专利名称：用于校准锁相环路(pll)的环路带宽的系统和方法
技术领域：
本发明大体上涉及信号处理和与信号处理有关的技术。更具体来说，本发明涉及 用于校准锁相环路(PLL)的环路带宽的系统和方法。
背景技术：
锁相环路(PLL)频率合成器可在例如音频和视频处理系统、通信系统等许多类型 的系统中且在例如处理系统等其它系统中用作构建块。PLL是一种产生具有随参考信号的 频率而变的输出频率的输出信号的装置。当PLL以装置形式实施时，输出信号的频率可能 频繁地改变。举例来说，输出信号的频率可在装置启动时或在装置从一个信道变到另一信 道时改变。PLL可包含以反馈环路连接的特定组件。举例来说，PLL可包含压控振荡器(VCO)、 相位频率检测器(PFD)和环路滤波器。在VCO频率被设计为参考频率的倍数的应用中，PLL 可另外包含反馈分频器。PFD可控制VCO的输出信号的频率。PLL中的PFD接收反馈环路中的输出信号，且 将所述输出信号的频率与参考信号的频率进行比较。基于输出信号的频率与参考信号的频 率的比较，PFD产生控制信号，所述控制信号被提供到低通滤波器，且随后被提供到VC0，以 便控制VCO的输出信号的频率。然而，PLL的环路带宽可能存在较大的变化。另外，PLL稳定时间和噪声性能可能 严重恶化。因此，可通过提供改进的锁相环路滤波器来实现益处。
图1是说明锁相环路(PLL)频率合成器的一种配置的框图；图2是具有二阶环路滤波器的电荷泵PLL的框图；图3是说明用于校准PLL的环路带宽的方法的一个实例的流程图；图4说明对应于图3中所示的方法的装置加功能块；图5是说明用于校准PLL的环路带宽的方法的进一步实例的流程图；图6是说明用以关于各种VCO组和温度/过程变化而校准PLL的环路带宽的方法 的框图；图7说明可用于通信装置中的各种组件；以及图8是根据所揭示的系统和方法的一个实例的基站的框图。
具体实施例方式描述一种用于校准锁相环路(PLL)的环路带宽的方法。根据输入参考信号的频率 来调谐PLL滤波器中的至少一个电阻器。根据所述输入参考信号的频率来调谐PLL滤波器 中的一个或一个以上电容器。对一个或一个以上压控振荡器(VCO)的输出脉冲进行计数。 根据所计数的输出脉冲对与目标环路带宽相关联的第一电荷泵电流进行计数。将可编程电
5荷泵电流调谐到所计算的第一电荷泵电流。还描述一种用于校准锁相环路(PLL)的环路带宽的电路。所述电路包含至少一个 电阻器。所述至少一个电阻器是根据输入参考信号的频率而调谐。所述电路还包含一个或 一个以上电容器。所述一个或一个以上电容器是根据所述输入参考信号的频率而调谐。所 述电路进一步包含压控振荡器(VCO)计数器。所述VCO计数器对一个或一个以上压控振荡 器的输出脉冲进行计数。另外，所述电路包含数字信号处理器(DSP)。所述DSP根据所计数 的输出脉冲来计算与目标环路带宽相关联的第一电荷泵电流。所述DSP将可编程电荷泵电 流调谐到所计算的第一电荷泵电流。还描述一种用于校准锁相环路(PLL)的环路带宽的设备。所述设备包含用于根 据输入参考信号的频率来调谐PLL中的至少一个电阻器的装置；以及用于根据所述输入参 考信号的频率来调谐PLL中的一个或一个以上电容器的装置。所述设备还包含用于对一 个或一个以上压控振荡器(VCO)的输出脉冲进行计数的装置；以及用于根据所计数的输出 脉冲来计算与目标环路带宽相关联的第一电荷泵电流的装置。另外，所述设备包含用于将 可编程电荷泵电流调谐到所计算的第一电荷泵电流的装置。还描述一种用于校准锁相环路(PLL)的环路带宽的计算机程序产品。所述计算机 程序产品包含其上具有指令的计算机可读媒体。所述指令包含用于根据输入参考信号的 频率来调谐PLL中的一个或一个以上电阻器的代码；以及用于根据所述输入参考信号的频 率来调谐所述PLL中的一个或一个以上电容器的代码。