CN103312321A

CN103312321A - 带宽调整方法、调节装置、锁相环电路和电子设备

Info

Publication number: CN103312321A
Application number: CN2012100616207A
Authority: CN
Inventors: 石彬
Original assignee: Lenovo Beijing Ltd
Current assignee: Lenovo Beijing Ltd
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明提供一种锁相环带宽调整方法、调节装置、锁相环电路和电子设备。该调整方法应用于一设置有锁相环的晶体振荡电路，所述锁相环包括环路滤波器，其特征在于，所述调整方法包括：接收从一晶体振荡器输入的基准频率信号；将所述环路滤波器的带宽设为一默认带宽值；检测所述晶体振荡电路的输出频率；将所述输出频率与一预定频率之间进行比较，获得一误差频率；如果所述误差频率超过预定阈值，则生成控制指令；以及依据所述控制指令，调整所述环路滤波器的带宽，直到所述误差频率不超过预定阈值。

Description

带宽调整方法、调节装置、锁相环电路和电子设备

技术领域

本申请涉及锁相环技术领域，特别涉及一种带宽调整方法、调节装置、锁相环电路和电子设备。

背景技术

锁相环用于输出与输入信号频率和相位分别相同的信号，在具有诸如时钟恢复、频率或相位调制以及频率合成器等各种电子设备中使用。为了避免锁相建立时间和输出噪声特性等因素的综合影响，锁相环的环路滤波器的带宽设置为固定带宽。

