專利名稱：壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)及鎖定鎖相回路頻率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于鎖相回路(PLL)的持續(xù)壓控振蕩器(VCO)頻率溫度補(bǔ)償裝置及其方法，特別地，本發(fā)明可以使得PLL在巨大的溫度變化期間保持細(xì)調(diào)鎖定，這種溫度變化通常會使得壓控振蕩器的自由振蕩頻率改變，偏離PLL可追蹤的調(diào)諧范圍。
背景技術(shù)：
如圖1所示的PLL，該P(yáng)LL包括一相頻檢測器10、一電荷泵20、一回路濾波器30、 一壓控振蕩器(VC0)40以及一分頻器45。一參考振蕩器(未圖示)產(chǎn)生具有一參考頻率 Fret的參考信號，該參考信號與來自分頻器45的除頻信號同時輸入至相頻檢測器10。該相頻檢測器10檢測該參考信號與除頻信號之間的相位和頻率差，然后輸出一相位差信號到電荷泵20。電荷泵20產(chǎn)生一輸出電流給回路濾波器30，該輸出電流的值與該相位差信號有關(guān)，產(chǎn)生一振幅與相位差信號相應(yīng)的輸出信號?；芈窞V波器30對該輸出電流進(jìn)行平滑處理，并轉(zhuǎn)化成一控制電壓Vetel提供給壓控振蕩器40。壓控振蕩器40根據(jù)控制電壓Vetel產(chǎn)生一個具有壓控頻率Fv。。的壓控信號，隨后，該壓控頻率Fvra被分頻器45除以N倍以產(chǎn)生除頻信號。N可為整數(shù)或非整數(shù)，其中Fv。。= N*Fref。壓控振蕩器40 —般有兩種類型，分別是電感電容振蕩器和環(huán)形振蕩器。為了使壓控振蕩器40的操作能具有一個高的可調(diào)頻率范圍，壓控振蕩器40包括多個切換式電容器。該些切換式電容器或電容數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器DAC由一數(shù)字控制指令所控制以切換壓控振蕩器頻率，以便壓控振蕩器40能提供多個頻率調(diào)諧曲線以調(diào)節(jié)壓控振蕩器40的壓控頻率 F·。圖2為傳統(tǒng)壓控振蕩器的控制電壓V。tel與壓控頻率Fv。。的關(guān)系圖。如圖2所示，壓控頻率的控制電壓Vrtri有一個線性的控制范圍，即，V^Vh之間的范圍。當(dāng)壓控振蕩器按曲線1操作時，壓控振蕩器的壓控頻率Fv。。在Fu到Fih范圍之間變化。 當(dāng)壓控振蕩器按曲線2操作時，壓控振蕩器的壓控頻率Fv。。在Fa到F2h范圍之間變化。當(dāng)壓控振蕩器按曲線3操作時，壓控振蕩器的壓控頻率Fv。。在到F3h范圍之間變化。當(dāng)壓控振蕩器按曲線4操作時，壓控振蕩器的壓控頻率Fv。。在Ftt到F4h范圍之間變化。具體地說，圖2中壓控振蕩器的壓控頻率Fv。?？赡芨采w一個從Fih到Fa的范圍，在此電路中，N為數(shù)字控制切換式電容器的數(shù)目。因此，可以得出壓控頻率Fra的變化范圍隨著壓控振蕩器提供的曲線數(shù)目增加而增加。當(dāng)PLL于周圍溫度變化范圍相對較大的環(huán)境下運(yùn)作時，為了保持一個穩(wěn)定的壓控頻率Fv。。，控制電壓Vetel也需要隨著溫度的變化而變化。例如，圖3A和圖;3B同一個PLL的壓控振蕩器于Tl和T2不同溫度下運(yùn)作時，控制電壓V。tel和壓控頻率Fv。。的關(guān)系圖。假設(shè)壓控振蕩器選擇曲線3作為其運(yùn)作的頻段(opertating band), Vl = IV，Vh = 2V，壓控頻率被固定于4GHz，且Tl < T2。圖3A示出了溫度Tl時的關(guān)系圖，當(dāng)控制電壓Vetel在1. 5V時， 壓控振蕩器的壓控頻率Fvra可以運(yùn)作在4GHz。請注意，伴隨著溫度的增加，壓控振蕩器的所有頻段皆往下移。因此，如圖3B所示，為了在新的溫度T2下保持壓控振蕩器的頻率，已鎖定的PLL自動調(diào)節(jié)控制電壓Vetel到1.抓。如果溫度繼續(xù)上升到更高溫度，控制電壓Vetel也將相應(yīng)地上升，直到達(dá)到壓控電容的最大范圍(本例子中為2V)。一旦該控制電壓超過了線性控制范圍，這將導(dǎo)致PLL離開鎖定狀態(tài)。如上所述，多數(shù)具有電感電容壓控振蕩器的PLL需要兩個調(diào)諧輸入端一為數(shù)字粗調(diào)輸入端，用來驅(qū)動多個切換式電容器；另一為模擬細(xì)調(diào)輸入端，用來驅(qū)動一變?nèi)萜?。在粗調(diào)期間，模擬細(xì)調(diào)輸入端上的電壓藉由一 DAC保持恒定，此時PLL僅使用壓控振蕩器的數(shù)字粗調(diào)輸入端來鎖定。調(diào)諧演算法最終將收斂于最可能的粗調(diào)曲線，此時PLL被認(rèn)為已粗調(diào)鎖定。接著PLL進(jìn)入細(xì)調(diào)鎖定模式，在該模式期間，PLL的數(shù)字粗調(diào)輸入端被保持在前一個狀態(tài)剛達(dá)成收斂時的值，而模擬細(xì)調(diào)輸入端由PLL的回路濾波器驅(qū)動而非該DAC。在這種模式下，只要沒有超過壓控振蕩器的細(xì)調(diào)范圍，PLL將一直保持鎖定，且只要在PLL的帶寬之內(nèi)，PLL也將一直追蹤任何的壓控振蕩器頻率轉(zhuǎn)變。如果溫度改變引起壓控振蕩器頻率上升，則PLL將不得不推動模擬細(xì)調(diào)輸入端的電壓升高以保持PLL鎖定在同一頻率。