CN107707254A - 响应于外部信号校准振荡器的频率的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种响应于外部信号校准振荡器的频率的设备和方法。一种频率校准器包括：输入信号产生器，被配置为基于振荡信号和外部信号产生输入信号；频率差提取器，被配置为从输入信号提取具有与外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率之间的频率差对应的频率的频率差信号；分频器，被配置为通过以分频比对具有所述振荡频率的信号进行分频来产生分频信号；频率调谐器，被配置为基于比较频率差信号与分频信号的结果来调谐振荡信号的振荡频率。

Description

响应于外部信号校准振荡器的频率的设备和方法
本申请要求于2016年8月9日提交到韩国知识产权局的第10-2016-0101050号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的全部公开出于所有目的通过引用包含于此。
技术领域
下面的描述涉及一种用于校准频率的设备和方法。
背景技术
无线收发器使用在期望的范围内改变振荡频率的振荡器来操作。振荡器可以是模拟压控振荡器(例如，压控晶体振荡器(VCXO))或数字振荡器，其中，模拟压控振荡器通过基于控制电压改变振荡电路中的电容器的电容来改变振荡频率，数字振荡器通过将分数N锁相环(PLL)电路连接到简单封装晶体振荡器(SPXO)的后端并通过外部端子改变分数N PLL电路的设置来改变振荡频率。
近来，在医疗科学领域中，存在对小型化收发器的需求，因此振荡器也需要被小型化。
发明内容
提供本发明内容从而以简化的形式介绍将在下面的具体实施方式中被进一步描述的构思的选择。本发明内容不意在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，一种频率校准器包括：输入信号产生器，被配置为基于振荡信号和外部信号产生输入信号；频率差提取器，被配置为从输入信号提取具有与外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率之间的频率差对应的频率的频率差信号；分频器，被配置为通过以分频比对具有振荡频率的信号进行分频来产生分频信号；频率调谐器，被配置为基于比较频率差信号与分频信号的结果来调谐振荡信号的振荡频率。
输入信号产生器可包括：振荡器，被配置为以振荡频率进行操作；振荡器还可被配置为：接收外部信号，并基于外部信号和振荡信号来输出输入信号；频率差提取器可包括：包络检测器，被配置为从输入信号检测包络信号。
振荡信号可从振荡器被输出；输入信号产生器可包括：混频器，被配置为：接收振荡信号和外部信号，并通过混合振荡信号与外部信号来产生混合信号作为输入信号；频率差提取器可包括：通带滤波器，被配置为使在混合信号中的阈值频带内的信号通过。
输入信号产生器可包括：振荡器，被配置为以振荡频率进行操作；振荡器可包括：电容器组，被配置为调谐振荡频率。
频率调谐器还可被配置为使用基于比较频率差信号与分频信号的结果的二分搜索来调谐振荡频率。
输入信号产生器可包括：包含变容管对的振荡器；频率调谐器可包括：包含鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)和环路滤波器(LF)的模拟锁相环(PLL)。
频率调谐器还可被配置为：调谐振荡频率，以使频率差信号与分频信号之间的频率差最小化。
振荡信号可从振荡器被输出；频率调谐器还可被配置为：响应于分频信号的频率小于频率差信号的频率，减小振荡器的电容；响应于分频信号的频率大于频率差信号的频率，增加振荡器的电容。
振荡信号可从振荡器被输出；所述分频比可基于振荡频率、外部信号的注入电流和振荡器的振荡电流被确定。
输入信号产生器还可被配置为接收具有在预定频率范围内的外部频率的外部信号；频率调谐器还可被配置为将振荡信号的振荡频率调谐为基于所述分频比和外部频率确定的目标频率。
分频器还可被配置为：以分频比N对通过从输入信号去除包络产生的信号进行分频，以获得分频信号；频率调谐器还可被配置为将振荡信号的振荡频率调谐为外部频率的N/(N+1)倍的频率，N是大于“0”的实数。
所述频率校准器还可包括：信号强度检测器，被配置为检测频率差信号的信号强度；所述频率校准器可被配置为：响应于频率差信号的信号强度超过阈值强度，继续频率校准；响应于频率差信号的信号强度小于或等于所述阈值强度，终止频率校准。
在另一总体方面，一种频率校准方法包括：基于振荡信号和外部信号，产生输入信号；从输入信号提取具有与外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率之间的频率差对应的频率的频率差信号；通过以分频比对具有振荡频率的信号进行分频来产生分频信号；基于比较频率差信号与分频信号的结果，调谐振荡信号的振荡频率。
产生输入信号的步骤可包括：接收外部信号；基于外部信号和振荡信号来输出输入信号；提取的步骤可包括从输入信号检测包络信号作为频率差信号。
产生输入信号的步骤可包括：从振荡器接收振荡信号；接收外部信号；通过混合振荡信号与外部信号来产生混合信号作为输入信号；提取的步骤可包括使在混合信号中的阈值频带内的信号通过。
调谐的步骤可包括使用基于比较频率差信号与分频信号的结果的二分搜索来调谐振荡频率。
产生输入信号的步骤可包括接收具有在预定频率范围内的外部频率的外部信号；调谐的步骤可包括调谐振荡频率以使频率差信号与分频信号之间的频率差最小化。
所述频率校准方法还可包括：检测频率差信号的信号强度；响应于频率差信号的信号强度超过阈值强度，继续频率校准；响应于频率差信号的信号强度小于或等于所述阈值强度，终止频率校准。
在另一总体方面，一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，当通过处理器执行所述指令时，使处理器执行如上所述的方法。
在另一总体方面，一种频率校准方法包括：基于振荡信号和外部信号产生输入信号；从输入信号提取具有与外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率之间的频率差对应的频率的频率差信号；响应于频率差信号的信号强度超过阈值强度，沿一个方向改变振荡器的振荡频率。
在另一总体方面，一种频率校准器包括：输入信号产生器，被配置为基于外部信号和通过无晶振振荡器产生的振荡信号来产生输入信号；频率差提取器，被配置为从输入信号提取具有与外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率之间的频率差对应的频率的频率差信号；频率调谐器，被配置为基于频率差信号来调谐振荡信号的振荡频率。
所述频率校准器还可包括：分频器，被配置为通过以分频比对具有振荡频率的信号进行分频来产生分频信号；频率调谐器还可被配置为：将频率差信号的频率与分频信号的频率进行比较，并基于比较的结果来调谐振荡信号的振荡频率。
频率调谐器可包括：鉴频鉴相器，被配置为检测频率差信号的频率与分频信号的频率之间的频率差；信号强度检测器，被配置为检测频率差信号的信号强度；处理器，被配置为基于频率差和信号强度来产生用于调谐振荡器的振荡频率的控制信号；频率控制器，被配置为基于控制信号和信号强度来调谐振荡器的振荡频率。
处理器可包括：二分搜索器，被配置为通过基于频率差执行二分搜索来产生控制信号。
输入信号产生器可包括：用于调谐振荡信号的振荡频率的变容管对；频率调谐器可包括：鉴频鉴相器，被配置为检测频率差信号的频率与分频信号的频率之间的频率差；电荷泵和环路滤波器，被配置为：基于频率差产生用于调谐振荡器的振荡频率的控制信号，并基于控制信号来控制变容管对，以调谐振荡器的振荡频率。
频率调谐器可包括：信号强度检测器，被配置为检测频率差信号的信号强度；频率控制器，被配置为：将频率差信号的信号强度与阈值进行比较，并基于比较的结果来调谐振荡信号的振荡频率。
输入信号产生器可包括：混频器，被配置为混合外部信号与振荡信号以产生输入信号。
