CN114124082A - 一种频率综合器的自适应频率校准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种频率综合器的自适应频率校准方法及装置，所述方法包括以下步骤：采集频率综合器所处的环境温度；计算当前采集到的温度值和前一次采集到的温度值之间的差值，将该差值定义为温度变化量；将温度变化量和设定阈值进行比较，如果温度变化量为正值且大于设定阈值时，则令电容阵列的控制字为M‑1，如果温度变化量为负值且其绝对值大于设定阈值时，则令电容阵列的控制字为M+1，M为常温下频率综合器中压控振荡器的电容阵列的控制字。本发明以温度补偿的方式，补偿了因温度变化引起的振荡器中电容变化和压控振荡器的频率漂移，降低了环境温度对锁相调频电路输出调频信号频谱的影响，解决因环境温度变化导致的频率综合器性能下降问题。
Description
技术领域
本发明属于技术领域，具体涉及一种用于集成电路的频率综合器的自适应频率校准方法及装置。
背景技术
频率综合器主要由PFD(鉴频鉴相器)、CP(电荷泵)、LPF(环路滤波器)、VCO(压控振荡器)、DIV(分频器)等主要模块组成环路。在正常工作时，环路处于锁定状态。当外界环境温度变化时，环路中的电子器件，如电容、电感、MOS管、电阻等特性会发生变化，导致VCO的输出频率也会发生变化，而当VCO增益(Kvco)较小时，环路可能会直接失锁，即使VCO增益较大，通过环路自身调节也会一定程度改变当前最佳工作条件，使得噪声性能下降。
为了保证温度变化时频率综合器仍可以锁定频率，保持在最佳的工作状态，有的方法是将VCO的增益设置得比较大，以容忍一定温度范围下VCO的频率漂移。但是在将VCO的增益设置比较大的同时，也会使得前级电路中的噪声被放大并进入VCO中，从而导致输出频率的phase noise(相位噪声)变差，降低频率综合器的性能。还有的方法是在频率综合器失锁后，重新搜索电容阵列的控制字band，以对环路进行重新锁定，但这种失锁后重新锁定需要较长的时间，会影响到收发机系统其他正常功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单有效的，基于温度的频率综合器自适应频率校准方法及装置。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：
一种频率综合器的自适应频率校准方法，包括以下步骤：
采集频率综合器所处的环境温度；
计算当前采集到的温度值和前一次采集到的温度值之间的差值，将该差值定义为温度变化量；
将温度变化量和设定阈值进行比较，如果温度变化量为正值且大于设定阈值时，则令电容阵列的控制字为M-1，如果温度变化量为负值且其绝对值大于设定阈值时，则令电容阵列的控制字为M+1，M为常温下频率综合器中压控振荡器的电容阵列的控制字。
进一步的，设置温度传感器，通过温度传感器采集频率综合器所处的环境温度。
进一步的，设置微处理器，通过微处理器根据温度变化量来调节电容阵列的控制字。
进一步的，设置比较器，通过比较器根据温度来调节电容阵列的控制字，温度用压控振荡器的可变电容的输入电压来表征，设定阈值用第一参考电压和第二参考电压表征，当可变电容的输入电压大于第一参考电压时，令电容阵列的控制字为M-1，当可变电容的输入电压小于第二参考电压时，令电容阵列的控制字为M+1。
本发明还提供了一种频率综合器的自适应频率校准装置，包括：温度采集单元，用于采集频率综合器所处的环境温度，并将采集到的温度发送给下述电容阵列调节单元；电容阵列调节单元，用于计算温度变化量，并根据温度变化量调节电容阵列的控制字；温度变化量等于当前采集到的温度值和前一次采集到的温度值之间的差值，当温度变化量为正值且大于设定阈值时，令电容阵列的控制字为M-1，当温度变化量为负值且其绝对值大于设定阈值时，令电容阵列的控制字为M+1，M为常温下频率综合器中压控振荡器的电容阵列的控制字。
进一步的，所述电容阵列调节单元为微处理器。
进一步的，所述电容阵列调节单元为比较控制电路，所述比较控制电路包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器和所述第二比较器的输入分别是频率综合器中压控振荡器的可变电容的输入电压和表征设定阈值的第一参考电压和第二参考电压，根据两个比较器的输出调节电容阵列的控制字。
