數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)控制方法及鎖相環(huán)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供一種數(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參考時鐘的有效沿進行延遲處理得到延遲參考時鐘；將延遲參考時鐘發(fā)送給TDC使TDC對延遲參考時鐘和反饋時鐘進行鑒相處理。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參考時鐘進行延遲處理，使得反饋時鐘與延遲參考時鐘具有相近的有效沿對應(yīng)時間，從而TDC僅需要處理很小時域輸入范圍的鑒相信號，大大降低了TDC的設(shè)計難度及對TDC分辨率的需求，使得TDC的設(shè)計簡單、自由，從而保證了鎖相環(huán)的設(shè)計自由度以及簡單有效。
【專利說明】數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)控制方法及鎖相環(huán)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】，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)。

【背景技術(shù)】
[0002] 無線射頻收發(fā)信機中，廣泛采用基于鎖相環(huán)（Phase-Locked Loop，PLL)結(jié)構(gòu)的頻 率綜合器以產(chǎn)生本地振蕩信號，簡稱本振信號，完成數(shù)據(jù)信號的頻率搬移操作。
[0003] 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（Zero Intermediate-Frquency，ZIF)射頻收發(fā)信機架構(gòu)。在此類架構(gòu)的射頻收發(fā)信機 中，無論是信號發(fā)射通道，還是信號接收通道，都要求本振信號的頻率和射頻載頻信號的頻 率完全相同。也就是說，作為產(chǎn)生本振信號的裝置，基于鎖相環(huán)的頻率綜合器具備足夠高的 輸出頻率精度。例如對于蜂窩無線通信系統(tǒng)，射頻頻率的步長為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。
[0004] 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fKF與輸入?yún)⒖紩r 鐘頻率fKEF之間需滿足下式所述的倍數(shù)關(guān)系：
[0005] fEF= FCWXf EEF
[0006] 上式中FCW(Frequency Control Word，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鐘頻率之間的相對關(guān)系，鎖相環(huán)可分為如下兩 類：
[0007] (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)?考時鐘頻率的整數(shù)倍。對于上述要求100kHz頻率精度的頻率綜合器，則要求輸入?yún)⒖紩r鐘 也是 fREF= 100kHz。
[0008] (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，可以小于參考時鐘頻率。即參考時鐘的頻率選擇將不再受射頻頻率精度的限制。 由于鎖定時間、積分相位噪聲以及設(shè)計靈活性等幾個方面的優(yōu)勢，相對于整數(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。
[0009] 另外，近幾年出現(xiàn)的數(shù)字鎖相環(huán)架構(gòu)，將鎖相環(huán)對相位信號的處理轉(zhuǎn)移到數(shù)字域 進行，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，很好的實現(xiàn)了鎖相環(huán)的數(shù)字 化設(shè)計，以明顯的優(yōu)勢取代傳統(tǒng)的模擬結(jié)構(gòu)鎖相環(huán)，得到廣泛應(yīng)用。
[0010] 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：
[0011] (1)時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Time-to-Digital Converter，TDC)，用于鑒別參考時鐘 CLK_REF與反饋時鐘信號CLK_DIV之間的時間差，并將此時間差轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號TDC_0UT。
[0012] (2)數(shù)字環(huán)路濾波器（Digital Loop Filter，DLF)，對TDC_0UT信號進行濾波，輸 出數(shù)字化的振蕩器頻率控制信號DLF_0UT。
[0013] (3)數(shù)控振蕩器（Digital Controlled Oscillator，DC0)，用于產(chǎn)生振蕩信號 F_ DCO,其為數(shù)字信號。
[0014] (4)反饋分頻器（Frequency divider，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F_DC0進行分頻處理，將分頻處理后的信號CLK_DIV輸入 TDC，以對CLK_REF與CLK_DIV進行鑒相處理。
[0015] (4) Sigma-Delta調(diào)制器（Sigma-Delta modulator，SDM)，用于實現(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 兩個或多個正整數(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：

【權(quán)利要求】
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)所述分頻控制字對所述DCO的輸出信號進行分頻處理，得到反饋時 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所述參考時鐘的有效沿 進行延遲處理，得到延遲參考時鐘； 所述TDC用于對所述反饋時鐘和所述延遲參考時鐘進行鑒相處理，得到所述延遲參考 時鐘與所述反饋時鐘之間的時間差； 所述DLF用于對所述TDC鑒相處理后輸出的時間差進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。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述控制裝置包括：控制器和數(shù)字-時 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的值； 所述DTC用于根據(jù)所述延遲控制信號的值對所述參考時鐘的有效沿進行延遲處理，得 到所述延遲參考時鐘。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2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。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3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的值DDTe[k]:
