一种频率源、信号发射器及信号接收器的制作方法

本公开涉及电子信息技术领域，尤其涉及一种频率源、信号发射器及信号接收器。

背景技术：

在电子信息技术领域中，频率源能够生成输出信号，为信号传输提供输出信号。相关技术中，通过引入外部参考信号，经过锁相环产生输出信号，然后耦合至频率源。但是，引入外部参考信号需要晶振，制造成本较高，而且无法校准。

技术实现要素：

本公开实施例提供一种频率源、信号发射器及信号接收器，能够解决频率源引入外部参考信号需要晶振，制造成本较高，而且无法校准的问题。所述技术方案如下：

根据本公开实施例的第一方面，提供一种频率源，该频率源包括：

调谐振荡器、分频器、存储器、控制逻辑电路、工艺补偿电路和温度补偿电路；

其中，存储器与控制逻辑电路电连接，工艺补偿电路的信号输出端与控制逻辑电路的信号输入端电连接，温度补偿电路的信号输出端与控制逻辑电路的信号输入端电连接，控制逻辑电路的信号输出端与调谐振荡器的信号输入端电连接，调谐振荡器的信号输出端与分频器的信号输入端电连接，分频器的信号输出端与控制逻辑电路电连接；

存储器，用于存储配置字；

工艺补偿电路，用于向控制逻辑电路输入工艺补偿信号，补偿由于工艺偏差引起的输出信号频率的偏差；

工艺补偿电路，用于向控制逻辑电路输入温度补偿信号，补偿由于温度变化引起的输出信号频率的偏差；

控制逻辑电路，用于根据配置字、时钟信号、工艺补偿信号和温度补偿信号生成并输出控制信号；

调谐振荡器，用于根据控制信号生成并输出初始输出信号；

分频器，用于将调谐振荡器生成的初始输出信号进行分频处理，生成目标频率的输出信号和时钟信号，输出目标频率的输出信号，并向控制逻辑电路输入时钟信号。

在一个实施例中，温度补偿电路包括：第一温度检测转换器、第二温度检测转换器；

其中，第一温度检测转换器的检测精度大于第二温度检测转换器的检测精度。

在一个实施例中，第一温度检测转换器包括第一温度比例转换电路、第一二极管、第二二极管和第一模数转换器；

第一二极管的负极接地，第一二极管的正极与第一温度比例转换电路的信号输入端电连接，第二二极管的负极接地，第二二极管的正极与第一温度比例转换电路的信号输入端电连接，第一比例转换电路的信号输出端与第一模数转换器的输入端电连接，第一模数转换器的输出端为第一温度检测转换器的输出端；

其中，第一二极管和第二二极管的温度特性不同。

在一个实施例中，第二温度检测转换器包括第二温度比例转换电路、第三二极管、第一电阻和第二模数转换器；

第三二极管的负极接地，第三二极管的正极与第二温度比例转换电路的信号输入端电连接，第一电阻的一端接地，第一电阻的另一端与第二温度比例转换电路的信号输入端电连接，第二比例转换电路的信号输出端与第二模数转换器的输入端电连接，第二模数转换器的输出端为第二温度检测转换器的输出端。

在一个实施例中，工艺补偿电路包括：环形振荡器、频率电压变换器和第三模数转换器；

环形振荡器的信号输出端与频率电压变换器的信号输入端电连接，频率电压变换器的信号输出端与模数转换器的信号输入端电连接，模数转换器的信号输出端为工艺补偿电路的信号输出端。

在一个实施例中，调谐振荡器包括：第一电感、第一电容、负阻网络、第一可变电容阵列和第二可变电容阵列；

第一电感与第一电容并联，第一电容与负阻网络并联，第一可变电容阵列的第一端与第二可变电容阵列的第一端分别与负阻网络的两端电连接，第一可变电容阵列的第二端与第二可变电容阵列的第二端分别接地，第一可变电容阵列的第三端与第二可变电容阵列的第三端分别与控制逻辑电路的信号输出端电连接；

