數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)控制方法及鎖相環(huán)技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)實(shí)施例提供一種數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)控制方法及鎖相環(huán)，該鎖相環(huán)包括控制裝置、TDC、DLF、DCO、DIV、SDM，控制裝置根據(jù)頻率控制字和分頻控制字對(duì)參考時(shí)鐘的有效沿進(jìn)行延遲處理得到延遲參考時(shí)鐘；將延遲參考時(shí)鐘發(fā)送給TDC使TDC對(duì)延遲參考時(shí)鐘和反饋時(shí)鐘進(jìn)行鑒相處理。在鎖相環(huán)中增設(shè)的控制裝置可以根據(jù)當(dāng)前的頻率控制字和分頻控制字對(duì)參考時(shí)鐘進(jìn)行延遲處理，使得反饋時(shí)鐘與延遲參考時(shí)鐘具有相近的有效沿對(duì)應(yīng)時(shí)間，從而TDC僅需要處理很小時(shí)域輸入范圍的鑒相信號(hào)，大大降低了TDC的設(shè)計(jì)難度及對(duì)TDC分辨率的需求，使得TDC的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、自由，從而保證了鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)自由度以及簡(jiǎn)單有效。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)控制方法及鎖相環(huán)
本專利技術(shù)屬于電子
，尤其是涉及一種數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)控制方法及鎖相環(huán)。
技術(shù)介紹
無線射頻收發(fā)信機(jī)中，廣泛采用基于鎖相環(huán)(Phase-LockedLoop，PLL)結(jié)構(gòu)的頻率綜合器以產(chǎn)生本地振蕩信號(hào)，簡(jiǎn)稱本振信號(hào)，完成數(shù)據(jù)信號(hào)的頻率搬移操作。在無線通信系統(tǒng)中，尤其是無線終端中，出于成本等因素的考慮，廣泛采用了零中頻(ZeroIntermediate-Frquency，ZIF)射頻收發(fā)信機(jī)架構(gòu)。在此類架構(gòu)的射頻收發(fā)信機(jī)中，無論是信號(hào)發(fā)射通道，還是信號(hào)接收通道，都要求本振信號(hào)的頻率和射頻載頻信號(hào)的頻率完全相同。也就是說，作為產(chǎn)生本振信號(hào)的裝置，基于鎖相環(huán)的頻率綜合器具備足夠高的輸出頻率精度。例如對(duì)于蜂窩無線通信系統(tǒng)，射頻頻率的步長(zhǎng)為100kHz。則要求應(yīng)用于此類系統(tǒng)的鎖相環(huán)頻率綜合器能夠以100kHz的精度輸出本振信號(hào)。無線通信系統(tǒng)中，用作頻率綜合器的鎖相環(huán)模塊，輸出射頻頻率fRF與輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘頻率fREF之間需滿足下式所述的倍數(shù)關(guān)系：fRF＝FCW×fREF上式中FCW(FrequencyControlWord，F(xiàn)CW)為鎖相環(huán)的頻率控制字。按照FCW取值的類型，即輸出射頻頻率與輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘頻率之間的相對(duì)關(guān)系，鎖相環(huán)可分為如下兩類：(1)整數(shù)分頻鎖相環(huán)。此類鎖相環(huán)中，F(xiàn)CW為一正整數(shù)，即輸出射頻頻率為輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘頻率的整數(shù)倍。對(duì)于上述要求100kHz頻率精度的頻率綜合器，則要求輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘也是fREF＝100kHz。(2)小數(shù)分頻鎖相環(huán)。此類鎖相環(huán)中，F(xiàn)CW可以有小數(shù)部分。則鎖相環(huán)的輸出射頻頻率精度，可以小于參考時(shí)鐘頻率。即參考時(shí)鐘的頻率選擇將不再受射頻頻率精度的限制。由于鎖定時(shí)間、積分相位噪聲以及設(shè)計(jì)靈活性等幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于整數(shù)分頻鎖相環(huán)，小數(shù)分頻鎖相環(huán)在現(xiàn)代無線通信射頻系統(tǒng)中得到了更加廣泛的應(yīng)用。