CN109302180A - 振荡电路 - Google Patents
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Abstract
本公开内容涉及一种振荡电路,该振荡电路包括:可控制振荡器,可控制振荡器能够被操作用以生成具有依赖于粗略值和精细值的输出频率的输出信号,粗略值使输出频率处于相关联的输出频带内,并且精细值控制该频带内的输出频率;以及控制电路,控制电路能够被操作用以生成粗略值和精细值以便控制可控制振荡器。在特定布置中,控制电路补偿操作期间的温度波动。
Description
技术领域
本发明涉及振荡电路,并且具体涉及能够被操作用以生成具有受控输出频率的输出信号的振荡电路。本发明还涉及用于对这样的电路进行控制的相应方法和计算机程序。
背景技术
振荡电路可以例如能够被操作用以例如在控制环操作下基于参考信号来生成输出信号。该电路可以例如包括负反馈环的结构和/或功能。示例电路包括锁相环(PLL),锁相环在效果上是生成其相位与输入参考信号的相位相关的输出信号的控制系统。
这样的振荡电路通常具有可控制振荡器,例如生成周期性信号的压控振荡器(VCO)。在PLL的情况下,相位检测器将该周期性信号的相位与输入的周期性参考信号的相位进行比较,并且振荡器被控制以将相位保持在限定的关系中。周期性信号可以是时钟信号。
可控制振荡器可以被配置成使得其输出信号具有依赖于粗略值和精细值的输出频率,粗略值使输出频率处于相关联的输出频带内,并且精细值控制该频带内的输出频率。因此,可以通过向可控制振荡器提供合适的粗略值和精细值来控制该可控制振荡器,例如通过对粗略值和精细值应用控制环调整以倾向于将输出频率维持在目标频率处。
已经发现,先前考虑的振荡电路具有噪声性能问题,例如输出信号中的抖动(相位误差)。已经发现当在相对宽的温度范围内操作电路时,这样的噪声性能问题被恶化。
理想的是解决上述问题中的一些或全部。
发明内容
根据本发明的第一方面的实施方式,提供了振荡电路,包括:可控制振荡器,可控制振荡器能够被操作用以生成具有依赖于粗略值和精细值的输出频率的输出信号,粗略值使输出频率处于相关联的输出频带内,并且精细值控制该频带内的输出频率;以及控制电路,控制电路能够被操作用以生成粗略值和精细值以便控制可控制振荡器,其中,控制电路能够被操作用以:在控制环操作下,基于指示输出频率与目标频率之间的差的测量结果,对粗略值和精细值应用控制环调整以倾向于将输出频率维持在目标频率处;在校准温度处的校准模式下,测量精细值变化,精细值变化在控制环操作下、当通过调整不同于操作目标频率的目标频率而使在校准温度处与目标频率对应的相关联的粗略值变化发生时将发生;在温度校正模式下,校正所测得的精细值变化以考虑与校准温度不同的温度,在与校准温度不同的温度处其相关联的粗略值变化将被预期在具有操作目标频率的控制环操作下发生;并且在操作模式下,在具有操作目标频率的控制环操作下,当使与精细值变化相关联的粗略值变化发生时将经校正的精细值变化施加在精细值上(并且例如,然后继续进行任何进一步的控制环调整)。
有利的是,通过当使与精细值变化相关联的粗略值变化发生时将经校正的精细值变化施加在精细值上,控制环操作被辅助来在输出频率的粗略值变化之后快速找到正确的精细值以尽可能接近地匹配操作目标频率。粗略值变化可能已由于温度变化而发生,并且在温度校正模式下执行的校正导致与改变的温度处的可控制振荡器的性能紧密匹配的经校正的精细值变化。因此,降低或避免了输出信号中的噪声/失真(否则其可能在温度变化时遭受)。
振荡电路可以是集成电路,例如实现为IC芯片或其一部分。
可控制振荡器可以被配置成使得粗略值范围内的每个粗略值使输出频率处于其自己的相关联的输出频带内。例如,可控制振荡器可以被配置成使得粗略值越大则其相关联的输出频带越高。替代之,情况可以相反。
可控制振荡器可以被配置成使得精细值在精细值范围内的位置与输出频率在相关频带内的位置对应。例如,可控制振荡器可以被配置成使得精细值越大则相关频带内的输出频率越高。替代之,情况可以相反。
可控制振荡器可以被配置成使得:输出频带部分地交叠;和/或输出频带共同覆盖振荡电路的输出频率的操作范围。因此,可以通过在不同频带中操作(即,利用不同的粗略值和精细值组合)来实现相同的输出频率。
控制电路可以被配置成当精细值达到上限值或下限值时改变粗略值。例如,控制电路可以被配置成当精细值达到上限值时增大粗略值并且当精细值达到下限值时减小粗略值。替代之,情况可以相反。
上限值和下限值可以是可用的精细值的范围的极端,或者可以在极端内略微设定,以避免需要使用全部范围的值(例如,在操作可以是朝向极端的非线性的情况下)。
指示输出频率与目标频率之间的差的测量结果可以是可选地在输出信号与参考信号(具有参考频率)之间或者在输出信号与目标信号(具有目标频率)之间的相位差、频率或定时测量结果。参考信号和目标信号可以是例如具有代表相位的值的数字信号。
控制电路可以能够被操作用以:在校准温度处的校准模式下,通过调整目标频率而使多个粗略值变化发生,每个粗略值变化在校准温度处与不同于操作目标频率的目标频率对应,并且针对这些粗略值变化中的每个粗略值变化而测量相关联的精细值变化;在温度校正模式下,校正所测得的精细值变化中的每个或任何精细值变化以考虑与校准温度不同的温度,在与校准温度不同的温度处其相关联的粗略值变化将被预期在具有操作目标频率的控制环操作下发生;并且在操作模式下,当使粗略值变化中的一个发生时,将其相关联的经校正的精细值变化施加在精细值上并且然后继续进行任何进一步的控制环调整。
因此,可以满足多个粗略值变化以覆盖振荡电路的工作温度范围(例如设计要求)。
可控制振荡器可以被配置成使得:在校准温度处,用于操作目标频率的粗略值(成比例地)相关于校准温度在振荡电路的操作温度范围内的位置而在粗略值的操作范围内定位。例如,该多个粗略值变化可以包括在粗略值的操作范围中的每个粗略值变化以覆盖振荡电路的操作温度范围。
控制电路可以能够被操作用以:在校准温度处的校准模式下,通过调整控制环操作下的目标频率并且测量当使相关联的粗略值变化发生时发生的精细值变化来测量所述或每个相关联的精细值变化。作为另一可能性,控制电路可以能够被操作用以:在校准温度处的校准模式下,通过调整粗略值并且调整精细值以维持输出频率(即,不需要在控制环操作下)来测量所述或每个相关联的精细值变化。
控制电路可以能够被操作用以:在操作模式下时进入温度校正模式,以便在确定了相关联的粗略值变化将发生的情况下执行对任何或每个所述所测得的精细值变化的校正。这可以等同于以即时为基础获得所述或每个经校正的精细值变化,使得如果不需要特定的经校正的精细值变化则不会生成。
控制电路可以能够被操作用以:在进入操作模式之前进入温度校正模式,以便在进入操作模式之前执行任何或每个所述所测得的精细值变化的校正。因此,有可能生成可以在温度校正模式的一次使用中需要的全部经校正的精细值变化。如果温度校正模式的功能在振荡电路的初始设置阶段之后要被分离,则这可以是有用的。
可以通过逐步调整目标频率而使在校准温度处的校准模式下使其发生的每个粗略值变化发生。也就是说,可以上下扫描目标频率以使每个粗略值变化。目标频率可以在整个频率范围内上下扫描,以使在校准阶段中所需的全部粗略值变化发生。
控制电路可以能够被操作用以:在校准温度处的校准模式下,从操作目标频率开始调整目标频率。例如,目标频率可以在操作目标频率处开始的频率的操作范围内上下扫描。在校准模式下从操作目标频率开始调整目标频率可以被认为是从操作目标频率开始对目标频率解谐。
控制电路可以能够被操作用以:在操作模式下,当粗略值变化发生时并且在将相关联的经校正的精细值变化施加在精细值上之后,确定在精细值确立之前是否进行了与该粗略值变化相关联的任何进一步的控制环调整,如果是,则更新相关联的经校正的精细值变化以考虑这样的进一步的控制环调整。因此,振荡电路可以被配置成获知哪些精细值变化表示对于温度变化的实际响应。