所述频率校准器还可包括：分频器，被配置为通过以分频比对具有振荡频率的信号进行分频来产生分频信号；频率调谐器还可被配置为：将频率差信号的频率与分频信号的频率进行比较，并基于比较的结果来调谐振荡信号的振荡频率。
频率调谐器可包括：鉴频鉴相器，被配置为检测频率差信号的频率与分频信号的频率之间的频率差；处理器，被配置为基于频率差产生用于调谐振荡器的振荡频率的控制信号；所述频率校准器还可包括：频率控制器，被配置为基于控制信号来调谐振荡器的振荡频率。
处理器可包括：二分搜索器，被配置为通过基于频率差执行二分搜索来产生控制信号。
输入信号产生器可包括：用于调谐振荡信号的振荡频率的变容管对；频率调谐器可包括：鉴频鉴相器，被配置为检测频率差信号的频率与分频信号的频率之间的频率差；电荷泵和环路滤波器，被配置为基于频率差产生用于调谐振荡器的振荡频率的控制信号，并基于控制信号来控制变容管对，以调谐振荡器的振荡频率。
其他特征和方面从下面的具体实施方式、附图和权利要求将是清楚的。
附图说明
图1示出频率校准系统的示例。
图2和图3示出由频率校准器产生的输入信号的示例。
图4示出由频率校准器确定的最终振荡频率的示例。
图5示出频率校准器的配置的示例。
图6A和图6B示出频率校准器的配置的其他示例。
图7和图8示出频率校准器的配置的其他示例。
图9示出响应于频率校准器的频率调谐的振荡频率和频率差信号的改变的示例。
图10示出由频率校准器使用的分频比的示例。
图11和图12示出频率校准器的配置的其他示例。
图13示出外部信号、振荡频率和频率差信号相对于频率校准器中的振荡器的电容的关系的示例。
图14、图15、图16A和图16B示出频率校准方法的示例。
图17示出可用于实现图5、图6A、图6B、图7、图8、图11和图12中所示的一个或多个硬件组件并执行图14、图15、图16A和图16B中所示的一个或多个操作的振荡器的框图的示例。
贯穿附图和具体实施方式，相同的参考标号表示相同的元件。为了清楚、说明和方便，附图可不按比例，并且附图中的元件的相对大小、比例和描写可被夸大。
具体实施方式
提供下面的详细描述以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种变化、修改和等同物将是清楚的。例如，在此描述的操作的顺序仅是示例，而不局限于在此阐述的顺序，除了必须按特定次序发生的操作之外，可如在理解本申请的公开后将是清楚的那样对在此描述的操作的顺序进行改变。此外，为了更加清楚和简洁，本领域中已知的功能和结构的描述可被省略。
在此描述的特征可以以不同的形式实现，并且不被解释为受限于在此描述的示例。相反，仅提供在此描述的示例以示出实现在理解本申请的公开之后将清楚的在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些方式。
在此使用的术语仅为了描述具体示例的目的，并且不用于限制本公开。除非上下文另有清楚的指示，否则如在此使用的单数形式也意在包括复数形式。如在此使用的术语“包括”、“包含”和“具有”以及它们的各种形式指明存在叙述的特征、数量、操作、元件、组件和/或它们的组合，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、数量、操作、元件、组件和/或它们的组合。
除非另外定义，否则在此使用的包括技术术语或科学术语的所有术语具有与本公开所属领域中通常理解的含义相同的含义。除非在此明确定义，否则诸如在通用字典中定义的术语应被解释为具有与相关技术的背景中的含义一致的含义，并且不被解释为理想化或过于正式的意义。
图1示出频率校准系统的示例。
参照图1，频率校准系统100包括信号发送器190和频率校准器110。
信号发送器190将具有外部频率fRF的外部信号发送到频率校准器110。信号发送器190以精确的分辨率(即，以准确的期望的频率)产生具有外部频率fRF的外部信号。
频率校准器110响应于从信号发送器190接收的外部频率fRF，将振荡器的振荡频率fOSC调谐为与外部频率fRF对应的目标频率。例如，频率校准器110通过改变振荡器的LC谐振腔(LC tank)的电容器的电容，来改变LC谐振腔的谐振频率，从而将振荡器的振荡频率fOSC调谐为目标频率。在本申请中，目标频率是在由频率校准器110执行频率调谐之后，振荡器响应于外部频率fRF操作的最终振荡频率。目标频率基于分频比和外部频率fRF来确定。振荡频率将被精确地调谐为与由频率校准器110接收的外部信号的外部频率fRF对应的目标频率，并且振荡频率将在由LC谐振腔的电容器确定的分辨率内与外部频率fRF一样精确。如果可以仅以离散步长改变LC谐振腔的电容器的电容，则振荡频率的分辨率将被电容器组的一个步长的大小所限制。
如在图1中所示，频率校准器110调谐振荡器的振荡频率fOSC。例如，频率校准器110基于具有外部频率fRF的外部信号，将振荡器的振荡频率fOSC调谐为外部频率fRF的N/(N+1)倍的频率。最终调谐的振荡频率由下面参照图4描述的等式2来表示。
频率校准器110在不使用额外的参考频率的情况下，基于外部信号的外部频率fRF和振荡器的振荡信号fOSC，将振荡频率调谐为目标频率。因此，频率校准器110是在没有用于产生参考频率的晶振(X-TAL)的情况下进行操作的装置(即，无XTAL装置)。频率校准器110在无晶振的情况下操作，因此可实现具有非常小的形状参数的超小尺寸。此外，由于频率校准器110不需要晶振，因此频率校准器110在低功率下操作。
频率校准器110以射频集成电路(RFIC)来实现，或被实现为具有小的形状参数的无线收发器。此外，频率校准器110可适用于无线收发器需要被小型化的技术领域，例如，物联网(IoT)领域、医疗植入通信系统(MICS)领域、需要无线通信的小尺寸传感器或低功率通信系统。因此，将被用于无线收发器中的外部组件的数量和尺寸需要被最小化。频率校准器110不需要用于产生参考频率的参考振荡器(例如，晶振)，因此频率校准器110的形状参数大大减小。此外，频率校准器110在不使用芯片中的参考振荡器或外部晶振的情况下，响应于通过天线接收的外部信号来准确地校准芯片中的振荡器的频率。因此，频率校准器110占据无线收发器的小的模块区域，从而利于无线收发器的小型化。
图2和图3示出由频率校准器产生的输入信号的示例。
图2示出由振荡器响应于由频率校准器接收的外部信号210的外部频率fRF产生的与振荡器的振荡频率fOSC相同或基本相同的输入信号230。
在本申请中，外部频率fRF可被表示为角频率ωRF＝2πfRF。例如，fRF和ωRF可以可交换地用作表示外部频率的符号。此外，振荡频率fOSC也可被表示为角频率ωOSC＝2πfOSC。例如，fOSC和ωOSC可以可交换地用作表示振荡频率的符号。
此外，在本申请中，VRF表示外部信号210的电压振幅，VOSC表示振荡信号220的电压振幅。外部信号210和振荡信号220被表示为余弦函数。例如，如在图2中所示，外部信号210被表示为VRFcos(ωRFt)，振荡信号220被表示为VOSCcos(ωOSCt)。然而，可忽略时间变量t。
频率校准器的振荡器基于外部信号210和振荡信号220来产生输入信号230。响应于外部频率fRF与振荡频率fOSC相同或基本相同，外部信号210的外部频率fRF被锁定为振荡器的振荡频率fOSC。响应于外部频率fRF被锁定为振荡频率fOSC，振荡器产生振荡信号220作为如图2中所示的输入信号230。因此，外部频率fRF没有出现在由包括在频率校准器中的振荡器产生的输入信号230中。振荡信号220的振荡频率fOSC与基于振荡器的LC谐振腔的电感和电容确定的谐振频率对应。
图3示出由振荡器响应于由频率校准器接收的外部信号的外部频率fRF产生的与振荡器的振荡频率fOSC不同的输入信号。
参照图3，响应于振荡频率fOSC与外部频率fRF之间的预定的频率差Δf(即，响应于满足fRF＝fOSC+Δf)，振荡器产生混合外部信号310和振荡信号320的信号作为输入信号332。例如，输入信号332包括：与在图3中示出为ωRF-ωOSC的频率差331(fRF-fOSC)对应的分量(即，频率差信号)和与在图3中示出为ωOSC的振荡频率fOSC对应的分量(即，具有振荡频率fOSC的信号)。预定的频率差Δf可以以角频率的形式被表示为Δω＝2πΔf。
