[发明专利]一种双环路频率综合器及其粗调环路的调谐方法

说明书

技术领域

本发明是关于无线收发机中的频率综合器，具体涉及一种双环路频率综合器及其粗调环路的调谐方法。

背景技术

频率综合器(简称频综)是用于获得一系列具有高稳定度和高精度频率的装置，是无线收发机中的关键模块，为收发机信道选择提供本振信号，输入到混频器的本振端，以实现上下变频。常见的频率综合器包括：锁相式(PLL)频率综合器和直接数字频率综合器。由于锁相式频率综合器具有低成本和高性能的优点，特别适合产生具有精确频率的时钟信号和高频载波信号，因此，广泛应用在数字移动通讯设备、高速数字系统和高精度控制系统中。

图1为传统锁相式频率综合器的结构示意图。传统锁相式频率综合器由分频器、鉴相鉴频器、电荷泵、环路滤波器和压控振荡器(VCO)组成锁相环路。其中，VCO的输出频率经过分频器得到分频频率，鉴相鉴频器比较参考频率和分频频率之间的频率和相位差别，然后输出一定宽度的脉冲信号(该脉冲信号与频率大小和相位差别成比例)；电荷泵把该脉冲信号转换为电流，最后通过环路滤波器进行低通滤波，产生平滑的电压信号；该电压信号控制VCO使其输出相应的频率信号，该频率信号同时也是整个锁相环最终的输出频率。当整个负反馈环路处于锁定状态时，VCO的输出频率等于参考频率和分频器分频值的乘积，通过调整分频器的分频值，可以调整VCO的输出频率，从而获得一系列频率。

一般采用容抗管作为频率调谐元件的VCO最大仅能达到20％左右的频率调谐范围，在宽频带或者多频带的应用中，这样的频率调谐范围可能不够。而且频率调谐范围如果太宽，在控制电压取值范围一定的条件下，VCO的增益会很高，使得VCO对控制线上的干扰非常敏感。随着电源电压的降低，这个问题会更加严重。为了解决这个问题，人们提出了数字调谐技术。采用开关电容阵列可以实现分立的频率变化，实现频率的粗调谐，而频率的精细变化则是由电容量可以连续变化的容抗管来实现的。将数字调谐技术(频率粗调)和模拟调谐技术(频率细调)相结合，可以实现很宽的频率调谐范围。因此在传统的基于单环路频率综合器的基础上发展出一类双环路频率综合器。双环路频率综合器一般包括粗调和细调两个环路，粗调环路对开关电容阵列进行快速搜索，细调环路则通过负反馈对频率进行精确锁定。

目前双环路频率综合器所采用的频率粗调模块一般有以下几种结构：

1)单频率计数比较方式：发明专利ZL02125270(公开号CN1388649C)提出了一种具有数字粗调谐环路的锁相环式频率综合器，其粗调谐环路的实现结构如图2所示，其中包括：可编程计数器、脉冲吞吐计数器、频率比较模块和粗调谐控制模块。上述的频率综合器开始正常工作时，首先启动粗调谐环路，对参考频率进行计数，当计数到某个预设值时，采样分频频率，根据采样值电平的高低判定分频频率(Fdiv)与参考频率(Fref)之间的大小关系，然后根据比较结果决定数字控制信号如何跳变。

上述双环路频率综合器采用全数字方式进行频率粗调，简化了实现复杂度。尽管这种粗调环路可以比较出分频频率(Fdiv)与参考频率(Fref)之间的快慢，却难以区分两者之间快和慢的程度，也就是说无法设置合理的比较容限。即使分频频率和参考频率非常接近，如果两个信号的初始时刻没有保持同步，该粗调环路仍然无法判定两者相等。因此这种粗调谐结构对两个频率信号在初始时刻的同步性要求很高。

发明专利200510086226(公开号CN1731681A)提出了另一种具有数字粗调谐环路的锁相式频率综合器，其粗调谐环路的实现结构如图3所示，包括依次连接的计数比较器、逐次逼近寄存器和压控振荡器(VCO)，而且计数比较器的输入端和VCO输出端直接相连。与发明专利ZL02125270相同的是，都是仅对一种频率进行计数，前者仅对参考频率进行计数，而该专利只对VCO输出频率进行计数。不同点在于，该专利直接对VCO输出频率进行计数，不仅大大缩短了锁定时间，而且对参考频率的高低也没有要求。但是在VCO输出频率很高(例如6GHz)的情况下，由于受到数字电路工作频率的限制，粗调环路的计数比较器很难维持正常工作，而且高速数字电路必然导致整个频率综合器功耗的大幅增加。