CN102545897A - 用于fsk 制式数据发送的dvco中线性可变电容的调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于FSK制式数据发送的DVCO中线性可变电容的调节方法，根据DVCO电感大小及其发送数据的实时频率确定所述DVCO中线性可变电容的目标电容值，以所述目标电容值调整所述线性可变电容，从而大大提高了芯片发送的频率分辨率。

Description

用于FSK 制式数据发送的DVCO中线性可变电容的调节方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种用于FSK制式数据发送的DVCO中线性可变电容的调节方法。

背景技术

目前的数据发送一般有两种方式，其一是采用声表面波振荡器产生一个射频频率(Radio Frequency，RF)，然后通过混频或用要发送的数据调节声表面波器件发送频移键控(Frequency-Shift Keying，FSK)信号，或用开关PA发送幅度键控(Amplitude-Shift Keying，ASK)或二进制启闭键控(On-Off Keying，OOK)信号；另一种是采用晶体振荡电路产生参考频率基准，作为锁相环(PhaseLocked Loop，PLL)电路的参考，然后用PLL电路产生RF所需要的频率再用PA发送出去。其中，FSK数据一般直接通过PLL调制，ASK或OOK数据直接通过开关PA实现。

由于现有技术中FSK数据发送时，关系到频率分辨率的DVCO中线性可变电容无法很好地进行调节，导致芯片发送的频率分辨率低下，无法满足以高精度频率发送数据的要求。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种用于FSK制式数据发送的DVCO中线性可变电容的调节方法，以大大提高芯片发送的频率分辨率。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种用于FSK制式数据发送的DVCO中线性可变电容的调节方法，其特征在于，包括：

根据DVCO电感大小及其发送数据的实时频率确定所述DVCO中线性可变电容的目标电容值；

以所述目标电容值调整所述线性可变电容。

本发明实施例通过提供一种用于FSK制式数据发送的DVCO中线性可变电容的调节方法，根据DVCO电感大小及其发送数据的实时频率确定所述DVCO中线性可变电容的目标电容值，以所述目标电容值调整所述线性可变电容，从而大大提高了芯片发送的频率分辨率。

附图说明

图1是本发明第一实施例的数据发送系统的主要结构图。

图2是本发明第一实施例的基于芯片的数据发送方法的主要流程图。

图3是本发明第一实施例中芯片出厂前的初始频率flc0的测试方法的流程图。

图4是图2中208的具体流程图。

图5是图4中404的具体流程图。

图6是本发明第一实施例中实现温度的反馈调整的流程图。

图7是图2中210的补充流程示意图。

图8是本发明第一实施例中DVCO2中可变电容阵列的结构图。

图9是本发明第一实施例中DVCO2的简单结构图。

图10是本发明第一实施例中PA的结构图。

图11是本发明第二实施例的数据发送系统的主要结构图。

图12是本发明第二实施例的基于芯片的数据发送方法的主要流程图。

图13是本发明第二实施例中芯片出厂前的初始频率flc0的测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例进行详细说明。

如图1所示，本发明第一实施例的数据发送系统集成于一个芯片之中，其主要包括：

RC OSC(RC Oscillator)1，其是一个电阻和电容确定频率的低温度系数振荡器，主要用于产生一个周期可被测量的时钟，以作为下述数字压控振荡器(Digital Voltage Controlled Oscillator，DVCO)2进行自动频率控制(AutomaticFrequency Control，AFC)的参考；

DVCO2，其是一个高频LC振荡器，用于产生所需的RF以及对电阻电容振荡器(RC Oscillator，RC OSC)1的频率进行测量，可完成数字信号控制；

存储模块3，用于存储预先设定的DVCO2的初始频率flc0、初始频率flc0测定时的初始工作温度T₀及DVCO2的温度系数K₀、K₁，具体地，该存储模块为非易失性存储器(Nonvolatile Memory，NVM)、存储卡或其他类型存储器；DVCO2的开关电容阵列在一特定电容下的初始频率flc0(本方案中开关电容阵列设为其最大电容，而初始频率flc0对应即为DVCO2的最低频率)在芯片出厂前进行测量，并把初始频率flc0、初始工作温度T₀及DVCO2在此特定电容下的温度系数K₀、K₁写入到NVM中；