当更新经校正的精细值变化时,控制电路可以能够被操作用以考虑对该经校正的精细值变化的先前更新。也就是说,可以考虑更新的历史,以避免例如具有太大的影响的一个虚假更新。例如,控制电路可以能够被操作用以:当更新经校正的精细值变化时,应用移动平均处理以考虑对该经校正的精细值变化的先前更新。这可以提供对更新值的低通滤波,以抑制这些值中的高频噪声。
该温度或每个温度可以是可控制振荡器或振荡电路的温度,或者例如是环境温度,该温度被视为可控制振荡器或振荡电路的温度。振荡电路因此可以包括能够被操作用以测量校准温度的温度传感器。
在控制环操作下,控制电路可以能够被操作用以应用控制环调整,使得输出频率倾向于确立于相关目标频率处。控制环操作的控制参数可以影响输出频率当受到干扰时或者当粗略值和/或精细值改变时如何快速地倾向于确立。
控制电路可以包括能够被操作用以执行控制环操作的控制环(例如,模拟控制环)。作为另一选择,控制环操作可以用数字电路来实现,例如在处理器上运行的软件中实现。控制电路可以包括被配置成生成精细值的PI环滤波电路(包括软件实现),PI环滤波电路具有作为比例增益路径的P路径和作为积分增益的I路径。控制电路能够被操作用以:在操作模式下,当使粗略值变化中的一个发生时,通过对PI环滤波电路的I路径应用经校正的精细值变化(例如,作为加或减)来将其相关联的经校正的精细值变化施加在精细值上。这可以被认为是实现精细值变化的简洁方式。
控制电路可以能够被操作用以:在校准温度处的校准模式下,当使所述粗略值变化发生时,在测量相关联的精细值变化之前将相关联的缺省精细值变化施加在精细值上并且然后继续进行任何进一步的控制环调整。使用这样的缺省值可以使得控制环操作能够更快地确立。控制电路可以能够被操作用以:在校准温度处的校准模式下,当使所述粗略值变化发生时,在精细值已针对对应的目标输出频率确立之后测量相关联的精细值变化。
控制电路可以能够被操作用以:通过超控或暂时中断控制环操作,或者通过插入精细值变化(即,逐步改变、或突然改变、或立即改变精细值)来施加/迫使所述精细值变化。
控制电路可以包括存储器并且可以能够被操作用以将精细值变化记录或存储在存储器中。这样的存储器可以是能够存储和读出精细值变化的寄存器或任何进一步形式的存储器。这样的存储器可以在振荡电路的外部,并且例如通过控制电路可访问。
控制电路可以能够被操作用以:在温度校正模式下,确定通过参考指示振荡电路或可控制振荡器的操作如何随温度变化的温度依赖性信息来校正所述精细值变化的量。
例如,控制电路可以能够被操作用以:在校准温度处的校准模式下,针对所述或每个所述粗略值测量在精细值不随所述粗略值变化而变化的情况下输出频率将变化的相关联的频率变化;并且在温度校正模式下,确定通过参考所述或每个相关联的频率变化(例如,其与诸如操作目标频率的参考频率的频率距离)以及指示该相关联的频率变化如何随温度变化(其频率大小和其距参考频率的频率距离二者的变化)的温度依赖性信息来校正所述精细值变化的量。
温度依赖性信息可以表示具有温度变化的振荡电路的操作,例如基于振荡电路的各种实际样本来已被测量。以这样的方式,经校正的精细值变化可以紧密地表示具有改变温度的振荡电路的实际操作,从而即使在改变温度时也导致低噪声性能。
控制电路可以能够被操作用以:在校准温度处的校准模式下,例如通过以下操作来测量所述或每个相关联的频率变化:当精细值与粗略值变化的两个不同粗略值相同时,调整控制环操作下的目标频率并且测量目标频率或输出频率;或者例如当粗略值变化发生时保持精细值不变并且测量输出频率的改变。
控制电路可以包括其中存储温度依赖性信息的存储器。这样的存储器可以是能够存储和读出温度依赖性信息的寄存器或任何其他形式的存储器。这样的存储器可以在振荡电路的外部,并且例如通过控制电路可访问。
输出信号可以是时钟信号,例如切换的逻辑电平(例如数字)时钟信号或正弦的(例如模拟的)时钟信号。参考信号和目标信号也可以是时钟信号。输出信号、参考信号和目标信号也可以是其他类型的周期性的信号。
振荡电路可以被认为是锁相环。振荡电路可以是或者可以包括集成电路,比如IC芯片。
根据本发明第二方面的实施方式,提供了包括根据前述第一方面的振荡电路的集成电路,比如IC芯片。
根据本发明的第三方面的实施方式,提供了控制振荡电路的方法,振荡电路包括可控制振荡器,可控制振荡器能够被操作用以生成具有依赖于粗略值和精细值的输出频率的输出信号,粗略值使输出频率处于相关联的输出频带内,并且精细值控制该频带内的输出频率,该方法包括:生成粗略值和精细值以便控制可控制振荡器;在控制环操作下,基于指示输出频率与目标频率之间的差的测量结果,对粗略值和精细值应用控制环调整以倾向于将输出频率维持在目标频率处;在校准温度处的校准模式下,测量精细值变化,精细值变化在控制环操作下、当通过调整不同于操作目标频率的目标频率而使在校准温度处与目标频率对应的相关联的粗略值变化发生时将发生;在温度校正模式下,校正所测得的精细值变化以考虑与校准温度不同的温度,在与校准温度不同的温度处其相关联的粗略值变化将被预期在具有操作目标频率的控制环操作下发生;并且在操作模式下,在具有操作目标频率的控制环操作下,当使与精细值变化相关联的粗略值变化发生时将经校正的精细值变化施加在精细值上(并且例如,然后继续进行任何进一步的控制环调整)。
根据本发明的第四方面的实施方式,提供了计算机程序,该计算机程序当在振荡电路的计算机上被执行时使计算机执行控制振荡电路的方法,振荡电路包括可控制振荡器,可控制振荡器能够被操作用以生成具有依赖于粗略值和精细值的输出频率的输出信号,粗略值使输出频率处于相关联的输出频带内,并且精细值控制该频带内的输出频率,该方法包括:生成粗略值和精细值以便控制可控制振荡器;在控制环操作下,基于指示输出频率与目标频率之间的差的测量结果,对粗略值和精细值应用控制环调整以倾向于将输出频率维持在目标频率处;在校准温度处的校准模式下,测量精细值变化,精细值变化在控制环操作下、当通过调整不同于操作目标频率的目标频率而使在校准温度处与目标频率对应的相关联的粗略值变化发生时将发生;在温度校正模式下,校正所测得的精细值变化以考虑与校准温度不同的温度,在与校准温度不同的温度处其相关联的粗略值变化将被预期在具有操作目标频率的控制环操作下发生;并且在操作模式下,在具有操作目标频率的控制环操作下,当使与精细值变化相关联的粗略值变化发生时将经校正的精细值变化施加在精细值上(并且例如,然后继续进行任何进一步的控制环调整)。
根据本发明的第五方面的实施方式,提供了振荡电路,包括:可控制振荡器,可控制振荡器能够被操作用以生成具有依赖于粗略值和精细值的输出频率的输出信号,粗略值使输出频率在相关联的输出频带内,并且精细值控制该频带内的输出频率;以及控制电路,控制电路能够被操作用以生成粗略值和精细值以便控制可控制振荡器,其中,控制电路能够被操作用以:在控制环操作下,基于指示输出频率与目标频率之间的差的测量结果,对粗略值和精细值应用控制环调整以倾向于将输出频率维持在目标频率处;并且在操作模式下,在具有操作目标频率的控制环操作下,当使相关联的粗略值变化发生时将经校正的精细值变化施加在精细值上(并且例如,然后继续进行任何进一步的控制环调节),经校正的精细值变化已从未校正的精细值变化被校正以考虑被预期引起该粗略值变化的温度变化。