一些電子通訊的規(guī)范，例如寬帶分碼多工存取 (WCDMA)，需要PLL的鎖定，且需保持鎖定很長一段時間，而沒有任何的中斷。因此，本發(fā)明的目的之一是提供一個系統(tǒng)，其在巨大的溫度改變或者其他外部影響期間允許PLL保持在細(xì)調(diào)鎖定的狀態(tài)。美國專利第4，978，930號公開了一種低電壓壓控振蕩器溫度補(bǔ)償電路。其公開了一變?nèi)萜鲏嚎卣袷幤麟娐?，該變?nèi)萜鲏嚎卣袷幤麟娐酚嬎闩c絕對溫度成比例 (proportional to absolute temperature, PTAT)的電流與溫度穩(wěn)定電流之間的偏移值， 并利用該偏移值去控制壓控振蕩器變?nèi)萜鳌Ｔ摪l(fā)明假設(shè)壓控振蕩器的整個溫度變化必須得到變?nèi)萜髡{(diào)諧范圍的支持。美國專利第5，831，482號公開了一種壓控振蕩器自調(diào)諧裝置及其方法，包括一具有兩個模擬調(diào)諧輸入的壓控振蕩器。其使用一比較器藉由比較壓控振蕩器的控制電壓與參考電壓來進(jìn)行粗調(diào)。比較器輸出比較結(jié)果到一個驅(qū)動DAC的4位元暫存器。該DAC驅(qū)動一個驅(qū)動第二模擬調(diào)諧輸入的回路濾波器。該發(fā)明的電路僅操作預(yù)設(shè)的幾個時鐘周期，而于初始調(diào)諧后即不再動作，且無法持續(xù)監(jiān)測并補(bǔ)償調(diào)諧信號。美國專利第6，342，798號公開了一種具有溫度補(bǔ)償壓控振蕩器的PLL電路。其公開了一種開回路溫度補(bǔ)償電路，在相位比較器范圍之內(nèi)，提供一外部控制電壓，作為壓控振蕩器的輸入。藉由該外部控制電壓，無論環(huán)境溫度如何變化，該創(chuàng)作均能提供穩(wěn)定的PLL操作。然而，其沒有連接于隨溫度變化的電壓源的回授回路。美國專利第7，164，325號公開了一種類似上述第6，342，798號專利的溫度穩(wěn)定的壓控振蕩器。其藉由將一個隨溫度變化的電壓源，例如，與絕對溫度成比例的裝置，應(yīng)用至壓控振蕩器諧振電路的變?nèi)萜鳎瑏硌a(bǔ)償溫度變化。然而，其沒有揭示任何連接至隨溫度變化的電壓源的回授回路。美國專利第6，545, 547號公開了在粗調(diào)期間保持主變?nèi)萜饔谝粋€設(shè)定的電壓。其公開了在不需要電荷泵的情況下，提供數(shù)字調(diào)諧方案的混合型數(shù)字粗調(diào)壓控振蕩器調(diào)諧以及壓控振蕩器溫度變化補(bǔ)償。藉由將N倍分頻器的輸出與一固定的時鐘頻率作比較，該發(fā)明設(shè)定和修正數(shù)字的壓控振蕩器粗調(diào)碼。該發(fā)明還將粗調(diào)過程分為兩個階段一開回路階段以及一閉回路階段。一旦一個新的通道透過PLL被選定后，一個控制信號將藉由第一開關(guān)斷開回路，并藉由第二開關(guān)設(shè)定壓控振蕩器的模擬控制線至一參考電壓。該發(fā)明假設(shè)壓
7控振蕩器的整個溫度變化處于主變?nèi)萜鞯姆秶鷥?nèi)，而該發(fā)明沒有揭示在粗調(diào)后任何的持續(xù)監(jiān)測和補(bǔ)償。鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的問題，有必要持續(xù)監(jiān)測壓控振蕩器頻率，同時從PLL之外并且基于監(jiān)測的結(jié)果，來補(bǔ)償壓控振蕩器控制電壓，因此，PLL能保持細(xì)調(diào)鎖定。本發(fā)明提供一新穎的設(shè)計，使得PLL在巨大的溫度變化期間也能夠保持細(xì)調(diào)鎖定。而且，本發(fā)明提供了一種基于帶隙參考電壓，選擇性地補(bǔ)償溫度變化或者調(diào)諧壓控振蕩器的裝置及其方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開一種應(yīng)用于PLL的持續(xù)壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償裝置及其方法。本發(fā)明的一目的，在于對主要的模擬調(diào)諧輸入端進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)測和補(bǔ)償，以便PLL在操作溫度或者其他環(huán)境因素產(chǎn)生巨大的變化時，PLL能避免主要的模擬調(diào)諧輸入端的電壓產(chǎn)生變化和保持細(xì)調(diào)鎖定。該裝置使用一壓控振蕩器，該壓控振蕩器具有一數(shù)字粗調(diào)輸入端、第一模擬調(diào)諧輸入端以及第二模擬調(diào)諧輸入端。其使用該第二模擬調(diào)諧輸入端補(bǔ)償壓控振蕩器由于溫度波動而引起的頻率漂移。當(dāng)PLL進(jìn)入細(xì)調(diào)鎖定模式時，本發(fā)明藉由一差動放大器開始驅(qū)動該第二模擬調(diào)諧輸入端。該差動放大器將第一模擬調(diào)諧輸入端與一參考電壓進(jìn)行比較，并驅(qū)動第二模擬調(diào)諧輸入端以補(bǔ)償?shù)谝荒M調(diào)諧輸入端。本發(fā)明公開一種藉由持續(xù)補(bǔ)償壓控振蕩器的控制電壓以鎖定PLL的方法。