输出频率范围拓展方法、集成电路、通信收发机及存储介质与流程

本发明涉及压控振荡器技术领域，特别是涉及一种压控振荡器的输出频率范围拓展方法、集成电路、通信收发机及存储介质。

背景技术：

压控振荡器通常应用于锁相环中，是构成通信收发机的关键模块。传统的cmos压控振荡器是采用模拟电压控制的变容管和电感构成的lc振荡回路。其通过调整加载在变容管上的电压来改变变容管的电容值，从而输出特定的频率。

为了更好的对压控振荡器的输出频率进行控制，现有还有一些基于lc振荡回路的cmos数控lc振荡器，其可以利用数字信号来控制lc振荡回路的电容值，从而实现振荡器输出频率的数字信号控制。这类型的振荡器也被称为数控lc振荡器(dco)。

在实现本发明过程中，发明人发现相关技术存在以下问题：现有的基于电容式调谐的压控振荡器中，受到电子器件以及可变电容的电容值变化范围的限制，其输出频率的可调节频段范围较窄，不能很好的满足使用需求。

技术实现要素：

本发明实施例提供压控振荡器的输出频率范围拓展方法、集成电路、通信收发机及存储介质，旨在解决现有压控振荡器的输出频率的可调节范围较窄的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种压控振荡器的输出频率范围拓展方法。所述方法包括如下步骤：

预设至少两个调节频段；

确定目标输出频率所在的调节频段为工作频段；

根据品质因子确定所述压控振荡器的工作电流；

向所述压控振荡器提供所述工作电流并且令所述压控振荡器工作在所述工作频段；

向所述压控振荡器输入与所述目标输出频率对应的控制数字。

可选地，所述确定目标输出频率所在的调节频段为工作频段，具体包括：通过二分法确定所述目标输出频率所在的调节频段；以及将所述目标输出频率所在的调节频段确定为工作频段。

可选地，所述向所述压控振荡器输入与所述目标输出频率对应的控制数字，具体包括：

根据预设的对应表，确定与所述目标输出频率对应的控制数字；所述对应表中记录有呈线性单调变化的若干个输出频率以及与每个输出频率对应的控制数字；

向所述压控振荡器输入所述与目标输出频率对应的控制数字。

可选地，所述方法还包括：检测所述压控振荡器的实际输出频率与所述目标输出频率之间的差异；以及根据所述差异，调整所述预设的对应表。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种集成电路。所述集成电路包括压控振荡器、处理器以及存储器；所述压控振荡器和所述存储器分别与所述处理器通信连接

所述压控振荡器包括由至少两个可变电容组成的电容阵列，每个可变电容与一个调节频段对应；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令程序，所述指令程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够；

确定目标输出频率所在的调节频段为工作频段；根据品质因子确定所述压控振荡器的工作电流；向所述压控振荡器提供所述工作电流并且令所述压控振荡器工作在所述工作频段；以及向所述压控振荡器输入与所述目标输出频率对应的控制数字；

所述压控振荡器用于输出与所述控制数字对应的输出频率。

可选地，所述处理器通过二分法确定所述目标输出频率所在的调节频段；并且将所述目标输出频率所在的调节频段确定为工作频段。

可选地，所述存储器还存储有预设的对应表；所述对应表中记录有呈线性单调变化的若干个输出频率以及与每个输出频率对应的控制数字；

所述处理器还用于：通过所述预设的对应表，确定与目标输出频率对应的控制数字；并向所述压控振荡器输入所述与目标输出频率对应的控制数字。

可选地，所述处理器还用于：检测所述压控振荡器的输出频率与目标输出频率之间的差异并根据所述差异，调整所述预设的对应表。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种通信收发机。所述通信收发机包括如上所述的集成电路，用于调节所述通信收发机的频率。

为解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种非易失性计算机可读存储介质。所述非易失性计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行如上所述的压控振荡器的输出频率范围拓展方法。