为了以期望的操作频率来操作振荡器，信号发送器将具有外部频率fRF的外部信号310发送到频率校准器。频率校准器基于外部信号310和振荡信号320来产生输入信号332，并基于包括在输入信号332中的频率分量来调谐振荡器的振荡频率fOSC。例如，频率校准器使用包络检测器(ED)从输入信号332提取频率差信号，从输入信号332去除频率差信号以获得具有振荡频率的信号，使用分频器对振荡频率进行分频以获得分频信号，并将分频信号和频率差信号用于频率调谐。频率校准器通过针对分频信号和频率差信号直接执行频率-频率比较来实时调谐振荡频率，从而执行精确的频率校准。
图4示出由频率校准器确定的最终振荡频率的示例。
参照图4，频率校准器通过振荡器基于外部信号和振荡信号来产生输入信号410。频率校准器从输入信号410提取包络信号420和通过从输入信号410去除包络信号420而产生的信号411(在下文中，被称为去除包络的信号411)。输入信号410是通过混合外部信号和振荡信号而产生的调幅(AM)信号，并且输入信号410是振荡信号被包络信号调幅的信号。如上所述，输入信号410包括与振荡频率fOSC对应的分量以及与频率差fRF-fOSC对应的分量。
例如，去除包络的信号411是具有振荡频率fOSC的信号，因此与在振幅调制中使用的载波信号对应。频率校准器以分频比N对去除包络的信号411进行分频，其中，N是大于“0”的实数。通过以分频比N对振荡频率fOSC进行分频而获得的分频信号413的频率是fOSC/N。
此外，包络信号420是具有频率fRF-fOSC的频率差信号，其中，频率fRF-fOSC对应于外部信号的外部频率fRF与振荡信号的振荡频率fOSC之间的频率差。
频率校准器调谐振荡频率fOSC，使得通过以分频比N对振荡频率进行分频而获得的频率fOSC/N与频率差fRF-fOSC相等。例如，在频率校准器已完成频率调谐之后，外部信号的外部频率fRF和振荡器的振荡频率fOSC满足下面的等式1和等式2。等式1和等式2是等价关系。
等式1和等式2的振荡频率fOSC表示通过频率校准器确定的最终振荡频率。在等式1和等式2中，N表示大于“0”的实数的分频比。
图5示出频率校准器的配置的示例。
参照图5，频率校准器500包括：输入信号产生器510、频率差提取器520、分频器530和频率调谐器540。
输入信号产生器510基于振荡信号和外部信号产生输入信号。输入信号产生器510接收具有在预定频率范围内的外部频率的外部信号。预定频率范围是针对频率校准器500设置的用于接收外部信号的频率的范围。在图6A、图6B、图7、图8和图15所示的示例中，输入信号产生器510使用超再生振荡器(SRO)来产生输入信号。在图11和图12中所示的示例中，输入信号产生器510使用混频器来产生输入信号。
频率差提取器520从输入信号提取具有与外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率之间的频率差对应的频率的频率差信号。
频率差提取器520包括被配置为从输入信号检测包络信号的ED。将参照图6A、图6B、图7、图8和图15详细描述包括ED的频率差提取器520。
在另一示例中，输入信号产生器510包括被配置为接收从振荡器输出的振荡信号和外部信号的混频器，并通过混合振荡信号和外部信号来产生混合信号作为输入信号。在这个示例中，频率差提取器520包括被配置为使混合信号中的在阈值频带内的信号通过的通带滤波器(pass filter)。将参照图11和图12详细描述包括通带滤波器的频率差提取器520。
分频器530通过以分频比对具有振荡频率的信号进行分频来产生分频信号。分频器530以分频比N对通过从输入信号去除包络产生的信号进行分频，以产生分频信号。分频信号具有被分频的信号的频率的1/N的频率。例如，如下面参照图10所述，基于振荡频率、外部信号的注入电流和振荡器的振荡电流来确定分频比。
频率调谐器540基于比较频率差信号与分频信号的结果，来调谐振荡信号的振荡频率。频率调谐器540将振荡信号的振荡频率调谐为基于分频比和外部频率确定的目标频率。例如，目标频率是外部频率的N/(N+1)倍的频率。频率调谐器540将振荡信号的振荡频率调谐为外部频率的N/(N+1)倍的频率。N是大于“0”的实数。
在一个示例中，频率调谐器540调谐振荡频率，以使频率差信号与分频信号之间的频率差最小化。响应于分频信号的频率小于频率差信号的频率，频率调谐器540以离散步长减小振荡器的电容。响应于分频信号的频率大于频率差信号的频率，频率调谐器540以离散步长增加振荡器的电容。频率调谐器540通过基于比较频率差信号与分频信号的结果执行二分搜索(binary search)，来调谐振荡频率。例如，频率调谐器540基于二分搜索来确定是增加电容还是减小电容，从而调谐振荡频率。将参照图9详细描述使用二分搜索的电容的调节。
在另一示例中，频率调谐器540是包括鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)和环路滤波器(LF)的模拟锁相环(PLL)。在这个示例中，振荡器包括变容管对(varactor pair)。振荡器的振荡频率被连续地(即，不以离散步长地)调谐。
图6A和图6B示出频率校准器的配置的其他示例。
图6A示出基于包络信号和分频信号控制振荡频率的频率校准器600的配置。
输入信号产生器510包括天线611和振荡器612。
天线611接收外部信号。例如，天线611被设计为具有用于接收具有在预定频率范围内的外部频率的外部信号的形式和结构。
振荡器612被配置为以振荡频率进行操作。例如，振荡器612接收外部信号，并基于外部信号和振荡信号来输出输入信号。振荡器612还被称为超再生振荡器(SRO)。
频率差提取器520包括ED 621。
ED 621检测从振荡器612输出的输入信号中的包络。通过ED 621检测到的包络信号的包络频率对应于外部信号的外部频率与振荡信号的振荡频率之间的频率差。
分频器530包括限制放大器631和N分频器632。
限制放大器631从通过输入信号产生器510产生的输入信号去除包络。例如，限制放大器631从输入信号去除包络，从而从输入信号提取仅具有振荡信号的分量。限制放大器631将提取的仅具有振荡频率的信号输出到N分频器632。
N分频器632以分频比N对通过从输入信号去除包络而产生的信号进行分频。例如，N分频器632以分频比N对振荡信号进行分频，从而产生分频信号。
频率调谐器540包括频率确定器641、二分搜索器(BS)642、信号强度检测器643和频率控制器644。此外，频率控制器644包括被配置为调谐振荡器612的振荡频率的可变电容器(未示出)。电容器可以是电容器组(未示出)或变容管对(未示出)。
频率确定器641将分频信号与包络信号进行比较。频率确定器641针对这两个信号执行频率-频率比较。例如，频率确定器641计算通过对振荡频率分频获得的分频信号的频率与包络信号的包络频率之间的频率差。
BS 642可通过处理器来实现，并且BS 642基于通过频率确定器641计算的分频信号与包络信号之间的频率差来控制频率控制器。例如，BS 642产生用于控制频率控制器644的控制信号，并将控制信号输出到频率控制器644。在一个示例中，二分搜索器642可被实现在处理器中。
控制信号是用于控制包括在频率控制器644中的可变电容器的电容的信号。例如，在频率控制器644是数字装置并且频率控制器644包括电容器组的示例中，BS 642产生数字控制码作为控制信号。数字控制码是包括指示与电容器组的电容对应的值的位的数字信息。在频率控制器644是模拟装置并且频率控制器644包括变容管对的示例中，BS 642产生控制电压和控制电流作为控制信号。
频率控制器644基于控制信号来调谐振荡器612的振荡频率。例如，频率控制器644将电容器组或变容管对的电容调节为与控制信号对应的值。尽管在图6A的示例中，频率控制器644被包括在频率调谐器540中，但其他示例是可行的。在另一示例中，频率控制器644被包括在振荡器612中，而不是如图6A所示的被包括在频率调谐器540中。