所述指令还包含用于对一个或一 个以上压控振荡器(VCO)的输出脉冲进行计数的代码；用于根据所计数的输出脉冲来计算 与目标环路带宽相关联的第一电荷泵电流的代码；以及用于将可编程电荷泵电流调谐到所 计算的第一电荷泵电流的代码。锁相环路(PLL)系统可用于模拟和数字电路中。这些系统可包含以反馈配置连接 的相位频率检测器(PFD)、电荷泵和压控振荡器(VCO)。所述VCO产生PLL的输出信号，且 PLL的各种组件可协作以致使输出信号趋向且最终锁定于所要的输出频率，所述输出频率 是基于作为到PFD的输入而施加的参考信号的频率。举例来说，PLL系统可经配置以产生 具有与输入信号相同的频率的输出信号，或具有为输入频率的x/y倍的输出频率的输出信 号。所述PLL是一种电子控制系统，其也产生输出信号(Rmt)，所述输出信号具有与 输入参考信号(Fref)的相位的固定关系。由此，PLL电路的输出信号可对应于输入参考信 号的频率和相位两者。PLL可自动提高或降低VCO的频率，直到其在频率和相位两者上与输 入参考信号匹配为止。所述PLL可为实施负反馈的控制系统的实例。PLL可用于无线电、电信、计算机和其它电子应用中。所述PLL可产生稳定频率、恢 复来自有噪声通信信道的信号或在例如微处理器等数字逻辑设计中分布时钟时序脉冲。单 个集成电路可提供一 PLL构建块。由此，PLL可用于现代电子装置中，其中输出频率的范围 为从每秒一周期的一小部分至多达数千兆赫。在一种配置中，PLL的环路带宽决定PLL的稳定时间和噪声/抖动性能。稳定时 间是指从施加输入参考信号开始直到输出信号稳定于某一值为止已逝去的时间。噪声可指 可使输出信号失真的非所要的电子信号。在一种配置中，抖动是指在电子技术和电信中的 一个或一个以上信号特性的非所要的变化。抖动可为连续脉冲之间的间隔，或连续周期的振幅、频率或相位。最小化或减少输出信号中不受控制的噪声和抖动是PLL系统中的重要 设计问题。如先前所提到，抖动是当系统被调准或几乎被调准时输出信号的相位和/或频 率的变化。因此，稳定时间和噪声/抖动性能在PLL的设计中是要考虑的重要特性。因此，需 要依据特定应用来优化PLL的环路带宽，以便减少PLL的稳定时间、噪声和抖动特性。然 而，环路带宽随多个变量而变，所述多个变量可能关于温度变化和其它过程而变化。另外， PLL可包含多个压控振荡器(VCO)。可将这些多个VCO称作VCO组。在一种配置中，具有多 个组的电感器/电容器(LC)型VCO可包含在多个组之间不同的VCO增益(Kvco)。Kvco在 多个VCO组上的差异还可影响PLL的环路带宽。由此，需要改进PLL的校准以便关于温度 /过程变化且关于各种VCO组而维持PLL的相同环路带宽的系统和方法。图1是说明锁相环路(PLL) 100的一种配置的框图。PLL 100可包含相位频率检测 器104、电荷泵106、环路滤波器122和压控振荡器(VCO) 108。另外，PLL 100可包含反馈路 径，所述反馈路径包含分频器110。相位检测器104可为将至少两个频率112、114进行比 较的装置。第一输入频率112可为输入参考信号(Fref)的频率。第二输入频率114可为 由反馈路径提供的输出信号120 (Rmt)的频率。相位频率检测器104可产生第一输出信号 116，其为第一输入频率112与第二输入频率114之间的相位差的量度。电荷泵106可为将电容器实施为储能元件以产生较高或较低电压电源的电子电 路。电荷泵106可供应与由相位频率检测器104检测到的相位误差成比例的电荷量。来自 电荷泵的第二输出信号118可输入到VCO 108。VCO 108可为电感性振荡器(LC振荡器)， 其通过经由电感器对电容器进行充电和放电来进行振荡。VCO 108可响应于控制电压而改 变其频率。VCO 108可产生输出信号120 (Fout)。还可将输出信号120传输到分频器110。分 频器110可在反馈环路中被放于VCO 108与相位频率检测器104之间。