該方法包括提供一壓控振蕩器，該壓控振蕩器具有第一、第二模擬調(diào)諧輸入端；提供一藉由第一開關(guān)連接至該第一模擬調(diào)諧輸入端的第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)；利用該DAC產(chǎn)生第一控制信號；提供該第一控制信號至該第一模擬調(diào)諧輸入端；提供一藉由第二開關(guān)連接至第二模擬調(diào)諧輸入端的預(yù)載電壓產(chǎn)生器；基于選定的通道頻率，利用預(yù)載電壓產(chǎn)生器藉由選擇粗調(diào)頻段(coarse band)來產(chǎn)生一第二控制信號；提供該第二控制信號至第二模擬調(diào)諧輸入端；提供一藉由第三開關(guān)連接至第二模擬調(diào)諧輸入端的差動放大器；提供一藉由第四開關(guān)連接至第一模擬調(diào)諧輸入端的處理電路，該處理電路還連接至差動放大器；根據(jù)該壓控振蕩器的壓控振蕩器輸出信號與第一參考信號，利用該處理電路產(chǎn)生該壓控振蕩器控制電壓；提供該壓控振蕩器控制電壓至該第一模擬調(diào)諧輸入端；利用該差動放大器藉由比較該壓控振蕩器控制電壓與第二參考信號進(jìn)行比較，來產(chǎn)生第三控制信號；以及提供該第三控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端。本發(fā)明另公開了一種藉由持續(xù)補(bǔ)償一壓控振蕩器控制電壓以鎖定PLL頻率的壓控振蕩器補(bǔ)償系統(tǒng)。該裝置包括具有第一、第二模擬調(diào)諧輸入端的壓控振蕩器；藉由第一開關(guān)連接到該第一模擬調(diào)諧輸入端，以提供第一控制信號給該第一模擬調(diào)諧輸入端的第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)；—預(yù)載電壓產(chǎn)生器，藉由第二開關(guān)連接該第二模擬調(diào)諧輸入端，并基于一被選定的通道頻率來選取一粗調(diào)頻段以產(chǎn)生第二控制信號，并提供該第二控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端；藉由第三開關(guān)連接第二模擬調(diào)諧輸入端，并產(chǎn)生第三控制信號的差動放大器；藉由第四開關(guān)連接第一模擬調(diào)諧輸入端，且與該差動放大器連接的處理電路，該處理電路藉由比較該壓控振蕩器輸出信號與第一參考信號，以產(chǎn)生壓控振蕩器控制電壓，并提供該壓控振蕩器控制電壓給差動放大器和該壓控振蕩器。其中，該差動放大器藉由比較該壓控振蕩器控制電壓與第二參考信號，以產(chǎn)生第三控制信號，并藉由提供該第三控制信號給第二模擬調(diào)諧輸入端，以補(bǔ)償壓控振蕩器控制電壓。 為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉若干較佳實施例，并配合附圖，做詳細(xì)說明如下


本發(fā)明將藉由下列附圖及說明，得一更深入的了解圖1是一鎖相回路的電路圖；圖2是傳統(tǒng)壓控振蕩器的控制電壓Vrtri與壓控頻率Fv。。的關(guān)系圖；圖3AJB表示同一 PLL的壓控振蕩器工作在不同溫度Tl和T2下的控制電壓Vctel 與壓控頻率Fv。。的關(guān)系圖；圖4是本發(fā)明的一較佳實施例的圖示；圖5是本發(fā)明另一實施例的圖示；圖6是本發(fā)明用來作溫度追蹤的溫度與控制電壓Vrtri之間的各種電壓與絕對溫度無關(guān)的曲線圖。圖7是本發(fā)明用來作溫度追蹤的溫度與控制電壓Vrtri之間的各種電壓與絕對溫度成比例的曲線圖。主要元件符號說明本發(fā)明附圖中所包含的各元件列示如下相頻檢測器(PFD) 10相位數(shù)字轉(zhuǎn)換器11帶隙電路100數(shù)字濾波器21壓控振蕩器(壓控振蕩器)40鎖相回路(PLL)50數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC) 31、60差動放大器(AMP) 70可編程帶隙電壓參考電路90參考信號95
電荷泵(CP) 20 回路濾波器30 分頻器45 參考時脈信號陽
預(yù)載電壓產(chǎn)生器80
具體實施例方式本發(fā)明作利用一具有三個輸入端的壓控振蕩器，除了數(shù)字粗調(diào)輸入端(coarse tune)和第一模擬調(diào)諧輸入端之外，還包含一個用來補(bǔ)償壓控振蕩器頻率漂移的第二模擬調(diào)諧輸入端。在粗調(diào)模式期間，第二模擬調(diào)諧輸入端由一預(yù)載電壓產(chǎn)生器來驅(qū)動，使維持在一個電壓準(zhǔn)位，該電壓準(zhǔn)位為一可編程的值或是與溫度成比例的值。當(dāng)回路轉(zhuǎn)換進(jìn)入細(xì)調(diào)鎖定模式時，第二模擬調(diào)諧輸入端由一差動放大器來驅(qū)動。圖4所示為本發(fā)明系統(tǒng)的詳細(xì)電路圖。如圖4所示，該裝置包括一 PLL 50、一壓控振蕩器40、一分頻器(divider) 45、一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器60、一差動放大器(AMP) 70、一預(yù)載電壓產(chǎn)生器80、一可編程帶隙電壓參考電路90以及一帶隙電路100。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括一處理電路，該處理電路包括有相頻檢測器(PFD) 10、電荷泵(CP)20以及回路濾波器(loop filter)30的。該處理電路產(chǎn)生一壓控振蕩器控制電壓。