CN102751985A - 应用于压控振荡器的自动频率校准电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于压控振荡器的自动频率校准电路，包括M分频器、计数器、乘法器、比较器、编码器、二分频器；其中M分频器对从VCO输入的输出信号进行M分频，分频后的信号输出给计数器，计数器在二分频器输出信号的高电平时间内，对分频后信号的上升沿进行计数，这个计数值通过乘法器进行乘M操作后输出给比较器，然后比较器将这个乘M后的计数值与外部输入的频道设置值进行比较并输出给编码器，编码器根据这个结果来调整VCO开关电容阵列的控制字信号，进而去调整VCO输出信号的输出频率形成反馈，实现对VCO频率的自动校准。其优点在于：克服了原先手动校准频率带来的不准确、不稳定；大大节省了频率校准的时间。

Description

应用于压控振荡器的自动频率校准电路
技术领域
本发明涉及一种自动频率校准（AFC）电路，特别涉及一种应用于压控振荡器（VCO）的自动频率校准电路。
背景技术
在宽带VCO电路中普遍使用开关电容阵列的方式来实现宽的频率覆盖，不同的频段对应于不同的开关电容阵列，因此有必要根据VCO输出频率的需要来自动选择相应的开关电容阵列，也就是自动频率校准。目前，普遍采用的是闭环自动频率校准电路，它的工作方式是在锁相环闭环工作的前提下来完成的，每一次判断之前锁相环需重新锁定一次，所以这种频率校准方式将耗费很长时间来完成一次频率校准，这将对锁相环的锁定时间产生很大影响。
发明内容
本发明的目的是实现一种能够应用于VCO的自动频率校准电路，以克服现有技术中闭环自动频率校准电路的不足。
为了实现本发明的发明目的，通过采用如下技术方案来实现：
一种应用于压控振荡器的自动频率校准电路，包括模拟部分的M分频器，以及数字部分的计数器、乘法器、比较器、编码器、二分频器；其中M分频器对从VCO输入的输出信号进行M分频，分频后的信号输出给计数器，同时二分频器输入一个参考信号，计数器在二分频器输出信号的高电平时间内，对分频后信号的上升沿进行计数，这个计数值通过乘法器进行乘M操作后输出给比较器，然后比较器将这个乘M后的计数值与外部输入的频道设置值进行比较，再将比较的结果输出给编码器，编码器根据这个结果来调整VCO开关电容阵列的控制字信号，进而去调整VCO输出信号的输出频率，这样形成一个反馈，实现对VCO频率的自动校准。
所述计数器有三个输入端A1、EN1、RST,其中输入端A1与M分频器的输出端相连；输入端EN1和RST与二分频器的输出端相连。
所述乘法器有两个输入端A2、EN2，其中输入端A2与计数器的输出端相连；输入端EN2与二分频器的输出端相连。
所述比较器有三个输入端A3、EN3、B，其中输入端A3与乘法器的输出端相连；输入端EN3与二分频器的输出端相连；输入端B是外部输入，输入频道设置值进行比较。
所述编码器有两个输入端A4、EN4，其中输入端A4与比较器的输出端相连；输入端EN4与二分频器的输出端相连；编码器的输出端输出控制字信号，为AFC电路的最终输出，其与VCO的开关电容阵列控制端相连。
本发明的有益效果在于：克服了由于工艺、电源电压和温度等影响而造成的手动校准频率带来的不准确、不稳定，防止了这种原因造成的VCO频率变化对整个锁相环电路的影响；同时，由于是在锁相环开环工作下完成的，又克服了闭环自动频率校准电路较长的校准时间对整个锁相环电路锁定时间的影响，大大节省了频率校准的时间。
附图说明
图1是本发明的自动频率校准电路应用在锁相环电路中的结构示意图；
图2是本发明应用于压控振荡器的自动频率校准电路的结构示意图；
图3是本发明应用于压控振荡器的自动频率校准电路的工作流程图。
其中，图1、图2的符号说明如下：