其中，DDrc[k]為在第k個采樣時刻時的延遲控制信號的值，NDIV[i]為所述SDM在第i個采樣時刻輸出的分頻控制字的瞬時值，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。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項所述的鎖相環(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輸出的時間差確 定增益控制信號的值，所述增益控制信號用于控制所述延遲控制信號的調(diào)節(jié)增益。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5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的值GDTe[k]:
其中，GDTC[k]為在第k個采樣時刻時的增益控制信號的值；Kuis為所述自適應(yīng)校正算法 的增益；DTDC[i]為在第i個采樣時刻時所述TDC輸出的時間差，SgnO為符號函數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述延遲參考時鐘相對于所述參考 時鐘的延遲為ATdtc[k] =Ddtc[k]XKdtc[k]，其中，Kdtc[k]為所述第k個采樣時刻時所述延 遲控制信號的調(diào)節(jié)增益。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的鎖相環(huán)，其特征在于，所述DTC具體用于根據(jù)如下公式得到所 述調(diào)節(jié)增益：KDTC[k] =K0DTC+GDTC[k]XRdtcjmn，其中，KOdtc為所述增益控制信號的值GDTC[k] 為0時所對應(yīng)的延遲控制信號的調(diào)節(jié)增益；所述增益控制信號對所述調(diào)節(jié)增益 IW[k]的控制系數(shù)。
9. 一種數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)控制方法，其特征在于，包括： 接收所述鎖相環(huán)的頻率控制字以及分頻控制字，所述分頻控制字為所述鎖相環(huán)中的Sigma-Delta調(diào)制器SDM根據(jù)輸入所述SDM的所述頻率控制字得到的； 根據(jù)所述頻率控制字和所述分頻控制字對參考時鐘的有效沿進行延遲處理，得到延遲 參考時鐘； 將所述延遲參考時鐘發(fā)送給所述鎖相環(huán)中的時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC，以使所述TDC對所 述延遲參考時鐘和反饋時鐘進行鑒相處理，得到所述延遲參考時鐘與所述反饋時鐘之間的 時間差； 其中，所述反饋時鐘為所述鎖相環(huán)中的反饋分頻器DIV根據(jù)從所述SDM接收到的所述 分頻控制字對從數(shù)控振蕩器DCO接收到的DCO輸出信號進行分頻處理得到的，所述DCO輸 出信號為所述DCO根據(jù)濾波處理結(jié)果得到的，所述濾波處理結(jié)果為數(shù)字環(huán)路濾波器DLF對 所述TDC鑒相處理后輸出的時間差進行濾波處理后得到的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述頻率控制字和所述分頻控 制字對參考時鐘的有效沿進行延遲處理，得到延遲參考時鐘，包括： 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的值； 根據(jù)所述延遲控制信號的值對所述參考時鐘的有效沿進行延遲處理，得到所述延遲參 考時鐘。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述頻率控制字和所述分頻 控制字確定延遲控制信號的值，包括： 根據(jù)如下公式確定所述延遲控制信號的值DDTe[k]:
其中，DDrc[k]為在第k個采樣時刻時的延遲控制信號的值，NDIV[i]為所述SDM在第i個采樣時刻輸出的分頻控制字的瞬時值，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。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： 根據(jù)所述頻率控制字、所述分頻控制字和所述TDC輸出的時間差確定增益控制信號的 值，所述增益控制信號用于控制所述延遲控制信號的調(diào)節(jié)增益。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述頻率控制字、所述分頻控 制字和所述TDC的輸出信號確定增益控制信號的值，包括： 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的值GDT。[k]:
其中，GDTC[k]為在第k個采樣時刻時的增益控制信號的值；Kuis為所述自適應(yīng)校正算法 的增益；DTDC[i]為在第i個采樣時刻時所述TDC輸出的時間差，SgnO為符號函數(shù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述延遲參考時鐘相對于所述參 考時鐘的延遲為ATdte[k] =Ddte[k]XKdtJk]，其中，KdtJk]為所述第k個采樣時刻時所述 延遲控制信號的調(diào)節(jié)增益。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括： 根據(jù)如下公式得到所述調(diào)節(jié)增益：KDTC；[k] =K0DTC；+GDTC；[k]XRdtcjmn，其中，KOdtc為所述 增益控制信號的值GDTC[k]為0時所對應(yīng)的延遲控制信號的調(diào)節(jié)增益；Rdtcjmn為所述增益控 制信號對所述調(diào)節(jié)增益KDTe[k]的控制系數(shù)。
【文檔編號】H03L7/18GK104506190SQ201410802184
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】高鵬 申請人:華為技術(shù)有限公司