CN102946249A - 一种频率综合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种频率综合器，包括N个所述环路滤波器与N个所述压控振荡器；所述N个环路滤波器与所述N个压控振荡器以一对一的方式连接形成N组电路，该N组电路通过并联方式连接；并联后的所述N组电路的一端通过第一开关与所述鉴相器连接，另一端经由第二开关输出调频后的信号；所述经由第二开关输出调频后的信号分为两路：一路直接输出，另一路输入至所述鉴相器；其中，N为大于1的自然数。通过采用本发明公开的频率综合器，加快频率的锁定时间，降低了功耗。

Description

一种频率综合器

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种频率综合器。

背景技术

目前通信领域的发展迅速，射频通信系统中对本振部分的要求也是越来越高，宽带、低相位噪声、高稳定度与高跳速等指标的提高，对频率综合器的结构、类型与功耗等都产生了影响。

频率综合器，又称频综、频率源，其主要功能是产生电子系统需要的各种形式的频率信号，比如产生单一频点连续波、跳频信号、步进频率信号、线性调频信号、非线性调频信号、IQ调制信号等各种各样电子系统所需要的信号形式。频率综合器一般是根据整个系统的要求选用一个高稳定的振荡器，以此振荡器为基准通过分频、倍频、混频、功率放大等手段产生系统需要的各种频率信号。

传统的锁相环组成的频率综合器，如图1所示，主要由鉴相器、环路滤波器、压控振荡器等部分组成。但是传统锁相环的锁定时间较慢(几百微秒到几毫秒)，在现代通信领域受到较大的限制。例如在快速锁定(几个微秒)的应用场合下传统的锁相环是不能实现的。

目前，DDS(Direct Digital Synthesis，直接数字频率合成器)的应用也越来越广泛，DDS的结构图如图2所示，主要包括：相位累加器、波形存储器、数模D/A转换器、低通滤波器、基准时钟五大部分。其工作原理为：在基准时钟的控制下，相位累加器对控制字进行先行累加，得到的相位码，对波形存储器寻址，使之输出相应的幅度码，经过数模转换器得到相应的阶梯波，最后经过低通滤波器得到连续变化的所需频率的波形。但是该装置功耗较高。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供可一种频率综合器，加快频率的锁定时间，降低了功耗。

一种频率综合器，包括N个所述环路滤波器与N个所述压控振荡器；所述N个环路滤波器与所述N个压控振荡器以一对一的方式连接形成N组电路，该N组电路通过并联方式连接；并联后的所述N组电路的一端通过第一开关与所述鉴相器连接，另一端经由第二开关输出调频后的信号；所述经由第二开关输出调频后的信号分为两路：一路直接输出，另一路输入至所述鉴相器；其中，N为大于1的自然数。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，当鉴相器输出误差电压至环路滤波器时，通过第一开关选择对应的环路滤波器进行滤波处理，加快了锁频时间，同时也避免了使用DDS导致功耗较高的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明背景技术提供的一种传统锁相环结构的示意图；

图2为本发明背景技术提供的一种DDS结构的示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种频率综合器的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一

图3为本发明实施例一提供的一种频率综合器的示意图，主要包括：

N个所述环路滤波器与N个所述压控振荡器；所述N个环路滤波器与所述N个压控振荡器以一对一的方式连接形成N组电路，该N组电路通过并联方式连接；并联后的所述N组电路的一端通过第一开关与所述鉴相器连接，另一端经由第二开关输出调频后的信号；所述经由第二开关输出调频后的信号分为两路：一路直接输出，另一路输入至所述鉴相器；其中，N为大于1的自然数。

该装置还包括：

所述鉴相器的另一输入端与用于输入稳定的频率与低相位噪声的参考源相连。

该装置还包括：

当所述N为3时，则第一环路滤波器为无源滤波器，用于过滤低于预设值的输入频率；

第二环路滤波器与第三环路滤波器为无源比例积分滤波器，用于过滤高于预设值的输入频率。

该装置还包括：

所述第一开关为模拟开关，用于根据频率的高低进行环路滤波器的切换。

该装置还包括：

数字控制电路，该电路分别与鉴相器、第一开关与第二开关连接。

该装置还包括：

数字控制电路分别与所述鉴相器、第一开关与第二开关的控制端相连；

具体的：当参考源与压控振荡器输入信号至所述鉴相器后，数字控制电路控制鉴相器对输入的两路信号的相位差进行计算，并输出误差电压；

当误差电压输入至所述第一开关时，所述数字控制电路根据误差电压的频率高低，控制所述第一开关进行环路滤波器的切换；

当压控振荡器输出调频后的信号至所述第二开关时，所述数字控制电路控制第二开关将调频后的信号分为两路，分别输出。

该装置还包括：

所述鉴相器频率范围覆盖为100MHz-6GHz。

以上为频率综合器的主要组成及连接关系，为了更具体的介绍本发明，下面对其工作原理做进一步介绍。

鉴相器用于鉴别输入信号Vi(t)和压控振荡器输出信号Vo(t)的相位差，并输出误差电压Vd(t)，该误差电压通过环路滤波器滤除干扰信号和噪声后，输出电压Vc(t)作为压控振荡器的控制电压。在不同的控制电压Vc(t)作用下，压控振荡器输出信号Vo(t)的频率将发生变化并反馈到鉴相器。该过程不断循环，直至压控振荡器输出的频率、相位达到预定值。