圖5所示作為本發(fā)明的另一種實施方式，其中處理電路包括有分別取代相頻檢測器10、電荷泵20以及回路濾波器30的一相位數(shù)字轉(zhuǎn)換器11、一數(shù)字濾波器21以及一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器31。預(yù)載電壓產(chǎn)生器80可以使用電壓與絕對溫度成比例的電路或者電壓帶隙預(yù)載電壓產(chǎn)生器來實現(xiàn)。壓控振蕩器40包括數(shù)字粗調(diào)輸入端(coarSe_time)、第一模擬調(diào)諧輸入端 (vtune)，以及第二模擬調(diào)諧輸入端(atune)。該atune輸入端藉由開關(guān)SW2和開關(guān)SW3分別連接至預(yù)載電壓產(chǎn)生器80和差動放大器70。該vtune輸入端藉由開關(guān)SWl和開關(guān)SW4 分別連接至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)60和回路濾波器30。壓控振蕩器40產(chǎn)生一壓控振蕩器輸出信號至分頻器45。分頻器45對壓控振蕩器輸出信號進(jìn)行除頻，然后將除頻后的壓控振蕩器輸出信號提供給相頻檢測器10。相頻檢測器10還接收一參考時脈信號55，并決定該參考時脈信號55與該除頻后的壓控振蕩器輸出信號之間的差值，然后輸出該結(jié)果到電荷泵20。隨后，電荷泵20產(chǎn)生一輸出電流到回路濾波器30，該輸出電流的值與上述信號的相位差有關(guān)?；芈窞V波器30對該輸出電流進(jìn)行平滑處理、將其轉(zhuǎn)換為壓控振蕩器控制電壓，并藉由開關(guān)SW4將該壓控振蕩器控制電壓傳輸給壓控振蕩器40。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器60產(chǎn)生第一控制信號，并藉由開關(guān)SWl將該第一控制信號傳輸給壓控振蕩器40。該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器60提供一電壓以作為第一控制信號，該第一控制信號針對特定的壓控振蕩器架構(gòu)，為獲得一線性壓控振蕩器電壓增益(Kv)，及在相對低的電壓增益下獲得好的相位雜訊效果而預(yù)先決定。預(yù)載電壓產(chǎn)生器80產(chǎn)生第二控制信號，并藉由開關(guān)SW2將該第二控制信號傳輸給壓控振蕩器40。預(yù)載電壓產(chǎn)生器80耦接至帶隙電路100以接收帶隙電壓。預(yù)載電壓產(chǎn)生器80還耦接至PLL 50。PLL 50提供一選定的通道頻率給預(yù)載電壓產(chǎn)生器80，另外，PLL 50 還提供除數(shù)N給分頻器45。差動放大器70有一個正輸入端和一個負(fù)輸入端，正輸入端連接回路濾波器30以接收壓控振蕩器控制電壓，而負(fù)輸入端連接可編程帶隙電壓參考電路90以接收參考信號 95?？删幊處峨妷簠⒖茧娐?0連接至帶隙電路100以接收帶隙電壓。差動放大器70決定參考信號95與壓控振蕩器控制電壓之間的差值、產(chǎn)生第三控制信號，并藉由開關(guān)SW3將該第三控制信號傳輸給壓控振蕩器的第二模擬調(diào)諧輸入端。由于帶寬和雜訊的限制，于第二模擬調(diào)諧輸入端設(shè)置一個大電容，該大電容在粗調(diào)期間被充電。為了降低變?nèi)萜鞯姆秶?，該變?nèi)萜骺梢员活A(yù)載至一個與溫度成比例的電壓。在低頻率時，因為有較多的對溫度敏感的電容，因此壓控振蕩器較容易隨溫度產(chǎn)生變化。根據(jù)這原理，預(yù)載電壓產(chǎn)生器80產(chǎn)生第二控制信號，該第二控制信號有四個可能的粗調(diào)頻段，如圖7所示，這取決于PLL鎖定在哪個通道頻率。圖7繪示了控制電壓與絕對溫度之間的四個可能的粗調(diào)頻段?？v座標(biāo)為控制電壓，橫座標(biāo)為溫度。四個粗調(diào)頻段中每個粗調(diào)頻段的斜率都不同，表示每個粗調(diào)頻段曲線的增益都不同。例如如果PLL在-40°C時鎖定在最低頻率，預(yù)載電壓產(chǎn)生器80在粗調(diào)期間將使變?nèi)萜鞯妮斎刖S持在低電壓，且當(dāng)溫度上升到125°C的時，將使第二變?nèi)萜鞯恼麄€范圍足夠加速壓控振蕩器。同樣地，如果PLL在溫度125°C時鎖定在最高頻率，預(yù)載電壓產(chǎn)生器 80將使變?nèi)萜鞯妮斎刖S持在高電壓，以使得當(dāng)溫度降低到-40°C的時候，變?nèi)萜骺勺兎秶阋詼p慢壓控振蕩器。粗調(diào)頻段的選擇與PLL的鎖定頻率以及鎖定時的溫度有關(guān)。當(dāng)選擇的通道頻率較低時，預(yù)載電壓產(chǎn)生器80選擇變化范圍較大的曲線；而當(dāng)選擇的通道頻率較高時，預(yù)載電壓產(chǎn)生器80選擇變化范圍較小的曲線。當(dāng)沒有選擇溫度追蹤時，本發(fā)明將驅(qū)動變?nèi)萜髦烈粋€可編程帶隙參考恒定電壓， 隨后預(yù)載電壓產(chǎn)生器80的第二控制信號將保持恒定而不隨著溫度的變化而改變，如圖6所示。這特征可以應(yīng)用于不需要追蹤溫度以使得壓控振蕩器的調(diào)諧范圍偏斜的模式中。本發(fā)明提供了兩個調(diào)諧階段，即粗調(diào)階段和細(xì)調(diào)鎖定階段。本發(fā)明創(chuàng)作亦提供PLL 選擇性地追蹤溫度的能力，且相應(yīng)地補(bǔ)償溫度波動。