CN104702271A - 锁相环电路及压控振荡器的特性曲线的校准方法 - Google Patents

Abstract

一种锁相环电路及压控振荡器的特性曲线的校准方法，所述锁相环电路包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器以及分频器，所述压控振荡器包括至少两个具有不同特性曲线的压控振荡单元；所述锁相环电路还包括：频率比较单元、控制单元、参考电压产生单元以及开关单元。本发明技术方案提供的锁相环电路和压控振荡器的特性曲线的校准方法，能够自动选择压控振荡器的特性曲线，提升锁相环电路的总体性能，提高所述锁相环电路的生产良率。

Description

锁相环电路及压控振荡器的特性曲线的校准方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种锁相环电路及压控振荡器的特性曲线的校准方法。

背景技术

锁相环（PLL，Phase-locked loops）电路是一种利用反馈控制原理实现的频率及相位的同步技术，其作用是将电路的输出信号与其外部的参考信号保持同步。当参考信号的频率或相位发生改变时，锁相环电路会检测到这种变化，并且通过其内部的反馈***来调节输出信号的频率或相位，直到两者重新同步。锁相环电路的这一特性被广泛应用于时钟信号的发生。

图1是常见的一种锁相环电路的结构示意图。参考图1，所述锁相环电路包括鉴频鉴相器（PFD，Phase Frequency Detector）11、电荷泵12、环路滤波器（LPF，Loop Filter）13、压控振荡器（VCO，Voltage Controlled Oscillator）14以及分频器15。

所述鉴频鉴相器11适于检测输入信号Vin与分频信号Vdiv的相位差，并输出与所述相位差成正比的误差电压信号；所述电荷泵12适于将所述误差电压信号转化为环路的充放电电流；所述环路滤波器13适于滤除所述电荷泵12输出的高频成分，抑制电压纹波，在所述充放电电流的控制下输出控制电压Vc；所述压控振荡器14适于产生频率与所述控制电压Vc成正比的输出信号Vout；所述分频器15适于对所述输出信号Vout进行小数分频，产生所述分频信号Vdiv。

所述输出信号Vout的频率Fout与所述控制电压Vc的关系如下：Fout=F0+Kvco*Vc，F0为所述控制电压Vc等于零时所述输出信号Vout的频率，也被称为所述压控振荡器14的自由振荡频率，Kvco为所述压控振荡器14的增益。描述压控振荡器输出信号的频率与控制电压之间关系的曲线称之为压控振荡器的特性曲线（tuning curve），图2示出了所述压控振荡器14的理想特性曲线C0和实际特性曲线C1。

参考图2，在理想情况下，通常将期望获得的所述输出信号Vout的频率Fout的频率值F0和所述控制电压Vc的理想电压值V0设计在所述理想特性曲线C0的中间，即点P0（V0，F0）位于所述理想特性曲线C0的中心线性区，所述控制电压Vc的理想电压值V0接近于所述控制电压Vc的中心值，以获得足够的电压控制范围及相对线性度最好的区间，所述控制电压Vc的中心值是指所述控制电压的最小电压值Vmin和最大电压值Vmax之和的一半。

然而，由于所述锁相环电路生产环节中存在不可避免的工艺偏差，构成所述锁相环电路的器件（例如晶体管、电阻、电容等）的性能会偏离其理想性能，这些偏离使得所述压控振荡器14的实际特性曲线C1偏离其理想曲线C0。因此，想要获得所述输出信号Vout的频率Fout的频率值F0，所述控制电压Vc的实际电压值为V1,即点P1（V1，F0）偏离了所述实际特性曲线C1的中心线性区，所述控制电压Vc的实际电压值V1偏离了所述控制电压Vc的中心值。

所述压控振荡器14的实际特性曲线C1偏离其理想曲线C0通常会使得所述锁相环电路的性能恶化，例如出现相位抖动（phase jitter）。极端情况下，所述控制电压Vc的实际电压值V1可能不在所述控制电压Vc的最小电压值Vmin和最大电压值Vmax之间，所述锁相环电路根本无法产生所需的时钟频率，也就是说，所述压控振荡器14的可控频率变化范围由于工艺偏差被压缩了。