由以上技术方案可知，本发明通过设置温度采集单元和电容阵列调节单元，由电容阵列调节单元根据温度变化量来调节VCO中电容阵列的电容数量，采用温度补偿的方式，来补偿VCO中电容变化和压控振荡器的频率漂移，降低了环境温度对锁相调频电路输出调频信号频谱的影响，改善了现有技术中频率综合器的输出频率受环境温度变化影响的情况，低成本的解决环境温度变化时导致的频率综合器性能下降问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，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的附图。
图1为一种VCO的电路图；
图2为可变电容的电压电容曲线图；
图3为不同控制字的电容阵列对应可变电容输入电压和VCO的输出频率的曲线图；
图4为本发明方法的流程图；
图5为本发明实施例电容阵列调节单元另一种实施方式的电路图；
图6为本发明实施例装置的框图。
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本发明实施例的目的。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；术语“正”、“反”、“底”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
压控振荡器(VCO)是一种输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路，如图1所示，频率综合器中的VCO通常包括电感、可变电容及由多个固定电容组成的电容阵列。VCO的输出频率公式为：
从该公式可以看出，通过调节电路的电感值或者电容值可以改变输出频率，具体而言，既可以通过调节VCO中电容阵列的容值来改变VCO的输出频率，也可以通过调节VCO中可变电容的输入电压来改变VCO的输出频率。
由于电容、电感等电子器件具有一定的温度系数，一般来说，随着温度升高，VCO的输出频率会降低，呈现负温度系数特性。图2为VCO中可变电容的电压电容曲线图，如图2所示，当温度升高时，由于闭环作用，会使得可变电容的输入电压抬升，可变电容的电容减小，以保证VCO的输出频率不变。可变电容的输入电压和VCO的输出频率间的关系可以表示为：Fout＝FO+Kvco*Vc，其中，F0为中点频率，Kvco为VCO的增益，Vc为可变电容的输入电压，Fout为VCO的输出频率。但是当温度继续升高时，可变电容的输入电压继续变大，就会脱离最优工作点，使噪声性能下降，当温度变化太大或者Kvco太小时，可变电容的输入电压会受限于电源电压，变大到一定程度后不再变化，从而破坏环路，使环路无法正常工作，因此通过调节可变电容的输入电压来调节VCO的输出频率存在一定的局限性。
为了对VCO的输出频率进行温度补偿，本发明的思路是：设置温度传感器和电容阵列调节单元，温度传感器用于采集频率综合器所处的环境温度，电容阵列调节单元用于根据温度来调节电容阵列的控制字band，即控制电容阵列的增减，以实现温度变化时能够动态地自适应调节VCO中电容阵列的控制字band的大小，维持频率综合器的性能不下降。
图3为不同控制字的电容阵列对应可变电容输入电压和VCO的输出频率的曲线图，如图3所示，当VCO的电容阵列中电容数量不同时，即band不同时，VCO的输出频率也会相应变化，且输出频率和可变电容的输入电压成正比。如图4所示，本发明的频率综合器的自适应频率校准方法包括以下步骤：
设置温度采集单元，如温度传感器，通过温度传感器采集频率综合器所处的环境温度，并将采集到的温度发送给电容阵列调节单元，本实施例的电容阵列调节单元采用微处理器(MCU)；温度的采集间隔可以根据需求相应设置；
电容阵列调节单元根据接收到的温度值，计算当前采集到的温度值和前一次采集到的温度值之间的差值，该差值即为温度变化量；
将温度变化量和设定阈值进行比较，如果温度变化量为正值且大于设定阈值时，则电容阵列调节单元输出指令，将电容阵列的控制字减小1，即令电容阵列的控制字为M-1，如果温度变化量为负值且其绝对值大于设定阈值时，则电容阵列调节单元输出指令，将电容阵列的控制字增加1，即令电容阵列的控制字为M+1，M为常温下电容阵列的控制字。由此，通过控制电容阵列中电容数量的增减，来维持VCO的输出频率不变，并且可以保证可变电容的输入电压维持在最优工作点，保证噪声性能不会出现明显下降。
例如，如图3所示，常温下电容阵列的控制字为M，可变电容的输入电压在0.5V左右，当温度升高至温度变化量大于设定阈值时，环路迫使可变电容的输入电压接近电源电压VDD(图3中为1V)，此时电容阵列调节单元使电容阵列的控制字减小1，即选为M-1，达到等效电容变小的效果，从而维持输出频率不变，同时还能确保可变电容的输入电压工作在最优点或接近最优点(接近图3中的0.5V)。本发明的设定阈值为经验值，根据频率综合器的设计需求做相应设置，当温度升高的变化量大于设定阈值时，或温度降低的变化量大于设定阈值时，即可自动随温度的变化调节band值，改变等效电容的大小，维持输出频率不变。
