一种毫米波频率合成器

本发明涉及一种毫米波频率合成器，属于集成电路设计领域。

背景技术：

1、随着无线通信系统的发展，人们对高速通信的需求不断提高，一些应用程序，如全息投影、xr、超智能城市、远程手术、高清成像、远程教育、自动驾驶等逐步实现，但这些应用都需要较高的通信速率，例如，16k虚拟现实(vr)需要0.9gbps的数据传输速率才可以满足用户体验。

2、由于当前6ghz以下的低频段的频谱资源非常紧张，因此毫米波频段丰富的频谱资源受到人们的重视，如28ghz、36ghz、77ghz等，这些频段得益于其良好的大气衰减特性，为信息的安全奠定了基础，而且这些频段信号干扰较少，带宽远大于低频，能够极大提高信息传输速率。为保证通信质量，其收发机必须具有极低的误差矢量幅度(evm)，例如：为满足28ghz频率下的256qam的高阶调制要求，频率综合器所导致的evm必须要小于1.4％，换而言之，毫米波频率合成器在输出28ghz的频率下，其rms抖动需要小于100fs。

3、毫米波频率合成器的性能不仅取决于系统架构，还严重依赖于各个电路模块中的器件性能，比如晶体管的增益、噪声性能，无源器件的损耗等。在毫米波频段，cmos器件的q值下降非常厉害，导致振荡器所产生的带外相位噪声严重恶化，其次随着锁相环分频比的增大，带内相位噪声将急速恶化，从而导致现有毫米波频率合成器的rms抖动太大，影响通信系统的质量。

技术实现思路

1、本发明提供了一种毫米波频率合成器，解决了现有毫米波频率合成器rms抖动太大的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种毫米波频率合成器，包括全数字锁相环、选择电路和亚采样锁相环；

4、亚采样锁相环包括锁频环、频率锁定检测器和亚采样环路；锁频环通过选择电路接收全数字锁相环输出的第一信号，根据第一信号锁定亚采样环路输出第二信号的频率；在频率锁定后，频率锁定检测器向选择电路和亚采样环路发出使能信号，发送给选择电路的使能信号控制选择电路切换，使全数字锁相环和锁频环的连接断开，全数字锁相环和亚采样环路的连接接通；亚采样环路根据第一信号和使能信号输出第二信号，并且消除第二信号和第一信号的相位差。

5、所述毫米波频率合成器还包括对第一信号进行缓冲的第一缓冲器，第一信号通过第一缓冲器传输给选择电路。

6、选择电路包括反相器f1～f6、传输门m1～m2；

7、反相器f1和反相器f4的输入端输入使能信号，传输门m1和传输门m2的输入端均输入第一信号，传输门m1和传输门m2的正向控制端均输入使能信号；

8、反相器f1的输出端连接传输门m1的反向控制端，传输门m1的输出端依次连接反相器f2和反相器f3，反相器f3的输出端连接亚采样环路；

9、反相器f4的输出端连接传输门m2的反向控制端，传输门m2的输出端依次连接反相器f5和反相器f6，反相器f6的输出端连接锁频环。

10、锁频环包括预分频器、带死区的鉴频鉴相器、电荷泵、主分频器、第一环路滤波器和压控振荡器；

11、预分频器的输入端连接选择电路的一个输出端，预分频器、带死区的鉴频鉴相器、电荷泵、第一环路滤波器和压控振荡器依次连接，主分频器的输入端连接压控振荡器的输出端，主分频器的输出端连接带死区的鉴频鉴相器的输入端，带死区的鉴频鉴相器的输出端还连接频率锁定检测器。

12、在频率锁定后，频率锁定检测器还向锁频环发出使能信号，关闭锁频环。

13、发送给锁频环的使能信号关闭锁频环的带死区的鉴频鉴相器和主分频器，发送给锁频环的使能信号通过反相器f7传输给带死区的鉴频鉴相器，通过反相器f8传输给主分频器。