发明内容

本发明解决的是压控振荡器的实际特性曲线与其理想特性曲线偏移造成锁相环电路性能恶化的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种锁相环电路，包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器以及分频器，所述压控振荡器包括至少两个具有不同特性曲线的压控振荡单元；所述锁相环电路还包括：

频率比较单元，适于比较所述锁相环电路的输入信号的频率与所述分频器产生的分频信号的频率，在所述输入信号的频率与所述分频信号的频率相等时产生第一选择信号，否则产生第二选择信号；

控制单元，适于在接收到所述第一选择信号时保持选择当前工作的压控振荡单元工作，在接收到所述第二选择信号时选择非当前工作的压控振荡单元工作；

参考电压产生单元，适于产生参考电压，所述参考电压与所述压控振荡单元的控制电压的中心值相关；

开关单元，所述开关单元的第一输入端连接所述环路滤波器的输出端，所述开关单元的第二输入端适于接收所述参考电压，所述开关单元的输出端连接所述压控振荡器的输入端，所述开关单元的控制端适于接收第一控制信号，所述第一控制信号适于控制所述开关单元的输出端与所述开关单元的第一输入端连接或者与所述开关单元的第二输入端连接。

本发明还提供一种压控振荡器的特性曲线的校准方法，所述压控振荡器应用于锁相环电路中，所述锁相环电路包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、分频器以及所述压控振荡器，其特征在于，所述压控振荡器包括至少两个具有不同特性曲线的压控振荡单元，所述校准方法包括：

断开所述环形滤波器与所述压控振荡器之间的连接；

施加参考电压至所述压控振荡器，所述参考电压与所述压控振荡单元的控制电压的中心值相关；

选择所述至少两个具有不同特性曲线的压控振荡单元中的一个压控振荡单元工作；

判断所述锁相环电路的输入信号的频率与所述分频器产生的分频信号的频率是否相等；

若所述输入信号的频率与所述分频信号的频率相等，则保持选择当前工作的压控振荡单元工作，并停止施加所述参考电压，连接所述环形滤波器和所述压控振荡器；

若所述输入信号的频率与所述分频信号的频率不等，则选择非当前工作的压控振荡单元工作。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明技术方案提供的锁相环电路中的压控振荡器包括至少两个具有不同特性曲线的压控振荡单元。在校准所述压控振荡器的特性曲线时，通过开关单元断开环路滤波器与所述压控振荡器的连接，施加参考电压至所述压控振荡单元，再通过比较分频信号与输入信号的频率，判断期望获得的输出频率的频率值与其对应的控制电压是否在当前工作的压控振荡单元的特性曲线中间。

若所述分频信号与所述输入信号的频率相等，表示期望获得的输出频率的频率值与其对应的控制电压在当前工作的压控振荡单元的特性曲线中间，则保持选择当前工作的压控振荡单元工作，并停止施加所述参考电压至所述压控振荡器，连接所述环形滤波器和所述压控振荡器，校准结束；若所述分频信号与所述输入信号的频率不等，表示期望获得的输出频率的频率值与其对应的控制电压不在当前工作的压控振荡单元的特性曲线中间，则切换至另一压控振荡单元工作，继续比较所述输入信号与所述分频信号的频率。

本发明技术方案通过在所述压控振荡器中设置多个具有不同特性曲线的压控振荡单元，将期望获得的输出频率的频率值与其对应的控制电压定位在当前工作的压控振荡单元的特性曲线中间，减小了由所述压控振荡器的非线性特性引起的相位抖动，提升了所述锁相环电路的整体性能，所述锁相环电路在生产过程中的产生良率提高。

本发明技术方案利用所述锁相环电路本身的输入信号作为校准源，而没有采用其他额外受工艺、温度、电压等因素影响的模拟电压源或模拟电流源作为校准源，所述输入信号通常由晶体振荡器产生，因此，校准结果的精确度高。

本发明技术方案利用了所述锁相环电路本身的大部分电路对所述压控振荡器的特性曲线进行校准，只增加了参考电压产生单元、开关单元、频率比较单元以及控制单元，增加的各单元均可以采用简单的模拟电路或数字电路实现，校准结果几乎不受工艺变化影响，同时校准结果的精度可控。

