數(shù)字分頻鎖相環(huán)的制作方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┝艘环N數(shù)字分頻鎖相環(huán)，包括：時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字環(huán)路濾波器、數(shù)字控振蕩器、反饋分頻器、Sigma?Delta調(diào)制器和校正裝置。其中，校正裝置基于頻率控制字和Sigma?Delta調(diào)制器生成的分頻控制字補(bǔ)償時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號以得到校正信號。數(shù)字環(huán)路濾波器對校正信號進(jìn)行數(shù)字濾波以得到振蕩器頻率控制信號，作為數(shù)字控振蕩器的輸出信號。因?yàn)槭褂眯Ｕb置基于頻率控制字和分頻控制字對時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行補(bǔ)償，而無需對時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器改進(jìn)，所以，能以較小的實(shí)施代價實(shí)現(xiàn)數(shù)字分頻鎖相環(huán)的非線性校正。
【專利說明】
數(shù)字分頻鎖相環(huán)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本申請涉及電子信息領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)字分頻鎖相環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線射頻（Radio Frequency，RF)收發(fā)信機(jī)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 ，用以產(chǎn)生本地振蕩 (Local Oscillator ，L0) 信號 ，從 而用于完成射頻信號的頻率搬移操作。由于鎖定時間、積分相位噪聲以及設(shè)計(jì)靈活性等幾 個方面的優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)不僅整數(shù)分頻也可實(shí)現(xiàn)小數(shù)分頻的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)相對于整數(shù) 分頻鎖相環(huán)，得到了更加廣泛的應(yīng)用。
[0003] 在數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)中，時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Time-to-Digital Converter，TDC) 作為重要的模擬組件之一，其線性性能是影響整個鎖相環(huán)系統(tǒng)線性性能的主因。因?yàn)樵浇?近線性，噪聲最小，因此，提升IDC的線性性能，是確保數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)維持在低噪聲水 平的關(guān)鍵因素。
[0004] 而對于目前常見的TDC結(jié)構(gòu)，影響其線性度的原因主要包括器件失配、版圖設(shè)計(jì)失 配等幾個方面，為了提升TDC的線性度，通常需要在功耗、面積及復(fù)雜度等方面付出比較大 的代價，所以實(shí)施難度很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本申請?zhí)峁┝艘环N數(shù)字分頻鎖相環(huán)及其非線性校正方法，目的在于以較小的實(shí)施 代價實(shí)現(xiàn)數(shù)字分頻鎖相環(huán)的非線性校正。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝艘韵录夹g(shù)方案：
[0007] 本申請的第一方面提供了一種數(shù)字分頻鎖相環(huán)，包括:時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字環(huán)路 濾波器、數(shù)字控振蕩器、反饋分頻器、Sigma-Delta調(diào)制器和校正裝置。其中，所述時間數(shù)字 轉(zhuǎn)換器用于接收參考時鐘信號和反饋時鐘信號，鑒別所述參考時鐘信號和所述反饋時鐘信 號之間的相位差以得到指示該相位差的數(shù)字信號。所述校正裝置用于接收所述數(shù)字信號、 頻率控制字和所述Sigma-Delta調(diào)制器生成的分頻控制字，并基于所述頻率控制字和所述 分頻控制字補(bǔ)償所述數(shù)字信號以得到校正信號。所述數(shù)字環(huán)路濾波器用于接收所述校正信 號，并對所述校正信號進(jìn)行數(shù)字濾波以得到振蕩器頻率控制信號。