温度传感器模块，用于获得当前工作温度T，具体地，温度传感器模块可由温度传感器(Temperature Sensor)4及与之相连的模数转换器(ADC)5组成，这样，温度传感器4感应到芯片当前工作温度T所得到的模拟信号通过模数转换器5转换成数字信号后传输到下述控制器8；

计数器(VCO Counter)6，用于在出厂前对DVCO2的初始频率flc0进行测量，其参考频率为外部参考频率Fref，计数器6在芯片正常工作时用来测量RCOSC1的频率，以及对DVCO2在RC OSC的第一分频的N分频周期内对DVCO2做AFC的频率测量；

第一分频器(Divider)7，用于进行N分频的第一分频处理，主要是对RCOSC1进行分频得到合适的DVCO2的AFC参考频率(即下述基准频率)，其中N可根据实际情况取值，而图1中信号DIV_cnt用于设置第一分频器7的分频值N；

第二分频器8，用于进行N₂分频的第二分频处理，主要是把高频的DVCO2的实时频率进行合适的分频，以得到所需的RF输出频率(即下述的载波频率)，其中N₂可根据实际情况取值，如4、8、12、16、20等数值；

控制器(Digital Controller/Ccal)9，用于控制DVCO2以初始频率flc0开始工作；根据DVCO2的温度频率关系，得到DVCO2在当前工作温度T下的第一频率flc0t；控制计数器6在第一频率下测量RC OSC1的第二频率frc，基准频率为第二频率frc经第一分频器7的第一分频所得，即frc/N；根据射频载波频率frf、第二频率frc、第一分频处理的第一分频值N及DVCO2用于获得实时频率flc而通过第二分频器8进行第二分频处理的第二分频值N₂，计算出计数器值CNT0；并以计数器值CNT0为目标并以基准频率frc/N为参考频率对DVCO2进行AFC；其中，Cap_control为AFC中调节DVCO2的开关电容阵列的控制信号，从而调整DVCO2的实时频率flc；

发送模块10，用于以AFC所得的实时频率flc对应载波发送数据，具体地，发送模块10可以是开关功率放大器(Power Amplifier，PA)或其他具有数据发送功能的元器件。

作为一种实施方式，第一分频器7与计数器6之间还可通过一个多路复用器(MUX)进行多路复用。MUX一路输入为上述基准频率的倒数Twin1，另一路输入为外部参考频率Fref的倒数Twin0。

本发明第一实施例的基于芯片的数据发送方法基于图1所示的数据发送系统，其主要包括如图2所示的流程：

201，芯片开始工作；

202，判断是否有数据要发送，若是，执行203，否则执行213；

203，DVCO2和RC OSC1开始工作；

204，DVCO2设为初始频率flc0并继续工作；

205，温度传感器4测量芯片的当前工作温度T；

206，控制器9根据DVCO2的温度频率关系、存储模块3存储的初始频率flc0、初始工作温度T₀、当前工作温度T及DVCO2的温度系数K₀、K₁，得到DVCO2在当前工作温度T下的第一频率flc0t；在第一频率flc0t下测量RC OSC1的第二频率frc，基准频率为第二频率frc经进行N分频的第一分频所得，即frc/N，具体地，DVCO2的温度频率关系可如下述：

flc0t＝flc0·[1+K₀·(T-T₀)+K₁·(T-T₀)²]

那么，芯片工作时，通过芯片里集成的温度传感器4测量的当前工作温度T、和NVM里的flc0、K₀、K₁及T₀就可以得到DVCO2在最大电容及T下的频率flc0t；

而RC OSC1的第二频率frc可由如下关系进行确定：

frc＝flc0t/CNT，其中CNT为计数器6的计数值，由于第一频率flc0t已确定，则计数器6在第一频率flc0t下即可测量得到RC OSC1的第二频率frc；