另外，近幾年出現(xiàn)的數(shù)字鎖相環(huán)架構(gòu)，將鎖相環(huán)對(duì)相位信號(hào)的處理轉(zhuǎn)移到數(shù)字域進(jìn)行，并通過數(shù)字過采樣技術(shù)輸出高精度的振蕩器控制信號(hào)，很好的實(shí)現(xiàn)了鎖相環(huán)的數(shù)字化設(shè)計(jì)，以明顯的優(yōu)勢(shì)取代傳統(tǒng)的模擬結(jié)構(gòu)鎖相環(huán)，得到廣泛應(yīng)用。如圖1所示的一種目前廣泛使用的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，包含了如下幾種基本構(gòu)成要素：(1)時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Time-to-DigitalConverter，TDC)，用于鑒別參考時(shí)鐘CLK_REF與反饋時(shí)鐘信號(hào)CLK_DIV之間的時(shí)間差，并將此時(shí)間差轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)TDC_OUT。(2)數(shù)字環(huán)路濾波器(DigitalLoopFilter，DLF)，對(duì)TDC_OUT信號(hào)進(jìn)行濾波，輸出數(shù)字化的振蕩器頻率控制信號(hào)DLF_OUT。(3)數(shù)控振蕩器(DigitalControlledOscillator，DCO)，用于產(chǎn)生振蕩信號(hào)F_DCO，其為數(shù)字信號(hào)。(4)反饋分頻器(Frequencydivider，DIV)，用于在Sigma-Delta調(diào)制器的控制下輸出分頻值，并采用該分頻值對(duì)F_DCO進(jìn)行分頻處理，將分頻處理后的信號(hào)CLK_DIV輸入TDC，以對(duì)CLK_REF與CLK_DIV進(jìn)行鑒相處理。(4)Sigma-Delta調(diào)制器(Sigma-Deltamodulator，SDM)，用于實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻操作。這一操作的基本原理是，采用SDM規(guī)律性的控制DIV的分頻比，使得鎖相環(huán)的反饋分頻比在兩個(gè)或多個(gè)正整數(shù)值之間有規(guī)律的切換，最終獲得均值分頻比為所需的小數(shù)分頻值。例如，小數(shù)分頻鎖相環(huán)設(shè)定的頻率控制字為：上式中fDCO和fREF分別為振蕩器輸出信號(hào)的頻率和參考時(shí)鐘的頻率。上式采用N.F的形式表示一個(gè)小數(shù)分頻比，其中N為分頻比的整數(shù)部分，而F為分頻比的小數(shù)部分。將頻率控制字FCW送入SDM中，則可在SDM的輸出得到一系列在N附近的整數(shù)分頻值，即：NDIV∈{...,N-2,N-1,N,N+1,N+2,...}上式中，NDIV為SDM輸出的反饋分頻器的分頻控制字，而N則為鎖相環(huán)頻率控制字(FCW)的整數(shù)部分。NDIV的具體取值范圍取決于SDM的設(shè)計(jì)類型。在上述現(xiàn)有的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)中，受SDM的控制，反饋分頻器DIV的分頻比是在多個(gè)整數(shù)值之間有規(guī)律的變動(dòng)。因此，在鎖相環(huán)鎖定狀態(tài)下，DIV的輸出CLK_DIV不是一個(gè)穩(wěn)定頻率的信號(hào)，如圖2所示，假設(shè)鎖相環(huán)的數(shù)控振蕩器DCO的輸出頻率為fDCO，則其周期為TDCO＝1/fDCO。假設(shè)在第k個(gè)采樣時(shí)刻，DIV的分頻比為NDIV[k]，則在該時(shí)刻，反饋時(shí)鐘CLK_DIV的瞬時(shí)周期為：TDIV[k]＝TDCO×NDIV[k]由上式可知，由于在小數(shù)分頻鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)下，NDIV值會(huì)受到SDM的控制而有規(guī)律的變化，因此，反饋時(shí)鐘CLK_DIV的周期也會(huì)相應(yīng)變化。而與之相對(duì)應(yīng)的，參考時(shí)鐘CLK_REF的周期TREF則是穩(wěn)定不變的。則如圖2所示，在小數(shù)分頻鎖定狀態(tài)下，參考時(shí)鐘CLK_REF與反饋時(shí)鐘CLK_DIV之間始終存在以一定規(guī)律變化的較大時(shí)域偏差，在圖2中，第k個(gè)采樣時(shí)刻的時(shí)域偏差表示為ΔTTDC[k]。也就是說，在現(xiàn)有數(shù)字小數(shù)鎖相環(huán)中，用來鑒別CLK_REF與CLK_DIV之間時(shí)間偏差的時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)需要能夠精確處理一定范圍的時(shí)域輸入。TDC的設(shè)計(jì)的另外一個(gè)重要約束條件是其分辨率。