所述數(shù)字控振蕩器用于 接收所述振蕩器頻率控制信號，并在所述振蕩器頻率控制信號的控制下生成振蕩信號作為 所述數(shù)字分頻鎖相環(huán)的輸出信號。所述反饋分頻器用于對所述振蕩信號進(jìn)行分頻以得到所 述反饋時鐘信號。所述Sigma-Delta調(diào)制器用于接收所述頻率控制字，并基于所述頻率控制 字生成所述分頻控制字。其中，所述頻率控制字用于指示所述數(shù)字分頻鎖相環(huán)的標(biāo)稱分頻 值，所述標(biāo)稱分頻值為所述振蕩信號的頻率與所述參考時鐘信號的頻率的比值，所述分頻 控制字用于指示所述反饋分頻器的實(shí)際分頻值，該實(shí)際分頻值為所述振蕩信號的頻率與所 述反饋時鐘信號的頻率的比值。因?yàn)槭褂眯Ｕb置基于頻率控制字和分頻控制字對時間數(shù) 字轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號進(jìn)行補(bǔ)償，而無需對時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行改進(jìn)，所以，能夠以較小 的實(shí)施代價實(shí)現(xiàn)數(shù)字分頻鎖相環(huán)的非線性校正。
[0008] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述校正裝置用于基于所述頻率控制字和所述分頻控制字得 到所述參考時鐘信號和所述反饋時鐘信號之間的時域偏差，并基于所述時域偏差補(bǔ)償所述 數(shù)字信號以得到所述校正信號。校正裝置依據(jù)參考時鐘信號和所述反饋時鐘信號之間的時 域偏差對數(shù)字信號進(jìn)行補(bǔ)償，簡單易行，可實(shí)施性高。
[0009] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述校正裝置包括:測量器，用于基于所述頻率控制字和所述 分頻控制字得到所述參考時鐘信號和所述反饋時鐘信號之間的時域偏差，以及補(bǔ)償器，用 于通過映射關(guān)系確定與所述時域偏差對應(yīng)的非線性補(bǔ)償值，并利用所述非線性補(bǔ)償值補(bǔ)償 所述數(shù)字信號以得到所述校正信號。
[0010] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述補(bǔ)償器包括:映射單元，用于通過所述映射關(guān)系確定與所 述時域偏差對應(yīng)的非線性補(bǔ)償值，以及校準(zhǔn)器，用于利用所述非線性補(bǔ)償值補(bǔ)償所述數(shù)字 信號以得到所述校正信號。
[0011] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述校準(zhǔn)器包括加法器，用于將所述非線性補(bǔ)償值的負(fù)值與 所述數(shù)字信號相加以得到所述校正信號。
[0012] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述映射關(guān)系以查找表的方式體現(xiàn)。
[0013] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述查找表被預(yù)置在所述映射單元中。
[0014] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述校正裝置還包括計(jì)算器，用于估計(jì)從所述時域偏差到所 述數(shù)字信號的所述非線性誤差，并根據(jù)所述非線性誤差生成能夠補(bǔ)償所述非線性誤差的所 述查找表。
[0015] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述映射單元還用于，確定所述時域偏差不存在所述查找表 中。所述計(jì)算器還用于，使用線性插值的方式獲得所述時域偏差對應(yīng)的非線性補(bǔ)償值，并將 獲得的非線性補(bǔ)償值發(fā)給所述校準(zhǔn)器。
[0016] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，數(shù)字分頻鎖相環(huán)還包括:控制器，用于在所述計(jì)算器得到所述 非線性誤差后，關(guān)閉所述測量器和所述計(jì)算器。因?yàn)樵诘玫剿龇蔷€性誤差后，測量器和計(jì) 算器的功能已經(jīng)完成，在此情況下，關(guān)閉兩者，能夠節(jié)省功耗。
[0017] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述測量器包括加法器、積分器和乘法器。其中，所述加法器 用于將所述頻率控制字的負(fù)值與所述分頻控制字相加，以得到所述分頻控制字所指示的所 述反饋分頻器的實(shí)際分頻值和所述頻率控制字所指示的所述數(shù)字分頻鎖相環(huán)的標(biāo)稱分頻 值的差值。所述積分器用于對所述差值做時域積分得到積分值。所述乘法器用于將所述積 分值與所述振蕩信號的周期相乘得到所述時域偏差。