在溫度追蹤模式下，本發(fā)明創(chuàng)作于粗調(diào)階段接通開關(guān)SWl和開關(guān)SW2并斷開開關(guān) SW3和開關(guān)SW4 ；而在細(xì)調(diào)鎖定階段，斷開開關(guān)SWl和開關(guān)SW2并接通開關(guān)SW3和開關(guān)SW4。 在非溫度追蹤模式下，本發(fā)明于粗調(diào)階段接通開關(guān)SWl和開關(guān)SW2并斷開開關(guān)SW3和開關(guān) SW4 ；而在細(xì)調(diào)鎖定階段，斷開開關(guān)SWl并接通開關(guān)SW4，而開關(guān)SW2和開關(guān)SW3保持其之前的狀態(tài)不變。在溫度追蹤模式或者非溫度追蹤模式下的具體操作將在下面說明。在溫度追蹤模式下，本發(fā)明裝置或者方法在粗調(diào)階段接通開關(guān)SWl和開關(guān)SW2并斷開開關(guān)SW3和開關(guān)SW4。由于開關(guān)SWl接通，開關(guān)SW4斷開，壓控振蕩器40的第一模擬調(diào)諧輸入端接收來自DAC 60的第一控制信號，并由DAC 60驅(qū)動到一預(yù)設(shè)電壓，該預(yù)設(shè)電壓針對特定的壓控振蕩器架構(gòu)，為了獲得線性電壓增益(Kv)而預(yù)先設(shè)定。由于開關(guān)SW2接通， 開關(guān)SW3斷開，壓控振蕩器40的第二模擬調(diào)諧輸入端接收來自預(yù)載電壓產(chǎn)生器80的第二控制信號，并且被驅(qū)動到一與溫度和通道頻率成比例的電壓。預(yù)載電壓產(chǎn)生器80根據(jù)PLL 50所選定的通道頻率，從圖7所示的四條VPTAT曲線中選擇一條。如果被選的通道頻率較低，則預(yù)載電壓產(chǎn)生器80將選擇一具有較大范圍的曲線；如果被選的通道頻率較高，則預(yù)載電壓產(chǎn)生器80將選擇一具有較小范圍的曲線。一旦粗調(diào)完成，PLL 50就進(jìn)入細(xì)調(diào)鎖定。在溫度追蹤模式下，本發(fā)明裝置或者方法在細(xì)調(diào)鎖定階段斷開開關(guān)SWl和開關(guān) SW2并接通開關(guān)SW3和開關(guān)SW4。由于開關(guān)SWl斷開，開關(guān)SW4接通，壓控振蕩器40的第一模擬調(diào)諧輸入端接收來自回路濾波器30的壓控振蕩器控制電壓，并由回路濾波器30驅(qū)動， 且也由閉回路PLL 50驅(qū)動。由于開關(guān)SW2斷開，開關(guān)SW3接通，壓控振蕩器40的第二模擬調(diào)諧輸入端接收來自差動放大器70的第三控制信號，且由差動放大器70驅(qū)動。差動放大器70的負(fù)輸入端被設(shè)定成與DAC 60的輸出電壓匹配，且正輸入端連接回路濾波器30，以接收壓控振蕩器控制電壓。壓控振蕩器40中的任何緩慢頻率變化都將被差動放大器70感測到；差動放大器70驅(qū)動第二模擬調(diào)諧輸入端以使得壓控振蕩器40的第一模擬調(diào)諧輸入端和差動放大器70的負(fù)輸入端的電壓相同。例如，如果溫度變化引起壓控振蕩器頻率下降， 則PLL 50將促使壓控振蕩器控制電壓升高，以保持PLL 50鎖定在同樣的頻率。差動放大器70將感應(yīng)到該差值并驅(qū)動第二細(xì)調(diào)變?nèi)萜髟黾訅嚎卣袷幤?0的頻率。這將引起PLL 50 反應(yīng)并降低壓控振蕩器控制電壓到一般操作下的正常值。穩(wěn)定性的條件是差動放大器70 回路的帶寬必須至少小于PLL 50回路帶寬的十分之一，這樣保證PLL 50主回路的穩(wěn)定性不會受到干擾。本發(fā)明允許PLL 50在-40°C至125°C的溫度變化范圍內(nèi)保持鎖定，并且同時保持主回路具有相對低的壓控振蕩器電壓增益(Kv)，保持PLL 50鎖定。該低Kv是為了幫助獲得良好的相位雜訊效果。非溫度追蹤模式下，在粗調(diào)階段，本創(chuàng)作方法或裝置接通開關(guān)SWl和開關(guān)SW2，斷開開關(guān)SW3和開關(guān)SW4。由于開關(guān)SWl接通且開關(guān)SW4斷開，壓控振蕩器40的第一模擬調(diào)諧輸入端接收來自DAC 60的第一控制信號，并由DAC 60驅(qū)動到一預(yù)設(shè)電壓，該預(yù)設(shè)電壓針對特定的壓控振蕩器架構(gòu)，為了獲得線性電壓增益(Kv)而預(yù)先設(shè)定。由于開關(guān)SW2接通， 開關(guān)SW3斷開，壓控振蕩器40的第二模擬調(diào)諧輸入端接收來自預(yù)載電壓產(chǎn)生器80的第二控制信號。由于是在非溫度追蹤模式下，預(yù)載電壓產(chǎn)生器80將接收來自帶隙電路100的一帶隙電壓，而非接收與溫度和通道頻率成比例的電壓，預(yù)載電壓產(chǎn)生器80并且提供一可編程帶隙參考電壓作為第二控制信號，并傳輸給壓控振蕩器40的第二模擬調(diào)諧輸入端，該可編程帶隙參考電壓與溫度無關(guān)。如果該可編程帶隙參考電壓是一低電壓，則將使得變?nèi)萜骶哂懈唠娙?；如果該可編程帶隙參考電壓是一高電壓，則將使得變?nèi)萜骶哂械碗娙?。該可編程帶隙參考電壓基于所選的通道頻率而選定，如此便不需追蹤溫度即可延長壓控振蕩器40 的調(diào)諧范圍。一旦粗調(diào)完成，PLL 50就轉(zhuǎn)換進(jìn)入細(xì)調(diào)鎖定。非溫度追蹤模式下，在細(xì)調(diào)鎖定階段，本創(chuàng)作方法或者裝置斷開開關(guān)SWl并接通開關(guān)SW4，且開關(guān)SW2和開關(guān)SW3保持之前的狀態(tài)不予改變，即開關(guān)SW2接通，開關(guān)SW3斷開。