由于在多数锁相环电路中，电荷泵电流平衡点输出电压和压控振荡器的控制电压的中心值均是锁相环电路的电源电压的二分之一，因此，在本发明的可选方案中，所述参考电压为所述锁相环电路的电源电压的二分之一，该参考电压的选择可以对准电流型电荷泵最佳电流平衡输出电压，消除由不平衡电流造成的参考频率噪声带（Reference Spur）。

本发明的可选方案中，所述参考电压产生单元包括两个阻值相等的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻串联以产生所述参考电压。由于所述参考电压产生单元的电路结构简单，因此，所述参考电压的精确度高，不受工艺变化影响。

本发明的可选方案中，所述参考电压产生单元还包括第一开关。所述第一开关在校准所述压控振荡器的特性曲线时闭合，不影响所述参考电压的产生；所述第一开关在校准所述压控振荡器的特性曲线结束后断开，无电流流过所述第一电阻和第二电阻，因此，减小了所述锁相环电路的功耗。

本发明的可选方案中，所述控制单元包括校准码寄存器，通过所述校准码寄存器输出向上步进或向下步进的校准码，能够快速地将期望获得的输出频率的频率值与其对应的控制电压定位在当前工作的压控振荡单元的特性曲线中间。

附图说明

图1是常见的一种锁相环电路的结构示意图；

图2是图1所示的压控振荡器的理想特性曲线和实际特性曲线的示意图；

图3是本发明实施方式的锁相环电路的结构示意图；

图4是本发明实施例的压控振荡单元的实际特性曲线的示意图；

图5是本发明实施例的频率比较单元的一种电路结构示意图；

图6是本发明实施例的参考电压产生单元的一种电路示意图；

图7是本发明实施例的参考电压产生单元的另一种电路示意图；

图8是本发明实施例的开关单元的一种电路示意图；

图9是本发明实施方式的压控振荡器的特性曲线的校准方法的流程示意图。

具体实施方式

正如背景中所描述的，由于锁相环电路生产环节中存在不可避免的工艺偏差，锁相环电路中的压控振荡器的实际特性曲线与其理想特性曲线相偏移，造成锁相环电路的性能恶化。

为了保证压控振荡器有足够的可控频率变化范围，使期望获得的输出频率的频率值与其对应的控制电压位于压控振荡器的特性曲线中间，现有技术中通常是增大压控振荡器的增益。但压控振荡器的增益增加会影响锁相环电路的环路性能，此方法的应用并不理想。本发明技术方案提供一种锁相环电路及压控振荡器的特性曲线的校准方法，通过校准压控振荡器的特性曲线能有效地提升锁相环电路的整体性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图3是本发明实施方式的锁相环电路的结构示意图。参考图3，所述锁相环电路包括鉴频鉴相器31、电荷泵32、环路滤波器33、压控振荡器34、分频器35、频率比较单元36、控制单元37、参考电压产生单元38以及开关单元39。

具体地，所述鉴频鉴相器31适于检测输入信号Vin与所述分频器35产生的分频信号Vdiv的相位差以产生与所述相位差成正比的误差电压信号，所述输入信号Vin通常由晶体振荡器产生，其频率即是所述锁相环电路的参考频率；所述电荷泵32适于将所述误差电压信号转化为环路的充放电电流；所述环路滤波器33适于在所述充放电电流的控制下输出控制电压；所述分频器35适于对所述压控振荡器34产生的输出信号Vout进行分频处理以产生所述分频信号Vdiv。所述鉴频鉴相器31、电荷泵32、环路滤波器33以及分频器35的具体电路结构与功能与现有技术中类似，在此不再进行详细说明。

与现有技术不同，所述压控振荡器34包括至少两个具有不同特性曲线的压控振荡单元。各个压控振荡单元可以独立设置，即每个压控振荡单元与其他压控振荡单元不共用元器件；也可以通过共用元器件而采用不同组合的方式构成。例如，对于LC振荡器形式的压控振荡器，每个振荡单元可以包括一个电感和一个电容，也可以所有振荡单元共用一个电感而每个振荡单元采用不同容值的电容，还可以所有振荡单元共用一个电容而每个振荡单元采用不同电感值的电感。

不论采用何种方式设置所述压控振荡单元的结构，各个压控振荡单元的控制电压输入端相连，即所有压控振荡单元接收相同的控制电压。所述压控振荡单元可以为LC振荡器、环形振荡器或者其他形式的振荡器，本发明对此不作限制。