根据本发明的第六方面的实施方式,提供了包括振荡电路和配置电路的系统(例如模块化系统),其中:振荡电路和配置电路是彼此可分离的;振荡电路包括可控制振荡器,可控制振荡器能够被操作用以生成具有依赖于粗略值和精细值的输出频率的输出信号,粗略值使输出频率处于相关联的输出频带内并且精细值控制该频带内的输出频率,以及控制电路,控制电路能够被操作用以生成粗略值和精细值以便控制可控制振荡器。控制电路能够被操作用以:在控制环操作下,基于指示输出频率与目标频率之间的差的测量结果,对粗略值和精细值应用控制环调整以倾向于将输出频率维持在目标频率处;控制电路和配置电路能够被操作用以:在校准温度处的校准模式下,测量精细值变化,精细值变化在控制环操作下、当通过调整不同于操作目标频率的目标频率而使在校准温度处与目标频率对应的相关联的粗略值变化发生时将发生;在温度校正模式下,控制电路和配置电路能够被操作用以校正所测得的精细值变化以考虑与校准温度不同的温度,在与校准温度不同的温度处其相关联的粗略值变化将被预期在具有操作目标频率的控制环操作下发生;并且将经校正的精细值变化存储在振荡电路中;并且在操作模式下,在具有操作目标频率的控制环操作下,控制电路能够被操作用以当使与精细值变化相关联的粗略值变化发生时将存储在振荡电路中的经校正的精细值变化施加在精细值上(并且例如,然后继续进行任何进一步的控制环调整)。
配置电路可以仅在例如初始设置阶段中需要,并且然后可以断开(例如,具有存储在控制电路中的经校正的精细值变化)。
设想与上述第五方面和第六方面对应的方法和计算机程序方面。还设想计算机可读存储介质方面,所述介质上存储有这样的计算机程序。
装置(电路)方面的特征同样适用于方法、计算机程序和存储介质方面,反之方法、计算机程序和存储介质方面的特征同样适用于装置(电路)方面。
附图说明
通过示例的方式,现在将参照附图,在附图中:
图1是实施本发明的振荡电路的示意图;
图2是用于理解图1的可控制振荡器的操作及其校准、温度校正和操作模式的示意图;
图3和图4是有助于理解图1的振荡电路的操作及其校准、温度校正和操作模式的信号图;
图5是有助于理解图1的振荡电路的操作及其校准、温度校正和操作模式的示例值的表;
图6是用于理解可以如何实现图1的振荡电路的控制环操作的示意图;
图7是有助于理解温度校正模式的图;
图8是实施本发明的振荡电路的详细实现的示意图;
图9是实施本发明的振荡电路的另外的详细实现的示意图;
图10是与图1、图8和图9的振荡电路的整体操作对应的方法的流程图;
图11是与图1、图8和图9的振荡电路的校准模式对应的方法的流程图;
图12是与图1、图8和图9的振荡电路的温度校正模式对应的方法的流程图;
图13是与图1、图8和图9的振荡电路的操作模式对应的方法的流程图;
图14是实施本发明的电路系统的示意图;以及
图15是可以实现本文中描述的部分电路的计算装置的框图。
具体实施方式
以下描述通过示例的方式来呈现实施本发明的各种布置。
作为概述,本公开内容涉及振荡电路,包括:可控制振荡器,可控制振荡器能够被操作用以生成具有依赖于粗略值和精细值的输出频率的输出信号,粗略值使输出频率在相关联的输出频带内,并且精细值控制该频带内的输出频率;以及控制电路,控制电路能够被操作用以生成粗略值和精细值以便控制可控制振荡器。在特定布置中,控制电路补偿操作期间的温度波动。
图1是振荡电路100的示意图;振荡电路100包括可控制振荡器102和控制电路104。
可控制振荡器102能够被操作用以生成具有依赖于粗略值和精细值的输出频率的输出信号。因此,可控制振荡器102被连接以接收这样的粗略值和精细值。可控制振荡器102被配置成使得粗略值使输出频率处于相关联的输出频带内,并且精细值控制该频带内的输出频率。粗略值和精细值可以作为例如数字值或模拟值被提供给可控制振荡器102。
控制电路104能够被操作用以生成粗略值和精细值以便控制可控制振荡器。因此,控制电路104被连接以向可控制振荡器102提供粗略值和精细值。
控制电路被配置成在控制环操作下操作,并且以校准模式、温度校正模式和操作模式中的一个或更多个来操作。
控制电路被配置成:在控制环操作下,基于指示输出频率与目标频率之间的差的测量结果,对粗略值和精细值应用控制环调整以倾向于将输出频率维持在目标频率处。指示输出频率与目标频率之间的差的测量结果可以是例如输出信号与参考信号之间的相位差的测量结果。输出信号和参考信号可以例如是时钟信号。如图1所示,控制电路104被连接以从外部源接收这样的参考信号,然而参考信号当然可以在控制电路104本身内生成(例如,它可以包括时钟生成电路)并且因此本公开内容将被理解。
因此,在控制环操作下,振荡电路100可以被认为像PLL一样操作,将输出频率与目标频率进行比较(例如使用参考信号或基于其的信号以生成误差信号),并且控制可控制振荡器102,使得输出频率趋于目标频率或跟随目标频率(通常,以减少或控制由误差信号表示的误差值)。振荡电路100因此可以被称为PLL。
校准、温度校正和操作模式涉及振荡电路100的如下改进操作。
控制电路104被配置成:在校准温度处的校准模式下,测量精细值变化,精细值变化在控制环操作下、当通过调整不同于操作目标频率的目标频率而使在校准温度处与目标频率对应的相关联的粗略值变化发生时将发生。
这将结合图2更详细地说明,图2是有助于理解可控制振荡器102的操作的图。
图2的图的y轴表示输出信号的输出频率,而x轴表示输入至可控制振荡器102的精细值。在该示例中,假定精细值是基于用于DAC(数字-模拟转换器)的数字控制值而被生成为模拟信号,使得DAC控制值可以被认为是相应的数字精细值。因此,x轴示出了假定示例12位DAC的从0至4095的控制值(4096个不同值)。
于是图上的每个对角线轨迹表示输出频率如何随着用于给定输出频带(即,用于给定的粗略值)的精细值而变化。因此,每个粗略值与输出频带对应。为了便于说明,提供了示例粗略值C1至C7。例如,当粗略值为C1时输出频率由如最低的对角线轨迹所示的精细值控制,当粗略值为C2时输出频率由如由倒数第二低的对角线轨迹所示的精细值控制,以此类推。注意,频带(即对角线)不是均匀间隔的,以表明在特定实现中可能是这种情况;这是可控制振荡器102的功能的可能表征。
因此,如从图2中明显看到的那样,粗略值范围内的每个粗略值使输出频率处于输出频率的其自己的相关联的频带内。在本示例中,粗略值越大,其相关联的输出频带越高,然而这当然不是必要的。类似地,在本示例中,精细值在精细值范围内的位置与输出频率在相关频带内的位置对应。可控制振荡器102被配置成使得精细值越大,相关频带内的输出频率越高,然而这同样不是必要的。
如同样从图2中明显看到的那样,输出频带部分交叠。实际上,输出频带的相当大部分在频率上交叠。假定输出频带共同覆盖振荡电路100的输出频率的操作范围。在这方面,可以存在分别与许多粗略值对应的许多频带。粗略值C1至C7仅构成简单的示例,并且在实际的实现中可以存在例如数十或数百个粗略值。例如,粗略值可以由8位DAC控制,从而允许256个不同的频带。
如x轴上所示,精细值可以在精细值的范围内(图2中的0至4095),然而在上限值与下限值之间限定了较小的范围。控制电路104被配置成当精细值达到上限值或下限值时改变粗略值。
因此,当粗略值为C1并且精细值逐渐增加时(例如,通过在控制环操作下增加目标频率),可控制振荡器102的操作(即,其输出频率与精细值关系)追踪对角线C1(即该频带)直到精细值达到上限值为止。在该点处,粗略值变为C2,并且如果精细值不变,则输出频率将基于具有相同的精细值的对角线C2上的相应位置上跳。代替地,在控制环操作下,控制电路104尝试通过改变如水平线C1/C2所示的精细值(指示与从C1至C2的粗略值变化相相关联的精细值变化)将输出频率维持在粗略值变化发生的点处。
因此可以理解如图2所示的其他精细值变化。在图2的示例中,控制电路可以被配置成当精细值达到上限值时增加粗略值并且当精细值达到下限值时降低粗略值。例如,精细值变化C3/C4表示当精细值达到(例如,通过逐渐增加)具有粗略值C3的上限值时与从C3至C4的粗略值变化相相关联的精细值变化。作为另一示例,精细值变化C7/C6表示当精细值(例如,通过逐渐减少)达到具有粗略值C7的下限值时与从C7至C6的粗略值变化相相关联的精细值变化。