其中，第一可变电容阵列包括至少一个相互串联的可变电容，第二可变电容阵列包括至少一个相互串联的可变电容。

在一个实施例中，可变电容包括：第二电容、第三电容、第四电容和第一开关。

第二电容、第三电容和第一开关依次串联，第三电容和第一开关所在的支路与第四电容并联。

在一个实施例中，第一开关为场效应晶体管；

场效应晶体管的栅极与控制逻辑电路的信号输出端电连接。

在一个实施例中，分频器包括：高频分频器和低频分频器；

高频分频器的信号输出端与低频分频器的信号输入端电连接，高频分频器的信号输出端为频率源的信号输出端，低频分频器的信号输出端与控制逻辑电路的信号输入端电连接。

在一个实施例中，分频器还包括幅度控制电路；

幅度控制电路的信号输入端与调谐振荡器的信号输出端电连接，幅度控制电路的信号输出端与高频分频器的信号输入端电连接。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种信号发射器，信号发射器包括频率源、第一功率放大器和发射天线；

频率源为第一方面或第一方面的任意一个实施例中所描述的频率源，频率源的信号输出端与第一功率放大器的信号输入端电连接，第一功率放大器的信号输出端与发射天线的信号输入端电连接。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种信号接收器，其特征在于，信号接收器包括接收天线、频率源和第二功率放大器；

频率源为第一方面或第一方面的任意一个实施例中所描述的频率源，接收天线的信号输出端与频率源的信号输入端电连接，频率源的信号输出端与第二功率放大器的信号输入端电连接。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是本公开实施例提供的一种频率源的结构图；

图2是本公开实施例提供的一种温度补偿电路的结构图；

图3是本公开实施例提供的一种第一温度检测转换器的结构图；

图4是本公开实施例提供的一种第二温度检测转换器的结构图；

图5是本公开实施例提供的一种工艺补偿电路的结构图；

图6是本公开实施例提供的一种工艺补偿信号示意图；

图7是本公开实施例提供的一种调谐振荡器的结构图；

图8是本公开实施例提供的一种可变电容的结构图；

图9是本公开实施例提供的一种分频器的结构图；

图10是本公开实施例提供的一种幅度控制电路的结构图；

图11是本公开实施例提供的一种信号发射器的结构图；

图12是本公开实施例提供的一种信号接收器的结构图；

附图标记：

频率源10；

调谐振荡器101；

分频器102；

控制逻辑电路103；

存储器104；

工艺补偿电路105；

温度补偿电路106；

第一温度检测转换器1061；

第二温度检测转换器1062；

第一温度比例转换电路10611；

第一二极管10612；

第二二极管10613；

第一模数转换器10614；

第二温度比例转换电路10621；

第三二极管10622；

第一电阻10623；

第二模数转换器10624；

环形振荡器1051；

第三模数转换器1052；

频率电压变换器1053；

第一电感1011；

第一电容1012；

负阻网络1013；

第一可变电容阵列1014；

第二可变电容阵列1015；

高频分频器1021；

低频分频器1022；

幅度控制电路1023；

跟随器10231；

第一运算放大器10232；

第二运算放大器10233；

第三运算放大器10234；

第二电阻10235；

第五电容10236；

可变电容20；

第二电容201；

第三电容202；

第四电容203；

第一开关204；

第一功率放大器1102；

发射天线1103；

接收天线1201；

第二功率放大器1203。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本公开实施例提供一种数据传输方法，如图1所示，图1是本公开实施例提供的一种频率源的结构图，该频率源10包括：

调谐振荡器101、分频器102、控制逻辑电路103、存储器104、工艺补偿电路105和温度补偿电路106；

其中，存储器104与控制逻辑电路103电连接，工艺补偿电路105的信号输出端与控制逻辑电路103的信号输入端电连接，温度补偿电路106的信号输出端与控制逻辑电路103的信号输入端电连接，控制逻辑电路103的信号输出端与调谐振荡器101的信号输入端电连接，调谐振荡器101的信号输出端与分频器102的信号输入端电连接，分频器102的信号输出端与控制逻辑电路103电连接；