在本发明实施例中，以四个压控振荡单元为例进行说明，图4示出了所述四个压控振荡单元的实际特性曲线的示意图。参考图4，横坐标表示所述压控振荡单元的控制电压Vc（亦即所述压控振荡器34的控制电压），纵坐标表示所述压控振荡单元的输出信号（即所述输出信号Vout）的频率Fout，曲线C11、曲线C12、曲线C13以及曲线C14分别表示所述四个压控振荡单元的实际特性曲线，Vmin和Vmax分别表示所述控制电压Vc的最小电压值和最大电压值。

所述频率比较单元36适于比较所述输入信号Vin的频率与所述分频信号Vdiv的频率，在所述输入信号Vin的频率与所述分频信号Vdiv的频率相等时产生第一选择信号，在所述输入信号Vin的频率与所述分频信号Vdiv的频率不等时产生第二选择信号。本发明实施例提供一种所述频率比较单元36的具体电路结构，如图5所示。

参考图5，所述频率比较单元36包括第一计数器单元51、第二计数器单元52以及数值比较单元53。所述第一计数器单元51适于对所述输入信号Vin的脉冲个数进行计数以产生第一数值N1；所述第二计数器单元52适于对所述分频信号Vdiv的脉冲个数进行计数以产生第二数值N2；所述数值比较单元53适于比较所述第一数值N1和所述第二数值N2，在所述第一数值N1和所述第二数值N2相等时产生所述第一选择信号，在所述第一数值N1和所述第二数值N2不等时产生所述第二选择信号。

具体地，选取所述第一计数器单元51和所述第二计数器单元52中的任意一个计数单元作为参考，所述第一计数器单元51和所述第二计数器单元52同时开始计数，当作为参考的计数单元接收的脉冲个数达到预定值时，另一个计数单元停止计数。

所述数值比较单元53是通过差值运算确定所述第一数值N1和所述第二数值N2是否相等，考虑到所述数值比较单元53存在误差，若所述第一数值N1和所述第二数值N2之差的绝对值在一定的误差范围内，即在|N1-N2|≤A时，所述数值比较单元53仍输出所述第一选择信号，A为误差。所述误差A可以根据对校准所述压控振荡器34的特性曲线的精度要求进行设置，对校准所述压控振荡器34的特性曲线的精度要求越高，所述误差A的取值越小。

所述控制单元37适于在接收到所述第一选择信号时保持选择当前工作的压控振荡单元工作，在接收到所述第二选择信号时选择非当前工作的压控振荡单元工作。具体地，可以对每个压控振荡单元设置使能端，所述控制单元37适于输出四个不同信号分别作为控制所述四个压控振荡单元工作的使能信号。当然，所述控制单元37也可以采用其他方式控制所述压控振荡单元工作，本发明对此不作限定。

在本发明实施例中，所述控制单元37包括适于存储至少两个校准码的校准码寄存器，所述校准码与所述压控振荡单元一一对应，所述校准码寄存器输出的校准码控制对应的压控振荡单元工作。具体地，所述校准码寄存器的存储位数根据所述压控振荡器的个数确定：2ⁿ≥m，n为所述校准码寄存器的存储位数，m为所述压控振荡器的个数。本发明实施例中，所述压控振荡器34包括四个压控振荡单元，因此，所述校准码寄存器的存储位数可以为两位，存储的校准码分别为00、01、10以及11。

以所述校准码00、01、10以及11分别对应特性曲线为C11、C12、C13以及C14为例，若所述校准码寄存器输出校准码00，则所述压控振荡单元34中具有特性曲线C11的压控振荡单元工作；若所述校准码寄存器输出校准码01，则所述压控振荡单元34中具有特性曲线C12的压控振荡单元工作；若所述校准码寄存器输出校准码10，则所述压控振荡单元34中具有特性曲线C13的压控振荡单元工作；若所述校准码寄存器输出校准码11，则所述压控振荡单元34中具有特性曲线C14的压控振荡单元工作。