[0018] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述數(shù)字分頻鎖相環(huán)是數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)。
[0019] 在一個實(shí)現(xiàn)方式中，所述校正裝置用于在預(yù)設(shè)頻點(diǎn)接收所述數(shù)字信號，頻率控制 字和所述Sigma-Delta調(diào)制器生成的分頻控制字，并基于所述頻率控制字和所述分頻控制 字補(bǔ)償所述數(shù)字信號以得到在所述預(yù)設(shè)頻點(diǎn)的校正信號。其中，預(yù)設(shè)頻點(diǎn)的選擇依據(jù)為:所 述預(yù)設(shè)頻點(diǎn)使得所述頻率控制字和所述分頻控制字的時域偏差在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，所述預(yù)設(shè)范 圍使得所述時域偏差與所述數(shù)字信號滿足所述TDC的傳輸函數(shù)的構(gòu)成條件。在預(yù)設(shè)頻點(diǎn)進(jìn) 行校正，能夠提高非線性校正的精度，同時也為了降低方案實(shí)現(xiàn)的代價。
[0020] 本申請的第二方面提供了一種芯片，包括多個邏輯門電路或晶體管電路，以及上 述數(shù)字分頻鎖相環(huán)。
【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本申請實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022] 圖1為本申請實(shí)施例公開的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為本申請實(shí)施例公開的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)的鑒相示意圖；
[0024] 圖3為本申請實(shí)施例公開的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)的測量器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4為本申請實(shí)施例公開的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)的輸入序列與輸出序列的示意 圖；
[0026] 圖5為本申請實(shí)施例公開的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)的IDC的傳輸函數(shù)曲線的示意圖；
[0027] 圖6為本申請實(shí)施例公開的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)的TDC的線性近似函數(shù)與傳輸函 數(shù)的關(guān)系不意圖；
[0028]圖7為本申請實(shí)施例公開的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)的TDC的非線性誤差函數(shù)的關(guān)系 示意圖；
[0029] 圖8為本申請實(shí)施例公開的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)的補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖9為本申請實(shí)施例公開的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)對于噪聲的改善作用的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 圖1為本申請實(shí)施例公開的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括TDC、數(shù)字環(huán) 路濾波器（Digital Loop Filter，DLF)、數(shù)字振蕩器（Digital Controlled Oscillator， DC0)、反饋分頻器(Feedback Divider，DIV)、Sigma_Delta調(diào)制器SDM和校正裝置。
[0032] 具體地，TDC用于接收參考時鐘信號CLK_REF和反饋時鐘信號CLK-_DIV并鑒別CLK_ REF與CLK_DIV之間的相位差，以得到指示該相位差的數(shù)字信號TDC_0UT。
[0033]校正裝置用于接收所述數(shù)字信號TDC_0UT、頻率控制字FCW和所述SDM生成的分頻 控制字SDM_0UT，并基于所述頻率控制字FCW和所述分頻控制字SDM_0UT補(bǔ)償所述數(shù)字信號 rotOUT以得到校正信號roC'CAL。
[0034]其中，所述頻率控制字FCW用于指示所述數(shù)字分頻鎖相環(huán)的標(biāo)稱分頻值，所述標(biāo)稱 分頻值為所述振蕩信號?_0〇)的頻率與所述參考時鐘信號CLK-_REF的頻率的比值，所述分 頻控制字FCW用于指示所述反饋分頻器DIV的實(shí)際分頻值，該實(shí)際分頻值為所述振蕩信號F_ DC0的頻率與所述反饋時鐘信號CLK_DIV的頻率的比值。
