CN212588318U - Vco的频率校准器、射频系统及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种VCO的频率校准器、射频系统及电子设备，涉及频率校准的技术领域。其中，频率校准器包括比较器模组和与比较器模组连接的数字控制器，其中，比较器模组用于比较接收到的第一电压是否在预设的合理电压区间内，根据比较结果输出控制电压至数字控制器；数字控制器接收控制电压，向VCO输出电容调节信号，以使VCO将工作电容调节至电容调节信号对应的目标电容，其中，目标电容对应的VCO的输出频率为目标频率。通过上述比较器模组和数字控制器能够快速确定出VCO输出目标频率的目标电容，从而节省了时间，提高了用户的体验度。

Description

VCO的频率校准器、射频系统及电子设备

技术领域

本实用新型涉及频率校准技术领域，尤其是涉及一种VCO的频率校准器、射频系统及电子设备。

背景技术

无线通信技术的出现对人们的生活方式造成了巨大的改变，无线通信系统遍布全球，遍及人类生活的方方面面，它使人类的信息交流摆脱了时间和空间的限制。现有无线通信系统常用射频系统，该系统可以高效、准确的调节电路工作频率，其中，射频系统中的VCO(压控振荡器)是输出工作频率的主要器件。

但是，在实际生产过程中，VCO的频率是随着工艺偏差和工作环境变化的，通过改变VCO中电容阵列的大小(即电容阻值)来获取与工艺偏差和工作环境相对应的目标频率，在实际应用时，能够使得VCO产生目标频率的电容阻值有多个，这就需要进行校准工作来确定出VCO的最佳电容阻值，目前，现有VCO校准技术是通过逐一设置电容阻值的方法来确定最佳电容阻值的，上述VCO校准技术消耗较多时间，进而降低了用户的体验度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种VCO的频率校准器、射频系统及电子设备，以缓解上述技术问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种VCO的频率校准器，其中，该频率校准器用于校准射频系统中的VCO的输出频率；上述频率校准器包括比较器模组和与比较器模组连接的数字控制器；其中，比较器模组的输入端口用于连接射频系统的环路滤波器的电压输出端，以接收环路滤波器的电压输出端输出的第一电压；数字控制器的输出端用于与VCO的输入端连接；其中，第一电压为VCO的输入电压；比较器模组还用于比较第一电压是否在预设的合理电压区间内，根据比较结果输出控制电压至数字控制器；数字控制器用于接收控制电压，向VCO输出电容调节信号，以使VCO将工作电容调节至电容调节信号对应的目标电容，其中，目标电容对应的VCO的输出频率为目标频率。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，数字控制器预存有控制电压与电容调节信号的对应关系。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，比较器模组包括第一比较器和第二比较器；其中，第一比较器的正极输入端用于连接第一电压源，以接收第一电压源输出的第二电压；第二比较器的负极输入端用于连接第二电压源，以接收第二电压源输出的第三电压；其中，第二电压与第三电压之间的区间为合理电压区间；第一比较器的负极输入端与第二比较器的正极输入端均作为比较器模组的输入端口，用于连接环路滤波器的电压输出端；第一比较器和第二比较器均用于基于输入的第一电压输出控制电压至数字控制器的输入端。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种射频系统，其中，该射频系统包括依次连接的晶体振荡器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器VCO和分频器，分频器的输出端还与鉴频鉴相器的输入端连接；射频系统还包括上述的频率校准器。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，环路滤波器为低通滤波器。

结合第二方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，VCO包括第一电感、第二电感、第一MOS管、第二MOS管、第一可变电容、第二可变电容和电流源；其中，第一电感的第一端与第二电感的第一端均用于连接外部电源，第一MOS管的漏极和第一可变电容的第一端均与第一电感的第二端连接，第二MOS管的漏极和第二可变电容的第一端均与第二电感的第二端连接，第一可变电容的第二端和第二可变电容的第二端分别与环路滤波器的电压输出端连接；第一MOS管的栅极与第二MOS管的漏极连接，第二MOS管的栅极与第一MOS管的漏极连接，第一MOS管的源极和第二MOS管的源极均通过电流源接地。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，第一可变电容和第二可变电容均为MOS管构成，且，第一可变电容和第二可变电容的型号相同。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，第一电感和第二电感的型号相同。

结合第二方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第二方面的第五种可能的实施方式，其中，第一MOS管和第二MOS管的型号相同。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种电子设备，其中，该电子设备配置有上述的射频系统。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

