锁相环快速锁定电路及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及射频通信模块，尤其涉及一种锁相环快速锁定电路及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着GSM、TETRA等TDMA通信系统的发展，在RF系统设计过程中要求PLL频率合成器能够提供越来越快的锁定时间，来满足多时隙收发工作，若完成跳频数据传输工作。在提尚PLL锁定时间时，通过加入快锁电路来提尚锁相环的锁定时间，现有技术中通过加大泵电流的方法以提高锁定时间，但不能满足复杂的TETRA通信系统或跳频通信系统应用要求。
[0003]在复杂的PLL频合方式中，由于锁相环低通滤波器带宽的限制，频率源的相位噪声与锁相环速度之间相互制约，环路带宽窄，可提高锁相环锁定速度，降低锁相环锁定时间但会使相位噪声加大。若将环路带宽加大，可降低频率源的相位噪声位锁定时间会加长。在TETRA通信系统或跳频通信系统应用中，在同一时隙实现从高频点跳频到低频点，此时，压控电压下降，此时，锁相环仅能靠自身的电荷泵对环路滤波电路放电，因此从高频点到低频点的锁定过程较慢。
[0004]图1为现有技术中锁相环锁定的波形图，以下结合附图1介绍频率锁定的过程。
[0005]DTI阶段-捕获阶段:由于频点的切换，频率从稳定到不稳定的急剧变化，振荡频率与参考频率相位差非常大，锁相环处于失锁状态，需要大量的泵电流来捕获目标频率。
[0006]2)T2阶段-跟踪阶段:振荡频率与参考频率相位差较小，锁相环对振荡频率进行跟踪，属于环路自身调节的阶段。
[0007]3)Τ3阶段-稳定阶段:振荡频率与参考频率相位差非常小，锁相环处于锁定的状态。例如，在专网通信中，当频率偏差小于± 10Hz时，锁相环进入稳定状态。
[0008]如图1所示，锁定过程的三个阶段中，主要是由Tl和Τ2阶段决定目标频率的锁定时间。而Τ2的时间主要是由于环路自身的参数决定。Τ2时，相位差已经比较小了，靠锁相环自身的调节可以很快进入Τ3。然而，Tl捕获阶段所消耗的时间，对整体锁定时间有直接的影响。
[0009]现有技术中采用以下几种方式实现锁相环电路快速锁定:
[0010](I)在锁相环锁定开始的一小段时间内打开具有较大电流的快锁引脚给低通环路滤波电路充放电，再通过寄存器配置切换加较小的泵电流来满足窄带低噪声的要求。该方法在一定程度上可加快锁定时间，但由于主控芯片的电流较小，其快锁引脚输出的电流有限，压控电压高频点需较长的锁定时间；而且没有快速放电电路，在锁相环跳频应用场合，压控电压从高频点跳频到低频点时环路滤波电路放电较慢，锁定时间较慢；此外，寄存器配置切换时在低通环路滤波电路中产生脉冲，导致压控振荡器的频率不稳定。
[0011](2)专利申请号为CN201110080103.X、名称为锁相环快速锁定的电路及方法中，通过设置宽带宽环路滤波电路和窄带宽环路滤波电路两个环路，开始时宽带宽环路滤波电路作为锁相环中的环路滤波电路，预置压控电压同时给宽带宽环路滤波电路和窄带宽环路滤波电路进行电压预置，使锁相环中的鉴相器中的频差快速减小到一个较小值，该过程中频差越小，捕获阶段Tl所用的时间也越短。当宽带宽环路滤波电路电压预置稳定后，由宽带宽环路滤波电路为窄带宽环路滤波电路进行电压预置，从而窄带宽环路滤波电路获得精确的预置压控电压，由窄带宽环路滤波电路作为锁相环中的环路滤波电路。该方法中通过更改环路滤波电路的参数使环路带宽加大，进而缩小Tl阶段时间有限；而且没有设置快速放电通道，窄带环路滤波电路难以在短时间内放电，因此从高频点到低频点的锁定时间较长；此外，电路中使用运算放大器进行电压比较，对压控振荡器一致性和湿度稳定性要求较尚O
【发明内容】
[0012]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种锁相环快速锁定电路及其控制方法。
