通状态，将锁相环IC 20产生的快锁检测信号Lock_Detect反馈给主控芯片10。

最后，在步骤S806中，锁相环IC20自动将输出信号锁定为所需的新频点。

通过试验数据证明，本发明锁定时间较短，且产生的预置电压基本可实现随温度的变化量与压控电压CV变化量相当，使得锁定时间在高低温下的一致性很好，可靠性很高。

本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合或材料，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (11)

1.一种频率产生单元，包括：主控芯片、环路滤波器、压控振荡器和锁相环IC；所述锁相环IC用于接收所述主控芯片的频率设置信号，鉴别本振信号与所述压控振荡器的输出信号的相位差并输出误差电压信号，经所述环路滤波器后作为所述压控振荡器的压控电压以实现频率锁定；其特征在于，所述频率产生单元还包括： 

电压预配置电路，包括正向压降随温度升高而降低的二极管，用于输出随温度升高而增加的预置电压；

所述主控芯片用于在接收频率设置信号后，在第一时间段内将电压预配置电路输出的预置电压施加到所述环路滤波器，为所述环路滤波器中的电容充电，所述主控芯片还在所述第一时间段后切断电压预配置电路为环路滤波器提供的预置电压，并由所述锁相环IC调节环路滤波器输出的电压实现频率锁定。

2.根据权利要求1所述的频率产生单元，其特征在于，所述二极管为肖特基管。

3.根据权利要求2所述的频率产生单元，其特征在于，所述电压预配置电路包括：肖特基管D203-D205，电阻R277、电阻R224和电阻R278；

所述肖特基管D203-D205首尾相接，并和电阻R277和电阻R224串联在给定工作电压与地之间，所述电阻R277和电阻R224之间的节点通过电阻R278输出给所述第一开关。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的频率产生单元，其特征在于，所述电压预配置电路在常温输出的预置电压固定为频率产生单元所产生频率范围对应压控电压的中间值。

5.根据权利要求4所述的频率产生单元，其特征在于，所述主控芯片开启所述锁相环IC的快锁功能，并在第一时间段后的第二时间段将所述锁相环IC产生的快锁信号发送给所述环路滤波器。

6.根据权利要求5所述的频率产生单元，其特征在于，所述频率产生单元还包括：

第一开关，连接在所述电压预配置电路和所述环路滤波器之间，用于在接收所述主控芯片在第一时间段内发送的预配置控制信号后接通，将所述电压预配置电路提供的预置电压施加给所述环路滤波器；

第二开关，连接在所述锁相环IC的快锁控制端和所述环路滤波器之间，用于在接收所述主控芯片在第一时间段后的第二时间段内发送的快锁控制信号后接通，将所述锁相环IC产生的快锁信号发送给所述环路滤波器。

7.一种根据权利要求1-6中任意一项所述的频率产生单元的频率快速锁定方法，所述频率产生单元包括：主控芯片、环路滤波器、压控振荡器和锁相环IC；其特征在于，所述频率快速锁定方法包括以下步骤：

主控芯片接收频率设置信号，发送给锁相环IC；

主控芯片在第一时间段内将电压预配置电路输出的预置电压施加到环路滤波器，为所述环路滤波器中的电容充电；所述电压预配置电路包括正向压降随温度升高而降低的二极管，用于输出随温度升高而增加的预置电压； 

主控芯片在所述第一时间段后切断电压预配置电路为环路滤波器提供的预置电压，并由所述锁相环IC调节环路滤波器输出的电压实现频率锁定。

8.根据权利要求7所述的频率产生单元的频率快速锁定方法，其特征在于，电压预配置电路中采用的二极管为肖特基管。

9.根据权利要求7或8所述的频率产生单元的频率快速锁定方法，其特征在于，所述电压预配置电路输出的预置电压为频率产生单元所产生频率范围对应压控电压的中间值。

10.根据权利要求9所述的频率产生单元的频率快速锁定方法，其特征在于，所述频率快速锁定方法还包括所述主控芯片开启所述锁相环IC的快锁功能，并在第一时间段后的第二时间段将所述锁相环IC产生的快锁信号发送给所述环路滤波器。

11.根据权利要求10所述的频率产生单元的频率快速锁定方法，其特征在于，所述频率产生单元还包括：

第一开关，连接在所述电压预配置电路和所述环路滤波器之间，用于在接收所述主控芯片在第一时间段内发送的预配置控制信号后接通，将所述电压预配置电路提供的预置电压施加给所述环路滤波器； 

第二开关，连接在所述锁相环IC的快锁控制端和所述环路滤波器之间，用于在接收所述主控芯片在所述第二时间段内发送的快锁控制信号后接通，将所述锁相环IC产生的快锁信号发送给所述环路滤波器。

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