由于開關(guān)SWl斷開且開關(guān)SW4接通，壓控振蕩器40的第一模擬調(diào)諧輸入端接收來自回路濾波器30的壓控振蕩器控制電壓，且由回路濾波器30驅(qū)動，也就是同時由閉回路PLL 50 所驅(qū)動。由于開關(guān)SW2接通且開關(guān)SW3斷開，壓控振蕩器40的第二模擬調(diào)諧輸入端持續(xù)接收來自預(yù)載電壓產(chǎn)生器80的第二控制信號。雖然本發(fā)明已以若干較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書界定為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種藉由補(bǔ)償壓控振蕩器控制電壓以鎖定鎖相回路的頻率的方法，包括以下步驟 提供一壓控振蕩器，該壓控振蕩器具有第一模擬調(diào)諧輸入端及第二模擬調(diào)諧輸入端； 提供第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，該第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器藉由第一開關(guān)耦接于該第一模擬調(diào)諧輸入端；利用該第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生第一控制信號； 提供該第一控制信號至該第一模擬調(diào)諧輸入端；提供一預(yù)載電壓產(chǎn)生器，該預(yù)載電壓產(chǎn)生器藉由第二開關(guān)耦接于該第二模擬調(diào)諧輸入端；基于一選取的通道頻率，利用該預(yù)載電壓產(chǎn)生器來選取一粗調(diào)頻段以產(chǎn)生第二控制信號；提供該第二控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端；提供一差動放大器，該差動放大器藉由第三開關(guān)耦接于該第二模擬調(diào)諧輸入端； 提供一處理電路，該處理電路藉由第四開關(guān)耦接于該第一模擬調(diào)諧輸入端，且該處理電路還耦接于該差動放大器；該處理電路根據(jù)該壓控振蕩器的一壓控振蕩器輸出信號和一第一參考信號產(chǎn)生該壓控振蕩器控制電壓；提供該壓控振蕩器控制電壓至該第一模擬調(diào)諧輸入端；該差動放大器藉由比較該壓控振蕩器控制電壓與一第二參考信號以產(chǎn)生一第三控制信號；及提供該第三控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，鎖定鎖相回路的頻率包括一粗調(diào)階段和一細(xì)調(diào)鎖定階段，該細(xì)調(diào)鎖定階段位于該粗調(diào)階段之后，該方法進(jìn)一步包括在該粗調(diào)階段，藉由接通該第一開關(guān)以提供該第一控制信號至該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，藉由接通該第二開關(guān)以提供該第二控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，藉由斷開該第三開關(guān)以禁止該第三控制信號進(jìn)入該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，藉由斷開該第四開關(guān)以禁止該壓控振蕩器控制電壓進(jìn)入該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，藉由斷開該第一開關(guān)以禁止該第一控制信號進(jìn)入該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，藉由斷開該第二開關(guān)以禁止該第二控制信號進(jìn)入該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，藉由接通該第三開關(guān)以提供該第三控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端·’及在該細(xì)調(diào)鎖定階段，藉由接通該第四開關(guān)以提供該壓控振蕩器控制電壓至該第一模擬調(diào)諧輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，鎖定鎖相回路的頻率包括一粗調(diào)階段和一細(xì)調(diào)鎖定階段，該細(xì)調(diào)鎖定階段位于該粗調(diào)階段之后，該方法進(jìn)一步包括在該粗調(diào)階段，藉由接通該第一開關(guān)以提供該第一控制信號至該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，藉由接通該第二開關(guān)以提供該第二控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，藉由斷開該第三開關(guān)以禁止該第三控制信號進(jìn)入該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，藉由斷開該第四開關(guān)以禁止該壓控振蕩器控制電壓進(jìn)入該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，藉由斷開該第一開關(guān)以禁止該第一控制信號進(jìn)入該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，藉由接通該第二開關(guān)以提供該第二控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，藉由斷開該第三開關(guān)以禁止該第三控制信號進(jìn)入該第二模擬調(diào)諧輸入端；及在該細(xì)調(diào)鎖定階段，藉由接通該第四開關(guān)以提供該壓控振蕩器控制電壓至該第一模擬調(diào)諧輸入端。