[实用新型]一种用于锁相环解调器的自适应阈值产生器

说明书

本实用新型公开了一种用于锁相环解调器的自适应阈值产生器，该自适应阈值产生器与锁相环解调器的比较器相连，该自适应阈值产生器为锁相环；锁相环的压控振荡器与比较器的负端相连，锁相环的压控振荡器控制电平为锁相环解调器的比较器阈值。本实用新型通过将锁相环作为锁相环解调器的阈值产生器，其实现了比较器阈值和VCO控制电平的完全相关，彻底消除了外部因素的影响对量化判决结果的干扰，保障了锁相环解调器的解调精度和可靠性。

技术领域

本实用新型涉及锁相环解调器技术领域，具体涉及一种用于锁相环解调器的自适应阈值产生器。

背景技术

如图1所示，锁相环(Phase-Locked Loop，简称PLL)具有自动跟踪锁定参考时钟的能力，环路工作机制如下：鉴频鉴相器(Phase-Frequency Detector，简称PFD)对待解调信号Sfsk和来自压控振荡器(Voltage-controlled Oscillator，简称VCO)的反馈时钟信号进行实时比较，生成误差信号控制电荷泵对环路滤波器进行充放电，使VCO控制电平最终稳定在确定值，此时待解调信号与反馈时钟在频率和相位上接近一致。VCO作为锁相环的关键模块，其数学理想模型可以简化为振荡频率与VCO控制电平的单调映射函数(称为电压-频率曲线)，因此待解调信号的频率检测结果可以换算成VCO控制电平的量化结果，这就是锁相环解调器能够解调频率调制信号的工作原理。

如图2a、2b所示，锁相环解调器的实现过程是基于半导体器件的芯片设计加工过程，由于半导体器件受工艺-电压-温度(Process-Voltage-Temperature，简称PVT)波动以及加工偏差等外部因素影响显著，因此真实VCO会比其理想数学模型要复杂更多。换句话说，电压-频率曲线本身也是外部因素共同作用下的函数，而且很难精确预计。这样一来，即便待解调的频率调制信号维持不变，一旦外部因素变化，实际的VCO控制电平也随之变化且缺乏预测性；如图2a或2b所示，正常情况下，电压-频率曲线为曲线①，此时固定频率下对应一电压值；当外部因素变化后，电压-频率曲线为曲线②，此时固定频率下对应另一电压值。

在VCO控制电平的量化过程中，需要基于比较器对VCO控制电平和比较器阈值进行量化判决，因此比较器阈值对量化结果同样重要。在现有锁相环解调器中，比较器阈值产生器大致划分为如下结构：

基于带隙基准电路，虽然阈值随温度-电压变化波动较小，但是加工中半导体器件存在随机分布误差(称为蒙特卡洛分布)，每颗芯片都或多或少的偏离理想目标值，就当前主流工艺下典型设计水平而言，这种随机分布的3σ误差一般在+/-100mV以内。

基于DAC电路，虽然可以调整DAC编码来调整阈值，但是如何实时地获得随外部因素变化的准确编码却是一个难题，原因在于外部因素来源广泛，很难精确地将外部因素的检测结果转换成正确补偿码，在实践层面难度很大，效果很难保证。

基于电阻分压电路，虽然阈值与输入电压的比例关系很精准，但是阈值却与输入电压在特性上完全一致(譬如温度响应等等)，完全取决于输入电压随外部因素的变化规律。

上述三种比较器阈值产生器的实现方式，无论如何调整阈值，都无法使比较器阈值Vth和VCO控制电平Vdem做到实时的密切相关，即外部因素无法对比较器阈值和VCO控制电平造成一致效果。当比较器量化判决时，VCO控制电平和比较器阈值之差(Vdem-Vth)必然包含外部因素的干扰；一旦VCO控制电平与比较器阈值之差原本很小时(譬如调制深度很小时)，这种外部因素的干扰就越发严重，解调的可靠性因此越发降低。

在现有的锁相环解调器的量化过程中，比较器阈值和VCO控制电平完全不相关，它们受外部环境(如PVT波动)影响程度不同，即量化结果包含了外部因素的干扰，解调精度和可靠性会因此下降。

实用新型内容

针对上述问题中存在的不足之处，本实用新型提供一种用于锁相环解调器的自适应阈值产生器。