一种用于锁相环解调器的自适应阈值产生器的制作方法

本实用新型涉及锁相环解调器技术领域，具体涉及一种用于锁相环解调器的自适应阈值产生器。

背景技术：

如图1所示，锁相环(Phase-Locked Loop，简称PLL)具有自动跟踪锁定参考时钟的能力，环路工作机制如下：鉴频鉴相器(Phase-Frequency Detector，简称PFD)对待解调信号Sfsk和来自压控振荡器(Voltage-controlled Oscillator，简称VCO)的反馈时钟信号进行实时比较，生成误差信号控制电荷泵对环路滤波器进行充放电，使VCO控制电平最终稳定在确定值，此时待解调信号与反馈时钟在频率和相位上接近一致。VCO作为锁相环的关键模块，其数学理想模型可以简化为振荡频率与VCO控制电平的单调映射函数(称为电压-频率曲线)，因此待解调信号的频率检测结果可以换算成VCO控制电平的量化结果，这就是锁相环解调器能够解调频率调制信号的工作原理。

如图2a、2b所示，锁相环解调器的实现过程是基于半导体器件的芯片设计加工过程，由于半导体器件受工艺-电压-温度(Process-Voltage-Temperature，简称PVT)波动以及加工偏差等外部因素影响显著，因此真实VCO会比其理想数学模型要复杂更多。换句话说，电压-频率曲线本身也是外部因素共同作用下的函数，而且很难精确预计。这样一来，即便待解调的频率调制信号维持不变，一旦外部因素变化，实际的VCO控制电平也随之变化且缺乏预测性；如图2a或2b所示，正常情况下，电压-频率曲线为曲线①，此时固定频率下对应一电压值；当外部因素变化后，电压-频率曲线为曲线②，此时固定频率下对应另一电压值。

在VCO控制电平的量化过程中，需要基于比较器对VCO控制电平和比较器阈值进行量化判决，因此比较器阈值对量化结果同样重要。在现有锁相环解调器中，比较器阈值产生器大致划分为如下结构：

基于带隙基准电路，虽然阈值随温度-电压变化波动较小，但是加工中半导体器件存在随机分布误差(称为蒙特卡洛分布)，每颗芯片都或多或少的偏离理想目标值，就当前主流工艺下典型设计水平而言，这种随机分布的3σ误差一般在+/-100mV以内。

基于DAC电路，虽然可以调整DAC编码来调整阈值，但是如何实时地获得随外部因素变化的准确编码却是一个难题，原因在于外部因素来源广泛，很难精确地将外部因素的检测结果转换成正确补偿码，在实践层面难度很大，效果很难保证。

基于电阻分压电路，虽然阈值与输入电压的比例关系很精准，但是阈值却与输入电压在特性上完全一致(譬如温度响应等等)，完全取决于输入电压随外部因素的变化规律。

上述三种比较器阈值产生器的实现方式，无论如何调整阈值，都无法使比较器阈值Vth和VCO控制电平Vdem做到实时的密切相关，即外部因素无法对比较器阈值和VCO控制电平造成一致效果。当比较器量化判决时，VCO控制电平和比较器阈值之差(Vdem-Vth)必然包含外部因素的干扰；一旦VCO控制电平与比较器阈值之差原本很小时(譬如调制深度很小时)，这种外部因素的干扰就越发严重，解调的可靠性因此越发降低。

在现有的锁相环解调器的量化过程中，比较器阈值和VCO控制电平完全不相关，它们受外部环境(如PVT波动)影响程度不同，即量化结果包含了外部因素的干扰，解调精度和可靠性会因此下降。

技术实现要素：

针对上述问题中存在的不足之处，本实用新型提供一种用于锁相环解调器的自适应阈值产生器。

本实用新型公开了一种用于锁相环解调器的自适应阈值产生器，该自适应阈值产生器与锁相环解调器的比较器相连，该自适应阈值产生器为锁相环；

所述锁相环的压控振荡器与所述比较器的负端相连，所述锁相环的压控振荡器控制电平为锁相环解调器的比较器阈值。

作为本实用新型的进一步改进，所述锁相环处于锁定状态。

作为本实用新型的进一步改进，所述锁相环的压控振荡器与锁相环解调器的压控振荡器相匹配。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型通过将锁相环作为锁相环解调器的阈值产生器，其实现了比较器阈值和VCO控制电平的完全相关，彻底消除了外部因素的影响对量化判决结果的干扰，保障了锁相环解调器的解调精度和可靠性。