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括利用該預(yù)載電壓產(chǎn)生器對該第二模擬調(diào)諧輸入端進(jìn)行預(yù)載以將頻率范圍最小化。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該壓控振蕩器為一環(huán)形壓控振蕩器或者一電感電容壓控振蕩器。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將該第二參考信號設(shè)定成與該第一控制信號或者一可編程帶隙電壓參考信號相等。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該處理電路包括一回路濾波器或者第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該預(yù)載電壓產(chǎn)生器為一電壓與絕對溫度成比例的預(yù)載電壓產(chǎn)生器或者一電壓帶隙預(yù)載電壓產(chǎn)生器。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括利用一帶隙電路提供一帶隙電壓至該電壓帶隙預(yù)載電壓產(chǎn)生器；及將該第二參考信號設(shè)定成與該帶隙電壓相等。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該差動放大器包括一正輸入端和一負(fù)輸入端，該正輸入端接收該壓控振蕩器控制電壓，而該負(fù)輸入端接收該第二參考信號。
11.一種壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，藉由補(bǔ)償壓控振蕩器控制電壓以鎖定鎖相回路的頻率，包括一壓控振蕩器，具有第一模擬調(diào)諧輸入端及第二模擬調(diào)諧輸入端； 第一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，藉由第一開關(guān)耦接至該第一模擬調(diào)諧輸入端，用以提供第一控制信號至該第一模擬調(diào)諧輸入端；一預(yù)載電壓產(chǎn)生器，藉由第二開關(guān)耦接至該第二模擬調(diào)諧輸入端，該預(yù)載電壓產(chǎn)生器根據(jù)一選定的通道頻率，藉由選取一粗調(diào)頻段來產(chǎn)生第二控制信號，并將該第二控制信號提供至該第二模擬調(diào)諧輸入端；一差動放大器，藉由第三開關(guān)耦接至該第二模擬調(diào)諧輸入端，以產(chǎn)生第三控制信號；及一處理電路，藉由第四開關(guān)耦接至該第一模擬調(diào)諧輸入端，并且更耦接至該差動放大器，該處理電路藉由將該壓控振蕩器的壓控振蕩器輸出信號與第一參考信號進(jìn)行比較，以產(chǎn)生一壓控振蕩器控制電壓，并提供該壓控振蕩器控制電壓至該差動放大器和該壓控振蕩器；其中，該差動放大器藉由將該壓控振蕩器控制電壓與第二參考信號進(jìn)行比較，以產(chǎn)生該第三控制信號，并藉由提供該第三控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端以補(bǔ)償該壓控振蕩器控制電壓。
12.如權(quán)利要求11所述的壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，鎖定鎖相回路的頻率包括一粗調(diào)階段和一細(xì)調(diào)鎖定階段，該細(xì)調(diào)鎖定階段發(fā)生在該粗調(diào)階段之后，且在該粗調(diào)階段，該第一開關(guān)被接通，以提供該第一控制信號至該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，該第二開關(guān)被接通，以提供該第二控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，該第三開關(guān)被斷開，以禁止該第三控制信號進(jìn)入該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，該第四開關(guān)被斷開，以禁止該壓控振蕩器控制電壓進(jìn)入該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，該第一開關(guān)被斷開，以禁止該第一控制信號進(jìn)入該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，該第二開關(guān)被斷開，以禁止該第二控制信號進(jìn)入該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，該第三開關(guān)被接通，以提供該第三控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端·’及在該細(xì)調(diào)鎖定階段，該第四開關(guān)被接通，以提供該壓控振蕩器控制電壓至該第一模擬調(diào)諧輸入端。