本实用新型实施例提供的一种VCO的频率校准器、射频系统及电子设备，包括比较器模组和与比较器模组连接的数字控制器，其中，比较器模组用于比较接收到的第一电压是否在预设的合理电压区间内，根据比较结果输出控制电压至数字控制器；数字控制器接收控制电压，向VCO输出电容调节信号，以使VCO将工作电容调节至电容调节信号对应的目标电容，其中，目标电容对应的VCO的输出频率为目标频率，通过上述比较器模组和数字控制器能够快速确定出VCO输出目标频率的目标电容，从而节省了时间，提高了用户的体验度。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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为本实用新型实施例提供的一种VCO的频率校准器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种VCO输入电压与输出频率的关系曲线图；

图3为本实用新型实施例提供的一种比较器模组的电路结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种射频系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种VCO的电路结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

VCO是射频系统的重要组成部分，射频系统多采用调制解调方式，因此严重依赖本振，而现代通信技术要求复用、跳频等新技术，采用电压控制振荡回路中电容的电容量，进而改变振荡回路谐振频率就成为实现这些技术的手段之一。

在实际生产过程中，VCO的频率是随着工艺偏差和工作环境变化的，通过改变VCO中电容阻值的大小来获取与工艺偏差和工作环境相对应的输出频率，在实际应用时，能够使得VCO产生目标频率的电容阻值有多个，这就需要进行校准工作来确定出VCO的最佳电容阻值，目前，现有VCO校准技术是通过逐一设置电容阻值的方法来确定最佳电容阻值的，上述VCO校准技术消耗较多时间，进而降低了用户的体验度。

基于此，本实用新型实施例提供的一种VCO的频率校准器、射频系统及电子设备，可以缓解上述技术问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种VCO的频率校准器进行详细介绍。

实施例一：

本实用新型实施例提供了一种VCO的频率校准器，该频率校准器用于校准射频系统中的VCO的输出频率，为了便于理解，如图1所示的一种压控振荡器VCO的频率校准器的结构示意图，如图1所示，该频率校准器包括比较器模组100和与比较器模组连接的数字控制器101。

具体地，比较器模组的输入端口用于连接射频系统的环路滤波器的电压输出端，以接收环路滤波器的电压输出端输出的第一电压；数字控制器的输出端用于与VCO的输入端连接；其中，第一电压为VCO的输入电压；比较器模组还用于比较第一电压是否在预设的合理电压区间内，根据比较结果输出控制电压至数字控制器；数字控制器用于接收控制电压，向VCO输出电容调节信号，以使VCO将工作电容调节至电容调节信号对应的目标电容，其中，目标电容对应的VCO的输出频率为目标频率。

具体实现时，射频系统是利用锁相环将压控振荡器(VCO)的频率锁定在某一个频率点上，由压控振荡器产生并输出所需的频率，但是，在实际应用时，为了考虑射频系统中其它器件的工作区域，实际上对输入VCO的第一电压有一定的范围限制，在本实施例中，利用比较器模组来比较该第一电压是否在预设的合理电压区间内，并将根据比较结果输出的控制电压至数字控制器，由于数字控制器预存有控制电压与电容调节信号的对应关系，当数字控制器接收到上述控制电压后，根据预存的控制电压与电容调节信号的对应关系，向VCO输出电容调节信号，以使VCO将工作电容调节至电容调节信号对应的目标电容。

优选地，数字控制器预存有控制电压与电容调节信号的对应关系，该对应关系可以以对应关系表的形式存储在数字控制器中，当数字控制器接收到比较器模组的控制电压后通过查表的形式来获取与控制电压对应的电容调节信号，并将查询到的电容调节信号发送至VCO中，上述数字控制器预存有控制电压与电容调节信号的对应关系的存储形式可以根据实际需要进行设置，在本实施例中，不对控制电压与电容调节信号的对应关系的存储形式进行限定。

通常，上述数字控制器通常是整个VCO的频率校准器的中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)，可以配置相应的操作系统，以及控制接口等，具体地，可以是单片机、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、ARM(Advanced RISC Machines，ARM处理器)等能够用于自动化控制的数字逻辑控制器，可以将控制指令随时加载到内存进行储存与执行，同时，可以内置CPU指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数字模拟等单元，具体可以根据实际使用情况进行设置，本实用新型实施例对此不进行限制。

进一步，图2示出了一种VCO输入电压与输出频率的关系曲线图，如图2所示，Vc为输入VCO的第一电压，Fvco为VCO的输出频率，从图2可直观的看到Vc和Fvco之间的关系，当Vc较小时，Fvco基本不变，当Vc超过一定值后，随着Vc的增大，Fvco也逐渐升高，基本呈线性关系，由于Vc过小或者过大射频系统都容易进入非理想工作区域，所以需要对VCO的输入电压Vc有一定范围限制，在本实施例中，利用比较器模组比较第一电压是否在预设的合理电压区间内。