附图说明

图1为传统锁相环解调器的框图；

图2a为压控振荡器的一种类型的电压-频率曲线图；

图2b为压控振荡器的另一种类型的电压-频率曲线图；

图3为本实用新型一种实施例公开的用于锁相环解调器的自适应阈值产生器的框图。

图中：

10、锁相环解调器；11、第一鉴频鉴相器；12、第一电荷泵；13、第一滤波器；14、第一压控振荡器；15、第一分频器；16、比较器；20、锁相环；21、第二鉴频鉴相器；22、第二电荷泵；23、第二滤波器；24、第二压控振荡器；25、第二分频器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细描述：

如图3所示，本实用新型提供一种用于锁相环解调器的自适应阈值产生器，该自适应阈值产生器与锁相环解调器10的比较器16相连，该自适应阈值产生器采用锁相环20结构；其中：

本实用新型的锁相环解调器10采用现有常规的结构，其包括第一鉴频鉴相器11、第一电荷泵12、第一滤波器13、第一压控振荡器14、第一分频器15和比较器16，第一压控振荡器14的控制电平端与比较器16的正端相连；鉴频鉴相器(PFD)11对待解调信号Sfsk和来自第一压控振荡器(VCO)14的反馈时钟信号进行实时比较，生成误差信号控制第一电荷泵12对第一滤波器13进行充放电，使第一压控振荡器(VCO)14控制电平最终稳定在确定值，此时待解调信号与反馈时钟在频率和相位上接近一致。

本实用新型的锁相环20作为锁相环解调器10的阈值产生器，锁相环20包括依次连接的第二鉴频鉴相器12、第二电荷泵22、第二滤波器23、第二压控振荡器24和第二分频器25，第二分频器25的输出端与第二鉴频鉴相器12的输入端相连，第二鉴频鉴相器12将参考时钟信号Fref与第二压控振荡器24的反馈时钟信号进行比较，第二压控振荡器24的控制电平端与比较器16的负端相连，第二压控振荡器24的控制电平作为锁相环解调器10的比较器阈值。

进一步，锁相环20处于锁定状态。

进一步，锁相环20的第二压控振荡器24与锁相环解调器10的第一压控振荡器14相匹配，具有一致的电学性能。譬如，基于现有版图设计手段和半导体加工技术水平，可以做到锁相环20的第二压控振荡器24与锁相环解调器10的第一压控振荡器14的失配度控制在1％以内。

具体的：

本实用新型提供的一种用于锁相环解调器的自适应阈值产生器，包含一个结构相对简单的锁相环20(称为镜像锁相环)，该镜像锁相环一直处于锁定状态。当PVT等外部因素变化时，虽然VCO的电压-频率曲线会因此变化，但是镜像锁相环自身具备实时的补偿能力，即实时地调整VCO控制电平来确保VCO频率保持不变。简单来讲，任何外部因素的干扰都会被VCO控制电平的变化量所补偿掉。当镜像锁相环的VCO控制电平作为锁相环解调器的比较器阈值时，外部因素对锁相环解调器的VCO控制电平和比较器阈值影响完全一致，即两者是完全相关，两者之差就彻底消除了来自外部因素的干扰，比较器的量化判决结果可靠性由此得以保障。

在具体实现上，虽然镜像锁相环的VCO和锁相环解调器的VCO必须高度匹配，但是其余模块却没有要求，因此镜像锁相环中除VCO之外的模块可以采用最简单电路最小面积最低功耗的方式实现，确保最核心的VCO能够锁定即可。虽然从规模上增加了一个锁相环，但是简化设计后开销是有限的。

为了确保镜像锁相环的VCO和锁相环解调器的VCO具有一致的电学性能，需要在版图设计中做到高度一致性的匹配设计，包括但不限于如下手段：(1)两个VCO在电路及版图上完全一致；(2)两个VCO在版图上完全对称布局；(3)选择较大尺寸的半导体器件，可以提高器件间的工艺匹配度；(4)两个VCO的子模块实现版图交叉布局；(5)两个VCO的外部版图环境保持高度一致。就当前主流工艺水平而言，结合上述版图中合理设计手段的应用，两个VCO的失配度控制在1％以内是完全可以实现的。若VCO的电压调谐范围按1V估算，则两个VCO在相同频率时的失配电压不到10mV，比带隙基准电压的蒙特卡洛分布典型误差值(约100mV量级)低了一个数量级，达到了比较器输入失配电压的典型值水平，此时外部因素在比较器的量化误差中已不占主导。

本实用新型通过将锁相环作为锁相环解调器的阈值产生器，其实现了比较器阈值和VCO控制电平的完全相关，彻底消除了外部因素的影响对量化判决结果的干扰，保障了锁相环解调器的解调精度和可靠性。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。