[发明专利]一种基于神经网络的锁相环电路

说明书

本发明属于集成电路领域，具体为一种基于神经网络的锁相环电路。本发明包括传统锁相环电路和神经网络模块，其作用是在控制器的程序控制下，以满足要求的精度拟合多项式，改善锁相环电路性能。本发明将神经网络分别与电荷泵、压控振荡器和分频器电路相结合，通过对神经网络的训练，使得该网络能够完成相应的功能。在电荷泵电路中，产生精确的电流，显著减少电荷泵的失配；在压控振荡器电路中，产生合理的调谐曲线的组合，明显改善调谐曲线线性度；在分频器电路中，产生随机性更强的随机序列，有效降低小数分频的小数杂散。

技术领域

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种基于神经网络的锁相环电路。

背景技术

锁相环频率综合器是高速串口通信和射频无线收发器中重要的单元模块，传统的模拟锁相环频率综合器电路，主要包括鉴频鉴相器、电荷泵、低通滤波器、压控振荡器、分频器等基本模块。电荷泵电流失配问题、压控振荡器调谐曲线线性度和分频器的抖动问题都是传统锁相环电路的难点。为了解决这些问题，电路结构往往非常复杂。

电荷泵电路作为锁相环系统中低频模块，对整个系统的输出噪声有重要影响。由于MOS管漏端的输出阻抗有限，随着输出电压的变化，上下支路电流不匹配，为锁相环引入了频域相位噪声。现有的解决方案由于采用复杂的电路结构，工艺上存在的固有偏差导致电路不能真正匹配，导致电流失配问题仍然明显。

为了展宽锁相环的输出频率范围，一般在压控振荡器电路中添加阵列电容，得到多条调谐曲线。调谐曲线的线性度对锁相环的输出有很大的影响，传统的结构往往以牺牲扫频宽度来提高线性度，由于MOS管寄生问题，线性度问题不能很好地解决。

传统整数分频锁相环，对参考频率有很多限制，小数分频的锁相环由于其比较宽松的参考频率范围，应用非常广泛。然而小数分频会使锁相环输出频谱产生非常严重的杂散成分，严重影响输出的频谱纯度。常选用Delta-Sigma结构来减小小数杂散，延长或者扰乱MASH结构的序列周期能够减少甚至消去输出频谱中的小数杂散。往往采用线性反馈移位寄存器(LFSR)产生随机序列，在Delta-Sigma调制器输入端叠加随机抖动。如图4所示，LFSR中的反馈系数C_i的值取0或1，分别代表反馈支路是否接入环路，由于电路结构限制，C_i不可以取0.99这样的实数，因此不能做到完美的随机。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为了解决现有锁相环电路的电荷泵电流失配、压控振荡器调谐曲线线性度和分频器抖动问题的问题，本发明提供了一种基于神经网络的锁相环电路。

该基于神经网络的锁相环电路包括：鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵模块、压控振荡器(VCO)模块和分频器模块。

压控振荡器VCO模块为压控振荡器VCO电路，在控制电压Vcont的控制下，输出相应的振荡信号fvo，与分频器电路相连。

分频器模块为分频器电路，对fvo进行分频，得到相应分频比下的频率信号fvco，输出接鉴频鉴相器。

鉴频鉴相器通过比较fvco和参考信号fref的相位差，得到相位超前或者滞后的信息，来控制电荷泵电路的开关Q_a和Q_b的导通或关闭状态。

所述电荷泵模块(如图1所示)包括神经网络电流控制模块和电荷泵电路模块，用于改善电荷泵锁相环的电流失配问题。

神经网络电流控制模块包括控制器、电流转换模块、神经网络模块和多路复用器。

控制器与神经网络模块相连，提供预设电流信号I_np，用于实现神经网络模块之间的数据通信，显示训练进程和准确率；

电流转换模块接电荷泵电路模块的导通电流I_n和导通电流I_p，将连续的电流信息转换为数字信号，并输出样本信号至神经网络模块；