注意,精细值变化C1/C2可以与精细值变化C2/C1非常相似或相同,因为该变化涉及用于C1的频带与频带C2之间的频率距离。同理可得与相同的两个频带对应的精细值变化的其他对。例如,精细值变化C5/C6可以与精细值变化C6/C5非常相似或相同。对于每一对,精细值变化中的一个(例如C3/C4)涉及通过频带向上转变频率(即从C3至C4),而另一精细值变化(例如C4/C3)涉及通过频带向下转变频率(即从C4至C3)。因此,尽管为了更好的准确度,可以有助于测量全部的精细值变化,即涉及通过频带向上转变频率的精细值变化以及涉及通过频带向下转变频率的精细值变化,可以是可接受的是,测量每对的精细值变化中的仅一个并且假定该对中的另一精细值变化是相同的。因此本公开内容将被理解。
顺便提及,如果精细值保持相同,则可以通过测量当粗略值改变时输出频率跳变(输出频率改变)的量来测量频带之间的频率距离。图2示出了一个这样的距离。该信息对于温度校正模式是有用的,这将在后面说明。
在该背景下,控制电路104被配置成:在校准温度处的校准模式下,通过调整目标频率而使多个粗略值变化发生,每个粗略值变化在校准温度处与不同于操作目标频率的目标频率对应,并且针对这些粗略值变化中的每个粗略值变化而测量相关联的精细值变化。一旦精细值已针对对应的目标输出频率被确立(依赖于控制环操作的控制参数的确立速度),就可以有效地测量这样的精细值变化。
这可以通过调整控制环操作下的目标频率并且测量当使相关联的粗略值变化发生时发生的精细值变化来进行。例如,控制电路104可以被配置成在图2中的示例起始点1处开始校准模式(其可以表示振荡电路100的操作目标频率—并且因此也是输出频率),并且逐渐地调整目标频率升至操作范围的顶部,然后降至操作范围的底部,并且再次上升以覆盖相关的粗略值变化。
这将涉及沿对角线C1至C7的部分并且沿着如图2中粗体所示的循环中的所有精细值变化跟踪的可控制振荡器102的操作。控制环操作(基于控制环参数)将具有如沿该路线所示的那样使精细值变化的效果,并且这些可以被测量并且例如被记录在存储器(未示出)中。
图3和图4呈现了有助于理解振荡电路100的这样的操作的信号图,尽管图2中所示的环在图3和图4中的每一个中仅部分地呈现。
在图3中,假定图2的起始点2并且目标频率逐渐降低(参见图3中最上面的信号图)。因此,随着最上面的对角线(具有最高粗略值)向下行进,精细值(参见图3中的中间信号图)从上限值减少至下限值,并且然后是频带之间的一系列转变。频带之间的每个转变(即,每个频带变化)与粗略值变化(参见图3中的最下面的信号图)对应,其中当该粗略值变化发生时精细值变化发生。这些精细值变化与图3的中间信号图中的精细值的竖直跳变(即,突然或快速变化—例如基于控制环操作快速确立)对应,并且这些精细值变化可以被测量和记录(例如被存储在诸如寄存器的存储器中)。应当指出的是,图3中的频带数目恰好与图2中的频带数目不同。在频带变化(即,粗略值变化)之间,随着目标频率逐渐减少,精细值降低回到下限值。图2中可以看到类似的模式。
在图4中,假定图2的起始点3,并且目标频率逐渐增加(参见图4中最上面的信号图)。因此,随着最下面的对角线(具有最低粗略值)被向上行进,精细值(参见图4中的中间信号图)从下限值增加至上限值,并且然后是频带之间的一系列转变。频带之间的每个转变(即,每个频带变化)与粗略值变化(参见图4中的最下面的信号图)对应,其中当该粗略值变化发生时精细值变化发生。这些精细值变化与图4的中间信号图中的精细值的竖直下降(即,突然或快速变化——例如基于控制环操作快速确立)对应,并且这些精细值变化可以被测量和记录(例如被存储在存储器中)。图4中的频带数目恰好与图2和图3中的频带数目不同。在频带变化(即,粗略值变化)之间,随着目标频率逐渐增加,精细值增加回到上限值。同样,图2中可以看到类似的模式。
作为不同的示例,当精细值处于上限值和下限值中的相关的一个时,精细值变化可以通过调整粗略值来测量,并且然后调整精细值以维持输出频率。例如,这可以从控制环操作单独地执行。
校准模式在校准温度处被执行。也就是说,当执行校准模式时,测量振荡电路100和/或可控制振荡器102的温度,该测得的温度是校准温度。因此,振荡电路100(或控制电路104或可控制振荡器102)可以包括温度传感器(未示出),使得可以测量校准温度。作为另一选择,可以在校准模式期间将校准温度例如从外部温度传感器提供给振荡电路100(例如,控制电路104)。作为另一选择,如果假定校准模式将在受控条件下执行,则可以预先存储校准温度。
当更详细地考虑到温度校正模式时,这一点的意义变得更加明显。简言之,不同频带的频率位置随着温度而变化,例如随着温度的增加图2中频带(对角线)表现为向上移动,向上移动量也随温度的增加而增加。因此,在校准模式中频带之间的距离的测量结果和涉及(与......相关联的)粗略值变化(频带变化)的精细值变化与在该处执行测量的校准温度具体地对应。
图5是有助于理解图1的振荡电路的操作的示例值的表。目前,仅需要考虑A、B和C列。图5中的示例值假定比图2至图4中所示的多得多的频带(即粗略值),然而应用相同的原理。
列出了可能的粗略值变化中的五种,仅作为示例。A列指示从第一个起粗略值变化有多远,其被用作参考。因此,从90至91的第二粗略值变化与从85至86的第一粗略值变化的距离为+5。在实践中,粗略值可以递增/递减1。
C列指示与每个粗略值变化相关联的所测得的精细值变化。例如,从95至96的粗略值变化(表示为95/96)具有1200的关联测量精细值变化,并且从100至101的粗略值变化(表示为100/101)具有900的关联测量精细值变化。
在一些布置中,可以省略温度校正模式。在该情况下,控制电路104能够被操作用以:在操作模式下,当使粗略值变化中的一个(或者一个粗略值变化)发生时,将其关联测量精细值变化施加在精细值上,并且然后继续进行任何进一步的控制环调整。这样的施加可以被认为是控制环操作的超控或暂时中断,或者例如在控制环操作继续时简单地向当前精细值增加/从当前精细值减去(与精细值变化对应的)量,使得基于新的精细值来控制环操作有效地继续。
通过实际示例,图6是可以在控制电路104中实现以执行部分控制环操作的环滤波器150的示意图。环滤波器150是PI(比例积分)环滤波器,因此具有P路径152和I路径154。还提供了加法器156以基于P路径152和I路径154的结果的总和来生成精细值(或其代表的信号)。
环滤波器150基于所示的例如指示输出频率与目标频率之间的差输入误差信号进行操作。实际上,该误差信号可以通过测量相位差来生成。然后利用图6中所示的一般示例,环滤波器基于比例(P路径)和积分(I路径)项来控制精细值,并且尝试通过调整该精细值来使误差随时间最小化。在该示例中,如上所述向当前精细值增加/从当前精细值减去(与精细值变化对应的)量可以通过对I路径154应用加/减来实现。这具有不使用任何附加逻辑并且构成简洁设计解决方案的优点。
当相关联的粗略值变化发生时,施加所测得的精细值变化使得控制环操作能够更快速地“锁定”在期望的输出频率上,从而在粗略值改变时减少毛刺或抖动(噪声)。
有鉴于此,可以在校准模式下施加所谓的“缺省”精细值变化(与所测得的精细值变化对应,但是预先被配置或存储),使得甚至在所测得的精细值变化被测量时,控制环操作也有助于更快速地“锁定”在期望输出频率上,使得可以减少毛刺或抖动(噪声)。在图5的F列中指出了这样的缺省的精细值变化的示例—注意,它们接近但是与C列中相应的所测得的精细值变化不一致(除了—可能是巧合—在参考粗略值变化85/86处)。
如上所述,由于在校准温度处测得的精细值变化被测量,因此当在该温度处执行操作模式时,其具有最佳的降噪效果。然而,如果经历其他温度,则即使通过使用所测得的精细值变化,振荡电路100也会遭受一定程度的毛刺或抖动(噪声),尽管与根本不使用精细值变化相比可能减少。
为了使得能够在一定的温度范围内改进操作,采用温度校正模式。考虑到振荡电路100可能需要在宽的温度范围例如从-20℃至+80℃(或甚至更宽)上操作,这样的布置被认为是有利的。
控制电路104被配置成:在温度校正模式下,校正所测得的精细值变化中的每个或任何精细值变化以考虑与校准温度不同的温度,在与校准温度不同的温度处其相关联的粗略值变化将被预期在具有操作目标频率的控制环操作下发生。