13.如權(quán)利要求11所述的壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，鎖定鎖相回路的頻率包括一粗調(diào)階段和一細(xì)調(diào)鎖定階段，該細(xì)調(diào)鎖定階段發(fā)生在該粗調(diào)階段之后，且在該粗調(diào)階段，該第一開關(guān)被接通，以提供該第一控制信號至該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，該第二開關(guān)被接通，以提供該第二控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，該第三開關(guān)被斷開，以禁止該第三控制信號進(jìn)入該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該粗調(diào)階段，該第四開關(guān)被斷開，以禁止該壓控振蕩器控制電壓進(jìn)入該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，該第一開關(guān)被斷開，以禁止該第一控制信號進(jìn)入該第一模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，該第二開關(guān)被接通，以提供該第二控制信號至該第二模擬調(diào)諧輸入端；在該細(xì)調(diào)鎖定階段，該第三開關(guān)被斷開，以禁止該第三控制信號進(jìn)入該第二模擬調(diào)諧輸入端；及在該細(xì)調(diào)鎖定階段，該第四開關(guān)被接通，以提供該壓控振蕩器控制電壓至該第一模擬調(diào)諧輸入端。
14.如權(quán)利要求11所述的壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，該預(yù)載電壓產(chǎn)生器對該第二模擬調(diào)諧輸入端進(jìn)行預(yù)載以最小化一頻率范圍。
15.如權(quán)利要求11所述的壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，該壓控振蕩器為一環(huán)形壓控振蕩器或者一電感電容壓控振蕩器。
16.如權(quán)利要求11所述的壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，該第二參考信號等于該第一控制信號或者一可編程帶隙電壓參考信號。
17.如權(quán)利要求11所述的壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，該處理電路包括一回路濾波器或者第二數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。
18.如權(quán)利要求11所述的壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，該預(yù)載電壓產(chǎn)生器為一電壓與絕對溫度成比例的預(yù)載電壓產(chǎn)生器，或者是一電壓帶隙預(yù)載電壓產(chǎn)生器。
19.如權(quán)利要求18所述的壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括 一帶隙電路，耦接至該電壓帶隙預(yù)載電壓產(chǎn)生器，用以提供一帶隙電壓至該電壓帶隙預(yù)載電壓產(chǎn)生器；其中，該第二參考信號設(shè)定成與該帶隙電壓相等。
20.如權(quán)利要求11所述的壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于，該差動放大器包括一正輸入端和一負(fù)輸入端，該正輸入端接收該壓控振蕩器控制電壓，而該負(fù)輸入端接收該第二參考信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓控振蕩器頻率溫度補(bǔ)償系統(tǒng)及藉由補(bǔ)償壓控振蕩器控制電壓以鎖定鎖相回路的頻率的方法。該系統(tǒng)包括有一壓控振蕩器，該壓控振蕩器具有一數(shù)字粗調(diào)輸入端、第一模擬調(diào)諧輸入端以及第二模擬調(diào)諧輸入端。該裝置藉由該第二模擬調(diào)諧輸入端補(bǔ)償壓控振蕩器由于溫度波動所引起的頻率漂移。當(dāng)PLL進(jìn)入細(xì)調(diào)鎖定模式時，該裝置使用一差動放大器驅(qū)動該第二模擬調(diào)諧輸入端。該差動放大器將第一模擬調(diào)諧輸入端與一參考信號比較，并驅(qū)動第二模擬調(diào)諧輸入端以補(bǔ)償?shù)谝荒M調(diào)諧輸入端。
文檔編號H03L1/02GK102299706SQ20101027767
公開日2011年12月28日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者艾瑞克·K·波頓 申請人:開曼晨星半導(dǎo)體公司, 晨星半導(dǎo)體股份有限公司, 晨星法國有限公司, 晨星軟件研發(fā)(深圳)有限公司