14、亚采样环路包括亚采样鉴相器、亚采样电荷泵、脉冲发生器、第二缓冲器、第一环路滤波器和压控振荡器；其中，亚采样环路中的第一环路滤波器和锁频环中的第一环路滤波器为同一环路滤波器，亚采样环路中的压控振荡器和锁频环中的压控振荡器为同一压控振荡器；

15、脉冲发生器的输入端连接选择电路的另一个输出端和输入使能信号，脉冲发生器的输出端连接亚采样电荷泵的输入端；

16、亚采样鉴相器的输入端连接选择电路的另一个输出端，亚采样鉴相器、亚采样电荷泵、第一环路滤波器和压控振荡器依次连接，第二缓冲器的输入端连接压控振荡器的输出端，第二缓冲器的输出端连接亚采样鉴相器的输入端。

17、频率锁定检测器包括分频器、计数器、比较器、三输入与门和反相器f9，

18、分频器的输入端、计数器的输入端均输入外部时钟信号，三输入与门的三个输入端分别接分频器的输出端、锁频环输出的电平信号dn的反向信号、锁频环输出的电平信号up，三输入与门的输出端连接计数器的控制端，计数器的复位端接外部复位信号，计数器的输出端连接比较器的输入端，反相器f9的输入端连接分频器的输出端，反相器f9的输出端连接比较器的控制端，比较器的输出端输出使能信号；其中，外部时钟信号为全数字锁相环的输入信号。

19、本发明所达到的有益效果：本发明采用两级锁相环级联结构，通过全数字锁相环，可将一级输出的rms抖动降至亚皮秒以下，通过锁频环，可锁定二级输出的频率，通过亚采样环路可消除两级输出的相位差，实现了输出频率较小的rms抖动。

技术特征：

1.一种毫米波频率合成器，其特征在于，包括全数字锁相环、选择电路和亚采样锁相环；

2.根据权利要求1所述的一种毫米波频率合成器，其特征在于，所述毫米波频率合成器还包括对第一信号进行缓冲的第一缓冲器，第一信号通过第一缓冲器传输给选择电路。

3.根据权利要求1或2所述的一种毫米波频率合成器，其特征在于，选择电路包括反相器f1～f6、传输门m1～m2；

4.根据权利要求1所述的一种毫米波频率合成器，其特征在于，锁频环包括预分频器、带死区的鉴频鉴相器、电荷泵、主分频器、第一环路滤波器和压控振荡器；

5.根据权利要求4所述的一种毫米波频率合成器，其特征在于，在频率锁定后，频率锁定检测器还向锁频环发出使能信号，关闭锁频环。

6.根据权利要求5所述的一种毫米波频率合成器，其特征在于，发送给锁频环的使能信号关闭锁频环的带死区的鉴频鉴相器和主分频器，发送给锁频环的使能信号通过反相器f7传输给带死区的鉴频鉴相器，通过反相器f8传输给主分频器。

7.根据权利要求4、5或6所述的一种毫米波频率合成器，其特征在于，亚采样环路包括亚采样鉴相器、亚采样电荷泵、脉冲发生器、第二缓冲器、第一环路滤波器和压控振荡器；其中，亚采样环路中的第一环路滤波器和锁频环中的第一环路滤波器为同一环路滤波器，亚采样环路中的压控振荡器和锁频环中的压控振荡器为同一压控振荡器；

8.根据权利要求1所述的一种毫米波频率合成器，其特征在于，频率锁定检测器包括分频器、计数器、比较器、三输入与门和反相器f9，

技术总结
本发明公开了一种毫米波频率合成器，本发明采用两级锁相环级联结构，通过全数字锁相环，可将一级输出的RMS抖动降至亚皮秒以下，通过锁频环，可锁定二级输出的频率，通过亚采样环路可消除两级输出的相位差，实现了输出频率较小的RMS抖动。

技术研发人员：张长春,尹时威
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11