为了进一步探索,参照有助于理解温度校正模式的图7。y轴表示温度,x轴表示相对于频率的粗略值(表示不同频带的频率位置)。因此,不同频带沿着x轴出现的位置依赖于频带之间的频率距离,如图2所示并且在上面讨论过。同样沿y轴表示的是在考虑温度时所测得的精细值变化应当被调整的百分比。
因此,图7上的对角线轨迹表示电路的特性(例如,温度系数),并且可以例如通过在一定温度条件范围内测量许多类似电路的特性而获得。图7中呈现的信息可以被认为是温度依赖性信息并且可以被存储在控制电路104中以在温度校正模式下使用。
因此,查看图7,将对角轨迹与x轴相交的点作为参考点。这被假定为表示振荡电路100意图操作的粗略值(即,将实现操作目标频率的位置)以及校准温度。在图7的示例中,校准温度为20℃,并且操作温度范围为从-20℃至+80℃。
回看图2,起始点1可以例如等同于图7中的参考点。给定已知的校准温度(例如,通过测量它而已知)和已知的操作温度范围(例如,设计要求),校准模式可以被配置成使得:用于操作频率的粗略值相关于校准温度在操作温度范围内的位置而在由校准模式覆盖的粗略值范围(操作范围)内定位。由此,如果校准温度为20℃并且操作温度范围为从-20℃至+80℃,则用于操作频率的粗略值可以在所覆盖的粗略值范围内定位,使得它们中的40%低于用于操作频率的粗略值,并且它们中的60%高于用于操作频率的粗略值。
因此,在温度校正模式下,可以通过参照图7中的信息来校正所测得的精细值。例如,在图7的示例中,频带(粗略值)n+8与80℃对应,并且用于该频带的所测得的精细值应当被校正+6%(因此所测得的精细值100将被校正为106)。作为另一示例,频带(粗略值)n-2与-2%的校正对应。
基于诸如(但不相同)图7中所示的温度依赖性信息,在图5的示例表的D列中已经输入了示例的经校正的精细值变化以及百分比校正的指示。例如,在图5中,频带变化(粗略值变化)85/86被用作参考点,并且因此在D列中指示没有(0%)校正,而频带变化(粗略值变化)95/96具有列D中应用的+3%的修正(1200已被校正为1236)。
控制电路104然后能够被操作用以(在采用温度校正模式的布置中)利用经校正的精细值变化。在这样的布置下,控制电路104能够被操作用以:在操作模式下,当使粗略值变化中的一个(或者一个粗略值变化)发生时,将其相关联的经校正的精细值变化施加在精细值上,并且然后继续进行任何进一步的控制环调整。
如之前一样,这样的施加可以被认为是控制环操作的超控或暂时中断,或者例如在控制环操作继续时简单地向当前精细值添加或者从当前精细值减去量(与精细值变化对应),使得基于新的精细值来有效地继续控制环操作。这里图6的环滤波器150的使用因此同样适用,并且省略重复的描述。当相关联的粗略值变化发生(假定是由于温度变化)时,对所测得的精细值变化的施加使得控制环操作能够更快速地“锁定”到期望的输出频率,从而甚至在特别有利的操作温度范围上当粗略值改变时减少毛刺或抖动(噪声)。
顺便提及,以同样的方式,可以在具有然后测得的实际的精细值变化的校准模式下施加缺省的精细值变化,因此可以在具有仍测得的实际的精细值变化的操作模式下施加经校正的精细值变化。也就是说,即使经校正的精细值变化(因为它们是基于温度依赖性信息,该温度依赖性信息可以基于多个其他—虽然类似—电路来生成的)对于特定振荡电路100可能不准确。然后可以使用这样的测量结果来更新经校正的精细值变化,使得振荡电路100有效地随时间“学习”其自身的性能。这可以被称为“学习模式”,其可以在操作模式期间发生。
也就是说,每当在操作模式期间粗略值出现时,施加的经校正的精细值变化可以帮助控制环操作更快速地“锁定”在期望的输出频率上,使得可以减少毛刺或抖动(噪声),但是可能需要进一步锁定,从而导致可测量的稍微不同的精细值变化。因此,随着时间的推移,图5的D列中的经校正的精细值变化可以如E列中那样被更新以反映特定的振荡电路100。
注意,虽然为了便于说明而在图5中提供了单独的C列、D列、E列和F列,但是振荡电路100可以仅具有(或访问)用于每个粗略值变化的一个精细值变化的存储装置,每当改变该值都会被重写。例如,对于给定的粗略值变化,可以在校准模式之前初始地存储缺省值,然后用测量值重写缺省值。在温度校正模式之后,测量值将被校正值重写,并且在操作模式期间,校正值可以被更新(或新校正)的值重写。全部这样的更新值可以被称为校正值。因此本公开内容将被理解。
这样的更新可以每当操作模式期间的所测得的精细值变化与对应的当前“经校正的精细值变化”不同时执行,以采用新测得的“经校正的精细值变化”。然而,这样的处理可能遭受高频噪声。代替地,更新可能需经平均处理(例如移动平均)以便在一定程度上拒绝这样的高频噪声。
注意,可以在操作模式之前进入温度校正模式,使得此时校正全部所测得的精细值变化。然而,另一方法是仅在需要时才执行这样的修正。例如,当似乎即将需要所测得的精细值变化并且随后较正该精细值变化时,可以在操作模式下时进入温度校正模式。
图8是作为图1的振荡电路100的详细实现的振荡电路200的示意图。可控制振荡器202与可控制振荡器102对应,并且控制电路204与控制电路104对应,使得上面描述的功能适用于此并且可以省略重复描述。
控制电路204包括控制单元206、目标生成器208、相位差检测器210、粗略值生成器212和环滤波器214。控制电路204也可以包括温度传感器216,尽管这是可选的。
控制单元206通常控制控制电路204。目标生成器208被连接以基于由控制单元206的控制来接收参考信号并且生成具有目标频率的目标信号。相位差检测器210被连接以接收目标信号和输出信号并且输出依赖于这些信号之间的相位差的误差信号。
环滤波器214由控制单元206控制并且能够被操作用以接收来自相位差检测器210的误差信号并且基于误差信号来输出精细值信号。精细值信号被提供给可控制振荡器202。可以参照可以在环滤波器214中实现的图6的环滤波器150。例如,如结合图6所讨论的,控制单元206可以能够被操作用以对I路径进行加/减。
粗略值生成器212由控制单元206控制并且被连接以接收从环滤波器214输出的精细值信号。粗略值生成器212生成提供给可控制振荡器202的粗略值信号。粗略值生成器212被配置成:在控制环操作下,例如,当精细值如以上所述达到上限值或下限值时进行粗略值变化。控制单元206可以能够被操作用以直接控制粗略值和精细值,即独立于控制环操作。
如果设置了温度传感器216,则温度传感器216能够被操作用以向控制单元206提供温度信息,例如使得控制单元206知道校准温度。作为另一选择,控制单元206可以通过至控制单元206的外部连接(未示出)来被通知校准温度。
图9是作为图1的振荡电路100的另一详细实现的振荡电路300的示意图。可控制振荡器302与可控制振荡器102对应,且控制电路304与控制电路104对应,使得上面描述的功能适用于此并且可以省略重复描述。
控制电路304包括控制单元306、目标生成器308、粗略值生成器312和环滤波器314。控制电路304也可以包括温度传感器316,尽管这是可选的。控制电路304还包括TDC(时间数字转换器)318和DAC 320。
控制单元306通常控制控制电路304。目标生成器308被连接以基于由控制单元306的控制来接收参考信号并且生成目标相位信号(涉及目标频率)。TDC 318被连接以接收输出信号并且提供涉及输出频率并且表征输出信号的输出相位信息。
环滤波器314由控制单元306控制并且能够被操作用以接收输出相位信息和目标相位信息。环滤波器314然后被有效地配置成在其操作期间内部地生成与图8中的误差信号等效的误差信号。环滤波器314然后能够被操作用以输出与环滤波器214输出的精细值信号一致的精细值信号。可以参照可以在环滤波器314中实现的图6的环滤波器150。例如,如结合图6所讨论的,控制单元306可以能够被操作用以对I路径进行加/减。