207，控制器9根据射频载波频率frf、第二频率frc、第一分频处理的第一分频值N及DVCO2用于获得实时频率而进行第二分频处理的第二分频值N₂，计算出计数器值CNT0，具体地，计数器值CNT0可如下述：

$\mathrm{CNT}0=\frac{\mathrm{frf}\·N\·N_2}{\mathrm{frc}}$

这样，对RC OSC1的第二频率frc进行N分频后，并作为AFC的参考时钟，就可把DVCO2的频率调节到所需的射频载波频率；

208，控制器9以计数器值CNT0为目标并以基准频率frc/N为参考频率对DVCO2进行AFC；

209，打开PA；

210，以AFC所得的实时频率flc对应载波发送数据；

211，判断一个数据帧是否发送完成，若是，执行212，否则执行210；

212，判断是否还有其他数据需要发送，若是，执行204，否则执行213；

213，芯片关电，以节约功耗。

作为一种实施方式，芯片出厂前的初始频率flc0的测试方法可如图3所示：

301，出厂前进行芯片测试开始；

302，保持室温在22-27℃的范围，即保证了测试时的初始工作温度T₀在一个范围之内；

303，芯片上电并初始化；

304，检查芯片直流点是否正确，若是，执行306，否则执行305；

305，标识芯片为坏芯片，并执行311；

306，输入外部参考频率Fref；

307，把DVCO2开关电容阵列设在特定电容(本方案中开关电容阵列为其最大电容)；

308，温度传感器4测量芯片工作温度作为初始工作温度T₀；

309，与308同时，以外部参考频率Fref为参考时钟，用芯片上的计数器6测量DVCO2的频率作为初始频率flc0；

310，把初始频率flc0、初始工作温度T₀以及DVCO2的温度系数K₀、K₁写入到NVM中；

311，出厂前测试结束。

需要说明的是，在执行上述基于芯片的数据发送方法时无需输入外部参考频率Fref。

作为一种实施方式，上述208具体可包括如图4所示流程：

401，设置DVCO2开关电容阵列的电容初始值，具体地，可设定电容初始值为DVCO2的开关电容阵列的中间值C1024；

402，AFC开始；

403，获得DVCO2输出信号的实时频率flc；对实时频率flc在基准频率frc/N下进行计数，得到实时计数值CNT，具体地，对DVCO2输出的信号实时频率flc在N/frc时间内进行计数得到计数器6的实时计数值CNT；

404，以实时计数值CNT及计数器值CNT0的对比结果调整DVCO2开关电容阵列的电容值，具体地，如图5所示，当CNT大于CNT0时，增加DVCO2的开关电容阵列的电容值，然后重新在基准频率frc/N的频率周期内计数得到新的CNT；当CNT小于CNT0时，减小DVCO2的开关电容阵列的电容值，直到|CNT-CNT0|＜dcnt时(即DVCO2的实时频率flc被控制于计数器值CNT0对应的阈值内)结束AFC，其中dcnt为系统允许的最小误差。

由于大部分低成本的无线发射系统，通常只发射简单的控制码或少量数据，因而发射的时间较短(一般少于100ms)，在发射时间内芯片的温度变化不大(芯片温度在工作电流较小时温度变化率小于2℃/s)，这样，在整个数据发送过程中温度变化一般会小于0.2℃，频率一般会变化5.2kHz到433MHz左右，因而数据发送中芯片温度的变化对DVCO2频率的影响可忽略，然而，作为一种实施方式，上述212与204之间还可以包括如图6所示流程，以实现温度的反馈调整：

601，判断工作温度的变化值是否大于第一阈值(可为1℃或其他数值，图中以1℃为例)，若是，执行204，以初始频率重新开始工作，否则执行602；

602，当工作温度的变化值小于第二阈值(可为1℃或其他数值，图中以1℃为例)时，用RC OSC1对DVCO2进行校正，对实时频率flc进行微调校准，该微调校准即重新执行208以将DVCO2的实时频率flc控制于计数器值CNT0对应的阈值内，之后执行210。