具体地，图3示出了一种比较器模组的电路结构示意图，如图3所示，比较器模组包括第一比较器300和第二比较器301；其中，第一比较器的正极输入端1用于连接第一电压源302，以接收第一电压源输出的第二电压Vth_fast；第二比较器的负极输入端2用于连接第二电压源303，以接收第二电压源输出的第三电压Vth_slow；其中，第二电压与第三电压之间的区间为合理电压区间；第一比较器的负极输入端3与第二比较器的正极输入端4均作为比较器模组的输入端口，用于连接环路滤波器304的电压输出端；第一比较器和第二比较器均用于基于输入的第一电压输出控制电压至数字控制器的输入端。

进一步，如图3所示，第一比较器的输出端fast和第二比较器的输出端slow为输出控制电压的端口，因此，可以通过第一比较器的输出端fast和第二比较器的输出端slow的输出信号来判断出第一电压Vc是否在图2设定的第二电压Vth_fast与第三电压Vth_slow的区间内，当Vc＜Vth_fast时，fast＝1且slow＝0；当Vc＞Vth_slow时，fast＝0且slow＝1；当Vth_fas＜Vc＜Vth_slow，fast＝0且slow＝0；因此，只有当第一比较器的输出端fast为0且第二比较器的输出端slow为0时，此时第一电压被认为是合理的工作点，当第一电压通过比较器模组被认为是合理的工作点时，比较器模组将根据比较结果输出控制电压至数字控制器，使得数字控制器根据控制电压向VCO输出电容调节信号，以使VCO将工作电容调节至电容调节信号对应的目标电容。

本实用新型实施例提供的一种VCO的频率校准器，该频率校准器包括比较器模组和与比较器模组连接的数字控制器，其中，比较器模组用于比较接收到的第一电压是否在预设的合理电压区间内，根据比较结果输出控制电压至数字控制器；数字控制器接收控制电压，向VCO输出电容调节信号，以使VCO将工作电容调节至电容调节信号对应的目标电容，其中，目标电容对应的VCO的输出频率为目标频率，通过上述比较器模组和数字控制器能够快速确定出VCO输出目标频率的目标电容，从而节省了时间，提高了用户的体验度。

实施例二：

本实用新型实施例还提供一种射频系统，图4示出了一种射频系统的结构示意图，如图4所示，该射频系统包括依次连接的晶体振荡器400、鉴频鉴相器401、电荷泵402、环路滤波器304、压控振荡器VCO403和分频器404，分频器404的输出端还与鉴频鉴相器401的输入端连接；射频系统还包括频率校准器405。

具体地，分频器的输入端用于连接VCO的输出端，以接收VCO的输出端输出的输出频率，分频器还用于对输出频率进行分频处理，根据分频结果输出分频频率至鉴频鉴相器；晶体振荡器的输出端用于连接鉴频鉴相器的输入端，以将产生的参考频率输出至鉴频鉴相器；鉴频鉴相器用于接收分频频率和参考频率，向电荷泵输出相位差电信号，以使电荷泵生成电流输出至环路滤波器，环路滤波器对电流进行滤波处理以得到上述的第一电压，并将第一电压分别输送至频率校准器和VCO中。在该射频系统中由于包括频率校准器因此能够快速准确的确定出VCO输出目标频率的目标电容，实现VCO的快速校准，提高了用户的体验度。

进一步，环路滤波器是射频系统的关键部分，是射频系统设计中的一个最重要的环节，其参数的合理设计直接关系到射频系统输出频率信号的杂散、相位噪声、稳定度及频率转换时间等多项指标，间接的影响通信系统的载波质量、接收性能、发射和接收信噪比、接收灵敏度及通信距离等。

通常，环路滤波器是由电阻、电容或者还有放大器组成的线性电路，是一种低通滤波器。它的作用是滤除掉来自射频系统中鉴频鉴相器输出的相位差电信号中的高频成分和噪声分量，得到一个干净的第一电压Vc去控制压控振荡器的频率输出。环路滤波器包括有源环路滤波器和无源环路滤波器，可根据所选用的射频芯片和压控振荡器来确定环路滤波器的形式，因此，在本实施例中，不对环路滤波器的形式进行限定。

进一步，图5示出了一种VCO的电路结构示意图，如图5所示，VCO包括第一电感L1、第二电感L2、第一MOS管M1、第二MOS管M2、第一可变电容C1、第二可变电容C2和电流源I。