所述校准码寄存器适于在接收到所述第一选择信号时保存当前输出的校准码，在接收到所述第二选择信号时选择非当前输出的校准码输出。具体地，在所述频率比较单元36输出所述第一选择信号时，表示所述输入信号Vin的频率与所述分频信号Vdiv的频率相等，所述校准码寄存器保存当前输出的校准码，即控制当前工作的压控振荡单元继续工作；在所述频率比较单元36输出所述第二选择信号时，表示所述输入信号Vin的频率与所述分频信号Vdiv的频率不等，所述校准码寄存器选择非当前输出的校准码输出，即控制所述压控振荡器34切换另一个压控振荡单元工作。

进一步，在所述频率比较单元36输出所述第二选择信号时，可以按照不同的方式选择非当前输出的校准码输出。例如，若所述校准码寄存器预先输出最小的校准码00，即预置位于最下方的特性曲线C11的压控振荡单元工作，在所述频率比较单元36输出所述第二选择信号时，所述校准码寄存器选择向上步进的校准码输出；若所述校准码寄存器预先输出最大的校准码11，即预置位于最上方的特性曲线C14的压控振荡单元工作，在所述频率比较单元36输出所述第二选择信号时，所述校准码寄存器选择向下步进的校准码输出；若所述校准码寄存器预先输出中间值的校准码01（或10），即预置位于中间的特性曲线C12（或C13）的压控振荡单元工作，所述第二选择信号可以包括第三选择信号和第四选择信号：在所述输入信号Vin的频率大于所述分频信号Vdiv的频率时，所述频率比较单元36产生所述第三选择信号，所述校准码寄存器选择向上步进的校准码输出；在所述输入信号Vin的频率小于所述分频信号Vdiv的频率时，所述频率比较单元36产生所述第四选择信号，所述校准码寄存器选择向下步进的校准码输出。

需要说明的是，所述控制单元37的电路结构并不限于本发明实施例提供的校准码寄存器，还可以采用其他形式的电路结构，本发明对此不作限定。

所述参考电压产生单元38适于产生参考电压，所述参考电压与所述压控振荡单元的控制电压的中心值相关。由于在多数锁相环电路中，电荷泵电流平衡点输出电压和压控振荡器的控制电压的中心值均是锁相环电路的电源电压的二分之一，因此，在本发明实施例中，设置所述参考电压为所述锁相环电路的电源电压的二分之一，该参考电压的选择可以对准电流型电荷泵最佳电流平衡输出电压，消除由不平衡电流造成的参考频率噪声带。本发明实施例提供一种所述参考电压产生单元38的具体电路结构，如图6所示。

参考图6，所述参考电压产生单元38包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1和第二电阻R2的电阻值相等。具体地，所述第一电阻R1的一端适于输入所述锁相环电路的电源电压Vdd，所述第一电阻R1的另一端连接所述第二电阻R2的一端并适于输出所述参考电压，所述第二电阻R2的另一端适于接地。

在本发明实施例中，由于所述参考电压产生单元38采用简单的电阻分压的电路结构产生所述参考电压，因此，所述参考电压的精确度高，不受工艺变化影响。

本发明实施例还提供另一种所述参考电压产生单元38的具体电路结构，如图7所示。参考图7，所述参考电压产生单元38包括第一开关K1以及电阻值相等的第一电阻R1和第二电阻R2。具体地，所述第一电阻R1的一端适于输入所述锁相环电路的电源电压Vdd，所述第一电阻R1的另一端连接所述第二电阻R2的一端并适于输出所述参考电压，所述第二电阻R2的另一端通过所述第一开关K1接地，即所述第一开关K1的第一端连接所述第二电阻R2的另一端，所述第一开关K1的第二端接地。所述第一开关K1的控制端适于接收第二控制信号，所述第二控制信号在所述频率比较单元36产生所述第一选择信号前控制所述第一开关K1闭合，所述参考电压产生单元38通过所述第一电阻R1和第二电阻R2分压产生所述参考电压；所述第二控制信号在所述频率比较单元36产生所述第一选择信号后控制所述第一开关K1断开，无电流流过所述第一电阻R1和第二电阻R2，能够减小所述锁相环电路的功耗。因此，所述第二控制信号与所述第一选择信号相关。

所述开关单元39的第一输入端D1连接所述环路滤波器33的输出端，所述开关单元39的第二输入端D2适于接收所述参考电压，所述开关单元39的输出端D3连接所述压控振荡器34的输入端（亦即所述压控振荡单元的输入端），所述开关单元39的控制端D4适于接收第一控制信号，所述第一控制信号适于控制所述开关单元39的输出端D3与所述开关单元39的第一输入端D1连接或者与所述开关单元39的第二输入端D2连接。

