[发明专利]压控振荡器频率温度补偿系统及锁定锁相回路频率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于锁相回路(PLL)的持续压控振荡器(VCO)频率温度补偿装置及其方法，特别地，本发明可以使得PLL在巨大的温度变化期间保持细调锁定，这种温度变化通常会使得压控振荡器的自由振荡频率改变，偏离PLL可追踪的调谐范围。

背景技术

如图1所示的PLL，该PLL包括一相频检测器10、一电荷泵20、一回路滤波器30、一压控振荡器(VCO)40以及一分频器45。一参考振荡器(未图示)产生具有一参考频率F_ret的参考信号，该参考信号与来自分频器45的除频信号同时输入至相频检测器10。该相频检测器10检测该参考信号与除频信号之间的相位和频率差，然后输出一相位差信号到电荷泵20。电荷泵20产生一输出电流给回路滤波器30，该输出电流的值与该相位差信号有关，产生一振幅与相位差信号相应的输出信号。回路滤波器30对该输出电流进行平滑处理，并转化成一控制电压V_ctrl提供给压控振荡器40。压控振荡器40根据控制电压V_ctrl产生一个具有压控频率F_vco的压控信号，随后，该压控频率F_vco被分频器45除以N倍以产生除频信号。N可为整数或非整数，其中F_vco＝N*F_ref。

压控振荡器40一般有两种类型，分别是电感电容振荡器和环形振荡器。为了使压控振荡器40的操作能具有一个高的可调频率范围，压控振荡器40包括多个切换式电容器。该些切换式电容器或电容数字模拟转换器DAC由一数字控制指令所控制以切换压控振荡器频率，以便压控振荡器40能提供多个频率调谐曲线以调节压控振荡器40的压控频率F_vco。图2为传统压控振荡器的控制电压V_ctrl与压控频率F_vco的关系图。

如图2所示，压控频率的控制电压V_ctrl有一个线性的控制范围，即，V_L-V_H之间的范围。当压控振荡器按曲线1操作时，压控振荡器的压控频率F_vco在F_1L到F_1H范围之间变化。当压控振荡器按曲线2操作时，压控振荡器的压控频率F_vco在F_2L到F_2H范围之间变化。当压控振荡器按曲线3操作时，压控振荡器的压控频率F_vco在F_3L到F_3H范围之间变化。当压控振荡器按曲线4操作时，压控振荡器的压控频率F_vco在F_4L到F_4H范围之间变化。具体地说，图2中压控振荡器的压控频率F_vco可能覆盖一个从F_1H到F_NL的范围，在此电路中，N为数字控制切换式电容器的数目。因此，可以得出：压控频率F_VCO的变化范围随着压控振荡器提供的曲线数目增加而增加。

当PLL于周围温度变化范围相对较大的环境下运作时，为了保持一个稳定的压控频率F_vco，控制电压V_ctrl也需要随着温度的变化而变化。例如，图3A和图3B同一个PLL的压控振荡器于T1和T2不同温度下运作时，控制电压V_ctrl和压控频率F_vco的关系图。假设压控振荡器选择曲线3作为其运作的频段(opertating band)，V_L＝1V，V_H＝2V，压控频率被固定于4GHz，且T1＜T2。图3A示出了温度T1时的关系图，当控制电压V_ctrl在1.5V时，压控振荡器的压控频率F_vco可以运作在4GHz。请注意，伴随着温度的增加，压控振荡器的所有频段皆往下移。因此，如图3B所示，为了在新的温度T2下保持压控振荡器的频率，已锁定的PLL自动调节控制电压V_ctrl到1.9V。如果温度继续上升到更高温度，控制电压V_ctrl也将相应地上升，直到达到压控电容的最大范围(本例子中为2V)。一旦该控制电压超过了线性控制范围，这将导致PLL离开锁定状态。