在數(shù)字鎖相環(huán)中，TDC的功能是識(shí)別參考時(shí)鐘CLK_REF與反饋時(shí)鐘CLK_DIV兩個(gè)輸入時(shí)鐘信號(hào)之間的時(shí)間差(或相位差)，并以一定的分辨率將該時(shí)間差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。其操作可簡(jiǎn)單描述為：上式中，RTDC為TDC的分辨率，INT()函數(shù)完成取整數(shù)操作。作為一種特殊類型的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，分辨率RTDC決定了TDC輸出的量化噪聲水平，在數(shù)字鎖相環(huán)中，亦即決定了帶內(nèi)相位噪聲水平。對(duì)于應(yīng)用于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的數(shù)字小數(shù)鎖相環(huán)，計(jì)算得到的TDC分辨率要求，通常是RTDC<10ps。而對(duì)于無線局域網(wǎng)等對(duì)帶內(nèi)相噪有更加苛刻要求的系統(tǒng)，會(huì)對(duì)TDC的分辨率提出更高的要求。綜上所述，TDC的設(shè)計(jì)需要兼顧考慮輸入時(shí)域范圍，以及分辨率兩個(gè)重要的要素。但范圍和精度之間通常存在比較緊密的折中關(guān)系，往往很難同時(shí)滿足上述兩個(gè)維度的需求。由于TDC本身結(jié)構(gòu)的限制，為滿足上述需求，對(duì)TDC的設(shè)計(jì)提出了非常大的挑戰(zhàn)。因此，如何能夠以簡(jiǎn)單有效地手段降低TDC的設(shè)計(jì)難度，保證良好的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自由度是一個(gè)亟待解決的難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述存在的問題，本專利技術(shù)實(shí)施例提供一種數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)控制方法及鎖相環(huán)，以簡(jiǎn)單有效地手段降低了輸入TDC的時(shí)域范圍，從而降低了TDC設(shè)計(jì)難度的同時(shí)，保證了數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的自由度和簡(jiǎn)單有效。第一方面，本專利技術(shù)實(shí)施例提供了一種數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)，包括：控制裝置，以及時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC、數(shù)字環(huán)路濾波器DLF、數(shù)控振蕩器DCO、反饋分頻器DIV和Sigma-Delta調(diào)制器SDM；所述控制裝置的輸出端與所述TDC的第一輸入端連接；所述TDC的輸出端與所述DLF的輸入端連接，所述DLF的輸出端與所述DCO的輸入端連接，所述DCO的輸出端與所述DIV的第一輸入端連接；所述DIV的輸出端與所述TDC的第二輸入端連接；所述DIV的第二輸入端與所述SDM的輸出端連接，所述控制裝置的第一輸入端與所述SDM的輸出端連接，所述控制裝置本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)，其特征在于，包括控制裝置，以及時(shí)間?數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC、數(shù)字環(huán)路濾波器DLF、數(shù)控振蕩器DCO、反饋分頻器DIV和Sigma?Delta調(diào)制器SDM；所述控制裝置的輸出端與所述TDC的第一輸入端連接；所述TDC的輸出端與所述DLF的輸入端連接，所述DLF的輸出端與所述DCO的輸入端連接，所述DCO的輸出端與所述DIV的第一輸入端連接；所述DIV的輸出端與所述TDC的第二輸入端連接；所述DIV的第二輸入端與所述SDM的輸出端連接，所述控制裝置的第一輸入端與所述SDM的輸出端連接，所述控制裝置的第二輸入端與所述SDM的輸入端連接，所述控制裝置的第三輸入端接收所述鎖相環(huán)的參考時(shí)鐘；所述SDM用于根據(jù)輸入所述SDM的頻率控制字得到分頻控制字；所述DIV用于根據(jù)所述分頻控制字對(duì)所述DCO的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻處理，得到反饋時(shí)鐘；所述控制裝置用于根據(jù)所述頻率控制字和所述分頻控制字對(duì)所述參考時(shí)鐘的有效沿進(jìn)行延遲處理，得到延遲參考時(shí)鐘；所述TDC用于對(duì)所述反饋時(shí)鐘和所述延遲參考時(shí)鐘進(jìn)行鑒相處理，得到所述延遲參考時(shí)鐘與所述反饋時(shí)鐘之間的時(shí)間差；所述DLF用于對(duì)所述TDC鑒相處理后輸出的時(shí)間