频率调谐器540还包括信号强度检测器643。信号强度检测器643检测频率差信号的信号强度。频率校准器600的频率控制器644基于通过信号强度检测器643检测到的信号强度，来确定是否执行频率校准。频率控制器644从信号强度检测器643接收检测到的信号强度。响应于信号强度超过阈值强度，频率控制器644继续频率校准。响应于信号强度小于或等于阈值强度，频率控制器644终止频率校准。
然而，频率校准器600的配置不限于图6A中的示例。在其他示例中，详细配置可改变。在另一示例中，输入信号产生器510包括振荡器和混频器，其中，振荡器被配置为输出具有不考虑外部信号确定的振荡频率的振荡信号，混频器被配置为通过混合振荡信号与外部信号来产生输入信号。在使用混频器的示例中，频率差提取器520包括被配置为使混合信号中的在阈值频带内的信号通过的通带滤波器。阈值频带是包络信号的频率的预定带。
图6B示出基于包络信号控制振荡频率的频率校准器600’的配置的另一示例。
参照图6B，频率校准器600’包括输入信号产生器510、频率差提取器520和频率调谐器540。频率调谐器540包括信号强度检测器643和频率控制器644。与图6A的频率校准器600不同，图6B的频率校准器600’基于频率差信号(例如，包络信号)来调谐振荡频率。响应于频率差信号的信号强度超过阈值强度，频率控制器644连续地增加振荡频率。响应于频率差信号的信号强度小于或等于阈值强度，频率控制器644终止增加振荡频率。相反，当频率差信号的信号强度超过阈值强度时，频率控制器644连续地减小振荡频率。响应于频率差信号的信号强度小于或等于阈值强度，频率控制器644终止减小振荡频率。将参照图16A和图16B提供详细描述。
图7和图8示出频率校准器的配置的其他示例。
图7示出频率校准器700包括被配置为数字装置的频率调谐器740的示例。
参照图7，频率校准器700包括输入信号产生器710、频率差提取器720、分频器730和频率调谐器740。
输入信号产生器710包括天线、振荡器和电容器组(C-bank)。频率差提取器720包括缓冲器和包络检测器(ED)。分频器730包括限制放大器和N分频器(/N)。频率调谐器740包括作为频率确定器的鉴频鉴相器(PFD)、检测接收信号强度指示符(RSSI)的信号强度检测器以及频率控制器(FC)。
频率校准器700基于外部接收的外部信号VRFcos(ωRF)在芯片中自动校正振荡频率。在完成校准之后从振荡器输出的振荡信号是VOSCcos(ωRF×(N/(N+1)))，包络信号是VEDcos(ωRF/(N+1))，分频信号是VOSCcos(ωRF/(N+1))。在下文中，将详细描述用于使包络信号的包络频率和分频信号的分频频率相等的频率校准处理。
输入信号产生器710包括：线圈型(coil-shaped)天线，在下文中称为由还作为压控振荡器(VCO)的电感器的电感器构成的线圈天线。响应于通过天线外部接收的外部信号VRFcos(ωRF)的外部频率接近振荡器的振荡信号VOSCcos(ωOSC)的振荡频率，外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率可通过振荡器来混合。混合这两个信号的调幅(AM)信号通过下面的等式3来表示。
VAM(t)＝A(1+mcosωmt)cosωOSCt (3)
在等式3中，AM信号的A(1+mcosωmt)中的调制信号频率ωm是与外部信号和振荡信号之间的频率差对应的ωRF-ωOSC。m表示AM比。A表示使用振荡信号和外部信号产生的输入信号的幅度。等式3的AM信号还被称为输入信号。
如在图7中所示，振荡器输出的输入信号被输入到频率差提取器720和分频器730。输入信号基于下面的等式4和等式5被分离为包络信号和去除包络的信号。
例如，通过分频器730中的限制放大器从输出到分频器730的输入信号去除包络。去除包络的信号通过下面的等式4来表示。其中，A1表示通过从输入信号去除包络生成的信号VLIMIT(t)的幅度。
VLIMIT(t)＝A1cosωOSCt (4)
此外，由频率差提取器720中的ED检测到的包络信号通过下面的等式5来表示。其中，A2表示通过检测输入信号中的包络生成的包络信号VENV(t)的幅度。
VENV(t)＝A2cosωmt＝A2cos(ωRF-ωOSC)t (5)
在等式4中，VLIMIT(t)表示通过从包括与振荡频率对应的分量的信号的输入信号去除包络信号而获得的信号。在等式5中，VENV(t)表示输入信号的包络信号。
去除包络的信号VLIMIT(t)的频率通过分频器730中的N分频器以因子N来分频。通过以因子N对振荡频率分频获得的信号被称为分频信号，分频信号通过下面的等式6来表示。
频率确定器将由等式5表示的包络信号与由等式6表示的分频信号进行比较。这里，频率确定器还被称为鉴频鉴相器(PFD)。
例如，PFD将包络信号的包络频率与分频信号的分频频率进行比较。从PFD输出的比较结果被用作用于控制振荡器的振荡频率的控制信号。PFD的输出被输出到使用频率控制算法的频率控制器(FC)，以基于PFD的输出来调节电容器组(C-Bank)的电容。振荡器的振荡频率基于C-Bank的电容和振荡器的电感器的电感来确定。在图7中，线圈天线的电感器也是振荡器的电感器。在一个示例中，频率控制器FC被实现为频率控制算法包括二分搜索算法的二分搜索器(BS)。然而，这仅是示例，可使用其他频率控制算法。如下所示，BS可通过处理器来实现，并且BS输出控制C-Bank的数字控制码。
包括在C-Bank中的每个电容器具有与从BS输出的数字控制码的相应位对应的电容。响应于C-Bank总共包括K个电容器，数字控制码总共包括K位，并且数字控制码的第i位是“1”，C-Bank中的与数字控制码的第i位对应的第i电容被激活，使得C-Bank的电容增加第i电容器的电容。响应于数字控制码的第j位是“0”，C-Bank中的与数字控制码的第j位对应的第j电容被去激活，使得C-Bank的电容减小第j电容器的电容。K、i和j是大于或等于“1”的整数，并且i和j是小于或等于K的整数。如上所述，数字控制码是数字信息。图7的频率校准器700基于数字控制码以离散步长增加或减小振荡器的电容。
最后，频率校准器700增加或减小振荡频率，使得振荡频率与外部频率之间的频率关系收敛为下面的等式7。
满足等式7的外部频率ωRF是振荡频率ωOSC的(N+1)/N倍。因此，响应于信号发送器在频率校准器700已完成频率调谐之后将外部频率ωRF设置为振荡频率ωOSC的(N+1)/N倍，频率校准器700的振荡频率ωOSC被自动设置为外部频率ωRF的N/(N+1)倍。例如，包括具有分频比为“64”的分频器730的频率校准器700接收具有436.71875MHz(即，振荡频率430MHz的(64+1)/(64)倍)的外部频率的外部信号，以产生振荡频率。外部信号是通过信号发送器输入或注入的信号。
此外，为了使频率校准器700的输入信号产生器710产生混合外部信号和振荡信号的输入信号，外部频率需要设置在针对振荡频率发生频率锁定的范围外。在外部信号和振荡信号被混合的频率范围中，从振荡器输出的输入信号包括与频率差ωRF-ωOSC对应的分量。外部频率ωRF和振荡频率ωOSC被混合的预定频率范围通过下面的等式8来表示。
在等式8中，IINJ表示通过频率校准器700接收的外部信号的电流，IOSC表示从包括在频率校准器700中的振荡器输出的信号的电流。Q表示可变电容器(例如，C-Bank)和外部天线线圈的电感器的Q因子，N表示分频比。
此外，信号强度检测器检测被称为接收信号强度指示符(RSSI)的包络信号的信号强度。响应于包络信号的信号强度超过阈值强度，频率校准器700通过PFD执行频率校准。在另一示例中，响应于包络信号的信号强度超过阈值强度，频率校准器700连续地增加或连续地减小频率。响应于包络信号的信号强度小于或等于阈值强度，频率校准器700终止频率校准。
图8示出频率校准器800包括被配置为模拟装置的频率调谐器840的另一示例。