本发明实施例中提供的输出频率范围拓展方法，通过预先设置多个调节频段的方式，在工作时，首先根据目标输出频率来选择压控振荡器需要工作的调节频段，然后再在该调节频段中，调节压控振荡器输出相应的输出频率。通过这样的方式，可以拓展压控振荡器输出频率的可调节范围。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为典型的lc振荡器的电路原理示意图；

图2为本发明实施例提供的输出频率范围拓展方法的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的进行逻辑补偿前和逻辑补偿后的输出频率与控制数字之间的对应关系的曲线图；

图4为本发明实施例提供的步骤250的方法流程图；

图5为本发明另一实施例提供的输出频率范围拓展方法的方法流程图；

图6为本发明实施例提供的集成电路的功能框图；

图7为本发明另一实施例提供的具有扩展的输出频率范围的lc振荡器的电路原理图。

图8为本发明实施例提供的调节频段的划分示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

数控振荡器(dco)是基于lc振荡回路的cmos数控lc振荡器。其可以通过数字信号调整振荡回路的电容值的方式来实现对输出频率的控制。

图1为典型的lc振荡器的电路原理图。如图1所示，所述lc振荡器包括第一电容c1、第二电容c2和电感l1，其输出频率由电容和电感之间的比值所决定。

其中，输出频率fref与电容值c和电感值l之间的关系可以通过如下算式(1)表示：

根据以上算式可以看出，压控振荡器的输出频率调节范围取决于电容值的可变化范围。而且，只有在一个较窄的范围内，才可以近似的认为电容值c与输出频率freq之间为线性相关的关系。

由于变容管具有电容值可以通过加载在变容管两端的电压进行调整或者改变，并且单位面积电容值比一般的mos电容、min/mom电容等大的优点。因此，在一般的可控lc振荡器中，通常会采用变容管作为可调电容，通过改变加载在变容管上的电压来调整lc振荡器的输出频率。这样的由电压值进行控制的lc振荡器也被称为“压控振荡器”

受器件本身以及变容管的可调节电容值的限制，一般的压控振荡器的输出频率只能在一个较小的范围内进行调整。而为了对可调节范围进行拓展，以满足更多不同场景的使用需求，可以应用本发明实施例提供的压控振荡器的输出频率范围拓展方法，使压控振荡器的输出频率范围可以覆盖较大的频段。

图2为本发明实施例实施提供的压控振荡器的输出频率范围拓展方法的方法流程图。如图2所示，所述方法可以包括如下步骤：

210、预设至少两个的调节频段。

所述调节频段是指两两之间相互独立的频段。每个调节频段可以与一个特定的变容管对应。亦即在一个调节频段的范围内，可以近似的认为电容值c与输出频率freq之间呈线性相关。多个调节频段可以依次序相接从而覆盖一个较大范围的频段。

在实际操作过程中，可以首先根据压控振荡器的使用场景或者使用需求，确定压控振荡器需要覆盖的可调节范围。然后，根据具体选用的电子器件，将所述可调节范围划分为对应的调节频段，从而完成所述调节频段的设置。当然，也还可以使用其他合适的方法来设置所述调节频段。

应当说明的是，所述调节频段之间虽然是相互独立的，但相邻的调节频段之间会存在一定长度的重叠区域以避免在频率调谐时出现死区问题。例如，如图8所示，压控振荡器需要覆盖的可调节范围801可以划分为8个调节频段802，在两个前后相邻的调节频段之间，调节频段存在重叠区域803。

220、确定目标输出频率所在的调节频段为工作频段。

所述目标输出频率是指压控振荡器根据用户的输入指令等确定的，当前需要输出的输出频率。由于目标输出频率可能是在振荡器覆盖的频率范围中的任意一点。因此，目标输出频率可能只与一个调节频段对应，只落在一个调节频段上，也可能落在调节频段的重叠区域内，从而会与两个调节频段对应。当目标输出频率与两个调节频段对应时，可以通过算法回调，选择其中的最优调节频段。在此，使用“工作频段”来表示根据算法，最终确定的目标输出频率所在或者所属的调节频段。