在210中，当按照FSK方式发送数据且DVCO2上设计有FSK所需的线性可变电容时，上述基于芯片的数据发送方法还包括如图7所示的流程：

701，根据DVCO2电感大小L及实时频率flc确定线性可变电容的目标电容值dC，具体地，目标电容值dC可通过如下方式确定：

$\mathrm{df}=\frac{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^2\·\mathrm{dC}\·L\·f_0^3}{2},$

df＝|flc1-flc2|，

$f_0=\frac{\mathrm{flc}1+\mathrm{flc}2}{2},$

其中，flc1为数据逻辑为1时实时频率flc的数值，flc2为数据逻辑为0时实时频率flc的数值，dC为目标电容值，L为DVCO2电感大小；

702，以目标电容值dC调整线性可变电容，具体地，线性可变电容包括如图8所示的由若干可变电容组成的可变电容阵列，其中开关S1与S1B、S2与S2B以及S3与S3B等均为逻辑反相关系，以目标电容值dC调整线性可变电容具体为：

通过增加或减少有效的可变电容的个数来调整线性可变电容，根据目标电容值dC的确定方式，当需要增加可变电容数量时，根据计算开关S1、S2、S3等的导通得到所需目标电容值dC，反之开关S1、S2、S3等断开即可减小目标电容值dC。

结合图8所示可变电容阵列，DVCO2的电路结构可简单如图9所示，其中，VCON和VCOP为DVCO2电感电容振荡槽的端口以连接电路。

在210中，当按照ASK或OOK方式发送数据时，在开关PA中对数据及载波进行逻辑与处理后输出进行发送，具体可如图10所示，数据和DVCO2传来的载波经过一个与门逻辑电路，当数据为逻辑1时，载波通过与门从PA发送载波信号，当数据为逻辑0时，与门关闭，数据无法到达PA，PA的输入端输入0电平，相当于PA关闭。图10中，Package pin表示封装引脚，Bond wire表示接合线，Match表示用于将PA的输出匹配到天线的匹配电路，PAD在芯片上用于作键合线的垫板，MS是图中PMOS管的名称。

另外，由于PA输出端一般接有电感电容，为了减小电感电容的衰减时间，PA的输出端还可以设计PMOS开关管MS，把PA的衰减时间减到最小。

如图11所示，本发明第二实施例的数据发送系统集成于一个芯片之中，其主要包括：

电感电容振荡器(LC OSC)11，其是一个由电感和纯金属电容组成的振荡槽，其用来产生下述基准频率；

DVCO2，其是一个高频LC振荡器，用于产生所需的RF，可完成数字信号控制；

存储模块3，用于存储预先设定的LC OSC11的初始频率flc0、初始频率flc0测定时的初始工作温度T₀及LC OSC11的温度系数K₀、K₁，具体地，该存储模块为NVM、存储卡或其他类型存储器；初始频率flc0在芯片出厂前进行测量，其与第一实施例中的测定方法相同，直接从芯片引脚输入外部参考频率Fref，然后通过下述初级计数器12对LC OSC11输出的高频信号计数，得到计数值即初始频率flc0，然后将初始频率flc0、初始工作温度T₀及LC OSC11的一特定电容下的温度系数K₀、K₁写入到NVM中；

温度传感器模块，用于获得当前工作温度T，具体地，温度传感器模块可由温度传感器4及与之相连的模数转换器5组成，这样，温度传感器4感应到芯片当前工作温度T所得到的模拟信号通过模数转换器5转换成数字信号后传输到下述控制器9；

初级计数器12，用于以外部参考频率Fref为参考，对LC OSC11输出的高频信号计数，得到计数值即初始频率flc0；

计数器6，用于在芯片正常工作时对DVCO2在LC OSC11的第三分频的N分频周期内做AFC的频率测量；

第三分频器13，用于进行N分频的第三分频处理，主要是对LC OSC11进行分频得到合适的DVCO2的AFC参考频率(即下述基准频率)，其中N可根据实际情况取值；

第二分频器8，用于进行N₂分频的第二分频处理，主要是把高频的DVCO2的实时频率进行合适的分频，以得到所需的RF输出频率(即下述的载波频率)，其中N₂可根据实际情况取值；