具体地，所述第一控制信号可以包括第三控制信号和第四控制信号。所述第三控制信号适于控制所述开关单元39的输出端D3与所述开关单元的第一输入端D1连接；所述第四控制信号适于控制所述开关单元39的输出端D3与所述开关单元39的第二输入D2端连接。所述第三控制信号和所述第四控制信号分别与所述第一选择信号相关：所述第三控制信号在所述频率比较单元36产生所述第一选择信号后产生，所述第四控制信号在所述频率比较单元36产生所述第一选择信号前产生。

本发明实施例提供一种所述开关单元39的具体电路结构，如图8所示。参考图8，所述开关单元39的控制端包括第一控制端D5和第二控制端D6，所述第一控制端D5适于接收所述第三控制信号，所述第二控制端D6适于接收所述第四控制信号。所述开关单元39包括第二开关K2和第三开关K3，所述第二开关K2的第一端为所述开关单元39的第一输入端D1，所述第二开关K2的第二端连接所述第三开关K3的第一端并作为所述开关单元39的输出端D3，所述第二开关K2的控制端为所述第一控制端D5；所述第三开关K3的第一端为所述开关单元39的第二输入端D2，所述第三开关K3的控制端为所述第三控制端D6。

需要说明的是，所述开关单元39也可以为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的公共端为所述开关单元39的输出端D3，所述单刀双掷开关的第一端为所述开关单元39的第一输入端D1，所述单刀双掷开关的第二端为所述开关单元39的第二输入端D2，所述单刀双掷开关的控制端为所述开关单元39的控制端D4。

本发明技术方案提供的锁相环电路，通过所述开关单元39断开所述环路滤波器33与所述压控振荡器34的连接，施加所述参考电压至所述压控振荡器34，所述参考电压根据所述压控振荡器34的控制电压的中心值设置。通过比较所述分频信号Vdiv的频率与所述输入信号Vin的频率，即能判断期望获得的输出频率的频率值与其对应的控制电压是否在当前工作的压控振荡单元的特性曲线中间。

参考图3和图4，以期望获得的输出频率的频率值F0位于特性曲线C13为例，以下结合附图对本发明的锁相环电路的工作原理进行说明。

在所述锁相环电路启动后，由所述第一控制信号控制所述开关单元39的输出端D3与所述开关单元39的第二输入端D2连接，即所述开关单元39将所述参考电压产生单元38产生的参考电压输出至所述压控振荡器34；

预先设置所述压控振荡器34中的任意一个压控振荡单元工作，在本实施例中，预置具有特性曲线C12的压控振荡单元工作，即由所述控制单元37中的校准码寄存器输出与具有特性曲线C12的压控振荡单元对应的校准码01；

所述分频器35对所述压控振荡器34产生的输出信号Vout进行分频，产生分频信号Vdiv；

所述频率比较单元36比较所述输入信号Vin的频率和所述分频信号Vdiv的频率，参考图4，在控制电压为所述参考电压Vref时，各压控振荡单元的输出频率分别为点P11、点P12、点P13以及点P14对应的纵坐标值，由于点P12的纵坐标值小于点P13的纵坐标值F0，表示期望获得的输出频率的频率值F0与其对应的控制电压不在当前工作的压控振荡单元的特性曲线中间，因此，所述频率比较单元36产生第二选择信号；

所述控制单元37接收到所述第二选择信号后，由所述校准码寄存器输出向上递增的校准码10，控制具有特性曲线C13的压控振荡单元工作；

所述频率比较单元36继续比较所述输入信号Vin的频率和所述分频信号Vdiv的频率，由于点P13的纵坐标值为期望获得的输出频率的频率值F0，表示期望获得的输出频率的频率值F0与其对应的控制电压在当前工作的压控振荡单元的特性曲线中间，因此，所述频率比较单元36产生第一选择信号；

在所述频率比较单元36产生所述第一选择信号后，所述第一控制信号控制所述开关单元39的输出端D3与所述开关单元39的第一输入端D1连接，所述锁相环电路的环路闭合。

本发明技术方案通过在所述压控振荡器34中设置多个具有不同特性曲线的压控振荡单元，能够将期望获得的输出频率的频率值F0与其对应的控制电压定位在当前工作的压控振荡单元的特性曲线中间，减小由所述压控振荡器34的非线性特性引起的相位抖动，提升了所述锁相环电路的整体性能。