230、根据品质因子确定所述压控振荡器的工作电流。

品质因子(也称为q值)是lc振荡器中非常关键的参数，其决定了lc振荡器输出频率的频谱纯度。通常的，该品质因子是由片上电感所决定的(一般在10-15之间)。由此，可以得到lc振荡器的等效阻抗。为了确保lc振荡器能够顺利的起振，需要提供相应的电流使得图1所示的mos管等效的负阻可以补偿lc振荡器等效阻抗。

在本实施例中，所述工作电流即指上述需要向lc振荡器提供的电流。根据以上的描述，可以得知：当工作电流过小时，会导致lc振荡器无法顺利起振，而当工作电流过大时，由于影响到lc振荡器最终的输出频率的频谱纯度。因此，需要根据压控振荡器实际的器件参数等，确定具体的所需要的工作电流。

240、向所述压控振荡器提供所述工作电流并且令所述压控振荡器工作在所述工作频段。

当确定了工作频段和工作电流以后，才开始令所述压控振荡器工作在对应的工作频段上。所述令所述压控振荡器工作在对应的工作频段上是指启用与所述工作频段对应的变容管并且向所述压控振荡器提供合适的工作电流，以确保其输出频率的质量。

250、向所述压控振荡器输入与所述目标输出频率对应的控制数字。

在压控振荡器开始工作时，处理器可以向压控振荡器输入相应的控制数字以控制所述压控振荡器加载在变容管上的电压，从而令压控振荡器输出目标输出频率。

在本实施例中，通过预先设置多个调节频段的方式，可以在现有的器件和可调节电容比值的限制下，充分的拓展压控振荡器的输出频率的可调节范围，以适用于更多的应用场景。

具体的，在步骤220中，可以使用二分法的方法快速的确定目标输出频率所在的调节频段。以下结合具体实例，详细的陈述所述二分法的工作原理：

如图7所示，该压控振荡器中设置有与所述调节频段对应设置的可变电容阵列band。对应的，在压控振荡器的可调节范围内，依次序划分有2^k个调节频段，可变电容阵列band通过k比特的二进制数字信号<0：k-1>进行控制。其中，最低位的电容值最小。

首先令最高位(k-1)置1，其余的低位置0。然后，判断此时的输出频率和目标输出频率之间的大小。若此时的输出频率小于目标输出频率，则保持k-1位不变，令k-2置1，其余的低位仍然置0并继续判断此时的输出频率与目标输出频率的大小。

若此时的输出频率仍小于目标输出频率，则继续令k-3置1，其余的低位置0。持续重复上述操作步骤直至当前的输出频率大于目标频率时，确定其对应的比特位为目标输出频率的最低位。

最后进行回调，根据目标输出频率与当前输出频率之间的绝对值差值来确定目标输出频率所在的调节频段。

在本实施例中，由于设置了由多个变容管组成的电容阵列。因此，整个压控振荡器的可调节电容范围从单一的c扩展为2^k×c，对应的输出频率的可调节范围也从扩展为……、并且在每一个调节频段范围内，电容值和输出频率之间均可以近似的认为呈线性相关的关系。

虽然在本实施例中，通过预设多个调节频段的方法，拓展了压控振荡器的输出频率调节范围。但是，受限于变容管的器件特性，变容管的电容值与加载在变容管上的电压值之间并不是呈现线性关系的。这样会导致通过数字信号对压控振荡器的输出频率之间也不是线性的，存在着非线性关系。

例如，如图3中的实线(即进行逻辑补偿前)所示，当输入的控制数字为10000时，对应的输出频率为f1。而当输入的控制数字为011111时，对应的输出频率为f2。在x轴坐标中，控制数字011111是低位，但其对应的输出频率比高位的控制数字还大。

而在实际应用过程中，在某个特定的调节频段时，输出频率的调节过程通常是一个反馈调节的过程，其首先确定某个特定的控制数字，然后判断输出频率相较于目标频率是否偏低，在偏低时，则继续调整控制数字以迫近目标频率。

若出现图3所示的非线性情况，会导致系统无法通过上述反馈调节方法迫近目标频率，从而影响了lc振荡器的输出频率的调节精度和调节速度。

在较佳实施例中，为了进一步的提高数控振荡器的调节精度和速度等性能，可以在执行步骤250时，通过对各个调节频段内存在的非线性进行逻辑补偿，确定对应的控制数字以实现对数控振荡器的输出频率的线性调节(即图3虚线所示)。