参照图8，频率校准器800包括输入信号产生器810、频率差提取器820、分频器830和频率调谐器840。
输入信号产生器810包括天线、振荡器以及变容管对。频率差提取器820包括缓冲器和包络检测器(ED)。分频器830包括限制放大器和N分频器(/N)。频率调谐器840包括作为频率确定器的鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)和环路滤波器。
图8的输入信号产生器810、频率差提取器820、分频器830和频率调谐器840与图7的频率校准器700的输入信号产生器710、频率差提取器720、分频器730和频率调谐器740相似地操作。图8的频率校准器800调谐振荡器的振荡频率以最终满足等式7。最终调谐的振荡频率、分频频率和包络频率与图7中的最终调谐的这些频率相同。
然而，与图7中的振荡器的频率以数字方式被控制的示例不同，图8示出振荡器的频率以模拟方式被控制的示例。例如，频率调谐器840使用电荷泵(CP)和环路滤波器(LF)连续地调节振荡器的电容。输入信号产生器810包括变容管对，变容管对的电容通过LF连续地改变。然而，这仅是示例，振荡器可包括除变容管对之外的另一类型的可变电容器。具体地说，电荷泵和环路滤波器被配置为：基于频率差信号的频率与分频信号的频率之间的频率差，产生用于调谐振荡器的振荡频率的控制信号，并基于控制信号来控制变容管对，以调谐振荡器的振荡频率。
图9示出响应于频率校准器的频率调谐的振荡频率和频率差信号的改变的示例。
在图9的曲线图中，y轴指示以Hz为单位的频率差信号920和分频信号910的频率。x轴指示以秒为单位的时间。
此外，x轴下方是PFD的输出990的说明性示例。针对每个周期，响应于通过对振荡频率进行分频而获得的信号的分频频率大于或等于外部频率，PFD输出“1”，或者响应于所述分频频率小于外部频率，PFD输出“0”。然而，这仅是一个示例。在其他示例中，可根据设计相反地输出“0”和“1”，或者可输出除了二进制数“0”和“1”之外的信息。
频率调谐将频率差信号920的频率与分频信号910的频率进行比较，并基于频率差信号920与分频信号910之间的频率差930改变振荡器的电容。
例如，响应于分频信号910的频率小于频率差信号920的频率(例如，频率调谐器减小振荡器的电容。响应于分频信号910的频率大于频率差信号920的频率(例如，)，频率调谐器增加振荡器的频率。响应于分频信号910的频率与频率差信号920的频率相同或者分频信号910的频率与频率差信号920的频率之间的差小于或等于预定频率值，频率调谐器确定完成频率调谐。因此，振荡信号的振荡频率被调谐为外部频率的N/(N+1)倍的频率。
振荡器的电容基于二分搜索来调节。例如，响应于在预定时序分频信号910的频率小于频率差信号920的频率，频率调谐器将电容器的电容减小到在小于或等于针对对应时序设置的电容的范围中的中间值。响应于在预定时序分频信号910的频率大于频率差信号920的频率，频率调谐器将电容器的电容增加到在大于或等于针对对应时序设置的电容的范围中的中间值。
在图9的时序图中，频率差信号920和分频信号910分别从图7的频率差提取器720和分频器730被输出。频率差信号920与分频信号910之间的频率差930阶段地减小并收敛到“0”。
此外，模拟分频信号940是通过对由图8的变容管对控制的振荡器的振荡频率分频获得的信号。从图8的分频器830输出的分频信号的频率被逐渐调谐为与在图9中所示的频率差信号的频率相同。为了说明的方便，模拟分频信号940与图9的其他信号910、920和930一起被示出。
频率校准器使与初始分频信号和频率差信号之间的频率差930对应的收敛到“0”。其中，ωOSC1表示初始振荡频率。当完成频率调谐时，满足
频率校准器在不使用参考频率产生器(例如，晶振)的情况下，准确地跟踪外部信号的外部频率。例如，在完成基于二分搜索的频率校准之后，频率校准器的最终频率误差通过下面的等式9来表示。
在等式9中，ωRF表示通过频率校准器接收的外部信号的外部频率，ωOSC表示振荡器的振荡频率，N表示分频器的分频比，N是大于“0”的实数。例如，频率校准器的频率误差是大约100kHz。
图10示出由频率校准器使用的分频比的示例。
在图10的曲线图中，y轴指示以Hz为单位的频率差信号fRF-fOSC的频率。x轴指示分频器的分频比N。如在图10中所示，分频器的分频比N根据下面的等式10被设置为小于阈值分频比1010的值。
例如，分频比N被设置为小于阈值分频比1010的值(等式10的右侧项)，如等式10所示，基于振荡频率ωOSC、外部信号的注入电流IINJ、可变电容器(例如，C-Bank)和外部天线线圈的电感器的Q因子Q以及振荡器的振荡电流IOSC来确定阈值分频比1010的值。
图11和图12示出频率校准器的配置的其他示例。
图11和图12示出以数据接收路径与振荡器的信号路径分离的收发器的结构实现的频率校准器1100和频率校准器1200。例如，以在低的中频(IF)进行操作的收发器的结构来实现频率校准器1100和频率校准器1200。此外，在图11和图12的频率校准器1100和频率校准器1200中，在频率差提取器520的输出节点处的信号V2Rcos(ωRF/(N+1))和在分频器530的输出节点处的信号V1Lcos(ωRF/(N+1))是频率调谐的信号。调谐的振荡频率ωOSC通过ωOSC＝N/(N+1)×ωRF来表示。时间变量t已从图11和图12中的表达式省略。V2R表示频率差信号的电压振幅，V1表示振荡信号的电压振幅，V1L表示分频信号的电压振幅。
参照图11，频率校准器1100包括输入信号产生器510、频率差提取器520、分频器530、频率调谐器540、振荡器、电容器组(C-Bank)、数据提取器1180和缓冲器1190。
输入信号产生器510包括缓冲器和混频器，其中，该混频器被配置为从振荡器接收振荡信号，从外部装置接收外部信号，并通过混合振荡信号与外部信号来产生输入信号。与图7和图8的频率校准器700和频率校准器800不同，图11的频率校准器1100中的振荡器仅输出具有振荡频率的振荡信号。
此外，频率差提取器520包括被配置为使混合信号中的阈值频带内的信号通过的通带滤波器1121。通带滤波器1121从混合信号仅提取频率差分量。在图11的结构中，通带滤波器1121是低通滤波器(LPF)。
此外，分频器530包括缓冲器以及对来自振荡器的振荡信号以N进行分频获得分频信号的N分频器(/N)。
与图7的结构相似，图11的频率调谐器540包括鉴频鉴相器(PFD)和二分搜索器(BS)，其中，鉴频鉴相器将来自频率差提取器520的包络信号的频率与来自分频器530的包络信号的频率进行比较，二分搜索器通过基于二分搜索和来自鉴频鉴相器(PFD)的比较结果以离散步长改变电容器组(C-Bank)的电容，来校准振荡频率。可通过处理器来实现二分搜索器(BS)。在一个示例中，二分搜索器可被实现在处理器中。
此外，频率校准器1100的数据提取器1180通过缓冲器和模数转换器(ADC)从输入信号提取数据。此外，频率校准器1100使用振荡器的振荡频率通过缓冲器1190将信号发送到外部装置。用于发送的振荡频率是频率校准器1100所补偿的频率。
参照图12，频率校准器1200包括输入信号产生器510、频率差提取器520、分频器530、频率调谐器540、振荡器、数据提取器1280和缓冲器1290。
输入信号产生器510包括缓冲器和混频器。频率差提取器520包括通带滤波器1121。分频器530包括缓冲器以及N分频器(/N)。频率调谐器540包括作为频率确定器的鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)和环路滤波器。数据提取器1280包括缓冲器和模数转换器(ADC)。
频率校准器1200中的分频器530和频率调谐器540以与图8的分频器830和频率调谐器840相同的方式操作。图12的输入信号产生器510、数据提取器1280和缓冲器1290以与图11的输入信号产生器510、数据提取器1180和缓冲器1190相同的方式操作。因此，这里将不再重复这些元件的描述。