具体的：首先，通过可提供稳定的频率与低相位噪声的参考源（例如，10MHz的恒温晶体振荡器）为鉴相器提供输入信号Vi(t)。该鉴相器的具有较宽的频率范围覆盖（例如，100MHz到6GHz），同时，该鉴相器具有环路带宽快速切换功能，使得锁定速度加快；并且可以锁定初始相位，关机后开机也可重新设定初始相位，以克服本振的相位不可调节的缺陷。另外，数字控制电路与该鉴相器的控制端相连，通过该电路对鉴相器进行控制，具体的：当参考源与压控振荡器输入信号至所述鉴相器后，数字控制电路控制鉴相器对输入的两路信号的相位差进行计算，并输出误差电压。

其次，当鉴相器的输出误差电压Vd(t)经由第一开关时，所述第一开关根据输出的误差电压的频率高低进行对应环路滤波器的切换。具体的，所述第一开关可以是模拟开关，数字控制电路与该开关的控制端相连，该开关的输出端分别与第一环路滤波器、第二环路滤波器、第三环路滤波器至第N环路滤波器连接。若N的大小为3，则所述第一环路滤波器为无源滤波器，用于过滤低于预设值的输入频率；第二环路滤波器与第三环路滤波器为无源比例积分滤波器，用于过滤高于预设值的输入频率，其中N的大小及环路滤波器的类型，可以根据系统的要求进行相应的调整。

最后，所述数字控制电路根据误差电压的频率高低，控制所述第一开关进行环路滤波器的切换；对应的环路滤波器将干扰部分过滤后形成控制电压Vc(t)输入至与其连接的压控振荡器。压控振荡器输出调频后的信号Vo(t)，该信号经由第二开关后分为两路（当压控振荡器输出调频后的信号至所述第二开关时，所述数字控制电路控制第二开关将调频后的信号分为两路），一路直接输出，另外一路作为输入信号输入至鉴相器。

压控振荡器的输出信号Vo(t)与输入的控制电压Vc(t)存在对应关系，若要压控振荡器输出调频后的信号Vo(t)在最短的时间内达到预定值，决定条件为环路滤波器输出的控制电压Vc(t)。而本发明中环路滤波器的前端已连有根据误差电压的频率高低进行对应环路滤波器切换的模拟开关，因此，能使压控振荡器输出调频后的信号Vo(t)在最短的时间内达到预定值，实现快速锁频。

本发明实施例通过第一开关根据输出的误差电压的频率高低选择对应的环路滤波器进行滤波处理，加快了锁频时间，同时也避免了使用DDS导致功耗较高的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种频率综合器，包括依次连接的鉴相器、环路滤波器与压控振荡器，其特征在于，包括N个所述环路滤波器与N个所述压控振荡器；所述N个环路滤波器与所述N个压控振荡器以一对一的方式连接形成N组电路，该N组电路通过并联方式连接；并联后的所述N组电路的一端通过第一开关与所述鉴相器连接，另一端经由第二开关输出调频后的信号；所述经由第二开关输出调频后的信号分为两路：一路直接输出，另一路输入至所述鉴相器；其中，N为大于1的自然数。

2.根据权利要求1所述的频率综合器，其特征在，该装置还包括：

所述鉴相器的另一输入端与用于输入稳定的频率与低相位噪声的参考源相连。

3.根据权利要求1所述的频率综合器，其特征在，该装置还包括：

当所述N为3时，则第一环路滤波器为无源滤波器，用于过滤低于预设值的输入频率；

第二环路滤波器与第三环路滤波器为无源比例积分滤波器，用于过滤高于预设值的输入频率。

4.根据权利要求3所述的频率综合器，其特征在，该装置还包括：

所述第一开关为模拟开关，用于根据频率的高低进行环路滤波器的切换。

5.根据权利要求1所述的频率综合器，其特征在，该装置还包括：

数字控制电路，该电路分别与鉴相器、第一开关与第二开关连接。

6.根据权利要求5所述的频率综合器，其特征在，该装置还包括：

数字控制电路分别与所述鉴相器、第一开关与第二开关的控制端相连；

具体的：当参考源与压控振荡器输入信号至所述鉴相器后，数字控制电路控制鉴相器对输入的两路信号的相位差进行计算，并输出误差电压；

当误差电压输入至所述第一开关时，所述数字控制电路根据误差电压的频率高低，控制所述第一开关进行环路滤波器的切换；

当压控振荡器输出调频后的信号至所述第二开关时，所述数字控制电路控制第二开关将调频后的信号分为两路，分别输出。

7.根据权利要求1所述的频率综合器，其特征在，该装置还包括：

所述鉴相器频率范围覆盖为100MHz-6GHz。

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