在图9中,由环滤波器314输出的精细值信号是数字信号,该数字信号由DAC 320转换成模拟信号以被提供给可控制振荡器302。可控制振荡器302被实现为VCO。
粗略值生成器312由控制单元306控制并且被连接以接收从环滤波器314输出的数字精细值信号。粗略值生成器312生成提供给可控制振荡器302的数字粗略值信号。粗略值生成器312被配置成:在控制环操作下,例如,当精细值如以上所述达到上限值或下限值时进行粗略值变化。控制单元306可以能够被操作用以直接控制粗略值和精细值,即独立于控制环操作。
如果设置了温度传感器316,则温度传感器316能够被操作用以向控制单元306提供温度信息,例如使得控制单元306知道校准温度。作为另一选择,控制单元306可以通过至控制单元306的外部连接(未示出)来被通知校准温度。
在图9的实现中,控制电路304的除了DAC 304和TDC 318之外的元件是数字元件,其中DAC 304和TDC 318提供用于VCO 302的模拟信号的接口。例如,图9中的参考信号可以是数字信号。
应当理解的是,用于校准模式和温度校正模式的一些或全部功能可以从本文中公开的振荡电路外部地提供,例如经由外部连接。例如,一旦经校正的精细值变化已经被存储在振荡电路的存储器(未示出)中,该外部连接就可以被移除。每当重启(复位)发生时,这可以是有用的(在涉及校准和温度校正模式的初始温度序列之后)。因此本公开内容将被理解。
图10是与本文中描述的振荡电路的整体操作对应的方法400的流程图。
如所指示的那样,在特定布置中,振荡电路被配置成进入校准模式500,随后是温度校正模式600,并且然后是操作模式700(其可以涉及如上所述的学习)。在该方面,校准模式500和温度校正模式600可以被认为是初始设置阶段的一部分,例如在电路的制造/校准期间,并且操作模式700可以被认为是正常操作阶段的一部分(当该电路由用户使用时)。
然而,在其他布置中,振荡电路被配置成进入校准模式500,并且然后直接进入操作模式700,随后在将要需要经校正的精细值变化时进入温度校正模式600。因此本公开内容将被理解。图11至图13提供了关于这些模式的更多细节。
图11是与校准模式对应的方法500的流程图。
在步骤502中,测量温度,使得校准温度是已知的。如前面所述,这可以通过作为振荡电路的一部分的温度传感器或通过外部传感器来测量。作为另一选择,如果例如在受控条件下执行校准模式,则校准温度可以是预定的和已知的,并且步骤502被有效地跳过。
该方法然后进行至步骤504,在步骤504中设定起始点或参考点。这可以例如与图2中的起始点1对应,从该起始点1可以跟随环诸如图2中的环以找到相关的所测得的精细值变化,并且基于校准温度来设定使得高于和低于起始点处的频带数目的频带(粗略值)数目与校准温度在操作温度范围内的位置对应。这使得存在高于和低于起始点的合适数目的频带,该起始点已经被校准以覆盖操作温度范围。如果利用预先确定的和已知的校准温度,在受控条件下执行校准模式,则起始点也可以是预定的和已知的,并且步骤504被有效地跳过。
该方法然后进行至步骤506,在步骤506中存在如结合图5的F列所描述的设定一个或更多个缺省精细值变化的选择。如前面所述,该步骤是可选的,但是如果采用该步骤,则可以减少校准模式期间输出信号中遭受的抖动/噪声。例如,可以提供和使用仅特定缺省的精细值变化。
该方法然后进行至由步骤508、510、512和514限定的循环,其中目标频率被调整以使必要的粗略值变化发生以覆盖频带的操作范围的频带(粗略值)。每当所需的粗略值变化中的一个发生(在步骤510中为“是”)时,就测量并且存储相关联的精细值变化(步骤512),例如存储在诸如寄存器的存储器中。如果需要覆盖更大的粗略值变化,则重复该循环(在步骤514中为“是”)。否则,该方法结束(在步骤514中为“否”)。以该方式,获得与图2的C列中的值对应的值。
由步骤508、510、512和514限定的循环可以涉及跟随在图2中以粗体表示的环或者例如跳至环上的相关点(在上限值和下限值附近)以进行测量。跟随环可以有利地允许简单的控制,从而有效地使操作目标频率上下解谐。可以需要覆盖仅一个频带转变(粗略值变化)以覆盖操作范围。
图12是与温度校正模式对应的方法600的流程图。
在步骤602中,操作目标频率被设定以限定也可以与图2中的起始点1对应的参考起始点。如果相关于校准温度在操作温度范围内的位置而将校准模式中所覆盖的粗略值(频带)布置在起始点1的上方和下方,则可以有助于步骤602中的参考起始点与步骤504中的起始点相同。然而,这两个起始点可以不同。
然后方法进行至由步骤604、606和608限定的循环,其中如果存在用于校正的所测得的精细值变化(在步骤604中为“是”),则该测得的精细值变化基于相关联的粗略值变化相对于参考起始点的频率位置来被校正。因此,可以如结合图7所述的那样访问温度依赖性信息(步骤610)以执行相关的校正(步骤606),并且然后将经校正的精细值变化存储(步骤608),例如存储在诸如寄存器的存储器中。如前面所述,该存储可以涉及重写相应的测量精细值变化使得整个存储器要求最小化。如果在方法600的当前运行中将要校正其他所测得的精细值变化,则循环然后重复(在步骤604中为“是”)。否则,该方法结束(步骤604为“否”)。以该方式,获得了与图2的D列中的值对应的值。
如结合图10和先前所述,振荡电路被配置成进入校准模式500并且然后直接进行至操作模式700,随后在将要需要经校正的精细值变化时进入温度校正模式600。因此,可以每当在方法600运行时,校正可用(即,尚未校正的)的所测得的精细值变化中的仅一个或仅子集。也就是说,当将需要特定的经校正的精细值变化时,方法600可以在方法700运行期间运行(参见图13)。
图13是与操作模式对应的方法700的流程图。
在步骤702中,将目标频率设定成操作目标频率,并且然后方法进行至步骤704,在步骤704中开始(或继续)控制环操作。
假定“学习模式”未被启用(在步骤710中为“否”),方法然后进行至由步骤706、708、710和714限定的循环。在该循环中,在具有操作目标频率的控制环操作下,如果存在粗略值变化(在步骤706中为“是”),则施加相关联的经校正的精细值变化(步骤708)并且控制环操作以该方式继续(步骤710和步骤714为“否”)直到操作停止为止(在步骤714中为“是”)。注意,如果在方法600的单独运行中尚未被校正,则方法600已经作为方法700的一部分被插入在步骤706与步骤708之间以允许相关的所测得的精细值变化被校正。
虽然方法600已经被插入在步骤706与步骤708之间,但是方法600可以代替的紧接在步骤706之前(或循环的其他地方)出现以允许恰好在粗略值变化发生之前执行校正,以避免与执行校正相关联的延迟。
如果启用“学习模式”(步骤710为“是”),则方法从步骤704进行至由步骤706、708、710、712和716限定的循环。在该循环中,在具有操作目标频率的控制环操作下,如果存在粗略值变化(在步骤706中为“是”),则施加相关联的经校正的精细值变化(步骤708),并且然后发生的实际的精细值变化(基于随着粗略值变化发生来确立控制环操作)被测量(步骤712),使得可以更新相应的经校正的精细值变化(步骤712)。如前面所述,该更新可以涉及重写相应的经校正的精细值变化,并且可以涉及使用平均处理(例如,移动平均)以考虑对该精细值变化的更新历史。如果考虑到这样的更新历史,则可以需要这些更新的相应存储器。控制环操作以这样的方式继续(在步骤716中为“否”)直到操作停止为止(在步骤716中为“是”)。再次注意,方法600已经被插入在步骤706与步骤708之间;如上面描述的同样的考虑应用在该方面中。
图14是实施本发明的振荡电路的示意图。电路系统包括振荡电路802和功能电路块804,振荡电路802可以是如上所述的PLL。振荡电路802可以是或包括振荡电路100、振荡电路200或振荡电路300。