所述线性调节是指：在通过数字信号调节的过程中，lc振荡器的输出频率以线性方式递增或者递减。亦即，输出频率作为因变量，其应当跟随自变量(数字信号)的增大或者减少发生相应的变化，在整个调节频段内保持单调性。

图3为输出频率与控制数字之间的对应关系的曲线图。图4为本发明另一实施例提供的步骤250的具体方法流程图。如图4所示，所述步骤250具体可以包括如下步骤：

251、根据预设的对应表，确定与所述目标输出频率对应的控制数字。

其中，该对应表是一个预先设置的表单或者用于记录两个变量之间相关关系的表单。所述对应表中记录有呈线性单调变化的若干个输出频率以及与每个输出频率对应的控制数字。

对于某个确定的振荡器而言，其控制数字对应的输出频率是相对固定的。其一般可以在数控振荡器的版图确定以后，通过提取寄生参数进行仿真而获得。

该对应表提供了振荡器在其工作的调节频段范围内，与数字控制信号之间的对应关系。在需要调节输出频率时，处理器可以根据目标输出频率，在对应表中直接找到相应的控制数字。

252、向所述压控振荡器输入所述与目标输出频率对应的控制数字。

所述控制数字是指具有特定数值的数字信号。该控制数字可以是n位的二进制数字(n为正整数)，通过flashdac，控制加载在变容管上的电压。该控制数字在所述对应表中查找获得的。

在使用了上述查找表的方式以后，芯片系统能够确定数字控制信号为10000时，对应的输出频率f1比数字控制信号为011111时对应的输出频率f2小。

由此，如图3所示，在进行逻辑补偿以后，两个控制数字10000和011111之间在x轴上的排序位置会进行相应的调整，从而实现输出频率的线性调节。

通过该预设的对应表，可以对数控振荡器中存在的非线性进行补偿，直接从表中读取或者确定目标输出频率对应的控制数字，实现了输出频率的线性调节。

应当说明的是，上述方法步骤具体可以在任何合适类型的，具有一定逻辑运算能力的处理器中执行。该预设的对应表也可以在任何合适的非易失性存储介质中存储，并由处理器通过读表的方式来确定目标频率对应的控制数字，并通过该控制数字控制振荡器的输出频率。

具体的，所述记录了各个调节频段中的各个输出频率与控制数字之间的对应关系的对应表可以通过如下方式建立或者设置：

首先，将调节频段对应变容管的电容值变化范围划分为若干个分立的电容刻度，所述电容刻度与所述输出频率之间为线性相关关系。

所述电容值可变范围是一个数值连续变化的参数。所述电容刻度是在该可变范围内，各个相互分立的数值点。例如，可以将所述电容值可变范围平均划分为10个、15个或者更多的区间，将每个区间的起点作为所述电容刻度。当然，也可以选择区间中任意一点的电容值作为电容刻度。

具体划分的区间数量可以由实际情况(如输出频率调节精度)所决定。例如，在范围为0-99时，可以将其划分为10个区间，形成了0、9、18、27、36、45、54、63、72、81以及99共12个电容刻度。

然后，确定每一电容刻度对应的电压值以及与所述电压值对应的控制数字。在一个版图确定的振荡器中，其c-v特性曲线应当是固定的。由此，可以通过仿真运算，确定每个电容刻度对应的电压值以及对应的控制数字。

最后，记录所述控制数字及其对应的电容刻度，形成所述预设的对应表。在结果计算完毕以后，可以记录下全部电容刻度和控制数字之间的对应关系。在全部调节频段中都执行上述操作后，即可获得所述预设的对应表。

如上所述，由于该对应表记录的数据是通过仿真计算获得的。因此，考虑到在实际制造过程中，工艺或者材料对于振荡器的影响。在一些实施例中，如图5所示，除步骤251和252以外，所述方法还可以包括如下步骤：