1、AFC电路，11、M分频器，12、计数器，13、乘法器，14、比较器，15、编码器，16、二分频器，2、鉴频鉴相器，3、电荷泵，4、滤波器，5、VCO，6、N分频器；FREF、参考信号，ƒFREF、参考频率，FVCO、输出信号，ƒFVCO、输出频率，C<3:0>、控制字信号，HE、高电平使能，LE、低电平使能，N、频道设置值，VDD、电源电压。
具体实施方式
如图1所示，是本发明的自动频率校准电路应用在锁相环电路中的结构示意图。参考信号FREF与输出信号FVCO经过N分频器6分频后的信号，通过鉴频鉴相器2进行频率和相位的鉴别，产生输出以控制电荷泵3对滤波器4进行充放电，得到的电压输出给VCO5来得到输出信号FVCO，而输出信号FVCO又反馈给N分频器6进行N分频，由此形成了一个闭合的环路，这个环路最终稳定时，输出信号FVCO的输出频率ƒFVCO =N* ƒFREF。VCO5的输出频率ƒFVCO由开关电容阵列的控制字信号C<3:0>和滤波器的输出电压同时决定：开关电容阵列决定VCO5的输出频段；滤波器4的输出电压决定VCO5的最终输出频率，这个频率位于开关电容阵列所决定的频段内。
在整个AFC过程中，滤波器4的输出电压不受电荷泵3的控制，也即锁相环路是断开的，滤波器4的输出电压为一个固定值，这个值为电源电压VDD的一半，这样输出的频率处于所选择频段的中间；当AFC完成后，滤波器4的输出开始受电荷泵3的控制，此时锁相环路闭合，滤波器4的输出电压将随着电荷泵3的充放电而发生改变。
如图2所示，是本发明应用于压控振荡器的自动频率校准电路的结构示意图。一种应用于压控振荡器的自动频率校准电路，包括模拟部分的M分频器11，以及数字部分的计数器12、乘法器13、比较器14、编码器15、二分频器16；其中M分频器11对从VCO5输入的输出信号FVCO进行M分频，分频后的信号输出给计数器12，同时二分频器16输入一个参考信号FREF，计数器12在二分频器16输出信号的高电平时间内，对分频后信号的上升沿进行计数，这个计数值通过乘法器13进行乘M操作后输出给比较器14，然后比较器14将这个乘M后的计数值与外部输入的频道设置值N进行比较，再将比较的结果输出给编码器15，编码器15根据这个结果来调整VCO5开关电容阵列的控制字信号C<3:0>，进而去调整VCO5输出信号FVCO的输出频率ƒFVCO，这样形成一个反馈，实现对VCO5频率的自动校准。
所述计数器有三个输入端A1、EN1、RST,其中输入端A1与M分频器11的输出端相连；输入端EN1和RST与二分频器16的输出端相连。
所述乘法器13有两个输入端A2、EN2，其中输入端A2与计数器12的输出端相连；输入端EN2与二分频器16的输出端相连。
所述比较器14有三个输入端A3、EN3、B，其中输入端A3与乘法器13的输出端相连；输入端EN3与二分频器16的输出端相连；输入端B是外部输入，输入频道设置值N进行比较。
所述编码器15有两个输入端A4、EN4，其中输入端A4与比较器14的输出端相连；输入端EN4与二分频器16的输出端相连；编码器15的输出端输出控制字信号C<3:0>，为AFC电路1的最终输出，其与VCO5的开关电容阵列控制端相连。
如图3所示，是本发明应用于压控振荡器的自动频率校准电路的工作流程图。具体的工作情况如下：在AFC电路1开始工作时，控制字信号C<3:0>处于中间值1000，VCO5生成输出频率ƒFVCO,然后通过模拟部分的M分频器11对VCO5的输出频率ƒFVCO进行M分频，之所以进行M分频，是因为VCO5的输出频率ƒFVCO一般都很高，需要对其分频以后才能被后续的数字模块来实现。
在FREF /2为高电平期间，计数器开始对分频后信号的上升沿进行计数，也就是在一个参考信号FREF 周期TREF时间内对FVCO /M的周期进行计数，计数完成后，这个计数结果输出给乘法器13；在FREF /2为低电平期间，后续的乘法器13、比较器14、编码器15开始工作：首先，乘法器13对计数器12的输出结果进行×M操作，这时乘法器13的输出相当于在TREF时间内对输出信号FVCO的周期进行计数得到的结果，这个结果被输出给比较器14的输入端A3得到A3,所以A3=TREF/TFVCO= ƒFVCO / ƒFREF，也即ƒFVCO =A3* ƒFREF；然后比较器14将输入端A3的A3与输入端B的B相比较，B=频道设置值N,这个比较结果有三种情况：即|A3-B|<N1, A3-B>N1,B-A3>N1，其中N1为预先设置的比较器14的参考值。