功能电路块804能够被操作用以基于由振荡电路802提供的输出信号。例如,输出信号可以是基于其功能电路块804操作的时钟信号。以该方式,功能电路块804可以享受由振荡电路802生成的低抖动、低噪声输出信号,例如甚至在如以上所述的宽操作温度范围内。功能电路块804可以基于输出信号能够被操作用以任何电路,例如数字处理块或DAC或ADC(模拟数字转换器)。
总之,对于先前考虑的电路,如果要求令人满意的噪声性能,则发现针对VCO(可控制振荡器)的可使用温度范围非常小。实施模拟补偿作为解决方案已经被认为是困难的,并且可能需要外部部件。
如上所述,本文中公开的电路可以基本上以数字电路来实现,并且通过以避免或减少与粗调接口的切换相关联的抖动/噪声(失真VCO输出)的方式操纵粗调和精调接口,以非常有效的方式克服噪声性能问题。回想一下,在操作模式下,VCO(可控制振荡器)的温度漂移使得整个操作温度范围内的操作不能停留在单个粗略值(频带)上。
频带(与粗略值相关联)不均匀分布,并且可以随温度而变化。如上所述,一个难点是找到频带之间的频率步长或距离。由于温度漂移使频率改变,因此可以通过改变目标频率来模拟温度漂移。然而,这不会反映真实的温度变化,但是会显示特定(校准)温度处频带之间的频率距离。然后可以用不同样本(即通过在几个类似电路,例如芯片上测量)来表征用于频带距离的温度系数,从而产生所测得的温度依赖性信息。所测得的温度依赖性信息然后可以用于评估频带之间的校正频率距离,并且进而校正如上详细讨论的所测得的精细值变化。
因此,第一步骤可以是测量可能需要在期望的操作温度范围内工作的频带之间的频率距离。由于振荡电路(例如PLL)被设计为分数的PLL,因此可以在期望的频率范围(其在操作模式下与温度范围对应)上解谐(可控制振荡器)VCO。可以提供校准状态机来以该方式自动地解谐VCO,例如根据图2中的粗体环。
依赖于校准时的温度(校准温度),状态机可以相对于起始点向上和向下解谐可编程数目的粗略步长(粗略值变化)。这有助于限制所需的调谐步长。例如,可以是可以存储例如仅与32个粗略值变化对应的精细值变化。以25℃的起始温度(校准温度)和-20℃至80℃(-45℃/+55℃)的范围为例,状态机可以被配置成从起始点起向上调谐17个粗略步长(粗略值变化)并且向下调谐15个粗略步长。
何时改变粗略值的决定可以被编程成限定的精细值(上限值或下限值)。一旦达到该限制(上限或下限),校准状态机将在粗略值变化之前和之后测量精细值(例如,参见图2和图9的DAC控制值)。则不同之处在于关联测量精细值变化,并且用于在操作模式中粗略值改变时将频率差补偿至最小值。例如,可以在操作模式中粗略值变化的同时,从DAC值加上/减去差值。如关于图6所描述的,该加/减可以被应用于内部PI环滤波器150的I路径。这具有不使用任何附加逻辑并且大大简化设计的优点。
当校准接口(粗略值)改变时,该技术导致VCO输出(输出信号)的失真的最小化。为了进一步优化性能,DAC切换(精细值调谐)和粗略切换之间的偏差应当减少至最小。此外,切换过程本身应尽可能快,以将中间值的可能性减少至最小。在一些实现中,温度计编码可能是可以的。
如上所述,在特定(即校准)温度处测量频带距离。然后可以调整所测得的精细值变化以还包括芯片的温度系数(即,温度依赖性信息,其详细描述了频带如何随着温度在频率中移动)。如参照图7明显的是,校正是依赖于校准温度处参考点频率的频率距离来完成的。利用已知的VCO的温度系数(温度依赖性信息)和频带距离,控制电路(例如以软件实现)可以分别计算用于每个所测得的精细值变化的补偿因子(或校正量)。
温度补偿/校正逻辑还允许在操作模式下每当粗略值(校准接口值)改变时更新经校正的精细值变化。一旦由于实际温度百合而导致频带切换(粗略值变化),就可以测量并且存储实际的精细值变化(参见图5的F列中的更新值)。在下一次温度导致粗略值改变时,可以然后重新使用更新值。该特征在本文中被称为“学习模式”(参见图13的步骤710)并且允许进一步减少抖动/失真/噪声。
回看例如图1、图8和图9,并且考虑到在每个情况下的控制电路的功能,应当理解,本文中公开的电路的部分可以以硬件或者以在一个或更多个处理器上运行的软件模块或其组合的方式来实现。也就是说,本领域技术人员将会理解,在实践中可以使用微处理器或数字信号处理器(DSP)来实现上述的一些或全部功能。例如,控制电路304中的除了TDC 318和DAC 320之外的元件的功能可以用硬件(例如数字电路)或以在处理器上运行的软件模块来实现。
本发明因此也可以实施为用于执行本文中描述的部分或全部方法的一个或更多个装置或设备程序(例如,计算机程序和计算机程序产品)。实施本发明的这样的程序可以例如以一个或更多个信号的形式被存储在计算机可读介质上或者云端。这样的信号可以是从因特网网站下载或者以载波信号提供或者以任何其他形式提供的数据信号。
图15是计算装置1000的框图,其可以用于实现实施本发明的方法的一些或全部步骤,并且执行振荡电路的一些或全部任务。例如,图15的计算装置1000可以用于实现方法400、方法500、方法600和方法700的全部或仅部分。作为另一示例,图15的计算装置可以执行除了TDC 318和DAC 320之外的控制电路304中的元件的一些或全部功能。
计算装置包括处理器993和存储器994。可选地,计算装置还包括用于与其他这样的计算装置通信、例如与本发明实施方式的其他计算装置进行通信的网络接口997。
例如,实施方式可以由这样的计算装置的网络组成。可选地,计算装置还包括诸如键盘和鼠标996的一个或更多个输入机构以及诸如一个或更多个监视器995的显示单元。这些部件通过总线992相互连接。
存储器994可以包括计算机可读介质,该术语可以指被配置成承载计算机可执行指令或者具有存储在其上的数据结构的单个介质或多个介质(例如,集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器)。计算机可执行指令可以包括例如由可以通用计算机、专用计算机或专用处理装置(例如,一个或更多个处理器)访问并且执行一个或更多个功能或操作的指令和数据。因此,术语“计算机可读存储介质”还可以包括能够存储、编码或承载由机器执行的一组指令并且使机器执行本公开内容的任何一个或更多个方法的任何介质。术语“计算机可读存储介质”因此可以被认为包括但不限于固态存储器、光学介质和磁性介质。通过示例而非限制的方式,这样的计算机可读介质可以包括非暂态计算机可读存储介质,包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储装置、或闪速存储器装置(例如,固态存储器装置)。
处理器993被配置成控制计算装置1000并且执行处理操作,例如执行存储在存储器994中的计算机程序代码以实现上面提到的或在权利要求书中限定的方法或功能。存储器994存储由处理器993读取和写入的数据。如本文中所提到的,处理器可以包括一个或更多个通用处理装置,比如微处理器、中央处理单元等。处理器可以包括复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器或者实现其他指令集的处理器或者实现指令集的组合的处理器。处理器还可以包括诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器等的一个或更多个专用处理装置。在一个或更多个实施方式中,处理器被配置成执行用于执行本文中讨论的操作和步骤的指令。
显示单元995可以显示由计算装置存储的数据的表示,并且还可以显示使得实现用户与存储在计算装置上的程序和数据之间能够交互的光标以及对话框和画面。输入机构996可以使得用户能够向计算装置输入数据和指令。
网络接口(网络I/F)997可以连接至诸如因特网的网络,并且可以经由网络连接至其他这样的计算装置。网络I/F 997可以经由网络控制从其他装置输入的数据/向其他装置输出的数据。计算装置中可以包括诸如麦克风、扬声器、打印机、电源单元、风扇、外壳、扫描仪、轨迹球等其他外围装置。