存储器104，用于存储配置字；

工艺补偿电路105，用于向控制逻辑电路103输入工艺补偿信号，补偿由于工艺偏差引起的输出信号频率的偏差；

温度补偿电路105，用于向控制逻辑电路103输入温度补偿信号，补偿由于温度变化引起的输出信号频率的偏差；

控制逻辑电路103，用于根据配置字、时钟信号、工艺补偿信号和温度补偿信号生成并输出控制信号；

调谐振荡器101，用于根据控制信号生成并输出初始输出信号；

分频器102，用于将调谐振荡器101生成的初始输出信号进行分频处理，生成目标频率的输出信号和时钟信号，输出目标频率的输出信号，并向控制逻辑电路103输入时钟信号。

存储器104可以是只读存储器(英文：readonlymemory，rom)、随机存取存储器(英文：randomaccessmemory，ram)、带电可擦可编程只读存储器(electricallyerasableprogrammablereadonlymemory，eeprom)、efuse等数据存储装置。分频器102可以是可编程分频器或可配置分频器。

配置字可以包含初始校准字、初始温度值和启动顺序中的至少一项。其中，初始校准字用于指示调谐振荡器101输出的初始输出信号的频率，初始温度值用于指示温度补偿信号的大小，启动顺序用于指示频率源10中各个模块的启动顺序。需要说明的是，如图1所示，频率源10所包含的调谐振荡器101、分频器102、存储器104、控制逻辑电路103、工艺补偿电路105和温度补偿电路106这些模块，每一个模块都要与电源电连接，启动顺序就是各个模块电源启动，开始供电的顺序。

此处，列举一个具体示例说明本公开实施例所提供的频率源10的工作过程。在频率源10通电工作后，控制逻辑电路103中的上电初始化逻辑电路开始工作，控制调谐振荡器101上电工作，然后分频器102通电工作，为控制逻辑电路103提供时钟信号，然后控制逻辑电路103、温度补偿电路106和工艺补偿电路105通电工作，温度补偿电路106根据配置字指示的初始温度值输出温度补偿信号，这就完成了各个模块的启动，然后控制逻辑电路103向调谐振荡器101输出控制信号，控制调谐振荡器101输出的初始输出信号的频率，调谐振荡器101向分频器102输入初始输出信号，由分频器102进行分频后输出目标频率的输出信号，并且向控制逻辑电路103输入时钟信号，这样循环执行，就能持续输出目标频率的输出信号。需要说明的是，存储器104、工艺补偿电路105和温度补偿电路106的时钟信号可以由分频器直接提供，也可以由控制逻辑电路103提供。

在一个实施例中，如图2所示，图2是本公开实施例提供的一种温度补偿电路106的结构图，温度补偿电路106包括：第一温度检测转换器1061、第二温度检测转换器1062；

其中，第一温度检测转换器1061的检测精度大于第二温度检测转换器1062的检测精度。

因为温度补偿电路106包含两个温度检测转换器，而两个温度检测转换器的检测精度不同，这样，就可以保证温度补偿电路106输出的温度补偿信号能够快速适应温度变化。例如，第一温度检测转换器1061的检测精度大于第二温度检测转换器1062的检测精度，在温度变化幅度较小时，第一温度检测转换器1061因为精度高，能够更准确地输出温度补偿信号；在温度幅度变化较大时，第二温度检测转换器1062因为精度低，能够快速响应温度变化，输出相应的温度补偿信号。

基于上述图2对应的实施例所描述的温度补偿电路106，此处，列举两个具体示例分别说明第一温度检测转换器1061和第二温度检测转换器1062的具体结构。

在第一个示例中，如图3所示，图3是本公开实施例提供的一种第一温度检测转换器1061的结构图，第一温度检测转换器1061包括第一温度比例转换电路10611、第一二极管10612、第二二极管10613和第一模数转换器10614；