然而，这种固定带宽的设置方式无法滤除信号中的低频噪声，使得锁相环的压控振荡器输出信号的频率和相位与输入信号的频率和相位存在差值，即降低了输出信号的准确度。

此外，不同的晶体具有不同的阻抗特性，尤其是在高频(如超过5GHz)时阻抗一致性差，这影响了在使用不同晶体的晶体振荡电路的输出信号的准确度。

发明内容

因此，期望提供一种带宽调整方法、调节装置、锁相环和电子设备，能够提高使用不同晶体的晶体振荡电路的输出信号的精确度。

根据本发明实施例，提供了一种锁相环带宽调整方法，应用于一设置有锁相环的晶体振荡电路，所述锁相环包括环路滤波器，其特征在于，所述调整方法包括：

接收从一晶体振荡器输入的基准频率信号；

将所述环路滤波器的带宽设为一默认带宽值；

检测所述晶体振荡电路的输出频率；

将所述输出频率与一预定频率之间进行比较，获得一误差频率；

判断所述误差频率是否超过预定阈值；以及

如果所述误差频率超过预定阈值，则生成控制指令，并且依据所述控制指令调整所述环路滤波器的带宽，直到所述误差频率不超过预定阈值。

优选地，所述调整方法还包括：

当所述误差频率没有超过预定阈值时，记录当前的所述环路滤波器的带宽值，作为所述晶体振荡器的操作参数。

优选地，所述依据所述控制指令，调整所述环路滤波器的带宽包括：

依据所述控制指令，调整所述晶体振荡电路的可控阵列中与所述环路滤波器相连的元器件个数以调整所述环路滤波器的带宽。

优选地，所述调整所述晶体振荡电路的可控阵列中与所述环路滤波器相连的元器件个数包括：

控制开关阵列中开关的工作状态以调整可控阵列中与所述环路滤波器相连的元器件个数。

优选地，所述调整方法还包括：

在将所述环路滤波器的带宽调整到一临界值时，如果所述误差频率仍然超过预定阈值，则改变所述晶体振荡电路中与所述晶体振荡器连接的负载电容的大小以及分频器的倍数。

优选地，改变所述晶体振荡电路中与所述晶体振荡器连接的负载电容的大小包括：

改变所述晶体振荡电路中的负载电容阵列中与所述晶体振荡器连接的电容器的个数。

优选地，所述预定频率为5-6GHz。

根据本发明另一实施例，提供了一种调节装置，应用于一设置有锁相环的晶体振荡电路，所述锁相环包括环路滤波器，其特征在于，所述调节装置包括：

接收单元，配置为接收从一晶体振荡器输入的基准频率信号；

设置单元，配置为将所述环路滤波器的带宽设为一默认带宽值；

检测单元，配置为检测所述晶体振荡电路的输出频率；

比较单元，配置为将所述输出频率与一预定频率之间进行比较，获得一误差频率；

判断单元，配置为判断所述误差频率是否超过预定阈值；以及

调整单元，配置为如果所述误差频率超过预定阈值，则生成控制指令，并且依据所述控制指令调整所述环路滤波器的带宽，直到所述误差频率不超过预定阈值。

优选地，所述调节装置还包括：

记录单元，配置为当所述误差频率没有超过预定阈值时，记录当前的所述环路滤波器的带宽值，作为所述晶体振荡器的操作参数。

优选地，所述调整单元进一步配置为：

依据所述控制指令，调整自身中的可控阵列中与所述环路滤波器相连的元器件个数以调整所述环路滤波器的带宽。

优选地，所述可控阵列为电阻电容阵列。

优选地，所述调整单元进一步配置为：

依据所述控制指令，控制自身中的开关阵列中开关的工作状态以调整所述可控阵列中与所述环路滤波器相连的元器件个数。

优选地，所述开关阵列为拨码开关、晶体管阵列、场效应管阵列和二极管阵列中的至少一种。

优选地，所述调整单元进一步配置为：

在将所述环路滤波器的带宽调整到一临界值时，如果所述误差频率仍然超过预定阈值，则改变与所述晶体振荡器连接的负载电容的大小以及分频器的倍数。

优选地，所述调整单元通过改变自身中的负载电容阵列中与所述晶体振荡器连接的电容器的个数。

优选地，所述预定频率为5-6GHz。

根据本发明另一实施例，还提供了一种锁相环，包括相位频率检测器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器，此外，还包括前面所述的调节装置。

根据本发明另一实施例，还提供了一种电子设备，包括前面所述的锁相环。

因此，根据本发明实施例的带宽调整方法、调节装置、锁相环和电子设备，其能够提高使用不同晶体的晶体振荡电路的输出信号的精确度。

附图说明

图1是根据现有技术的锁相环电路的配置框图；

图2是根据本发明第一实施例的锁相环电路的配置框图；

图3是根据本发明第二实施例的调整装置的配置框图；

图4是根据本发明第二实施例的调节装置中的调整模块的一种结构示意图；

图5是根据本发明第二实施例的调节装置中的调整模块的一种结构示意图；

图6是图示晶体振荡电路中的负载电容阵列的图；

图7是根据本发明第三实施例的调整方法的流程图；以及

图8是根据本发明第四实施例的电子装置的配置框图。

具体实施方式

下面，将参考附图详细描述根据本发明实施例的调整方法、调整装置、锁相环电路和电子装置。

在描述本发明实施例之前，先简单描述现有技术的锁相环电路。

如图1所示，现有技术的锁相环电路典型地包括：相位频率检测器11、电荷泵12、环路滤波器13、压控振荡器14和分频器15。

上述锁相环电路中相位频率检测器11接收基准信号和分频器15的分频信号，该分频信号通过分频压控振荡器14的输出信号得出。相位频率检测器11对比基准信号和分频信号的频率和相位，将对比的频率结果和相位结果输出至电荷泵12。电荷泵12在频率结果为分频信号的频率小于基准信号的频率时，电荷泵12连接电源，提高输出至环路滤波器13中信号的频率；在频率结果为分频信号的频率大于基准信号的频率时，电荷泵12连接接地端，降低输出至环路滤波器13中信号的频率。环路滤波器13作为一个低通滤波器，滤除信号中的噪声信号和高频分量，控制输出至压控振荡器14中信号。

在现有技术的锁相环电路中，为了避免锁相建立时间和输出噪声特性等因素的综合影响，锁相环的环路滤波器的带宽设置为固定带宽。

目前，作为高频电路的时钟源，晶体因其相对TCXO而言价格低廉，所以常常作为振荡电路的关键器件使用。虽然在集成电路内部可以采用数字补偿、温度补偿等方法来提高其精度，但精度方面仍然不及TCXO。在GPS的电路上，TCXO仍然是工程师们的唯一选择。

随着WiFi的普及，2.4GHz频段变得愈加拥挤，5.2GHz频段的方案有了应用场景。一些手机厂商考虑在5.2GHz的电路解决方案中，如同2.4GHz电路一样，采用晶体振荡电路作为参考时钟信息。但在实际中发现该方法并不可行，手机很容易同AP断线，即便保持联系其速率也不高。