[0035] DLF用于接收所述校正信號TDC_CAL，并對所述校正信號進(jìn)行數(shù)字濾波，以得到振 蕩器頻率控制信號DLF_0UT。
[0036] DC0用于接收振蕩器頻率控制信號DLF_0UT，并在DLF_0UT的控制下生成振蕩信號 DC0_0UT作為所述數(shù)字分頻鎖相環(huán)的輸出信號。
[0037]反饋分頻器DIV用于對所述振蕩信號DC0_0UT進(jìn)行分頻以得到所述反饋時鐘信號 CLK_DIV〇
[0038] Sigma-Delta調(diào)制器用于接收所述頻率控制字FCW，并基于所述頻率控制字FCW生 成反饋分頻器DIV的分頻控制字SDiLOUI^DOLOUTDaLOUT
[0039] 具體地，校正裝置基于所述頻率控制字FCW和所述分頻控制字SDM_0UT得到所述參 考時鐘信號CLK_REF和所述反饋時鐘信號CLK_DIV之間的時域偏差TDC_INX，并基于所述時 域偏差TDC_INX補(bǔ)償所述數(shù)字信號TDC_0UT以得到所述校正信號TDC_CAL。在一個具體的實(shí) 施例中，如圖1所示，校正裝置中包括測量器、計(jì)算器和補(bǔ)償器。
[0040] 其中，圖1的校正裝置中的測量器用于基于所述頻率控制字FCW和所述分頻控制字 SDM_0UT得到所述參考時鐘信號CLK_REF和所述反饋時鐘信號CLK_DIV之間的時域偏差TDC_ INX，所述時域偏差TDC_INX即為TDC的理論輸入信號。
[0041 ]
【申請人】在研究的過程中得出結(jié)論：當(dāng)小數(shù)分頻鎖相環(huán)鎖定在一個特定頻率點(diǎn)時， 對于第k個時刻點(diǎn)，TDC瞬時輸入時間量TTDC [ k ](即TDC_INX所表示的值)為： k
[0042] ^TDC柄]=^DCO OUT X ['?] ,=1 ( 1 )
[0043]也就是說，TDC瞬時輸入的時間量可由該頻率點(diǎn)的輸出信號DC0_0UT的周期Tdcclout 及DIV的瞬態(tài)分頻值和系統(tǒng)標(biāo)稱分頻值的差值Nijerr [ k ]的積分值計(jì)算出來。
[0044] 上述結(jié)論的推導(dǎo)過程如下：
[0045] 圖2為數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)的鑒相示意圖，從圖2中可以看出，反饋時鐘信號CLK_ DIV由于受到Sigma-De 1 ta調(diào)制器的控制，在鎖相環(huán)鎖定工作狀態(tài)下，其瞬時周期會有規(guī)律 的變化。而參考時鐘信號CLK_REF的瞬時周期是穩(wěn)定不變的。
[0046]對于TDC來說，在第k個采樣時刻的輸入是由該時刻參考時鐘CLK_REF和反饋時鐘 CLK_DIV有效沿(例如上升沿)的絕對時間決定的，即在第k個采樣時刻點(diǎn)，TDC的輸入時間量 為：
[0047] TTDC[k] =tDiv[k]_tREF[k] (2)
[0048]其中，tDIV[k]為第k個采樣時刻點(diǎn)CLK_DIV的絕對時間，tREF[k]為第k個采樣時刻點(diǎn) CLK_REF信號的絕對時間。絕對時間即是通常意義上所說的時間，絕對時間與相對時間不 同，相對時間指不的是時間差。tDIV[k]和tREF[k]分別可以表不為：
[0049] tDiv[k] =tDiv[k-l ]+TDCo_ouiXNDiv[k] (3)
[0050] tREF[k] =TREFXk (4)
[00511其中，NDIV[k]是第k個時刻點(diǎn)DIV的瞬時分頻比率，也就是第k個時刻點(diǎn)DIV的當(dāng)前 分頻比。此分頻比率受Sigma-Delta調(diào)制器控制，會隨著時間有規(guī)律的變化。理論上，可將此 分頻比率數(shù)值分解為兩部分：
[0052] Ndi v [ k ] = Nnorm+Nqerr [ k ] (5)
[0053] 其中，Nnqrm為數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)標(biāo)稱的分頻比，即：
(6)
[0055] 由數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)的原理可知，Nnorm為一個非整數(shù)。將式(5)、（6)帶入式(3) 中，可得： ^)IV ] = ^DIV ~^ A)( (I Ol T X ( ^NORM ^ [^]) ,-
[0056] - (7) =.'DW.[灸-1] + ^Lc:OJ3UT. X. ^QERR [灸]+ .『REF
[0057] 將其中的遞歸操作分解成積分模式，容易得到： b
[0058] '丨)iv [々]=7丨)(.() OUT X 0F.RR [Z] + ^REF X ^ 〔 8) i~\
[0059]將上式及式(7)帶入式(5)中，可得到在第k個采樣時刻點(diǎn)，TDC瞬時輸入時間量為： k
[0060] Tim [/.] = /；,,, OUT X ^^QERR [*"] ~ (=1