电容阵列调节单元除了可以使用MCU通过数字的方式实现外，也可以通过模拟的方法实现。例如，采用如图5所示的由比较器组成的比较控制电路来根据温度来进行电容阵列的增减操作，该比较控制电路包括第一比较器和第二比较器，两个比较器的输入分别是可变电容的输入电压和表征设定阈值的参考电压(参考电压有两个：第一参考电压Vp和第二参考电压Vn)，根据比较器的输出调节电容阵列的控制字。当温度变化时，可变电容的输入电压Vtune也会相应变化，可以通过可变电容的输入电压来表征温度，例如，当温度升高时，可变电容的输入电压增大，当可变电容的输入电压大于第一参考电压Vp时，则减小电容阵列的控制字，如令电容阵列的控制字为M-1，当温度降低时，可变电容的输入电压减小，当可变电容的输入电压小于第二参考电压Vn时，则增大电容阵列的控制字，如令电容阵列的控制字为M+1，常温下，电容阵列的控制字为M。通过进行电容阵列的增减操作，维持VCO的输出频率不变。参考电压和设定阈值一样，为经验值，根据频率综合器的设计需求相应设置。
如图6所示，本发明还提供了一种频率综合器的自适应频率校准装置，用于根据温度调节VCO中电容阵列的控制字，该装置包括：温度采集单元以及电容阵列调节单元，温度采集单元用于采集频率综合器所处的环境温度，并将采集到的温度值发送给电容阵列调节单元，电容阵列调节单元用于根据温度变化量调节电容阵列的控制字，如果温度变化量为正值且大于设定阈值时，则令电容阵列的控制字为M-1，如果温度变化量为负值且其绝对值大于设定阈值时，则令电容阵列的控制字为M+1。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
Claims (7)
1.一种频率综合器的自适应频率校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集频率综合器所处的环境温度；
计算当前采集到的温度值和前一次采集到的温度值之间的差值，将该差值定义为温度变化量；
将温度变化量和设定阈值进行比较，如果温度变化量为正值且大于设定阈值时，则令电容阵列的控制字为M-1，如果温度变化量为负值且其绝对值大于设定阈值时，则令电容阵列的控制字为M+1，M为常温下频率综合器中压控振荡器的电容阵列的控制字。
2.如权利要求1所述的频率综合器的自适应频率校准方法，其特征在于：设置温度传感器，通过温度传感器采集频率综合器所处的环境温度。
3.如权利要求1所述的频率综合器的自适应频率校准方法，其特征在于：设置微处理器，通过微处理器根据温度变化量来调节电容阵列的控制字。
4.如权利要求1所述的频率综合器的自适应频率校准方法，其特征在于：设置比较器，通过比较器根据温度来调节电容阵列的控制字，温度用压控振荡器的可变电容的输入电压来表征，设定阈值用第一参考电压和第二参考电压表征，当可变电容的输入电压大于第一参考电压时，令电容阵列的控制字为M-1，当可变电容的输入电压小于第二参考电压时，令电容阵列的控制字为M+1。
5.频率综合器的自适应频率校准装置，其特征在于，包括：
温度采集单元，用于采集频率综合器所处的环境温度，并将采集到的温度发送给下述电容阵列调节单元；
电容阵列调节单元，用于计算温度变化量，并根据温度变化量调节电容阵列的控制字；温度变化量等于当前采集到的温度值和前一次采集到的温度值之间的差值，当温度变化量为正值且大于设定阈值时，令电容阵列的控制字为M-1，当温度变化量为负值且其绝对值大于设定阈值时，令电容阵列的控制字为M+1，M为常温下频率综合器中压控振荡器的电容阵列的控制字。
6.如权利要求5所述的频率综合器的自适应频率校准装置，其特征在于：所述电容阵列调节单元为微处理器。
7.如权利要求5所述的频率综合器的自适应频率校准装置，其特征在于：所述电容阵列调节单元为比较控制电路，所述比较控制电路包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器和所述第二比较器的输入分别是频率综合器中压控振荡器的可变电容的输入电压和表征设定阈值的第一参考电压和第二参考电压，根据两个比较器的输出调节电容阵列的控制字。
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|---|---|---|---|---|
| CN117792387A (zh) * | 2024-02-26 | 2024-03-29 | 成都电科星拓科技有限公司 | 锁相装置 |
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