申请人经过研究发现，这一问题的根本原因在于晶体振荡器的阻抗特性在高频时不一致，在基频附近有毛刺，有泛音特性，所以导致锁相环电路的输出信号频率不精确。但现有技术条件下，采用严格标准将没有问题的晶体筛选出来，其价格高过TCXO，而且晶体的废品率大大提高。因此，申请人考虑通过调整环路滤波器的带宽，滤除噪声信号，从而提高晶体振荡电路的输出频率的精确度。

下面，参考图2描述根据本发明第一实施例的锁相环电路。

根据本发明第一实施例的锁相环电路200包括：相位频率检测器21、电荷泵22、环路滤波器23、压控振荡器24、分频器25和26。

与现有技术的锁相环电路相比，根据本发明第一实施例的锁相环电路增加了一个调节装置26，用于根据锁相环电路的输出调整锁相环电路中环路滤波器的带宽，从而滤除噪声信号，提高晶体振荡电路的输出频率的精确度。

即，根据本发明第一实施例的锁相环电路中的相位频率检测器21接收从晶体振荡器输入的基准信号和分频器25的分频信号，该分频信号通过分频压控振荡器24的输出信号得出。相位频率检测器22对比基准信号和分频信号的频率和相位，将对比的频率结果和相位结果输出至电荷泵22。电荷泵22在频率结果为分频信号的频率小于基准信号的频率时，电荷泵22连接电源，提高输出至环路滤波器23中信号的频率；在频率结果为分频信号的频率大于基准信号的频率时，电荷泵22连接接地端，降低输出至环路滤波器23中信号的频率。环路滤波器23作为一个低通滤波器，滤除信号中的噪声信号和高频分量，控制输出至压控振荡器24中信号。

调节装置26在锁相环工作过程中，根据检测的输出信号的频率，实时调整环路滤波器23的带宽，从而保证锁相环能够快速锁相，并同时提供具有高精度的输出频率。

下面，参考图3描述根据本发明第二实施例的调节装置。

根据本发明实施例的调节装置300应用于一设置有锁相环的电子设备，所述锁相环包括环路滤波器。

以电子设备是手机为例进行简单说明。目前，主要使用的高频段为5-6GHz。优选地，使用超过5GHz的高频的方案主要包括：5.15-5.25GHz的U-NII低频段、5.25-5.35GHz的U-NII中频段和5.725-5.825GHz的高频段。

根据本发明实施例的该调节装置300包括：

接收单元301，配置为接收从一晶体振荡器输入的基准频率信号；

设置单元302，配置为将所述环路滤波器的带宽设为一默认带宽值；

检测单元303，配置为检测所述晶体振荡电路的输出频率；

比较单元304，配置为将所述输出频率与一预定频率之间进行比较，获得一误差频率；

判断单元305，配置为判断所述误差频率是否超过预定阈值；以及

调整单元306，配置为如果所述误差频率超过预定阈值，生成控制指令，并且依据所述控制指令调整所述环路滤波器的带宽，直到所述误差频率不超过预定阈值。

具体来说，接收单元301接收从外部连接的晶体振荡器输入的基准频率信号，例如为26MHz。此时，例如将晶体振荡电路中的分频器的倍数N设为200，从而获得5.2GHz的输出频率。当然，分频器的倍数N可以设为任意值，并且可以是整数，也可以不是整数，例如N＝200.1。要注意的是，因为每个晶体的本身阻抗特性不同，因此，将每个晶体连接到相同锁相环电路时，也将产生不同的输出频率。

然后，在电路第一次使用时，通过设置单元302将晶体振荡电路中的环路滤波器的带宽设为一默认带宽值，例如，设为200KHz，以便开始快速地进行锁相。

当锁相完成时，此时通过检测单元303检测该锁相环电路的输出频率，例如此时输出频率为5.2005GHz。

然后，利用比较单元304比较获得的输出频率(即，5.2005GHz)和一预定频率(即，期望获得的输出频率5.2GHz)，并且获得误差频率(即，0.0005GHz＝500KHz)。