本文中公开的方法可以在诸如图15中所示的计算装置上执行。这样的计算装置不需要具有图15中所示的每个部件,并且可以由这些部件的子集组成。
本发明的上述实施方式可以有利地独立于任何其他实施方式或者以与一个或更多个其他实施方式进行任何可行组合的方式来使用。
Claims (15)
1.一种振荡电路,包括:
可控制振荡器,所述可控制振荡器能够被操作用以生成具有依赖于粗略值和精细值的输出频率的输出信号,所述粗略值使所述输出频率处于相关联的输出频带内,并且所述精细值控制该频带内的所述输出频率;以及
控制电路,所述控制电路能够被操作用以生成所述粗略值和所述精细值以便控制所述可控制振荡器,
其中,所述控制电路能够被操作用以:
在控制环操作下,基于指示所述输出频率与目标频率之间的差的测量结果,对所述粗略值和所述精细值应用控制环调整以倾向于将所述输出频率维持在所述目标频率处;
在校准温度处的校准模式下,测量精细值变化,所述精细值变化在所述控制环操作下、当通过调整不同于操作目标频率的目标频率而使在所述校准温度处与所述目标频率对应的相关联的粗略值变化发生时将发生;
在温度校正模式下,校正所测得的精细值变化以考虑与所述校准温度不同的温度,在与所述校准温度不同的温度处其相关联的粗略值变化将被预期在具有所述操作目标频率的所述控制环操作下发生;并且
在操作模式下,在具有所述操作目标频率的所述控制环操作下,当使与精细值变化相关联的粗略值变化发生时将经校正的精细值变化施加在所述精细值上,并且然后继续进行任何进一步的控制环调整。
2.根据权利要求1所述的振荡电路,其中,所述控制电路被配置成当所述精细值达到上限值或下限值时改变所述粗略值。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的振荡电路,其中,所述控制电路能够被操作用以:
在所述校准温度处的所述校准模式下,通过调整所述目标频率而使多个粗略值变化发生,每个粗略值变化在所述校准温度处与不同于所述操作目标频率的目标频率对应,并且针对这些粗略值变化中的每个粗略值变化而测量相关联的精细值变化;
在所述温度校正模式下,校正所测得的精细值变化中的每个或任何精细值变化以考虑与所述校准温度不同的温度,在与所述校准温度不同的温度处其相关联的粗略值变化将被预期在具有所述操作目标频率的所述控制环操作下发生;并且
在所述操作模式下,当使所述粗略值变化之一发生时,将其相关联的经校正的精细值变化施加在所述精细值上,并且然后继续进行任何进一步的控制环调整。
4.根据权利要求3所述的振荡电路,其中,所述可控制振荡器被配置成使得:在所述校准温度处,用于所述操作目标频率的粗略值相关于所述校准温度在所述振荡电路的操作温度范围内的位置而在粗略值的操作范围内定位。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的振荡电路,其中,所述控制电路能够被操作用以:在所述校准温度处的所述校准模式下,通过以下步骤来测量所述或每个相关联的精细值变化:
调整所述控制环操作下的所述目标频率,并且测量当使相关联的粗略值变化发生时发生的精细值变化;或者
调整所述粗略值并且调整所述精细值以维持所述输出频率。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的振荡电路,其中:
所述控制电路能够被操作用以:在所述操作模式下时进入所述温度校正模式,以便在确定了相关联的粗略值变化将发生的情况下执行对任何或每个所述所测得的精细值变化的校正;并且/或者
所述控制电路能够被操作用以:在进入所述操作模式之前进入所述温度校正模式,以便在进入所述操作模式之前执行对任何或每个所述所测得的精细值变化的校正。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的振荡电路,其中,所述控制电路能够被操作用以:在所述操作模式下,当粗略值变化发生时并且在将相关联的经校正的精细值变化施加在所述精细值上之后,确定在所述精细值确立之前是否进行了与该粗略值变化相关联的任何进一步的控制环调整,如果是,则更新相关联的经校正的精细值变化以考虑这样的进一步的控制环调整。
8.根据权利要求7所述的振荡电路,其中,所述控制电路能够被操作用以:在更新经校正的精细值变化时,考虑对该经校正的精细值变化的先前更新。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的振荡电路,其中:
所述控制电路包括被配置成生成所述精细值的PI环滤波电路,所述PI环滤波电路具有作为比例增益路径的P路径和作为积分增益路径的I路径;并且
所述控制电路能够被操作用以:在所述操作模式下,当使所述粗略值变化之一发生时,通过对所述PI环滤波电路的I路径应用该经校正的精细值变化来将其相关联的经校正的精细值变化施加在所述精细值上。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的振荡电路,其中,所述控制电路能够被操作用以:在所述校准温度处的所述校准模式下,当使所述粗略值变化发生时,在测量相关联的精细值变化之前将相关联的缺省精细值变化施加在所述精细值上并且然后继续进行任何进一步的控制环调整。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的振荡电路,其中,所述控制电路能够被操作用以:在所述温度校正模式下,确定通过参考指示所述振荡电路或所述可控制振荡器的操作如何随温度变化的温度依赖性信息来校正所述精细值变化的量。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的振荡电路,其中,所述控制电路能够被操作用以:
在所述校准温度处的所述校准模式下,针对所述或每个所述粗略值变化而测量在所述精细值不随所述粗略值变化而变化的情况下所述输出频率将变化的相关联的频率变化;并且
在所述温度校正模式下,确定通过参考所述或每个相关联的频率变化以及指示该相关联的频率变化如何随温度变化的温度依赖性信息来校正所述精细值变化的量。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的振荡电路,所述振荡电路是锁相环。
14.一种集成电路,比如IC芯片,包括根据前述权利要求中的任一项所述的振荡电路。
15.一种计算机程序,所述计算机程序当在振荡电路的计算机上被执行时使所述计算机执行控制所述振荡电路的方法,所述振荡电路包括可控制振荡器,所述可控制振荡器能够被操作用以生成具有依赖于粗略值和精细值的输出频率的输出信号,所述粗略值使所述输出频率处于相关联的输出频带内,并且所述精细值控制该频带内的所述输出频率,所述方法包括:
生成所述粗略值和所述精细值以便控制所述可控制振荡器;
在控制环操作下,基于指示所述输出频率与目标频率之间的差的测量结果,对所述粗略值和所述精细值应用控制环调整以倾向于将所述输出频率维持在所述目标频率处;
在校准温度处的校准模式下,测量精细值变化,所述精细值变化在所述控制环操作下、当通过调整不同于操作目标频率的目标频率而使在所述校准温度处与所述目标频率对应的相关联的粗略值变化发生时将发生;
在温度校正模式下,校正所测得的精细值变化以考虑与所述校准温度不同的温度,在与所述校准温度不同的温度处其相关联的粗略值变化将被预期在具有所述操作目标频率的所述控制环操作下发生;并且
在操作模式下,在具有所述操作目标频率的所述控制环操作下,当使与精细值变化相关联的粗略值变化发生时将经校正的精细值变化施加在所述精细值上,并且然后继续进行任何进一步的控制环调整。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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