Pll及pll中的自适应补偿方法
【技术领域】
[0001] 本公开设及电子电路的领域，并具体设及锁相环(P化）、包括化L的装置和化L中的 自适应补偿方法。
【背景技术】
[0002] 晶体(例如石英晶体振荡器)在电子电路的频率资源中广泛使用，例如抖动消除器 和频率合成器。然而，还众所周知的是运种晶体的固有谐振频率在晶体经受加速度时改变 (Cf.参考文献[1])。由于晶体振荡器的加速度灵敏度，机械振动会向它的输出时钟引入附 加相位噪声，运会不利地导致对于各种应用的性能降级或甚至故障。
[0003] 在=种现实场景中振动效应是明显的：1)受风、驶过的卡车或地震摇晃的铁塔上 的无线基站;2)车载设备，例如汽车、火车、轮船、飞机、直升机、火箭或航天飞机上的无线通 信终端、雷达、导航仪和/或科学仪器；W及3)高速网络/数字通信设备，例如高速网关应用、 高速路由器、高吞吐量云存储设备。运些设备需要具有超低相位噪声的系统时钟，其可能由 来自散热风扇或人为操作(走动、关口）等的振动而降级。
[0004] 考虑到化L是电子设备中广泛使用的基础模块，振动引入的相位噪声可能使系电 子系统的关键性能（例如，通信系统的连接性、信噪比和/或误比特率）、雷达和其他传感器 的分辨率和/或可靠性降级。因此，抑制振动引入的相位噪声的技术对于许多市场(如蜂窝 网络、双向无线电、车车通信、雷达、航天、互联网和/或云设备等等)是非常有价值的。
[0005] 降低晶体振荡器的加速度灵敏度的公知方法包括有源和无源方法二者。
[0006] 无源方法包括:吸收振动的特殊机械结构或安装成对的相反朝向的晶体，W消除 加速度引入的频移。已经在印刷电路板(PCB)层级(参见参考文献[2])或紧凑尺寸封装中集 成的微观结构(参见参考文献[3]-[7])中应用了运些方法。
[0007] 在有源方法中，机械振动可W通过加速度传感器感测并反馈，W动态地调整通过 它的调谐接口的晶体振荡器的输出频率。通常存在靠近晶体振荡器放置的=个加速度计， W感测自由空间中的巧由的加速度。
[000引 1981(参见参考文献[8])和1987(参见参考文献[9])年，V.R. Rosati等人提出了可 W通过模拟放大器W固定增益且没有相位延迟地修改由加速度计所生成的调谐信号的解 决方案。
[0009] 1989(参见参考文献[10])年，Frerking描述了在极化效应调谐方法中使用自适应 滤波器来使压控晶体振荡器的(VCXO)振动引入的相位噪声最小化。
[0010] 1997(参见参考文献[11])年，Wei提出了一种自适应信号调节器，包括一个或更多 个加速度计、带通滤波器和代表传递函数H(S)的模拟电路，W抑制VCXO的振动引入的相位 噪声。
[0011] 2006(参见参考文献[20])年，Nicola等人提出了一种用于使化L稳定化的设备。在 Nicola的专利中，稳定化设备可W将随机数字信号与振荡器控制信号相加，W及对相位检 测器的输出与所述随机数字信号进行互相关，W估计PLL的传递函数和环路增益。估计出的 传递函数和环路增益可W然后被用于通过查找表来调整两个放大器的增益，W在参考时钟 的抖动改变时使化L的传递函数稳定化。在Nicola的专利中，加至振荡器控制信号的信号的 方差和增益是预先确定的，并且环路滤波器被调整。它仅适用于全数字化L，并且不旨在抑 制振动引入的相位噪声。
[0012] 现有的无源和有源方法存在某些缺点，运些缺点或者限制它的性能或者产品成本 局。
[0013] 因此，需要对化L中的振动进行自适应补偿的技术方案。
【发明内容】