控制器9，用于控制LC OSC11以初始频率flc0开始工作；根据LC OSC11的温度频率关系，得到LC OSC11在当前工作温度T下的第三频率flc0t，基准频率为第三频率flc0t经第三分频器13的第三分频所得，即flc0t/N；根据射频载波频率frf、第三频率flc0t、第三分频处理的第三分频值N及DVCO2用于获得实时频率flc而通过第二分频器8进行第二分频处理的第二分频值N₂，计算出计数器值CNT0；并以计数器值CNT0为目标并以基准频率flc0t/N为参考频率对DVCO2进行AFC，其中，Cap_control为调节DVCO2的开关电容阵列的控制信号，从而调整DVCO2的实时频率flc；

发送模块10，用于以AFC所得的实时频率flc对应载波发送数据，具体地，发送模块10可以是开关PA或其他具有数据发送功能的元器件。

本发明第二实施例的基于芯片的数据发送方法基于图11所示的数据发送系统，其主要包括如图12所示的流程：

1201，芯片开始工作；

1202，判断是否有数据要发送，若是，执行1203，否则执行1213；

1203，DVCO2和LC OSC11开始工作；

1204，LC OSC11设为初始频率flc0并继续工作；

1205，温度传感器4测量芯片的当前工作温度T；

1206，控制器9根据LC OSC11的温度频率关系、存储模块3存储的初始频率flc0、初始工作温度T₀、当前工作温度T及LC OSC11的温度系数K₀、K₁，得到LC OSC11在当前工作温度T下的第三频率flc0t，基准频率为第三频率flc0t经进行N分频的第三分频所得，即flc0t/N，具体地，LC OSC11的温度频率关系可如下述：

flc0t＝flc0·[1+K₀·(T-T₀)+K₁·(T-T₀)²]

那么，芯片工作时，通过芯片里集成的温度传感器4测量的当前工作温度T、和NVM里的flc0、K₀、K₁及T₀就可以得到LC OSC11在最大电容及T下的频率flc0t；

1207，控制器9根据射频载波频率frf、第三频率flc0t、第三分频处理的第三分频值N及DVCO2用于获得实时频率而进行第二分频处理的第二分频值N₂，计算出计数器值CNT0，具体地，计数器值CNT0可如下述：