第一二极管10612的负极接地，第一二极管10612的正极与第一温度比例转换电路10611的信号输入端电连接，第二二极管10613的负极接地，第二二极管10613的正极与第一温度比例转换电路10611的信号输入端电连接，第一比例转换电路的信号输出端与第一模数转换器10614的输入端电连接，第一模数转换器10614的输出端为第一温度检测转换器1061的输出端；其中，第一二极管10612和第二二极管10613的温度特性不同。

需要说明的是，本实施例中的二极管并不局限于二极管这种器件，只要是能够实现与二极管效果相同或相近的电子器件，都可以作为二极管使用，例如，将三极管基极和集电极相接作为二极管。二极管的温度特性表示温度对二极管伏安特性的影响，通常情况下，随着温度升高，二极管正极电压会减小。第一二极管10612和第二二极管10613的温度特性不同，也就是说，第一二极管10612的正极电压与第二二极管10613的正极电压随温度变化减小的程度不同。两个二极管的正极电压之差就可以体现温度变化的情况。而存储器104中存储有温度校准值，通过与温度校准值的比较就可以对调谐振荡器101的参数进行调整。例如，温度越高，调谐振荡器101输出的初始输出信号的频率就越低，如果与温度校准值比较，确定温度偏高，就可以调整调谐振荡器101的参数，增加初始输出信号的频率。温度校准值可以是电路校准后两个二极管的正极电压之差，电路校准指的是，频率源10出厂时按照初始温度值调整调谐振荡器101的参数，使得调谐振荡器101输出的初始输出信号在分频器102分频后可以输出目标频率的输出信号。

例如，第一二极管10612的正极和第二二极管10613的正极之间的电压差为δv，其温度系数为s：

其中t为温度，k为玻尔兹曼常数，q为电荷常量，m为两个二极管之间的正电极面积比例，这样就得到一个与温度线性相关的δv。第一温度比例转换电路10611把δv按比例放大或缩小转换为所需的模拟量。

需要说明的是，第一比例转换电路是为了将第一二极管10612的正极和第二二极管10613的正极产生的电压信号进行幅度控制，也可以将第一比例转换电路去掉。将第一二极管10612的正极和第二二极管10613的正极产生的电压信号直接输入第一模数转换器10614转换为数字信号，即温度补偿信号。

在第二个示例中，如图4所示，图4是本公开实施例提供的一种第二温度检测转换器1062的结构图，第二温度检测转换器1062包括第二温度比例转换电路10621、第三二极管10622、第一电阻10623和第二模数转换器10624；

第三二极管10622的负极接地，第三二极管10622的正极与第二温度比例转换电路10621的信号输入端电连接，第一电阻10623的一端接地，第一电阻10623的另一端与第二温度比例转换电路10621的信号输入端电连接，第二比例转换电路的信号输出端与第二模数转换器10624的输入端电连接，第二模数转换器10624的输出端为第二温度检测转换器1062的输出端。

参照图3对应的实施例中所描述的定义温度检测转换器，第二温度检测转换器1062中包含第三二极管10622和第一电阻10623，随着温度增高，第三二极管10622正极电压会降低，而第一电阻10623两端电压会增加，第三二极管10622两端电压和第一电阻10623两端电压之差会随着温度增加而增加，而且增加程度较大，因此，更能体现温度大幅度变化时的情况。

需要说明的是，第二比例转换电路是为了将第三二极管10622的正极和第一电阻10623产生的电压信号进行幅度控制，也可以将第一比例转换电路去掉。将第三二极管10622的正极和第一电阻10623的产生的电压信号直接输入第一模数转换器10614转换为数字信号，即温度补偿信号。

在一个实施例中，如图5所示，图5是本公开实施例提供的一种工艺补偿电路105的结构图，工艺补偿电路105包括：环形振荡器1051、频率电压变换器1053和第三模数转换器1052；

环形振荡器1051的信号输出端与频率电压变换器1053的信号输入端电连接，频率电压变换器1053的信号输出端与模数转换器的信号输入端电连接，模数转换器的信号输出端为工艺补偿电路105的信号输出端。