[0061] 需要說明的是，從上述推導(dǎo)過程可以看出，TDC瞬時輸入時間量（對應(yīng)時域偏差 TDC_INX在某個時刻的具體取值)與TDC的工作頻率無關(guān)，但是，
【申請人】研究發(fā)現(xiàn)，在不同頻 點(diǎn)得到的校正精度不同，所以，實(shí)際應(yīng)用中，為了提高非線性校正的精度，同時也為了降低 方案實(shí)現(xiàn)的代價，可以選擇預(yù)設(shè)頻點(diǎn)進(jìn)行測量，頻點(diǎn)選擇的基本依據(jù)為:①選定的頻率點(diǎn)應(yīng) 當(dāng)使得TDC的序列（包括輸入序列和輸出序列）中的各個輸入時間量分布在足夠大的范圍 內(nèi)，這個范圍使得輸入序列（即時域偏差TDC_INX對應(yīng)的時域序列）中的各個數(shù)值與其對應(yīng) 的輸出序列（即所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號對應(yīng)的時域序列）中的數(shù)值滿足所述 TDC的傳輸函數(shù)的構(gòu)成條件，即在此頻率點(diǎn)上能夠充分觀察TDC的非線性特征;②在選定頻 點(diǎn)上獲得的測量數(shù)據(jù)，能夠盡可能的簡化后續(xù)的計(jì)算操作。
[0062] 基于上式（1)，測量器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，
[0063] 包括加法器、積分器和乘法器。圖3中，在預(yù)設(shè)頻點(diǎn)輸入的FCW的值即為分頻比 Nnorm，信號SDM_0UT為S i gma-De 1 ta調(diào)制器在此預(yù)設(shè)頻點(diǎn)的輸出信號，其值即為反饋分頻器 DIV的瞬時分頻比NDIV[k]。將負(fù)的FCW的值(FCW取負(fù)的具體操作方式參見現(xiàn)有技術(shù))和SDM_ OUT信號的值輸入加法器中，即得到NQERR[k]，將NQERR[k]輸入積分器中得到i> (xl<l< M，再通 1=1 過乘法器得到rDco_ouT xD1，其中，TdcclQut可以由測量器測量DC0_0UT得到，也可以預(yù) *=1 先存儲在測量器中的存儲介質(zhì)中（圖3中未畫出）。可見，輸入測量單元最終輸出信號TDC_ INX為TDC在預(yù)設(shè)頻點(diǎn)及第k個采樣時刻點(diǎn)的輸入時間量T?[k]。
[0064] 基于上述測量過程，測量器在多個采樣時刻點(diǎn)分別進(jìn)行測量，可以得到如圖4所示 的包括K個采樣時刻點(diǎn)的、輸入序列（即K個采樣點(diǎn)測量到的所述參考時鐘信號CLK_REF和所 述反饋時鐘信號CLK_DIV之間的時域偏差），輸入序列與輸出序列的對應(yīng)關(guān)系如圖4所示：
[0065] 輸入序列：丁0(：_1似￡{1^。[1]，1^。[2]，...，1^。[1^-1]，1^。[1^]，...，1^。[1(]}
[0066] 輸出序列：TDC_0UTG {Dtdc[1]，Dtdc[2]，? ? ?，DTDC[k_l]，DTDC[k]，? ? ?，Dtdc[K]}
[0067]在測量器得到TDC在預(yù)設(shè)頻點(diǎn)的輸入序列后，圖1的校正裝置中的計(jì)算器可以用來 估計(jì)從所述時域偏差TDC_INX到所述數(shù)字信號IDCJUT的所述非線性誤差，并根據(jù)所述非線 性誤差生成能夠補(bǔ)償所述非線性誤差的查找表(LUT)，具體的查找表生成過程包括：
[0068] 1、輸入數(shù)據(jù)排序:從圖4所示的序列可以看出，由于小數(shù)鎖相環(huán)中Sigma-Delta調(diào) 制器的控制作用，輸入序列中的各個數(shù)據(jù)并不具備單調(diào)性，也沒有直接反映 IDC模塊的傳輸 函數(shù)關(guān)系。所以，計(jì)算模塊在獲得輸入序列后，按照數(shù)值從大到小的順序，對輸入序列進(jìn)行 排序：
[0069] TDC_INX = xtdc[1]，xtdc[2]，? ? ?，XTDC[m_l]，XTDC[m]，? ? ?，xtdc[M] (9)
[0070] TDC_0UT = yTDc[l]，yTDc[2]，? ? ?，yTDc[m_l]，yTDc[m]，? ? ?，yTDc[M] (10)
[0071 ]其中，（9)為從小到大的TDC的輸入值，（10)為與（9)中的輸入值--對應(yīng)的輸出 值。
[0072] 2、平均化處理:測量模塊中獲得的依時間次序排列的數(shù)據(jù)中，可能出現(xiàn)重復(fù)的數(shù) 據(jù)，因此本實(shí)施例中，將相同的TDC_INX值對應(yīng)的TDC_0UT值做平均化處理。例如，如果原始 數(shù)據(jù)中存在N個等值的輸入數(shù)據(jù)：
[0073] XTDc[m] =TiDc[kl] =TiDc[k2] = =TiDc[kN] (11)
[0074] 則對應(yīng)的IDC_0UT為：
[0075] ymi [/,J] ^[/a]) (.12) ^ /-i.