[0013]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种锁相环快速锁定电路，包括主控芯片、参考频率源、鉴相器、环路滤波电路和压控振荡器；所述压控振荡器向所述鉴相器反馈振荡频率；所述参考频率源向所述鉴相器输出参考频率；所述鉴相器对所述振荡频率和所述参考频率进行处理并向所述环路滤波电路输出泵电压，所述环路滤波电路对所述泵电压进行处理并向所述压控振荡器输出压控电压；所述压控振荡器对所述压控电压进行频率转换处理输出所述振荡频率；还包括分别与所述主控芯片和所述环路滤波电路相连的快锁电路；
[0014]所述主控芯片用于给所述鉴相器配置初始化数据及目标频率信息，并根据所述目标频率计算与其对应的目标电压，控制所述快锁电路对所述环路滤波电路输出的所述压控电压先进行放电置零处理，再进行充电处理，以使所述环路滤波电路输出的所述压控电压与所述目标电压一致。
[0015]优选地，所述快锁电路包括用于对所述压控电压进行放电置零处理的放电电路和用于对所述压控电压进行充电处理的充电电路。
[0016]优选地，所述放电电路包括放电电阻、和用于连接所述放电电阻和所述主控芯片的第一开关，所述第一开关的一管脚接地；所述充电电路包括充电电阻、和用于连接所述充电电阻和所述主控芯片的第二开关，所述第二开关的一管脚与充电电源相连。
[0017]优选地，所述环路滤波电路包括连接在所述鉴相器与所述压控振荡器之间的第一电阻、连接在所述第一电阻与所述压控振荡器之间的一端接地的第一电容、连接在所述第一电阻与所述鉴相器之间的一端接地的第二电容、连接在所述第一电阻与所述锁相环电路之间的第二电阻、以及第二电阻相连的一端接地的第三电容；所述充电电阻连接在所述第二电阻与所述第三电容之间，所述放电电阻连接在所述第二电阻与所述第三电容之间。
[0018]优选地，所述主控芯片根据所述目标频率计算与其对应的目标电压Vt，其中，Vt=(Fffl-F0)A ;Fm为目标频率，K为压控振荡器的压控灵敏度，Ftl为压控振荡器在压控电压为OV时输出的振荡频率，K、Ftl为常数；
[0019]所述主控芯片通过控制所述第一开关接地的放电时间，以对所述环路滤波电路输出的所述压控电压进行放电置零处理；所述放电时间通过tl = R1CLn[E/V0]计算得到，其中，其中&为放电电阻的电阻值，C为第三电容的电容值，E为压控电压的最大值，V 0为放电到近似OV的电压值；
[0020]所述主控芯片再通过控制所述第二开关与充电电源通电的充电时间，以实现对压控电压进行充电处理，所述充电时间通过t2 = R2CLn[E/(E-Vt)]计算得到，其中，R2为放电电阻的电阻值。
[0021]本发明还提供一种锁相环快速锁定电路的控制方法，所述锁相环快速锁定电路包括主控芯片、参考频率源、鉴相器、环路滤波电路、压控振荡器、分别与所述主控芯片和所述环路滤波电路相连的快锁电路；所述压控振荡器与所述鉴相器相连并向所述鉴相器反馈振荡频率；所述参考频率源用于向所述鉴相器输出参考频率；所述鉴相器对所述振荡频率和所述参考频率进行处理并向所述环路滤波电路输出泵电压；所述环路滤波电路对所述泵电压进行处理并向所述压控振荡器输出压控电压；所述压控振荡器对所述压控电压进行频率转换处理输出所述振荡频率；所述控制方法包括如下步骤:
[0022]所述主控芯片给所述鉴相器配置初始化数据及目标频率信息；
[0023]所述主控芯片根据所述目标频率计算与其对应的目标电压；
[0024]所述主控芯片控制所述快锁电路对所述环路滤波电路输出的所述压控电压进行放电置零处理；
[0025]所述主控芯片控制所述快锁电路对所述环路滤波电路输出的所述压控电压进行充电处理，以使所述环路滤波电路输出的所述压控电压与所述目标电压一致。
[0026]优选地，所述快锁电路包括用于对所述压控电压进行放电置零处理的放电电路和用于对所述压控电压进行充电处理的充电电路。
[0027]优选地，所述放电电路包括放电电阻、和用于连接所述放电电阻和所述主控芯片的第一开关，所述第一开关的一管脚接地；所述充电电路包括充电电阻、和用于连接所述充电电阻和所述主控芯片的第二开关，所述第二开关的一管脚与充电电源相连。
[0028]优选地，所述环路滤波电路包括连接在所述鉴相器与所述压控振荡器之