工艺补偿是指对产品因制造过程引起的偏差进行的信号补偿，目的是为了提高产品的良率。在实际的工艺制程中，工艺制造的偏差称为工艺角，环形振荡器1051在不同的工艺角下输出的信号会有不同的频率，将环形振荡器1051输出的电压信号通过频率电压变换器1053转换为模拟信号，再通过第三模数转换器1052转换为数字信号即为工艺补偿信号。通过工艺补偿信号与工艺参考信号进行比较，就可以确定频率是偏高还是偏低，进而调整调谐震荡器的参数，控制初始输出信号的频率，工艺参考信号是模拟得到的。

例如，如图6所示，图6是本公开实施例提供的一种工艺补偿信号示意图，图6中，工艺补偿信号的频率工艺参考信号的频率不同，将工艺补偿信号转换为数字信号后得到多组信号，一组信号代表一个比特位，图6中以四个比特位为例，并不代表本公开局限于此，通过将数字信号进行对比，就可以确定工艺补偿信号的频率偏大。

在一个实施例中，如图7所示，图7是本公开实施例提供的一种调谐振荡器101的结构图，调谐振荡器101包括：第一电感1011、第一电容1012、负阻网络1013、第一可变电容阵列1014和第二可变电容阵列1015；

第一电感1011与第一电容1012并联，第一电容1012与负阻网络1013并联，第一可变电容阵列1014的第一端与第二可变电容阵列1015的第一端分别与负阻网络1013的两端电连接，第一可变电容阵列1014的第二端与第二可变电容阵列1015的第二端分别接地，第一可变电容阵列1014的第三端与第二可变电容阵列1015的第三端分别与控制逻辑电路103的信号输出端电连接；

其中，第一可变电容阵列1014包括至少一个相互串联的可变电容20，第二可变电容阵列1015包括至少一个相互串联的可变电容20。

需要说明的是，第一可变电容阵列1014和第二可变电容阵列1015的电容越大，调谐振荡器101输出的初始输出信号的频率就越小，例如，初始输出信号的频率变化与电容值之间的关系可以满足公式：

其中，δf为初始输出信号的频率变化量，l为第一电感1011的电感值，c为第一电容1012的电容值，ct为第一可变电容阵列1014的电容值，第一可变电容阵列1014的电容值与第二可变电容阵列1015的电容值相同。

结合上述图1对应的实施例，存储器104中存储的配置字所包含的初始校准字可以是ct的初始值，控制逻辑电路103输出的控制信号可以是用于调整ct大小的信号。

本实施例中所描述的调谐振荡器101以电感-电容调谐振荡器101为例进行说明，并不代表本公开局限于此。第一电感1011的电感值l与第一电容1012的电容值c的大小决定了调谐振荡器101的中心频率fo，即负阻网络1013用于提供一个负阻抗，抵消掉第一电感1011和第一电容1012的内阻损耗，保证调谐振荡器101达到起振条件。

基于上述图7对应的实施例中所描述的调谐振荡器101，此处详细说明可以变电容的详细结构，如图8所示，图8是本公开实施例提供的一种可变电容的结构图，可变电容20包括：第二电容201、第三电容202、第四电容203和第一开关204。