$\mathrm{CNT}0=\frac{\mathrm{frf}\·N\·N_2}{\mathrm{frc}0t}$

这样，对LC OSC11的第三频率flc0t进行N分频后，并作为AFC的参考时钟，就可把DVCO2的频率调节到所需的射频载波频率；

1208，控制器9以计数器值CNT0为目标并以基准频率flc0t/N为参考频率对DVCO2进行AFC；

1209，打开PA；

1210，以AFC所得的实时频率flc对应载波发送数据；

1211，判断一个数据帧是否发送完成，若是，执行212，否则执行210；

1212，判断是否还有其他数据需要发送，若是，执行204，否则执行213；

1213，芯片关电，以节约功耗。

作为一种实施方式，芯片出厂前的初始频率flc0的测试方法可如图13所示：

1301，出厂前进行芯片测试开始；

1302，保持室温在22-27℃的范围，即保证了测试时的初始工作温度T₀在一个范围之内；

1303，芯片上电并初始化；

1304，检查芯片直流点是否正确，若是，执行1306，否则执行1305；

1305，标识芯片为坏芯片，并执行1311；

1306，输入外部参考频率Fref；

1307，把LC OSC11设在一特定电容(该方案中可为最大电容)下；

1308，温度传感器4测量芯片工作温度作为初始工作温度T₀；

1309，与1308同时，以外部参考频率Fref为参考时钟，用芯片上的计数器6测量LC OSC11的频率作为初始频率flc0；

1310，把初始频率flc0、初始工作温度T₀以及LC OSC11的温度系数K₀、K₁写入到NVM中；

1311，出厂前测试结束。

需要说明的是，在执行上述基于芯片的数据发送方法时无需输入外部参考频率Fref。

作为一种实施方式，上述1208具体可同样包括如图4所示流程，此处不再赘述。

由于大部分低成本的无线发射系统，通常只发射简单的控制码或少量数据，因而发射的时间较短(一般少于100ms)，在发射时间内芯片的温度变化不大(芯片温度在工作电流较小时温度变化率小于2℃/s)，这样，在整个数据发送过程中温度变化一般会小于0.2℃，频率一般会变化5.2kHz到433MHz左右，因而数据发送中芯片温度的变化对DVCO2频率的影响可忽略，然而，作为一种实施方式，上述1212与1204之间还可以同样包括如图6所示类似流程，以实现温度的反馈调整，此处不再赘述。

在1210中，当按照FSK方式发送数据且DVCO2上设计有FSK所需的线性可变电容时，上述基于芯片的数据发送方法还包括仍如图7所示的流程，此处不再赘述。

结合图8所示可变电容阵列，DVCO2的电路结构可简单如图9所示。

在1210中，当按照ASK或OOK方式发送数据时，在开关PA中对数据及载波进行逻辑与处理后输出进行发送，具体可仍如图10所示，数据和DVCO2传来的载波经过一个与门逻辑电路，当数据为逻辑1时，载波通过与门从PA发送载波信号，当数据为逻辑0时，与门关闭，数据无法到达PA，PA的输入端输入0电平，相当于PA关闭。

另外，由于PA输出端一般接有电感电容，为了减小电感电容的衰减时间，PA的输出端还可以设计PMOS开关管(MS)，把PA的衰减时间减到最小。

上述本发明第一、第二实施例的方法与系统各有其优点，第二实施例的频率精度较第一实施例更高，因为LC OSC11的振荡槽为纯电感电容，没有如DVCO2的开关电容阵列，因而LC OSC11的温度系数将比DVCO2的温度系数更稳定，频率也就更为精确，但由于增加了LC振荡器，其也就增加了芯片面积，第一实施例所对应芯片体积更为小巧；第二实施例的LC OSC11的频率可实时精确计算出来，因而第二实施例可达到长时间不间断工作的效果，适合作为时钟基准，第一实施例较为适合用于短时间的数据发送。

本发明实施例的基于芯片的数据发送方法及系统，其根据预先设定且包含有一初始频率、初始工作温度及温度系数的温度频率关系，以测得的当前工作温度确定一基准频率，并以该基准频率为参考确定用于以一射频载波频率为目标进行调节的计数器值，进而在自动频率控制后以其所得实时频率对应载波发送数据，从而避免了芯片采用价格昂贵的声表面波振荡器或晶体震荡电路来提供参考的基准频率，大大降低了芯片制造成本，并且简化了芯片外围电路(如PLL电路)，减小的芯片的尺寸，有利于其进一步集成化，另外还保证了其工作时频率的稳定性，在复杂的环境下，频率准确度也能得到很好的保障，延长了使用寿命；DVCO的设计达到了更准确的振荡器频率控制效果，抗干扰能力更好；线性可变电容的可调性，使DVCO频率的分辨率更精确。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Radom Access Memory，RAM)等。

以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于FSK制式数据发送的DVCO中线性可变电容的调节方法，其特征在于，包括：

根据DVCO电感大小及其发送数据的实时频率确定所述DVCO中线性可变电容的目标电容值；

以所述目标电容值调整所述线性可变电容。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标电容值可通过如下方式确定：

$\mathrm{df}=\frac{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^2\·\mathrm{dC}\·L\·f_0^3}{2},$

df＝|flc1-flc2|，

$f_0=\frac{\mathrm{flc}1+\mathrm{flc}2}{2},$

其中，flc1为数据逻辑为1时所述实时频率的数值，flc2为数据逻辑为0时所述实时频率的数值，dC为所述目标电容值，L为所述DVCO电感大小。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述线性可变电容包括由若干可变电容组成的可变电容阵列，以所述目标电容值调整所述线性可变电容具体为：

通过增加或减少有效的所述可变电容的个数来调整所述线性可变电容。

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