第一种情况|A3-B|<N1时，表明现在的VCO5输出频率ƒFVCO与需要的VCO5输出频率B* ƒFREF已经很接近，此时的开关电容阵列控制字信号C<3:0>是合适的，因此这个值将保持不变，自动频率校准完成。
第二种情况A3-B>N1时,表明现在的VCO5输出频率ƒFVCO比需要的VCO5输出频率B* ƒFREF高很多，需要将其频率往下降，所以编码器15将AFC的控制字信号C<3:0>往上加一位，此控制字信号C<3:0>将输出给VCO5，以调整VCO5的开关电容阵列，使得更多的电容加入VCO5的调谐网络，以降低VCO5的输出频率，经过循环判断，最终在某个控制字信号C<3:0>值下，|A3-B|<N1，此时进入上述第一种情况，自动频率校准完成。
第三种情况B-A3>N1时,表明现在的VCO5输出频率ƒFVCO比需要的VCO5输出频率B*ƒFREF小很多，需要将其频率往上调，所以编码器15将AFC的控制字信号C<3:0>往下减一位，此控制字信号C<3:0>将输出给VCO5，以调整VCO5的开关电容阵列，使得更少的电容加入VCO5的调谐网络，以提高VCO5的输出频率，经过循环判断，最终在某个控制字信号C<3:0>值下，|A3-B|<N1，此时进入上述第一种情况，自动频率校准完成。

Claims (5)

1.一种应用于压控振荡器的自动频率校准电路，其特征在于：包括模拟部分的M分频器（11），以及数字部分的计数器（12）、乘法器（13）、比较器（14）、编码器（15）、二分频器（16）；
其中M分频器（11）对从VCO（5）输入的输出信号（FVCO）进行M分频，分频后的信号输出给计数器（12），同时二分频器（16）输入一个参考信号（FREF），计数器（12）在二分频器（16）输出信号的高电平时间内，对分频后信号的上升沿进行计数，这个计数值通过乘法器（13）进行乘M操作后输出给比较器（14），然后比较器（14）将这个乘M后的计数值与外部输入的频道设置值（N）进行比较，再将比较的结果输出给编码器（15），编码器（15）根据这个结果来调整VCO（5）开关电容阵列的控制字信号（C<3:0>），进而去调整VCO（5）输出信号（FVCO）的输出频率（ƒFVCO），这样形成一个反馈，实现对VCO（5）频率的自动校准。
2.如权利要求1所述的应用于压控振荡器的自动频率校准电路，其特征在于：所述计数器有三个输入端A1、EN1、RST,其中输入端A1与M分频器（11）的输出端相连；输入端EN1和RST与二分频器（16）的输出端相连。
3.如权利要求1所述的应用于压控振荡器的自动频率校准电路，其特征在于：所述乘法器（13）有两个输入端A2、EN2，其中输入端A2与计数器（12）的输出端相连；输入端EN2与二分频器（16）的输出端相连。
4.如权利要求1所述的应用于压控振荡器的自动频率校准电路，其特征在于：所述比较器（14）有三个输入端A3、EN3、B，其中输入端A3与乘法器（13）的输出端相连；输入端EN3与二分频器（16）的输出端相连；输入端B是外部输入，输入频道设置值（N）进行比较。
5.如权利要求1所述的应用于压控振荡器的自动频率校准电路，其特征在于：所述编码器（15）有两个输入端A4、EN4，其中输入端A4与比较器（14）的输出端相连；输入端EN4与二分频器（16）的输出端相连；编码器（15）的输出端输出控制字信号（C<3:0>），为AFC电路（1）的最终输出，其与VCO（5）的开关电容阵列控制端相连。
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