由于本发明技术方案利用所述锁相环电路本身的输入信号Vin作为校准源，而没有采用其他额外受工艺、温度、电压等因素影响的模拟电压源或模拟电流源作为校准源，所述输入信号Vin通常由晶体振荡器产生，因此，校准结果的精确度高。

本发明技术方案利用了所述锁相环电路本身的大部分电路对所述压控振荡器34的特性曲线进行校准，只增加了所述参考电压产生单元38、开关单元39、频率比较单元36以及控制单元37，如本发明实施例所描述的，增加的各单元均可以采用简单的模拟电路或数字电路实现，校准结果几乎不受工艺变化影响，同时校准结果的精度可控。

进一步，所述控制单元37包括校准码寄存器，通过所述校准码寄存器输出向上步进或向下步进的校准码，能够快速地将期望获得的输出频率的频率值F0与其对应的控制电压定位在当前工作的压控振荡单元的特性曲线中间。

本发明技术方案还提供一种压控振荡器的特性曲线的校准方法，所述压控振荡器应用于锁相环电路中，所述锁相环电路包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、分频器以及所述压控振荡器，所述压控振荡器包括至少两个具有不同特性曲线的压控振荡单元。

图9是本发明实施方式的压控振荡器的特性曲线的校准方法的流程示意图，参考图9，所述校准方法包括：

步骤S11：断开所述环形滤波器与所述压控振荡器之间的连接；

步骤S12：施加参考电压至所述压控振荡器；

所述参考电压与所述压控振荡单元的控制电压的中心值相关；

步骤S13：选择所述至少两个具有不同特性曲线的压控振荡单元中的一个压控振荡单元工作；

步骤S14：判断所述锁相环电路的输入信号的频率与所述分频器产生的分频信号的频率是否相等；

若所述输入信号的频率与所述分频信号的频率相等，则执行步骤S15：保持选择当前工作的压控振荡单元工作，并停止施加所述参考电压，连接所述环形滤波器和所述压控振荡器；

若所述输入信号的频率与所述分频信号的频率不等，则执行步骤S16：选择非当前工作的压控振荡单元工作。

再次执行步骤S14。

综上所述，本发明技术方案提供的锁相环电路和压控振荡器的特性曲线的校准方法，能够自动选择压控振荡器的特性曲线，快速地将期望获得的输出频率的频率值与其对应的控制电压定位在当前工作的压控振荡单元的特性曲线中间，减小由所述压控振荡器的非线性特性引起的相位抖动，锁相环电路的总体性能提升。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种锁相环电路，包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器以及分频器，其特征在于，所述压控振荡器包括至少两个具有不同特性曲线的压控振荡单元；所述锁相环电路还包括：

频率比较单元，适于比较所述锁相环电路的输入信号的频率与所述分频器产生的分频信号的频率，在所述输入信号的频率与所述分频信号的频率相等时产生第一选择信号，否则产生第二选择信号；

控制单元，适于在接收到所述第一选择信号时保持选择当前工作的压控振荡单元工作，在接收到所述第二选择信号时选择非当前工作的压控振荡单元工作；

参考电压产生单元，适于产生参考电压，所述参考电压与所述压控振荡单元的控制电压的中心值相关；

开关单元，所述开关单元的第一输入端连接所述环路滤波器的输出端，所述开关单元的第二输入端适于接收所述参考电压，所述开关单元的输出端连接所述压控振荡器的输入端，所述开关单元的控制端适于接收第一控制信号，所述第一控制信号适于控制所述开关单元的输出端与所述开关单元的第一输入端连接或者与所述开关单元的第二输入端连接。