253、检测所述压控振荡器的实际输出频率与所述目标输出频率之间的差异。

该差异可以是在芯片产品出厂交货前或者运行一段时间后，由芯片系统检测获得。

254、根据所述差异，调整所述预设的对应表。

这些差异表示了对应表和振荡器的实际情况之间的误差。因此，可以在特定的时间周期内，应用芯片系统(如处理器)来检测这些差异，并且根据这些差异对所述对应表进行细微调整，从而使其能够更符合具体的产品功能特性，为芯片产品提供更好的使用性能。

具体的，所述差异可以是某些频率点出现了重复(即多个控制数字对应同一个频率点的情况)。在出现这样的情况时，所述对于对应表的细微调整具体可以为：实际输出频率与n个控制数字对应时，通过修改程序，令芯片系统删除其中的n-1个控制数字，n为大于或等于2的正整数。

更具体的，所述差异还可以是输出频率在调节过程中仍然存在非线性(调整单调性不一致)。在出现这样的情况时，所述对于对应表的细微调整具体可以为：在记录表中记录的若干个控制数字对应的若干个实际输出频率存在非线性关系时，调整所述控制数字以保持若干个实际输出频率呈线性单调变化。例如，调整某个控制数字具体对应的输出频率。

在本发明实施例提供的输出频率范围拓展方法中，首先通过预先设置多个调节频段的方式来拓展可调节的输出频率范围。然后，进一步的为每个调节频段预先设立对应表，通过对应表的方式，为各个调节频段进行逻辑补偿，从而保证在压控振荡器能够在各个调节频段上保持线性调节。

由此，压控振荡器可以在具有一个较宽的输出频率可调节范围的同时，还可以实现输出频率可调节范围内的线性调节，有效的提高了压控振荡器的使用性能，使其能够在更多的场景中使用，满足用户的需求。

应用了上述方法实施例公开的输出频率范围拓展方法的压控振荡器可以作为集成电路或者芯片片上系统的其中一个部分。由此，本发明实施例还提供了一种集成电路。如图6所示，该集成电路至少包括一个用于执行逻辑运算的处理器610、一个用于存储数据的存储器620以及一个压控振荡器630。

其中，所述压控振荡器630包括由至少两个可变电容组成的电容阵列，每个可变电容与一个调节频段对应。当处理器确定了需要使用的调节频段以后，所述压控振荡器启用对应的可变电容，从而工作在对应的调节频段上。

所述存储器620作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及所述预设的对应表。处理器610通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序、指令和/或预设的对应表，执行上述方法实施例中公开的一个或者多个步骤。

所述存储器620可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据所述输出频率范围拓展方法的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。

上述方法实施例中揭露的输出频率范围拓展方法可以划分为一个或者多个相应的功能模块存储在所述存储器620中，当被所述一个或者多个处理器执行时，实现上述任意方法实施例中的输出频率拓展方法，用以拓展压控振荡器的输出频率的可调节范围。

在实际使用过程中，所述处理器610首先确定目标输出频率所在的调节频段及其需要的工作电流。然后，为压控振荡器630提供合适的工作电流，启用相应的变容管从而令压控振荡器工作在该调节频段上。最后，通过相应的控制数字，控制压控振荡器输出目标输出频率。

在一些实施例中，为了进一步的提高压控振荡器的调节速度和输出频率的精度，所述处理器610还可以进一步的执行如图4和/或图5所示的步骤，对每一个调节频段均采用预设对应表的方式实现逻辑补偿，确保整个压控振荡器的输出频率在可调节范围内均能够保持线性调节。

在一些实施例中，为了实现指令程序和/或预设的对应表的录入或者检测调整操作，所述集成电路还可以包括输入装置或者与输入装置连接的输入/输出接口。该集成电路可以基于该输入/输出接口接收输入的数据，实现相应的调整或者录入操作。

本发明实施例公开的集成电路可以应用于多种不同的电子设备中，作为锁相环的基础部件，用以提供可控并且稳定的输出频率。例如，应用于通信收/发机中，实现频率的电子调谐。

本领域技术人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的示例性的输出频率控制方法，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。

本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。所述的计算机软件可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。