差進(jìn)行濾波處理得到處理結(jié)果；所述DCO用于根據(jù)所述處理結(jié)果得到所述輸出信號(hào)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)，其特征在于，包括控制裝置，以及時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC、數(shù)字環(huán)路濾波器DLF、數(shù)控振蕩器DCO、反饋分頻器DIV和Sigma-Delta調(diào)制器SDM；所述控制裝置的輸出端與所述TDC的第一輸入端連接；所述TDC的輸出端與所述DLF的輸入端連接，所述DLF的輸出端與所述DCO的輸入端連接，所述DCO的輸出端與所述DIV的第一輸入端連接；所述DIV的輸出端與所述TDC的第二輸入端連接；所述DIV的第二輸入端與所述SDM的輸出端連接，所述控制裝置的第一輸入端與所述SDM的輸出端連接，所述控制裝置的第二輸入端與所述SDM的輸入端連接，所述控制裝置的第三輸入端接收所述鎖相環(huán)的參考時(shí)鐘；所述SDM用于根據(jù)輸入所述SDM的頻率控制字得到分頻控制字；所述DIV用于根據(jù)所述分頻控制字對(duì)所述DCO的輸出信號(hào)進(jìn)行分頻處理，得到反饋時(shí)鐘；所述控制裝置用于根據(jù)所述頻率控制字和所述分頻控制字對(duì)所述參考時(shí)鐘的有效沿進(jìn)行延遲處理，得到延遲參考時(shí)鐘；所述TDC用于對(duì)所述反饋時(shí)鐘和所述延遲參考時(shí)鐘進(jìn)行鑒相處理，得到所述延遲參考時(shí)鐘與所述反饋時(shí)鐘之間的時(shí)間差；所述DLF用于對(duì)所述TDC鑒相處理后輸出的時(shí)間差進(jìn)行濾波處理得到處理結(jié)果；所述DCO用于根據(jù)所述處理結(jié)果得到所述輸出信號(hào)；其中，所述控制裝置包括：控制器和數(shù)字-時(shí)間轉(zhuǎn)換器DTC；所述控制器的第一輸入端與所述控制裝置的第一輸入端連接，所述控制器的第二輸入端與所述控制裝置的第二輸入端連接；所述控制器的第一輸出端與所述DTC的第一輸入端連接；所述DTC的第二輸入端與所述控制裝置的第三輸入端連接；所述DTC的輸出端與所述控制裝置的輸出端連接；所述控制器用于接收所述頻率控制字以及所述分頻控制字，并根據(jù)所述頻率控制字和所述分頻控制字確定延遲控制信號(hào)的值；所述DTC用于根據(jù)所述延遲控制信號(hào)的值對(duì)所述參考時(shí)鐘的有效沿進(jìn)行延遲處理，得到所述延遲參考時(shí)鐘。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述控制器為數(shù)字邏輯電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述控制器具體用于根據(jù)如下公式確定所述延遲控制信號(hào)的值DDTC[k]：其中，DDTC[k]為在第k個(gè)采樣時(shí)刻時(shí)的延遲控制信號(hào)的值，NDIV[i]為所述SDM在第i個(gè)采樣時(shí)刻輸出的分頻控制字的瞬時(shí)值，N.F為所述頻率控制字的取值，其中N為所述頻率控制字的整數(shù)部分，.F表示所述頻率控制字的小數(shù)部分。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述控制器的第三輸入端與所述TDC的輸出端連接，所述控制器的第二輸出端與所述DTC的第二輸入端連接；所述控制器還用于根據(jù)所述頻率控制字、所述分頻控制字和所述TDC輸出的時(shí)間差確定增益控制信號(hào)的值，所述增益控制信號(hào)用于控制所述延遲控制信號(hào)的調(diào)節(jié)增益。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述控制器具體用于采用預(yù)設(shè)自適應(yīng)校正算法，根據(jù)如下公式確定所述增益控制信號(hào)的值GDTC[k]：其中，GDTC[k]為在第k個(gè)采樣時(shí)刻時(shí)的增益控制信號(hào)的值；KLMS為所述自適應(yīng)校正算法的增益；DTDC[i]為在第i個(gè)采樣時(shí)刻時(shí)所述TDC輸出的時(shí)間差，sgn()為符號(hào)函數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述延遲參考時(shí)鐘相對(duì)于所述參考時(shí)鐘的延遲為ΔTDTC[k]＝DDTC[k]×KDTC[k]，其中，KDTC[k]為所述第k個(gè)采樣時(shí)刻時(shí)所述延遲控制信號(hào)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高鵬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：華為技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44