具体地，如图5所示，第一电感的第一端与第二电感的第一端均用于连接外部电源Vp，第一MOS管的漏极和第一可变电容的第一端均与第一电感的第二端连接，第二MOS管的漏极和第二可变电容的第一端均与第二电感的第二端连接，第一可变电容的第二端和第二可变电容的第二端分别与环路滤波器的电压输出端连接；第一MOS管的栅极与第二MOS管的漏极连接，第二MOS管的栅极与第一MOS管的漏极连接，第一MOS管的源极和第二MOS管的源极均通过电流源接地。

在实际使用时，上述第一可变电容和第二可变电容均为MOS管构成，且，第一可变电容和第二可变电容的型号相同，且，第一电感和第二电感的型号相同，第一MOS管和第二MOS管的型号相同。

具体地，VCO可以根据电容调节信号来调节第一可变电容C1和第二可变电容C2上述电容阻值，使得调节后的电容阻值与电容调节信号相对应，进一步，VCO可根据作用在第一可变电容C1和第二可变电容C2上述第一电压，以及根据电容调节信号调节好的第一可变电容C1和第二可变电容C2输出目标频率。

本实用新型实施例提供的射频系统，与上述实施例提供的VCO的频率校准器具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

进一步，本实用新型实施例还提供一种电子设备，图6示出了一种电子设备的结构示意图，如图6所示，其中，该电子设备600配置有上述的射频系统601。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和电子设备的具体工作过程，可以参考前述VCO的频率校准器实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种VCO的频率校准器，其特征在于，所述频率校准器用于校准射频系统中的VCO的输出频率；所述频率校准器包括比较器模组和与所述比较器模组连接的数字控制器；

其中，所述比较器模组的输入端口用于连接所述射频系统的环路滤波器的电压输出端，以接收所述环路滤波器的电压输出端输出的第一电压；所述数字控制器的输出端用于与所述VCO的输入端连接；其中，所述第一电压为所述VCO的输入电压；

所述比较器模组还用于比较所述第一电压是否在预设的合理电压区间内，根据比较结果输出控制电压至所述数字控制器；

所述数字控制器用于接收所述控制电压，向所述VCO输出电容调节信号，以使所述VCO将工作电容调节至所述电容调节信号对应的目标电容，其中，所述目标电容对应的VCO的输出频率为目标频率。

2.根据权利要求1所述的频率校准器，其特征在于，所述数字控制器预存有控制电压与电容调节信号的对应关系。

3.根据权利要求1所述的频率校准器，其特征在于，所述比较器模组包括第一比较器和第二比较器；

其中，所述第一比较器的正极输入端用于连接第一电压源，以接收所述第一电压源输出的第二电压；所述第二比较器的负极输入端用于连接第二电压源，以接收所述第二电压源输出的第三电压；

其中，所述第二电压与所述第三电压之间的区间为所述合理电压区间；

所述第一比较器的负极输入端与所述第二比较器的正极输入端均作为所述比较器模组的输入端口，用于连接所述环路滤波器的电压输出端；

所述第一比较器和所述第二比较器均用于基于输入的第一电压输出控制电压至所述数字控制器的输入端。

4.一种射频系统，其特征在于，所述射频系统包括依次连接的晶体振荡器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器VCO和分频器，所述分频器的输出端还与所述鉴频鉴相器的输入端连接；所述射频系统还包括权利要求1-3任一项所述的频率校准器。

5.根据权利要求4所述的射频系统，其特征在于，所述环路滤波器为低通滤波器。

6.根据权利要求5所述的射频系统，其特征在于，所述VCO包括第一电感、第二电感、第一MOS管、第二MOS管、第一可变电容、第二可变电容和电流源；

其中，所述第一电感的第一端与所述第二电感的第一端均用于连接外部电源，所述第一MOS管的漏极和所述第一可变电容的第一端均与所述第一电感的第二端连接，所述第二MOS管的漏极和所述第二可变电容的第一端均与所述第二电感的第二端连接，所述第一可变电容的第二端和所述第二可变电容的第二端分别与所述环路滤波器的电压输出端连接；

所述第一MOS管的栅极与所述第二MOS管的漏极连接，所述第二MOS管的栅极与所述第一MOS管的漏极连接，所述第一MOS管的源极和所述第二MOS管的源极均通过所述电流源接地。

7.根据权利要求6所述的射频系统，其特征在于，所述第一可变电容和所述第二可变电容均为MOS管构成，且，所述第一可变电容和所述第二可变电容的型号相同。

8.根据权利要求6所述的射频系统，其特征在于，所述第一电感和所述第二电感的型号相同。

9.根据权利要求6所述的射频系统，其特征在于，所述第一MOS管和所述第二MOS管的型号相同。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备配置有权利要求4-9任一项所述的射频系统。

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