[0014] 本公开的实施例提供了用于减轻锁相环（P化）中的加速度敏感的压控振荡器 (VCO)的振动引入的相位噪声的机制。一些实施例中的机制包括:一种有源补偿方法，其中 补偿网络通过向靠近VCO放置的加速度传感器感测到的加速度信号应用衰减来生成校正信 号，所述校正信号与振荡器控制信号相加 W减轻振动引入的相位噪声。一些实施例中的机 制还包括用于动态调整补偿网络的参数(例如增益(衰减））的方法，使得补偿网络可W在工 作时动态地适应单独的VCO采样，其中每个VCO采样的参数(例如灵敏度和加速度灵敏度)通 常不同并且可W随着它的工作频率、环境溫度、老化等改变。此外，利用自适应有源补偿网 络，在本公开的一些实施例中可能不再需要针对补偿网络的预校准或预配置，而运在现有 有源补偿网络中是必需的。
[001引根据本公开的一个方案，提供了一种锁相环（P化）。该化L包括相位频率检测器 (PFD)、环路滤波器和压控振荡器(VC0)。所述化L还包括:加速度传感器，用于通过检测所述 VCO的加速度来生成加速度信号;第一滤波器，用于对由所述P抑生成的相差信号进行滤波， W获得滤波后的相差信号；自适应补偿单元，基于所述加速度信号和所述滤波后的相差信 号来生成校正信号；第一求和单元，连接在所述环路滤波器与所述VCO之间，用于对所述校 正信号和从所述环路滤波器输出的振荡器控制信号求和，W补偿由所述VCO的加速度引起 的VCO的输出时钟信号的频移。
[0016] 优选地，自适应补偿单元包括:互相关单元，用于计算所述加速度信号和滤波后的 相差信号的相关系数;增益生成单元，用于基于所述相关系数生成增益设置信号作为所述 加速度信号的增益；W及第一可变增益放大器(VGA)，用于通过向所述加速度信号应用所述 增益来生成所述校正信号。
[0017] 优选地，所述加速度传感器包括：多个加速度计，分别被配置为:通过检测在多个 方向之一上的VCO的加速度分量来生成加速度分量信号；多个VGA,分别与多个加速度计的 相应输出连接，W向相应的加速度分量信号应用相应的权重，W得到加权的加速度分量信 号；W及第二求和单元，被配置为对所述加权的加速度分量信号求和，W形成所述加速度信 号。
[0018] 优选地，所述自适应补偿单元还包括:解复用器，用于将所述增益设置信号从所述 增益生成单元转发至第一VGA( 16)中的所选VGA作为所述增益，W及转发至所述多个VGA作 为所述权重。
[0019] 所述多个VGA的权重通过W下步骤确定：
[0020] a)判断当前权重是否被标记为已校准；
[0021] b)如果判断当前权重中的任意一个未被标记为已校准，则将所述增益和权重之一 初始设置为非零常数，W及将所述增益和权重中的其他设置为零；
[0022] C)在b)中其增益或权重被初始化为零的每个VGA上顺序地重复如下迭代，直至确 定所述增益或权重的至少一个中的全部：
[0023] 将所述增益设置信号从所述增益生成单元转发至所述VGA中的所选VGA,同时保持 剩余每个VGA的增益或权重为由前一迭代所确定的值；
[0024] 令所述化L工作用于连续更新所选VGA的增益或权重，直至所选VGA的增益或权重 收敛至特定值，所述特定值然后在当前迭代中被确定为所选VGA的增益或权重；
[0025] d)通过判断在C)中执行的任意次数的最近迭代所确定的增益和权重的相应时间 序列的方差是否小于预定阔值来决定在C)中确定的增益或权重中的至少一个是否收敛；
[0026] e)重复c)-d)，直至决定当前确定的增益或权重中的至少一个是收敛的；W及
[0027] f)将当前确定的权重标记为已校准。
[0028] 优选地，互相关单元被配置为:获得在根据加速度信号和滤波后的相差信号的序 列计算出的互相关序列中的峰值W及它的位置，分别作为相关系数和延迟。