频率差提取器520包括带通滤波器(BPF)1221。BPF 1221是被配置为使预定范围内的带中的频率通过的滤波器。
与图8的结构相似，图12的频率调谐器540连续地而不是以离散步长调谐振荡频率。
图13示出外部信号、振荡频率和频率差信号相对于频率校准器中的振荡器的电容的关系的示例。
在图13中的曲线图中，左侧y轴指示以Hz为单位的相对于电容器码的外部信号1310的频率、振荡信号1330的频率和振荡信号1330的频率的(N+1)/N倍的信号1320的频率。右侧y轴指示以Hz为单位的相对于电容器码的分频信号1350的频率和频率差信号1340的频率。左侧y轴和右侧y轴具有不同的刻度。x轴指示电容器码。电容器码是数字控制信号，并且还被称为数字控制码。图13的电容器码总共具有256位。
频率校准器控制电容器码以使得分频信号1350的分频频率fOSC/N与频率差信号1340的频率fRF-fOSC相等。分频信号1350的分频频率fOSC/N与频率差信号1340的频率fRF-fOSC相等的第一点1370如图13中所示。
基于分频信号1350和频率差信号1340执行的频率校准以外部信号1310和振荡信号1330的刻度被如下解释。例如，在第一点1370的电容器码处，使得外部信号1310的外部频率fRF与振荡信号1330的振荡频率fOSC的(N+1)/N倍的信号1320的频率相等(例如，fRF＝(N+1)/N×fOSC)的第二点1360出现。因此，振荡信号1330的振荡频率fOSC被设置为外部信号1310的外部频率fRF的N/(N+1)倍的频率1380。
图14、图15、图16A和图16B示出频率校准方法的示例。
图14是示出频率校准方法的示例的流程图。
在操作1410中，频率校准器的输入信号产生器基于振荡信号和外部信号产生输入信号。如上所述，输入信号是通过混合振荡信号和外部信号而产生的信号，并且输入信号包括与振荡频率对应的分量和外部频率与振荡频率之间的频率差分量。
在操作1420中，频率校准器的频率差提取器从输入信号提取具有与外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率之间的频率差对应的频率的频率差信号。
在操作1430中，频率校准器通过以分频比N对具有振荡频率的信号进行分频来产生分频信号。例如，频率校准器通过使用频率分频器(例如，分频器)对具有振荡频率的信号的频率进行分频来产生分频信号。在图7和图8的结构中，具有振荡频率的信号是通过从输入信号去除包络信号而产生的信号。在图11和图12的结构中，具有振荡频率的信号是从振荡器输出的振荡信号。
操作1420和操作1430被并行执行，因此频率校准器同时执行操作1420和操作1430。
在操作1440中，频率校准器的频率调谐器基于比较频率差信号与分频信号的结果来调谐振荡信号的振荡频率。例如，如上所述，频率调谐器通过以离散步长或连续地调节振荡器的电容，来调谐振荡信号的振荡频率。
然而，频率校准方法不受限于图14。频率校准方法可结合在图5、图6A、图6B、图7、图8、图11和图12中所示的频率校准器的详细操作来执行。
图15是示出频率校准方法的另一示例的流程图。
在操作1510中，频率校准器接收外部信号。在操作1520中，频率校准器设置振荡频率。在操作1530中，频率校准器产生具有振荡频率与外部频率被混合的频率的输入信号。在操作1540中，频率校准器通过去除包络信号来提取具有振荡频率的信号，并对振荡频率进行分频。在操作1550中，频率校准器从输入信号分离包络信号。
在操作1560中，频率校准器检测包络信号的信号强度VED，并将该信号强度VED与阈值强度VTH进行比较。响应于包络信号的信号强度VED超过阈值强度VTH，频率校准器继续在操作1540中对振荡频率进行分频并在操作1580中控制振荡信号的频率。响应于该信号强度VED小于或等于阈值强度VTH，频率校准器终止频率校准。
在操作1570中，频率校准器将分离的包络信号的包络频率与通过对振荡频率分频获得的分频频率进行比较。在操作1580中，频率校准器基于比较包络信号与分频信号的结果来控制振荡信号的频率。频率校准器针对振荡信号的振荡频率设置可变频率范围。可变频率范围基于振荡器的总电容来确定。在操作1520中，频率校准器针对振荡器设置调谐的振荡频率。频率校准器迭代以上处理，直到未检测到包络信号为止，或者直到包络频率和分频频率相等为止。
图16A和图16B是仅使用包络信号的信号强度的频率校准的其他示例的流程图。例如，频率校准器直接响应于包络信号的信号强度来增加或减小频率。
参照图16A和图16B，在操作1610中，频率校准器接收外部信号。在操作1620中，频率校准器设置振荡频率。在操作1630中，频率校准器产生具有振荡频率和外部频率被混合的频率的输入信号。在操作1650中，频率校准器从输入信号分离包络信号。在操作1660中，频率校准器检测包络信号的信号强度VED，并将该信号强度VED与阈值强度VTH进行比较。
响应于包络信号的信号强度VED超过阈值强度VTH，频率校准器沿一个方向改变振荡器的振荡频率。响应于该信号强度VED小于或等于阈值强度VTH，频率校准器终止改变振荡频率。所述一个方向可以是振荡频率的增方向(即，振荡频率增加的方向)或者是振荡频率的减方向(即，振荡频率减小的方向)。
在图16A中，响应于包络信号的信号强度VED超过阈值强度VTH，频率校准器在操作1670中连续地增加振荡器的频率。例如，当设置可变频率范围时，频率校准器将振荡器的振荡频率设置为最小频率，并在信号强度VED超过阈值强度VTH时单侧地继续增加振荡频率。响应于信号强度VED小于或等于阈值强度VTH，频率校准器终止增加振荡频率。
在图16B中，响应于包络信号的信号强度VED超过阈值强度VTH，频率校准器在操作1680中连续地减小振荡器的频率。例如，当设置可变频率范围时，频率校准器将振荡器的振荡频率设置为最大频率，并在信号强度VED超过阈值强度VTH时单侧地继续减小振荡频率。响应于信号强度VED小于或等于阈值强度VTH，频率校准器终止减小振荡频率。
图17示出可用于实现在图5、图6A、图6B、图7、图8、图11和图12中所示的硬件组件中的一个或多个并执行在图14、图15、图16A和图16B中所示操作中的一个或多个的振荡器的框图的示例。
参照图17，控制器1700包括存储器1710和处理器1720。存储器1710存储指令，当由处理器1720执行该指令时，使处理器1720实现在图5、图6A、图6B、图7、图8、图11和图12中所示硬件组件中的一个或多个或者执行在图14、图15、图16A和图16B中所示操作中的一个或多个。图1至图16B的描述也适用于图17，因此这里将不再重复。
通过被配置为执行在本申请中描述的由硬件组件所执行的操作的硬件组件，来实现执行在本申请中描述的操作的图1中的频率校准系统100、频率校准器110和信号发送器190、图5中的频率校准器500、输入信号产生器510、频率差提取器520、分频器530和频率调谐器540、图6A中的频率校准器600、输入信号产生器510、天线611、振荡器612、频率差提取器520、包络检测器(ED)621、分频器530、限制放大器631、N分频器632、频率调谐器540、频率确定器641、二分搜索器(BS)642、信号强度检测器643和频率控制器644、图6B中的频率校准器600’、输入信号产生器510、天线611、振荡器612、频率差提取器520、包络检测器(ED)621、频率调谐器540、信号强度检测器643和频率控制器644、图7中的频率校准器700、输入信号产生器710、天线、振荡器、C-Bank、频率差提取器720、缓冲器、包络检测器(ED)、分频器730、限制放大器、N分频器(/N)、频率调谐器740、鉴频鉴相器(PFD)、检测接收信号强度指示符(RSSI)的信号强度检测器和频率控制器(FC)、图8中的频率校准器800、输入信号产生器810、天线、振荡器、变容管对、频率差提取器820、缓冲器、包络检测器(ED)、分频器830、限制放大器、N分频器(/N)、频率调谐器840、鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)和环路滤波器、图11中的频率校准器1100、输入信号产生器510、缓冲器、混频器、频率差提取器520、低通滤波器1121、分频器530、缓冲器、N分频器(/N)、频率调谐器540、鉴频鉴相器(PFD)、二分搜索器(BS)、C-Bank、振荡器、数据提取器1180、模数转换器(ADC)和缓冲器1190、图12中的频率校准器1200、输入信号产生器510、缓冲器、混频器、频率差提取器520、带通滤波器1221、分频器530、缓冲器、N分频器(/N)、频率调谐器540、鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器、振荡器、数据提取器1280、缓冲器、模数转换器(ADC)和缓冲器1290。