[0076] 3、傳輸函數(shù)構(gòu)成:經(jīng)過上述排序及平均化處理，可將從測量模塊中獲得的TDC的輸 入序列和輸出序列排列成可以表征1DC傳輸函數(shù)的形式。這個傳輸函數(shù)可以用函數(shù)F表示：
[0077] yTDC=F(xTDc) (13)
[0078] TDC的傳輸函數(shù)曲線如圖5所示，其中，黑色實(shí)線表示平均化數(shù)據(jù)，灰色填充表示排 序數(shù)據(jù)。
[0079] 4、線性回歸計(jì)算:從圖5可以看出，TDC輸入與輸出之間的非線性特征。為了補(bǔ)償非 線性特征，本實(shí)施例中，先對傳輸函數(shù)進(jìn)行線性回歸計(jì)算，即根據(jù)非線性函數(shù)擬合出傳輸函 數(shù)的線性近似表達(dá)式，再計(jì)算出實(shí)際數(shù)據(jù)與線性近似數(shù)據(jù)的差值。當(dāng)然，可以理解，對線性 誤差的評估不一定通過線性回歸計(jì)算或非線性函數(shù)擬合來實(shí)現(xiàn)，例如現(xiàn)有技術(shù)中也可以提 供其他如何評估一個數(shù)字信號電路的輸入-輸出之間的非線性的線性誤差評估方法，本實(shí) 施例對此不作限定。
[0080] 假設(shè)TDC傳輸函數(shù)的線性近似可以用函數(shù)#表示：
[0081 ] ^(^tdg ) - ^ ^ ^ ( .1.4 )
[0082]其中a即為TDC的線性增益，0為偏移量。得到的線性近似函數(shù)與傳輸函數(shù)的關(guān)系如 圖6所示。
[0083]計(jì)算TDC實(shí)際的傳輸函數(shù)與線性近似函數(shù)的差值，即可獲得TDC的非線性誤差函 數(shù)，如圖7所示：
[0084] 5tdc = ) = F(.vJIX )-F(.vin( ) (15)
[0085]從式（15)可知，非線性誤差函數(shù)表征的是TDC傳輸函數(shù)與其線性近似函數(shù)之間的 差值，即定義了 1DC傳輸函數(shù)的非線性的特性。從圖7所示的非線性誤差函數(shù)可以看出，對于 TDC特定的輸入值，其對應(yīng)的非線性誤差值也是確定的。如果在系統(tǒng)中對此誤差值進(jìn)行補(bǔ) 償，即可在TDC輸出端擬合出線性的TDC傳輸特性，從而改善TDC的線性特性。
[0086] 5、生成查找表:芯片設(shè)計(jì)中，可以將上述誤差函數(shù)以表格的形式設(shè)置在映射單元 中，該映射單元通過一定的映射關(guān)系確定與所述時域偏差對應(yīng)的非線性補(bǔ)償值以補(bǔ)償所述 鎖相環(huán)的非線性。因此誤差函數(shù)以映射關(guān)系的形式存儲在所述補(bǔ)償器的映射單元中?？稍O(shè) 置例如表1所述的表格：
[0087] 表 1

[0089] 可替換地，之前所述的計(jì)算器并不是本發(fā)明實(shí)施例所必需的部件。計(jì)算器的功能 僅僅是為了獲取所述查找表并將所述查找表輸入到后面的補(bǔ)償器中的映射單元中。如果校 正裝置中不存在所述計(jì)算器，則所述映射單元也可以被預(yù)置所述查找表。該查找表的設(shè)置 可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員依照經(jīng)驗(yàn)和結(jié)合實(shí)際測量和來設(shè)定。該查找表可以具體以電路形式 被預(yù)置在所述映射單元中。
[0090] 在生成查找表后，圖1的校正裝置中的補(bǔ)償器依據(jù)測量測量器測量得到的TDC的理 論輸入值（即所述參考時鐘信號CLK_REF和所述反饋時鐘信號CLK_DIV之間的時域偏差)查 詢查找表，確定與理論輸入值對應(yīng)的補(bǔ)償值，對TDC的輸出信號進(jìn)行補(bǔ)償。
[0091] 圖8為補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)示意圖的示例，包括映射單元和校準(zhǔn)器，具體地，校準(zhǔn)器包括 圖8中所示的加法器。其中映射單元通過所述映射關(guān)系確定與所述時域偏差對應(yīng)的非線性 補(bǔ)償值。例如映射單元中存儲有查找表，在從測量器獲得TDC在采樣時刻k的理論輸入值后， 映射單元通過查詢查找表，確定與輸入值對應(yīng)的非線性補(bǔ)償值TDC_ERR并輸出。加法器將負(fù) 的（取負(fù)值參見現(xiàn)有技術(shù))補(bǔ)償值與TDC的輸出序列TDC_0UT相加，得到補(bǔ)償后的輸出序列， 該補(bǔ)償后的輸出序列具體是校正信號IDC_CAL的取值。
[0092] 需要說明的是，對于數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)，TDC的輸入值的取值，與鎖相環(huán)輸出的 頻率值有關(guān)。不同的輸出頻率值，TDC的輸入值也不同。由于TDC的非線性特征是比較穩(wěn)定 的，因此可以不必針對不同的輸出頻率點(diǎn)，制作不同的查找表。在這種情況下，對于不在查 找表中的輸入值，可采用線性插值的方式進(jìn)行查表操作。例如，對于任意1DC的輸入值Vtdc， 此數(shù)值不在已有查找表有限個離散的輸入值集合內(nèi)，即：