分频器110可被放 于VCO 108与相位频率检测器104之间以产生频率合成器。在一种配置中，可在无线电发 射器应用中实施分频器110。图2是具有二阶环路滤波器222的电荷泵PLL 200的框图。PLL 200包含相位频 率检测器204、电荷泵206、VC0 208和分频器210。分频器210可被放于VCO 208与相位频 率检测器204之间。PLL 200进一步包含环路滤波器222。环滤波器222可包含电阻器212 和多个电容器214A、214B。在一种配置中，PLL 200的开环传递函数表示为
权利要求
1.一种用于校准锁相环路(PLL)的环路带宽的方法，其包括根据输入参考信号的频率来调谐所述PLL中的至少一个电阻器；根据所述输入参考信号的所述频率来调谐所述PLL中的一个或一个以上电容器；对一个或一个以上压控振荡器(VCO)的输出脉冲进行计数；根据所述所计数的输出脉冲来计算与目标环路带宽相关联的第一电荷泵电流；以及将可编程电荷泵电流调谐到所述所计算的第一电荷泵电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括计算所述PLL中的所述一个或一个以上 压控振荡器(VCO)中的每一者的增益(Kvco)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中针对较低控制电压和较高控制电压对所述输出脉 冲进行计数。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使用所述所计数的输出脉冲来计算所述 一个或一个以上VCO的所述增益。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使用R调谐器来调谐所述至少一个电阻ο
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使用C调谐器来调谐所述一个或一个以 上电容器。
7.根据权利要求2所述的方法，其中通过下式来计算所述一个或一个以上VCO的所述 增益(Kvco)中的每一者
8.根据权利要求1所述的方法，其中数字信号处理器(DSP)计算与所述目标环路带宽 相关联的所述第一电荷泵电流。
9.根据权利要求1所述的方法，其中由DSP来计算所述一个或一个以上VCO中的每一 者的所述增益。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括关于所述VCO中的每一者而维持恒定环 路带宽。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括关于温度的变化而维持恒定环路带宽。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述PLL中的所述至少一个电阻器是可编程电阻ο
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述PLL中的所述一个或一个以上电容器是可编 程电容器。
14.一种用于校准锁相环路(PLL)的环路带宽的电路，所述电路包括至少一个电阻器，其中所述至少一个电阻器根据输入参考信号的频率而调谐；一个或一个以上电容器，其中所述一个或一个以上电容器根据所述输入参考信号的所 述频率而调谐；压控振荡器(VCO)计数器，其中所述VCO计数器对一个或一个以上压控振荡器的输出 脉冲进行计数；数字信号处理器(DSP)，其中所述DSP根据所述所计数的输出脉冲来计算与目标环路带宽相关联的第一电荷泵电流；且其中所述DSP将可编程电荷泵电流调谐到所述所计算的第一电荷泵电流。
15.根据权利要求14所述的电路，其中所述电路是集成电路。
16.根据权利要求14所述的电路，其中所述电路集成在通信装置中。