可用于执行在本申请中的适当位置描述的操作的硬件组件的示例包括：振荡器、混频器、滤波器、放大器、包络检测器、鉴频鉴相器、电感器、电容器、控制器、传感器、产生器、驱动器、存储器、比较器、算术逻辑单元、加法器、减法器、乘法器、除法器、积分器和被配置为执行在本申请中描述的操作的任何其他电子组件。在其他示例中，执行在本申请中描述的操作的硬件组件中的一个或多个通过计算机硬件(例如，通过一个或多个处理器或计算机)来实现。例如，可通过计算硬件(例如，通过一个或多个处理器或计算机)来实现至少图5中的频率调谐器540、图6A中的频率确定器641、二分搜索器(BS)642、和频率控制器644、图6B中的频率控制器644、图7中的鉴频鉴相器(PFD)、检测接收信号强度指示符(RSSI)的信号强度检测器和频率控制器(FC)、图8中的鉴频鉴相器(PFD)、图11中的鉴频鉴相器(PFD)和二分搜索器(BS)以及图12中的鉴频鉴相器(PFD)。可通过一个或多个处理元件(诸如，逻辑门阵列、控制器和算术逻辑单元)、数字信号处理器、微型计算机、可编程逻辑控制器、现场可编辑门阵列、可编程逻辑阵列、微处理器或被配置为以限定的方式响应并执行指令以实现期望的结果的任何其他装置或装置的组合，来实现处理器或计算机。在一个示例中，处理器或计算机包括或被连接到存储由处理器或计算机执行的指令或软件的一个或多个存储器。通过处理器或计算器实现的硬件组件可执行指令或软件(诸如，操作系统(OS)和在OS上运行的一个或多个软件应用)，以执行在本申请中描述的操作。硬件组件还可响应于指令或软件的执行，访问、操纵、处理、创建和存储数据。为了简明，单数术语“处理器”或“计算机”可用于本申请中描述的示例的描述中，但在其他示例中，可使用多个处理器或多个计算机，或者一个处理器或一个计算机可包括多个处理元件或多种类型的处理元件或者两者。例如，可通过单个处理器或者两个或更多个处理器或者一个处理器和一个控制器，来实现单个硬件组件或者两个或更多个硬件组件。可通过一个或多个处理器或者一个处理器和一个控制器，来实现一个或多个硬件组件，并且可通过一个或多个其他处理器、或者另一处理器和另一控制器，来实现一个或多个其他硬件组件。一个或多个处理器、或者一个处理器和一个控制器可实现单个硬件组件、或者两个或更多个硬件组件。硬件组件可具有任意一个或多个不同的处理配置，不同的处理配置的示例包括：单处理器、独立处理器、并行处理器、单指令单数据(SISD)多处理、单指令多数据(SIMD)多处理、多指令单数据(MISD)多处理以及多指令多数据(MIMD)多处理。
通过硬件组件来执行在图14、图15、图16A和图16B中所示的执行在本申请中描述的操作的方法，其中，硬件组件被配置为执行在本申请中描述的由硬件组件执行的操作。在其他示例中，通过计算硬件(例如，通过一个或多个处理器或计算机)来实现执行在本申请中描述的操作的硬件组件中的一个或多个，其中，计算硬件被实现为如上所述地执行指令或软件，以执行在本申请中描述的由所述方法所执行的操作。例如，单个操作或者两个或更多个操作可通过单个处理器或者两个或更多个处理器或者一个处理器和一个控制器来执行。一个或多个操作可通过一个或多个处理器或者一个处理器和一个控制器来执行，并且一个或多个其他操作可通过一个或多个其他处理器或者另一处理器和另一控制器来执行。一个或多个处理器或者一个处理器和一个控制器可执行单个操作、或者两个或更多个操作。
用于控制计算硬件(例如，一个或多个处理器或计算机)实现硬件组件并执行如上所述的方法的指令或软件可被写为计算机程序、代码段、指令或它们的任意组合，以单独地或共同地指示或配置一个或多个处理器或者计算机按照机器或专用计算机那样进行操作，以执行由硬件组件和如上所述的方法执行的操作。在一个示例中，指令或软件包括直接由一个或多个处理器或计算机执行的机器代码(诸如，由编译器产生的机器代码)。在另一示例中，指令或软件包括由一个或多个处理器或者计算机使用解释器执行的高级代码。可基于附图中示出的框图和流程图以及说明书中的相应描述使用任意编程语言来编写指令或软件，其中，附图中示出的框图和流程图以及说明书中的相应描述公开了用于执行由硬件组件和如上所述的方法执行的操作的算法。
用于控制计算硬件(例如，一个或多个处理器或计算机)实现硬件组件并执行如上所述的方法的指令或软件、以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构可被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质中，或可被记录、存储或固定在一个或多个非暂时性计算机可读存储介质上。非暂时性计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、闪存、CD-ROM、CD-R、CD+R、CD-RW、CD+RW、DVD-ROM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、DVD-RAM、BD-ROM、BD-R、BD-R LTH、BD-RE、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘、和任何其他设备，该任何其他设备被配置为以非暂时方式存储指令或软件、以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构，并向一个或多个处理器或计算机提供指令或软件、以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构，使得一个或多个处理器和计算机能够执行指令。在一个示例中，指令或软件、以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机系统上，以便指令和软件、以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构被一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。
尽管本公开包括特定的示例，但是在不脱离权利要求和它们的等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式和细节上的各种改变，这在理解本申请的公开后将是清楚的。在此描述的示例被认为仅是描述性的，而非为了限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述将被认为适用于其他示例中的相似特征或方面。如果描述的技术以不同的顺序被执行，和/或如果描述的系统、架构、装置、或电路中的组件以不同的方式组合，和/或被其他组件或它们的等同物代替或补充，则可实现合适的结果。因此，本公开的范围不是通过具体实施方式所限定，而是由权利要求和它们的等同物限定，并且在权利要求和它们的等同物的范围内的所有变化将被解释为被包括在本公开中。

Claims (31)

1.一种频率校准器，包括：
输入信号产生器，被配置为：基于振荡信号和外部信号产生输入信号；
频率差提取器，被配置为：从输入信号提取具有与外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率之间的频率差对应的频率的频率差信号；