[0093] 芒 1 [//)( [I]， X：mc [m -1], X：mc [m],,,, , xmc [Af ]} ( ! & )
[0094]但查找表輸入值集合中，必然存在兩個連續(xù)值，使得Y TDC在這兩個值之間：
[0095] XTDC[ i ] <X7 TDC<XTDC[ i +1 ] (17)
[0096] 對于此輸入值，其對應(yīng)的輸出值可通過線性插值方式獲得：
(18)
[0098]根據(jù)上式可知，采用線性插值的方法，即可實(shí)現(xiàn)任意TDC輸入值的查表。也就是說， 本實(shí)施例所述的校正裝置，僅僅需要在某一特定鎖相環(huán)輸出頻率點(diǎn)上制作一套查找表，即 可滿足鎖相環(huán)系統(tǒng)各個輸出頻率點(diǎn)工作的需要。因此，本實(shí)施例提供的查找表相關(guān)查找算 法是可以靈活調(diào)整的。
[0099]另外，因?yàn)镮DC的非線性特征是比較穩(wěn)定的，所以，生成的查找表可以無需更新。當(dāng) 然查找表也可以被更新，該更新可以由所述計(jì)算器執(zhí)行，但通常情況下無需做更新。如果查 找表不可更新，則如前所述，映射單元內(nèi)可以預(yù)設(shè)所述查找表，使得計(jì)算器可以被省略。
[0100] 當(dāng)然查找表方式只是映射單元獲取非線性補(bǔ)償值的一種實(shí)現(xiàn)方式。可替換地，映 射單元也可以通過邏輯運(yùn)算電路的方式實(shí)現(xiàn)計(jì)算非線性補(bǔ)償值，而不一定通過圖8所示的 查找表功能來實(shí)現(xiàn)。具體地，邏輯運(yùn)算電路可以是包括大量晶體管或邏輯門，通過將所述映 射關(guān)系以算法電路的形式實(shí)現(xiàn)在映射單元中，映射單元中的所述算法電路獲取理論輸入值 (所述時域偏差)執(zhí)行運(yùn)算來計(jì)算得到非線性補(bǔ)償值，本實(shí)施例對此不作限制。
[0101] 圖1所示的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)中還可以包括控制器（圖1中未畫出），用于在所述 計(jì)算器得到所述非線性誤差后，關(guān)閉測量器和計(jì)算器，以實(shí)現(xiàn)降低功耗的目的。
[0102] 圖9為圖1所示的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)對于噪聲的改善作用的示意圖，從圖中可以 看出，經(jīng)過本實(shí)施例所述的校正裝置校正后，TDC的系統(tǒng)相位噪聲有了明顯的降低，并且，更 加接近TDC的理想系統(tǒng)相位噪聲。
[0103] 需要說明的是，本實(shí)施例中提到的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)中的各個器件或部分可以 包括多個晶體管以執(zhí)行相應(yīng)信號處理。該數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)可以包括在一個由多個邏輯 門電路或晶體管電路構(gòu)成芯片，如射頻芯片(RFIC)內(nèi)，該RFIC可以被用于例如無線基站或 無線終端等各類通信設(shè)備。
[0104] 需要說明的是，本實(shí)施例所述的數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)，還可以實(shí)現(xiàn)整數(shù)分頻的功 能，因此本發(fā)明實(shí)施例是是可以推廣應(yīng)用至涵蓋整數(shù)分頻和小數(shù)分頻在內(nèi)的數(shù)字分頻鎖相 環(huán)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)字分頻鎖相環(huán)，其特征在于，包括:時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器、數(shù)字環(huán)路濾波器、數(shù)字控 振蕩器、反饋分頻器、Sigma-Delta調(diào)制器和校正裝置;其中： 所述時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于接收參考時鐘信號和反饋時鐘信號，鑒別所述參考時鐘信號 和所述反饋時鐘信號之間的相位差以得到指示該相位差的數(shù)字信號； 所述校正裝置用于接收所述數(shù)字信號、頻率控制字和所述Sigma-Delta調(diào)制器生成的 分頻控制字，并基于所述頻率控制字和所述分頻控制字補(bǔ)償所述數(shù)字信號以得到校正信 