第二电容201、第三电容202和第一开关204依次串联，第三电容202和第一开关204所在的支路与第四电容203并联。

在一个实施例中，第一开关204可以是场效应晶体管；场效应晶体管的栅极与控制逻辑电路103的信号输出端电连接。

结合图7对应的实施例中所描述的控制逻辑电路103对调谐振荡器101的控制过程，控制信号可以是通过总线传输的一组信号，分别控制每个可变电容20中场效应晶体管的状态。例如，用c2表示第二电容201的电容值，c3表示第三电容202的电容值，c4表示第四电容203的电容值，场效应管的栅极是高电平1时，漏极和源极导通，可变电容20的大小为c2×(c3+c4)/(c2+c3+c4)；场效应管栅极是低电平时，漏极和源极不导通，可变电容20的大小为c2×c4/(c2+c4)。如果第二电容201、第三电容202和第四电容203的电容值都相同且为cu，则在漏极和源极导通时，可变电容20的大小为(2/3)cu，在漏极和源极不导通时，可变电容20的大小为(1/2)cu，则可变电容20的调整精度为(1/6)cu，而第一可变电容阵列1014和第二可变电容阵列1015均包含至少一个串联的可变电容20，对每个可变电容20的场效应管的栅极加载高电平或低电平，就可以实现对第一可变电容阵列1014和第二可变电容阵列1015的电容进行调整。因为每个可变电容20包含了多个串联或并联的电容，使得可变电容20可以调整得比较小，保证了第一可变电容阵列1014和第二可变电容阵列1015的调整精度较高。当然，此处只是示例性说明，可变电容20的结构也可以有其他的方式，本公开对此不做限制。

在一个实施例中，如图9所示，图9是本公开实施例提供的一种分频器102的结构图，分频器102包括：高频分频器1021和低频分频器1022；

高频分频器1021的信号输出端与低频分频器1022的信号输入端电连接，高频分频器1021的信号输出端为频率源10的信号输出端，低频分频器1022的信号输出端与控制逻辑电路103的信号输入端电连接。

在一个实施例中，分频器102还包括幅度控制电路1023；幅度控制电路1023的信号输入端与调谐振荡器101的信号输出端电连接，幅度控制电路1023的信号输出端与高频分频器1021的信号输入端电连接。

示例性的，如图10所示，图10是本公开实施例提供的一种幅度控制电路1023的结构图，幅度控制电路1023包括跟随器10231、第一运算放大器10232、第二运算放大器10233、第三运算放大器10234、第二电阻10235和第五电容10236；跟随器10231的信号输入端与调谐振荡器101的信号输出端电连接，跟随器10231的信号输出端与第二运算放大器10233的信号输入端电连接，第二运算放大器10233的信号输出端与第三运算放大器10234的信号输入端电连接，第三运算放大器10234的信号输出端与高频分频器1021的信号输入端电连接。第一运算放大器10232的信号输出端与跟随器10231电连接，第一运算放大器10232的信号输入端分别接入参考电平和第五电容10236的一端，第五电容10236的另一端接地，第二电阻10235的两端分别与第一运算放大器10232的信号输入端和第三运算放大器10234的信号输入端电连接。其中，跟随器10231可以是电压跟随器10231或电流跟随器10231。

调谐振荡器101输出的初始输出信号输入到跟随器10231，经过第二运算放大器10233放大；从第二运算放大器10233输出的信号经过第二电阻10235和第五电容10236采样得到信号的幅度和直流电平，并与参考电平做比较经过第一运算放大器10232处理，并输入跟随器10231调节幅度和直流电平，得到的相应幅度和直流电平的信号，再通过第二运算放大器10233放大后输出到高频分频器1021。在实际中制造过程中，调谐振荡器101由于工艺、温度的影响不同，其输出的初始输出信号的幅度及直流电平是在一定范围内的值，如果幅度较小，直流电平过低或过高都能会导致高频分频器1021和低频分频器1022无法正常分频。因此，将调谐振荡器101输出的初始输出信号先经过幅度控制电路1023调整成合适的幅度及直流电平。

基于上述图1对应的实施例中所描述的频率源10，本公开实施例提供一种信号发射器，如图11所示，该信号发射器110包括频率源1101、第一功率放大器1102和发射天线1103；

频率源1101为图1对应的实施例中所描述的频率源10，频率源1101的信号输出端与第一功率放大器1102的信号输入端电连接，第一功率放大器1102的信号输出端与发射天线1103的信号输入端电连接。

基于上述图1对应的实施例中所描述的频率源10，本公开实施例提供一种信号接收器，如图12所示，信号接收器120包括接收天线1201、频率源1202和第二功率放大器1203；

频率源1202为图1对应的实施例中所描述的频率源10，接收天线1201的信号输出端与频率源1202的信号输入端电连接，频率源1202的信号输出端与第二功率放大器1203的信号输入端电连接。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。