在理论上，通过锁相环电路输出的精确输出频率应当为5.2GHz，产生该误差频率的原因在于有的晶体本身的阻抗特性不好(如由于生产工艺的原因导致的)，在高频工作此时本身产生三次谐波，并且该三次谐波也进入晶体振荡电路。例如，在使用26MHz晶体振荡器的情况下，在晶体振荡电路中产生了72MHz的三次谐波，并且晶体振荡器本身还产生了72.3MHz的三次谐波。两个三次谐波信号在晶体振荡电路中产生混频，并且产生了0.3MHz的差频信号，从而导致输出的频率信号偏离5.2GHz的期望输出频率，因此，需要滤除该0.3MHz的差频信号。

如果该误差频率超过预定阈值(例如，60KHz)，则通过控制单元305生成控制指令。

然后，调整单元306根据控制单元305生成的控制指令，例如以步进的方式调整所述环路滤波器的带宽，例如每次减少带宽10KHz，直到滤除该0.3MHz的差频信号，使得输出频率信号与期望的信号之间的误差信号小于预定阈值(例如，60KHz)。也就是说，通过调整环路滤波器的带宽，滤除该锁相环电路中的噪声信号，使得能够获得接近期望信号的输出信号，例如5.2GHz±60KHz。

此外，所述调节装置300还可以包括记录单元307，配置为当所述误差频率没有超过预定阈值时，记录当前的所述环路滤波器的带宽值，作为所述晶体振荡器的操作参数。这样，在以后使用该晶体振荡器作为信号源时，可以直接将记录的带宽值设为默认带宽，从而可以快速地锁相输出期望频率信号。

上述调整单元306对环路滤波器带宽的调整可以通过依据控制指令，调整自身中的可控阵列中与环路滤波器相连的元器件个数以实现对环路滤波器带宽的调整。其中，可控阵列可以为电阻电容阵列或者电阻可变电容阵列。而对可控阵列的控制可以由调整单元306依据所述控制指令，控制自身中的开关阵列中开关的工作状态以调整所述可控阵列中与所述环路滤波器相连的元器件个数。其中，开关阵列为拨码开关、晶体管阵列、场效应管阵列和二极管阵列中的至少一种。

调整单元306中可控阵列和开关阵列的结构示意图请分别参阅图4和图5。在图4和图5中开关阵列为场效应管阵列，每个场效应管1的栅极连接控制信号，且在图4中可控阵列中的每个电阻2分别并联一个场效应管1，每个电容3分别串联一个场效应管1，在图5中可控阵列中的每个电阻2分别并联一个场效应管1，每个可变电容3的第三端分别串联一个场效应管1(图中未画出)。

虽然，上述图4和图5所示的调整单元306都可以将环路滤波器的带宽调整到希望的带宽，即可以实现对环路滤波器带宽的实时调整，从而使电子设备适应通信信道对应的不同工作模式，但是，因为控制图5中可变电容的信号为模拟信号，需要精准电压控制可变电容，而控制图4中电容的信号为数字信号，所以图4所述的调整单元306的控制精准，易于实现。同时，图4中的电容相对于图5中的可变电容取值范围大，且运行时不易产生噪声，因此，在采用图4所示的调整单元306进行调整时，环路滤波器带宽的调整范围大，且在不采用ADC和DAC的前提下，可以保证锁相环输出一个与输入信号相同的信号，因此，本申请优选采用图4所示的调整单元306。

需要说明的是：上述可控阵列和开关阵列还可以设置在环路滤波器中，同样由调整单元306对可控阵列和开关阵列控制实现对环路滤波器带宽的实时调整。

然而，在上述调整过程中，还可能存在这样的情况，其中在将所述环路滤波器的带宽调整到一临界值时，所述误差频率仍然超过预定阈值。例如，在将所述环路滤波器的带宽调整到60KHz时，所述误差频率仍然超过预定阈值。此时，如果继续调整环路滤波器的带宽，则可能导致环路滤波器的带宽过小，从而影响锁相速度。因此，在该情况下，说明晶体振荡器本身的三次谐波和晶体振荡电路中产生的谐波非常接近，导致差频信号过小，难以通过环路滤波器来滤除该差频信号。此时，需要改变与所述晶体振荡器连接的负载电容的大小以及分频器的倍数，以便破坏晶体振荡器的三次谐波的振荡条件，使之振荡湮灭或者增大其晶体振荡电路中的三次谐波的频率差，从而能够在滤波器的带宽不小于该临界值时，滤除该差频信号。