分频器，被配置为：通过以分频比对具有所述振荡频率的信号进行分频来产生分频信号；
频率调谐器，被配置为：基于比较频率差信号与分频信号的结果来调谐振荡信号的振荡频率。
2.如权利要求1所述的频率校准器，其中，输入信号产生器包括：振荡器，被配置为以所述振荡频率进行操作；
振荡器还被配置为：接收外部信号，并基于外部信号和振荡信号来输出输入信号；
频率差提取器包括：包络检测器，被配置为从输入信号检测包络信号。
3.如权利要求1所述的频率校准器，其中，振荡信号从振荡器被输出；
输入信号产生器包括：混频器，被配置为：接收振荡信号和外部信号，并通过混合振荡信号与外部信号来产生混合信号作为输入信号；
频率差提取器包括：通带滤波器，被配置为使在混合信号中的阈值频带内的信号通过。
4.如权利要求1所述的频率校准器，其中，输入信号产生器包括：振荡器，被配置为以所述振荡频率进行操作；
振荡器包括：电容器组，被配置为调谐所述振荡频率。
5.如权利要求1所述的频率校准器，其中，频率调谐器还被配置为：使用基于比较频率差信号与分频信号的结果的二分搜索来调谐所述振荡频率。
6.如权利要求1所述的频率校准器，其中，输入信号产生器包括：包含变容管对的振荡器；
频率调谐器包括：包含鉴频鉴相器、电荷泵和环路滤波器的模拟锁相环。
7.如权利要求1所述的频率校准器，其中，频率调谐器还被配置为：调谐所述振荡频率，以使频率差信号与分频信号之间的频率差最小化。
8.如权利要求1所述的频率校准器，其中，振荡信号从振荡器被输出；频率调谐器还被配置为：
响应于分频信号的频率小于频率差信号的频率，减小振荡器的电容，
响应于分频信号的频率大于频率差信号的频率，增加振荡器的电容。
9.如权利要求1所述的频率校准器，其中，振荡信号从振荡器被输出；
所述分频比基于所述振荡频率、外部信号的注入电流和振荡器的振荡电流被确定。
10.如权利要求1所述的频率校准器，其中，输入信号产生器还被配置为接收具有在预定频率范围内的外部频率的外部信号；
频率调谐器还被配置为将振荡信号的振荡频率调谐为基于所述分频比和外部频率确定的目标频率。
11.如权利要求1所述的频率校准器，其中，分频器还被配置为：以分频比N对通过从输入信号去除包络产生的信号进行分频，以获得分频信号；
频率调谐器还被配置为：将振荡信号的振荡频率调谐为外部频率的N/(N+1)倍的频率，N是大于“0”的实数。
12.如权利要求1所述的频率校准器，还包括：信号强度检测器，被配置为检测频率差信号的信号强度；
其中，所述频率校准器被配置为：
响应于频率差信号的信号强度超过阈值强度，继续频率校准，
响应于频率差信号的信号强度小于或等于所述阈值强度，终止频率校准。
13.一种频率校准方法，包括：
基于振荡信号和外部信号，产生输入信号；
从输入信号提取具有与外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率之间的频率差对应的频率的频率差信号；
通过以分频比对具有所述振荡频率的信号进行分频来产生分频信号；
基于比较频率差信号与分频信号的结果，调谐振荡信号的振荡频率。
14.如权利要求13所述的频率校准方法，其中，产生输入信号的步骤包括：
接收外部信号；
基于外部信号和振荡信号来输出输入信号；
提取的步骤包括：从输入信号检测包络信号作为频率差信号。
15.如权利要求13所述的频率校准方法，其中，产生输入信号的步骤包括：
从振荡器接收振荡信号；
接收外部信号；
通过混合振荡信号与外部信号来产生混合信号作为输入信号；
提取的步骤包括：使在混合信号中的阈值频带内的信号通过。
16.如权利要求13所述的频率校准方法，其中，调谐的步骤包括：使用基于比较频率差信号与分频信号的结果的二分搜索来调谐所述振荡频率。
17.如权利要求13所述的频率校准方法，其中，产生输入信号的步骤包括：接收具有在预定频率范围内的外部频率的外部信号；
调谐的步骤包括：调谐所述振荡频率以使频率差信号与分频信号之间的频率差最小化。
18.如权利要求13所述的频率校准方法，还包括：
检测频率差信号的信号强度；
响应于频率差信号的信号强度超过阈值强度，继续频率校准；
响应于频率差信号的信号强度小于或等于所述阈值强度，终止频率校准。
19.一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，当通过处理器执行所述指令时，使得处理器执行权利要求13所述的频率校准方法。
20.一种频率校准方法，包括：
基于振荡信号和外部信号产生输入信号；
从输入信号提取具有与外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率之间的频率差对应的频率的频率差信号；
响应于频率差信号的信号强度超过阈值强度，沿一个方向改变振荡器的振荡频率。
21.一种频率校准器，包括：
输入信号产生器，被配置为：基于外部信号和通过无晶振振荡器产生的振荡信号来产生输入信号；
频率差提取器，被配置为：从输入信号提取具有与外部信号的外部频率和振荡信号的振荡频率之间的频率差对应的频率的频率差信号；
频率调谐器，被配置为：基于频率差信号来调谐振荡信号的振荡频率。
22.如权利要求21所述的频率校准器，还包括：分频器，被配置为通过以分频比对具有振荡频率的信号进行分频来产生分频信号；
其中，频率调谐器还被配置为：将频率差信号的频率与分频信号的频率进行比较，并基于比较的结果来调谐振荡信号的振荡频率。
23.如权利要求22所述的频率校准器，其中，频率调谐器包括：
鉴频鉴相器，被配置为：检测频率差信号的频率与分频信号的频率之间的第一频率差；
信号强度检测器，被配置为：检测频率差信号的信号强度；
处理器，被配置为：基于第一频率差和信号强度来产生用于调谐振荡器的振荡频率的控制信号；
频率控制器，被配置为：基于控制信号和信号强度来调谐振荡器的振荡频率。
24.如权利要求23所述的频率校准器，其中，处理器包括：二分搜索器，被配置为通过基于第一频率差执行二分搜索来产生控制信号。
25.如权利要求22所述的频率校准器，其中，输入信号产生器包括：用于调谐振荡信号的振荡频率的变容管对；
频率调谐器包括：
鉴频鉴相器，被配置为检测频率差信号的频率与分频信号的频率之间的第一频率差；
电荷泵和环路滤波器，被配置为：基于第一频率差产生用于调谐振荡器的振荡频率的控制信号，并基于控制信号来控制变容管对，以调谐振荡器的振荡频率。
26.如权利要求21所述的频率校准器，其中，频率调谐器包括：
信号强度检测器，被配置为：检测频率差信号的信号强度；
频率控制器，被配置为：将频率差信号的信号强度与阈值进行比较，并基于比较的结果调谐振荡信号的振荡频率。
27.如权利要求21所述的频率校准器，其中，输入信号产生器包括：混频器，被配置为混合外部信号与振荡信号以产生输入信号。
28.如权利要求27所述的频率校准器，还包括：分频器，被配置为通过以分频比对具有振荡频率的信号进行分频来产生分频信号；
其中，频率调谐器还被配置为：将频率差信号的频率与分频信号的频率进行比较，并基于比较的结果来调谐振荡信号的振荡频率。
29.如权利要求28所述的频率校准器，其中，频率调谐器包括：
鉴频鉴相器，被配置为检测频率差信号的频率与分频信号的频率之间的第一频率差；
处理器，被配置为基于第一频率差产生用于调谐振荡器的振荡频率的控制信号；
所述频率校准器还包括：频率控制器，被配置为基于控制信号来调谐振荡器的振荡频率。
30.如权利要求29所述的频率校准器，其中，处理器包括：二分搜索器，被配置为通过基于第一频率差执行二分搜索来产生控制信号。
31.如权利要求28所述的频率校准器，其中，输入信号产生器包括：用于调谐振荡信号的振荡频率的变容管对；
频率调谐器包括：
鉴频鉴相器，被配置为：检测频率差信号的频率与分频信号的频率之间的第一频率差；
电荷泵和环路滤波器，被配置为：基于第一频率差产生用于调谐振荡器的振荡频率的控制信号，并基于控制信号来控制变容管对，以调谐振荡器的振荡频率。
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