[发明专利]频率合成器

说明书

技术领域

本发明涉及电子电路设计领域，特别涉及频率合成器的温度频率漂移的补偿技术。

技术背景

为了确保所有的电子器件都能正常或同步工作，在电子电路设计中提供精确的时钟信号是非常重要的。通常，所述时钟信号是由晶体振荡器(crystaloscillator)产生的，其中所述晶体振荡器是利用压电材料的振荡晶体的机械谐振来产生一定频率电信号的电子电路。这个频率通常可以用于计时(比如石英手表中)，也可以用于为数字集成电路提供时钟信号，还可以用于稳定无线发射器/接收器的频率。导致时钟信号不同于设计的一个原因在于温度，它可能影响压电材料和晶体振荡器的运作。随着温度的变化，晶体振荡器输出的频率会也会随之变化。事实上，电子设备比如便携式电脑、手机和电子仪表可能被用于各种温度变化的环境中，因此保证这些电子设备在各种温度环境下都能正常无误的工作是非常重要的。

许多现代通信设备比如GPS和GSM系统需要高精度、稳定的频率来增加其内无线电收发器的灵敏度以及来降低采集时间。在频率合成器(frequencysynthesizer)中，将晶体振荡器的输出频率乘以已知系数就可以获得期望信道频率。通常，晶体振荡器的输出频率的范围是数兆赫兹，而信道频率的范围是千兆赫兹。然而，晶体振荡器的输出频频随着寿命和温度的变化会发生漂移，并且晶体振荡器也没有提供抑制晶体频率随周围温度发生变化的机制。由于苛刻的需求，在没有来自基站的频率调谐支持的蜂窝系统中使用低成本独立晶体振荡器是不可能的。

无线通讯设备或移动电话的频率源包括有数控晶体振荡器(digitallycontrolled crystal oscillator)或温度补偿晶体振荡器(temperature-compensated crystal oscillator)。然而，数控晶体振荡器电路需要在晶体振荡器中引入电容阵列来进行频率校正。这样，使用数控晶体振荡器就变得非常昂贵，尤其对于深亚微米COMS工艺的数控晶体振荡器。此外，通过对数控晶体振荡器中的大量电容的切换来调整晶体振荡器的输出频率很可能会导致频率跳变效应(frequency beating effects)，从而难以满足输出频率稳定性的要求。

在现有的温度补偿晶体振荡器(temperature-compensated crystaloscillator)中，自动调温器生成校正电压以保证振荡器频率恒定。这样的压控温度补偿晶体振荡器具有一根据温度成比例产生线性电压的温度传感器。将三级线性函数电压发生器和温度传感器的输出提供给压控晶体振荡器，所述压控晶体振荡器进而可以根据所使用晶体的温度频率特性来进行温度补偿。

然而，这样的压控温度补偿晶体振荡器首先需要一高品质晶体来满足所述三级线性补偿需要，这样的高品质晶体非常昂贵，尤其是小尺寸的晶体。由于限制了晶体振荡器的最大输出频率，因此也很难保证高频稳定性和精确性。此外，由于很难精确生成微伏级模拟电压，所述压控温度补偿晶体振荡器很难控制小频率的改变(比如，小于1.0赫兹)。

因此，亟待提出一种低成本、低噪声、高精度的解决方案来生成具有宽频范围且经过温度补偿的频率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供低成本、高精度的频率合成器，其可以对其输出频率进行温度补偿。

为了达到上述目的，本发明提供了一种频率合成器，其包括以来自晶体振荡器的参考频率为基础运行的锁频环、频率校正单元和插值逻辑单元。所述频率校正单元以第一参数和第二参数为基础生成数字频率校正控制字，所述第一参数是自动频率校正字和固定频率控制字的结合。所述插值逻辑单元用于生成表示温度变化补偿的第二参数。其中当第一参数为常数时所述锁频环生成固定的时钟信号或当第一参数为表示调制信号的频率改变的二进制序列时所述锁频环生成频率调制信号。

进一步的，f_OUT表示所述时钟信号，f_R表示参考频率，FCW_new表示所述数字频率校正控制字，则有下式：

f_OUT＝K*FCW_new*f_R，

其中K表示比例系数K。

更进一步的，通过调整比例系数K使输出时钟信号达到期望频率。

再进一步的，所述数字频率校正控制字对参考频率的频率漂移进行补偿以至于所述输出时钟信号不受温度变化影响而保持稳定。

再进一步的，所述固定频率控制字是由外部提供，其是表示输出时钟信号期望频率的二进制序列。

仍进一步的，根据精确的频率源确定所述自动频率校正字。