號，所述頻率控制字用于指示所述數(shù)字分頻鎖相環(huán)的標(biāo)稱分頻值，所述標(biāo)稱分頻值為所述 振蕩信號的頻率與所述參考時鐘信號的頻率的比值，所述分頻控制字用于指示所述反饋分 頻器的實(shí)際分頻值，該實(shí)際分頻值為所述振蕩信號的頻率與所述反饋時鐘信號的頻率的比 值； 所述數(shù)字環(huán)路濾波器用于接收所述校正信號，并對所述校正信號進(jìn)行數(shù)字濾波以得到 振蕩器頻率控制信號； 所述數(shù)字控振蕩器用于接收所述振蕩器頻率控制信號，并在所述振蕩器頻率控制信號 的控制下生成振蕩信號作為所述數(shù)字分頻鎖相環(huán)的輸出信號； 所述反饋分頻器用于對所述振蕩信號進(jìn)行分頻以得到所述反饋時鐘信號； 所述Sigma-Delta調(diào)制器用于接收所述頻率控制字，并基于所述頻率控制字生成所述 分頻控制字。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字分頻鎖相環(huán)，其特征在于，所述校正裝置用于基于所述頻 率控制字和所述分頻控制字得到所述參考時鐘信號和所述反饋時鐘信號之間的時域偏差， 并基于所述時域偏差補(bǔ)償所述數(shù)字信號以得到所述校正信號。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字分頻鎖相環(huán)，其特征在于，所述校正裝置包括： 測量器，用于基于所述頻率控制字和所述分頻控制字得到所述參考時鐘信號和所述反 饋時鐘信號之間的時域偏差； 補(bǔ)償器，用于通過映射關(guān)系確定與所述時域偏差對應(yīng)的非線性補(bǔ)償值，并利用所述非 線性補(bǔ)償值補(bǔ)償所述數(shù)字信號以得到所述校正信號。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)字分頻鎖相環(huán)，其特征在于，所述補(bǔ)償器包括： 映射單元，用于通過所述映射關(guān)系確定與所述時域偏差對應(yīng)的非線性補(bǔ)償值； 校準(zhǔn)器，用于利用所述非線性補(bǔ)償值補(bǔ)償所述數(shù)字信號以得到所述校正信號。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字分頻鎖相環(huán)，其特征在于，所述校準(zhǔn)器包括加法器，用于 將所述非線性補(bǔ)償值的負(fù)值與所述數(shù)字信號相加以得到所述校正信號。6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的數(shù)字分頻鎖相環(huán)，其特征在于，所述映射關(guān)系以查找表的 方式體現(xiàn)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字分頻鎖相環(huán)，其特征在于，所述查找表被預(yù)置在所述映射 單元中。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的數(shù)字分頻鎖相環(huán)，其特征在于，所述校正裝置還包括計(jì)算器， 用于估計(jì)從所述時域偏差到所述數(shù)字信號的所述非線性誤差，并根據(jù)所述非線性誤差生成 能夠補(bǔ)償所述非線性誤差的所述查找表。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)字分頻鎖相環(huán)，其特征在于，還包括： 控制器，用于在所述計(jì)算器得到所述非線性誤差后，關(guān)閉所述測量器和所述計(jì)算器。10. 根據(jù)權(quán)利要求3至9中任一項(xiàng)所述的數(shù)字分頻鎖相環(huán)，其特征在于，所述測量器包括 加法器、積分器和乘法器;其中， 所述加法器用于將所述頻率控制字的負(fù)值與所述分頻控制字相加，以得到所述分頻控 制字所指示的所述反饋分頻器的實(shí)際分頻值和所述頻率控制字所指示的所述數(shù)字分頻鎖 相環(huán)的標(biāo)稱分頻值的差值； 所述積分器用于對所述差值做時域積分得到積分值； 所述乘法器用于將所述積分值與所述振蕩信號的周期相乘得到所述時域偏差。11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的數(shù)字分頻鎖相環(huán)，其特征在于，所述數(shù)字分頻 鎖相環(huán)是數(shù)字小數(shù)分頻鎖相環(huán)。12. -種芯片，包括多個邏輯門電路或晶體管電路，其特征在于，所述芯片包括根據(jù)權(quán) 利要求1至11中任一項(xiàng)所述的數(shù)字分頻鎖相環(huán)。
【文檔編號】H03L7/197GK105959003SQ201610260615
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】高鵬
【申請人】華為技術(shù)有限公司