[0029] 优选地，自适应补偿单元还包括:第二滤波器，被布置在加速度传感器和第一 VGA 之间，并且被配置为用它的滤波系数对来自所述加速度传感器的所述加速度信号进行均 衡；W及均衡系数估计器，用于基于所述延迟、所述加速度信号和所述滤波后的相差信号来 更新所述第二滤波器的滤波系数。
[0030] 备选地，所述自适应补偿单元还包括:第二滤波器，被布置在第一 VGA和第一求和 单元之间，并且被配置为利用它的滤波系数对来自第一VGA的所述校正信号进行滤波；W及 均衡系数估计器，用于基于所述延迟、所述加速度信号和所述滤波后的相差信号来更新所 述第二滤波器的滤波系数。
[0031] 根据本公开的另一方案，提供了 一种锁相环化L。该化L包括相位频率检测器 (PFD)、环路滤波器和压控振荡器(VCO)。该化L还包括：多个加速度计，分别被配置为:通过 检测VCO在多个方向之一上的加速度分量来生成加速度分量信号;第一滤波器，被配置为： 对由所述PFD生成的相差信号进行滤波，W获得滤波后的相差信号；多个自适应补偿单元， 分别被配置为:基于相应的加速度分量信号和滤波后的相差信号生成校正分量信号;第二 求和单元，被配置为对所述校正分量信号求和，W形成所述校正信号；第一求和单元，连接 在所述环路滤波器与所述VCO之间，用于对所述校正信号和从所述环路滤波器输出的振荡 器控制信号求和，W补偿由所述VCO的加速度引起的VCO的输出时钟信号的频移。
[0032] 优选地，所述自适应补偿单元中的每一个包括:互相关单元，用于计算加速度分量 信号和滤波后的相差信号之间的相关系数;增益生成单元，用于基于相关系数生成增益设 置信号作为所述加速度分量信号的增益；W及可变增益放大器(VGA)，用于通过向所述加速 度分量信号应用所述增益来生成所述校正分量信号。
[0033] 根据本公开的一个方案，提供了一种包括上述化L的装置。
[0034] 根据本公开的另一方案，提供了一种用于适应地补偿锁相环(P化)的方法。该方法 包括:通过检测所述化L的压控振荡器VCO的加速度来生成加速度信号;通过向所述加速度 信号应用增益来生成校正信号；对所述校正信号和来自所述化L的环路滤波器的振荡器控 审IJ信号求和，W补偿由VCO的加速度导致的VCO的输出时钟信号的频移。
[0035] 优选地，通过W下步骤获得所述增益:获得反馈时钟信号;确定参考时钟信号与所 述反馈时钟信号之间的相差信号;对所述相差信号进行滤波，W获得所述滤波后的相差信 号;计算所述加速度信号和所述滤波后的相差信号的相关系数；W及基于所述相关系数来 生成增益设置信号作为增益。
[0036] 优选地，生成所述加速度信号包括:生成多个加速度分量信号，每个加速度分量信 号通过检测多个方向中的每个方向上的加速度分量来生成；向相应的加速度分量信号应用 相应的权重，W得到加权的加速度分量信号；W及对所述加权的加速度分量信号求和，W形 成所述加速度信号。
[0037] 优选地，所述权重通过W下步骤确定：
[0038] a)判断当前权重是否被标记为已校准；
[0039] b)如果判断当前权重的任意一个未被标记为已校准，则将所述增益和权重之一初 始设置为非零常数，并将所述增益和权重中的其他设置为零；
[0040] C)在应用了在b)中初始化为零的增益或权重的加速度信号或加速度分量信号上 顺序地(S803，S804，S805)重复如下迭代，直至确定所述增益或权重的至少一个中的全部：
[0041] 将所述增益设置信号应用至所述加速度信号和所述加速度分量信号中所选的那 个，同时保持所应用的增益或权重作为由前一迭代确定的值；
[0042] 令所述PlX工作用于连续更新应用于所选加速度信号的