2.如权利要求1所述的锁相环电路，其特征在于，所述频率比较单元包括：

第一计数器单元，适于对所述输入信号的脉冲个数进行计数以产生第一数值；

第二计数器单元，适于对所述分频信号的脉冲个数进行计数以产生第二数值；

数值比较单元，适于比较所述第一数值和第二数值，在所述第一数值和所述第二数值相等时产生所述第一选择信号，在所述第一数值和所述第二数值不等时产生所述第二选择信号。

3.如权利要求1所述的锁相环电路，其特征在于，所述第二选择信号包括第三选择信号和第四选择信号；

所述频率比较单元适于在所述输入信号的频率大于所述分频信号的频率时产生所述第三选择信号，在所述输入信号的频率小于所述分频信号的频率时产生所述第四选择信号；

所述控制单元包括适于存储至少两个校准码的校准码寄存器，所述校准码与所述压控振荡单元一一对应，所述校准码寄存器输出的校准码控制对应的压控振荡单元工作，并适于在接收到所述第一选择信号时保存当前输出的校准码，在接收到所述第三选择信号时选择向上步进的校准码输出，在接收到所述第四选择信号时选择向下步进的校准码输出。

4.如权利要求1所述的锁相环电路，其特征在于，所述控制单元包括适于存储至少两个校准码的校准码寄存器，所述校准码与所述压控振荡单元一一对应，所述校准码寄存器输出的校准码控制对应的压控振荡单元工作，并适于在接收到所述第一选择信号时保存当前输出的校准码，在接收到所述第二选择信号时选择非当前输出的校准码输出。

5.如权利要求1所述的锁相环电路，其特征在于，所述参考电压为所述锁相环电路的电源电压的二分之一。

6.如权利要求5所述的锁相环电路，其特征在于，所述参考电压产生单元包括电阻值相等的第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端适于输入所述电源电压，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端并适于输出所述参考电压，所述第二电阻的另一端适于接地。

7.如权利要求6所述的锁相环电路，其特征在于，所述参考电压产生单元还包括第一开关，所述第二电阻的另一端通过所述第一开关接地；

所述第一开关的第一端连接所述第二电阻的另一端，所述第一开关的第二端接地，所述第一开关的控制端适于接收第二控制信号，所述第二控制信号与所述第一选择信号相关。

8.如权利要求1所述的锁相环电路，其特征在于，所述第一控制信号包括第三控制信号和第四控制信号；

所述第三控制信号适于控制所述开关单元的输出端与所述开关单元的第一输入端连接；

所述第四控制信号适于控制所述开关单元的输出端与所述开关单元的第二输入端连接。

9.如权利要求8所述的锁相环电路，其特征在于，所述第三控制信号和第四控制信号分别与所述第一选择信号相关。

10.如权利要求9所述的锁相环电路，其特征在于，所述开关单元的控制端包括第一控制端和第二控制端，所述第一控制端适于接收所述第三控制信号，所述第二控制端适于接收所述第四控制信号；

所述开关单元包括第二开关和第三开关；

所述第二开关的第一端为所述开关单元的第一输入端，所述第二开关的第二端连接所述第三开关的第一端并作为所述开关单元的输出端，所述第二开关的控制端为所述第一控制端；

所述第三开关的第一端为所述开关单元的第二输入端，所述第三开关的控制端为所述第三控制端。

11.如权利要求1所述的锁相环电路，其特征在于，所述开关单元为单刀双掷开关，所述单刀双掷开关的公共端为所述开关单元的输出端，所述单刀双掷开关的第一端为所述开关单元的第一输入端，所述单刀双掷开关的第二端为所述开关单元的第二输入端，所述单刀双掷开关的控制端为所述开关单元的控制端。

12.一种压控振荡器的特性曲线的校准方法，所述压控振荡器应用于锁相环电路中，所述锁相环电路包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、分频器以及所述压控振荡器，其特征在于，所述压控振荡器包括至少两个具有不同特性曲线的压控振荡单元，所述校准方法包括：

断开所述环形滤波器与所述压控振荡器之间的连接；

施加参考电压至所述压控振荡器，所述参考电压与所述压控振荡单元的控制电压的中心值相关；

选择所述至少两个具有不同特性曲线的压控振荡单元中的一个压控振荡单元工作；

判断所述锁相环电路的输入信号的频率与所述分频器产生的分频信号的频率是否相等；

若所述输入信号的频率与所述分频信号的频率相等，则保持选择当前工作的压控振荡单元工作，并停止施加所述参考电压，连接所述环形滤波器和所述压控振荡器；

若所述输入信号的频率与所述分频信号的频率不等，则选择非当前工作的压控振荡单元工作。