具体来说，所述调整单元306可以通过改变自身中的负载电容阵列中与所述晶体振荡器连接的电容器的个数来实现。也就是说，当与晶体振荡器连接的负载电容值改变时，此时产生的晶体振荡频率就会改变。

例如，参考图6，图6示出晶体振荡电路中的负载电容阵列。如图6所示，通过MOS开关管2控制着每个电容3是否介入晶振电路的工作，从而决定输出频率的微调，比如26MHz的晶体1，根据负载电容的不同可以输出25.9到26.1MHz的信号。

因此，通过根据本发明实施例的调节装置，能够提高使用不同晶体的晶体振荡电路的输出信号的精确度。

下面，参考图7描述根据本发明第三实施例的调整方法。

根据本发明第三实施例的锁相环带宽调整方法应用于一设置有锁相环的晶体振荡电路，所述锁相环包括环路滤波器，所述调整方法400包括：

步骤S401：接收从一晶体振荡器输入的基准频率信号；

步骤S402：将所述环路滤波器的带宽设为一默认带宽值；

步骤S403：检测所述晶体振荡电路的输出频率；

步骤S404：将所述输出频率与一预定频率之间进行比较，获得一误差频率；

步骤S405：判断所述误差频率是否超过预定阈值；以及

步骤S406：生成控制指令，依据所述控制指令调整所述环路滤波器的带宽，直到所述误差频率不超过预定阈值。

优选地，所述调整方法400还包括：

优选地，所述调整方法还包括：

优选地，所述预定频率为5-6GHz。

因此，通过根据本发明实施例的调节方法，能够提高使用不同晶体的晶体振荡电路的输出信号的精确度。

下面，参考图8描述根据本发明第四实施例的电子装置。

这样的电子装置500可以是包括之前描述的锁相环电路200的任何电子装置，如手机、便携式设备、Pad电脑等。这样的电子设备可以根据具体应用包括其它的组件，在此不做详细描述。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后，还需要说明的是，上述一系列处理不仅包括以这里所述的顺序按时间序列执行的处理，而且包括并行或分别地、而不是按时间顺序执行的处理。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的硬件平台的方式来实现，当然也可以全部通过硬件来实施。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种锁相环带宽调整方法，应用于一设置有锁相环的晶体振荡电路，所述锁相环包括环路滤波器，其特征在于，所述调整方法包括：

接收从一晶体振荡器输入的基准频率信号；

将所述环路滤波器的带宽设为一默认带宽值；

检测所述晶体振荡电路的输出频率；

判断所述误差频率是否超过预定阈值；以及

2.根据权利要求1所述的调整方法，还包括：

3.根据权利要求1所述的调整方法，其中，所述依据所述控制指令，调整所述环路滤波器的带宽包括：

4.根据权利要求3所述的调整方法，其中所述调整所述晶体振荡电路的可控阵列中与所述环路滤波器相连的元器件个数包括：

5.根据权利要求1所述的调整方法，还包括：

6.根据权利要求5所述的调整方法，其中改变所述晶体振荡电路中与所述晶体振荡器连接的负载电容的大小包括：

7.根据权利要求1所述的调整方法，其中所述预定频率为5-6GHz。

8.一种调节装置，应用于一设置有锁相环的晶体振荡电路，所述锁相环包括环路滤波器，其特征在于，所述调节装置包括：

检测单元，配置为检测所述晶体振荡电路的输出频率；

9.根据权利要求8所述的调节装置，还包括：

10.根据权利要求8所述的调节装置，其中，所述调整单元进一步配置为：

11.根据权利要求10所述的调节装置，其中，所述可控阵列为电阻电容阵列。

12.根据权利要求10所述的调节装置，其中，所述调整单元进一步配置为：

13.根据权利要求12所述的调节装置，其特征在于，所述开关阵列为拨码开关、晶体管阵列、场效应管阵列和二极管阵列中的至少一种。

14.根据权利要求8所述的调节装置，其中，所述调整单元进一步配置为：

15.根据权利要求14所述的调节装置，其中所述调整单元通过改变自身中的负载电容阵列中与所述晶体振荡器连接的电容器的个数。

16.根据权利要求8所述的调节装置，其中所述预定频率为5-6GHz。

17.一种锁相环，包括相位频率检测器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器和分频器，其特征在于，还包括：如权利要求8至16任意一项所述的调节装置。

18.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求17所述的锁相环。