17.根据权利要求16所述的电路，其中所述电路集成在手持机中。
18.根据权利要求16所述的电路，其中所述电路集成在基站中。
19.根据权利要求14所述的电路，其中所述DSP计算所述PLL中的所述一个或一个以 上压控振荡器(VCO)中的每一者的增益(Kvco)。
20.根据权利要求14所述的电路，其中所述VCO计数器针对较低控制电压和较高控制 电压对输出脉冲进行计数。
21.根据权利要求14所述的电路，其中所述DSP使用所述所计数的输出脉冲来计算所 述一个或一个以上VCO的所述增益。
22.根据权利要求21所述的电路，其中所述DSP通过下式来计算所述一个或一个以上 VCO的所述增益(Kvco)中的每一者R —(计数器—高-计数器_低)/计数—周期
23.根据权利要求14所述的电路，其中所述DSP关于所述VCO中的每一者而维持恒定 环路带宽。
24.根据权利要求16所述的电路，其中所述DSP关于所述通信装置的温度的变化而维 持恒定环路带宽。
25.一种用于校准锁相环路(PLL)的环路带宽的设备，所述设备包括用于根据输入参考信号的频率来调谐所述PLL中的至少一个电阻器的装置；用于根据所述输入参考信号的所述频率来调谐所述PLL中的一个或一个以上电容器 的装置；用于对一个或一个以上压控振荡器(VCO)的输出脉冲进行计数的装置；用于根据所述所计数的输出脉冲来计算与目标环路带宽相关联的第一电荷泵电流的 装置；以及用于将可编程电荷泵电流调谐到所述所计算的第一电荷泵电流的装置。
26.根据权利要求25所述的设备，其进一步包括用于计算所述PLL中的所述一个或一 个以上压控振荡器(VCO)中的每一者的增益(Kvco)的装置。
27.根据权利要求25所述的设备，其中针对较低控制电压和较高控制电压对所述输出 脉冲进行计数。
28.根据权利要求25所述的设备，其进一步包括用于使用所述所计数的输出脉冲来计 算所述一个或一个以上VCO的所述增益的装置。
29.根据权利要求沈所述的设备，其中通过下式来计算所述一个或一个以上VCO的所 述增益(Kvco)中的每一者κ —(计数器_高-计数器_低)/计数_周期
30.根据权利要求25所述的设备，其中数字信号处理器(DSP)计算与所述目标环路带宽相关联的所述第一电荷泵电流。
31.根据权利要求25所述的设备，其中由DSP来计算所述一个或一个以上VCO中的所 述每一者的所述增益。
32.根据权利要求25所述的设备，其进一步包括用于关于所述VCO中的每一者而维持 恒定环路带宽的装置。
33.根据权利要求25所述的设备，其进一步包括用于关于所述设备的温度的变化而维 持恒定环路带宽的装置。
34.一种用于校准锁相环路(PLL)的环路带宽的计算机程序产品，所述计算机程序产 品包括其上具有指令的计算机可读媒体，所述指令包括用于根据输入参考信号的频率来调谐所述PLL中的一个或一个以上电阻器的代码；用于根据所述输入参考信号的所述频率来调谐所述PLL中的一个或一个以上电容器 的代码；用于对一个或一个以上压控振荡器(VCO)的输出脉冲进行计数的代码；用于根据所述所计数的输出脉冲来计算与目标环路带宽相关联的第一电荷泵电流的 代码；以及用于将可编程电荷泵电流调谐到所述所计算的第一电荷泵电流的代码。
全文摘要
本发明描述一种用于校准锁相环路(PLL)的环路带宽的方法。根据输入参考信号的频率来调谐PLL滤波器中的至少一个电阻器。根据所述输入参考信号的所述频率来调谐所述PLL滤波器中的一个或一个以上电容器。对一个或一个以上压控振荡器(VCO)的输出脉冲进行计数。根据所述所计数的输出脉冲对与目标环路带宽相关联的第一电荷泵电流进行计数。将可编程电荷泵电流调谐到所计算的第一电荷泵电流。
文档编号H03L7/18GK102089980SQ200980104728
公开日2011年6月8日 申请日期2009年1月6日 优先权日2008年1月7日
发明者朴程宏 申请人:高通股份有限公司