分?jǐn)?shù)n型數(shù)字pll頻率合成器中的非線性誤差校正的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及分?jǐn)?shù)N型數(shù)字PLL頻率合成器中的非線性誤差校正。本公開涉及頻率合成器。該頻率合成器包括具有第一和第二輸入節(jié)點的相位比較器。該第一輸入節(jié)點接收具有參考頻率的參考信號。信道控制塊具有接收信道字的輸入和耦合到相位比較器的第二輸入節(jié)點的輸出。本地振蕩器(LO)輸出節(jié)點提供具有基于參考頻率和信道字的LO頻率的LO信號。一個反饋通過信道控制塊將LO輸出節(jié)點反饋耦合到相位比較器的第二輸入節(jié)點。非線性誤差校正元件可操作地耦合在延伸在相位比較器和DCO之間的耦合路徑上。
【專利說明】分?jǐn)?shù)N型數(shù)字PLL頻率合成器中的非線性誤差校正
【背景技術(shù)】
[0001]調(diào)制解調(diào)器的無線收發(fā)器的核心構(gòu)件是射頻(RF)合成器，其被用來合成在無線通信期間使用的信道頻率。傳統(tǒng)的用于多模式和多頻帶操作的頻率合成器是基于分?jǐn)?shù)N型數(shù)字PLL(FN DPLL)的。FN DPLL能夠合成輸出頻率，其是固定的參考頻率REF的分?jǐn)?shù)倍數(shù)。不幸的是，由于FN DPLL中的設(shè)備的非線性，傳統(tǒng)的頻率合成器在用于無線通信的工作范圍內(nèi)表現(xiàn)出非線性行為(behavior)。傳統(tǒng)的FN DLL未能解決該非線性行為，因此，它們的輸出頻率的精度小于期望的精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0002]圖1圖示了包括非線性誤差校正塊的射頻(RF)合成器。
[0003]圖2圖示了包括非線性誤差校正塊的更詳盡的射頻(RF)合成器。
[0004]圖3示出了圖示非線性TDC能夠如何被表示為線性增益分量和非線性INL分量的功能框圖。
[0005]圖4A-4B圖示了兩個時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)的積分(integral)非線性(INL)測
量結(jié)果。
[0006]圖5圖示了包 括多個基函數(shù)路徑的非線性誤差校正塊。
[0007]圖6圖示了一個基函數(shù)路徑的更詳盡的例子。
[0008]圖7繪制了提供對之前在圖4A中示出的正弦非線性的分段線性近似的基函數(shù)C^1,......05Ψ5Ο
[0009]圖8示出了多種RF合成器的多種模擬輸出的相位噪聲譜。
[0010]圖9圖示了用于生成射頻信號的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]此處的說明參考附圖做出，其中自始至終同樣的附圖標(biāo)記通常用來指代相同的元素，并且其中各種結(jié)構(gòu)并不一定按比例繪制。在下面的說明中，為了解釋的目的，陳述了多個特定細(xì)節(jié)來幫助理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然的是，此處描述的一個或多個方面可被實現(xiàn)為帶有較少程度的這些特定細(xì)節(jié)。在其他的實例中，已知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備顯示為框圖的形式來幫助理解。
[0012]圖1圖示了射頻(RF)合成器100的一個例子。該RF合成器100適于在它的輸出102提供本地振蕩器(LO)信號，Sio,其中Sio基于分別在第一和第二輸入104，106提供的參考信號Sltef以及信道字。該LO信號Sw具有是參考信號Sltef的頻率的整數(shù)倍數(shù)或分?jǐn)?shù)倍數(shù)的LO頻率，其中整數(shù)倍數(shù)或分?jǐn)?shù)倍數(shù)由第二輸入106上的信道字設(shè)定。例如，如果Sltef具有固定的參考頻率2GHz，并且信道字指定了分?jǐn)?shù)倍數(shù)3 / 2，該RF合成器將在LO頻率3GHz輸出SM。該信道字可被實時改變?yōu)閷?yīng)于不同的整數(shù)倍數(shù)和/或分?jǐn)?shù)倍數(shù)，從而對LO頻率進(jìn)行調(diào)諧來實時促進(jìn)在不同頻率信道上的通信。
[0013]為了實現(xiàn)該功能，該RF合成器100包括相位比較器108，其分別具有第一和第二相位比較器輸入節(jié)點110，112。第一相位比較器輸入節(jié)點110被配置為接收例如來自晶體振蕩器或其他參考頻率源124的參考信號Sltef ;并且第二相位比較器輸入節(jié)點112耦合到信道控制塊114的輸出。信道控制塊114，被設(shè)置在反饋路徑116上，接收由數(shù)字控制振蕩器(DCO) 118生成的LO信號Suj,并基于在106上提供的信道字來調(diào)整LO信號，由此生成反饋信號SFB。相位比較器108將反饋信號Sfb和參考信號Sltef進(jìn)行比較，并基于該比較來提供鎖相控制信號S.。該鎖相控制信號Sm傾向于調(diào)整DCOl 18的輸出狀態(tài)直到LO信號達(dá)到目標(biāo)LO頻率，該目標(biāo)LO頻率由參考頻率乘以信道字給出。當(dāng)信道字被改變來表示新頻率時，信道控制塊114相應(yīng)地改變反饋信號，并且相位比較器108更新鎖相控制信號Sm來引起DC0118中的相應(yīng)改變以生成該新頻率。
[0014]盡管該功能很好理解，
【發(fā)明者】意識到相位比較器108可能在其操作范圍內(nèi)表現(xiàn)出非線性行為。沒有對策的話，在設(shè)備的操作范圍內(nèi)，該非線性行為會使得LO信號Sw的頻率不期望地變化偏離目標(biāo)LO頻率。為了限制該非線性行為，非線性誤差校正元件120被包括在延伸在相位比較器108和DC0118之間的耦合路徑122上。如將在下面的更多細(xì)節(jié)中理解的，該非線性誤差校正元件120能夠基于信道字和/或鎖相控制信號S.，解決相位比較器108的非線性行為。為了解決相位比較器108的非線性行為，非線性誤差校正塊120調(diào)整鎖相控制信號Sm來提供經(jīng)誤差校正的鎖相控制信號，Skm。該SEm。信號校正相位比較器108的小的非線性效應(yīng)，并幫助來提供極其準(zhǔn)確的輸出頻率和通信設(shè)備的性能與功率管理的更好平衡。數(shù)字環(huán)路濾波器126能夠?qū)Em。信號進(jìn)行濾波來提供濾波后的經(jīng)誤差校正的鎖相控制信號SFEm。，其被提供給DC0118來保持可接受的DCO性能。
[0015]圖2示出了 RF合成器200的一個更詳細(xì)的例子。圖2示出了與圖1 一致的例子，提供了相應(yīng)的標(biāo)識(例如，圖2中的108A代表圖1的相位比較器108的一個非限制的例子；圖2中的114A代表圖1的信道控制塊114的一個非限制的例子等等)；然而，需要注意的是圖2并不以任何方式限制圖1。
[0016]為了實現(xiàn)分?jǐn)?shù)乘法，Σ -Δ調(diào)制器(SDM) 202被用來動態(tài)改變放置在反饋路徑116A上的多模分頻器(MMD)204的分頻比。SDM202提供MMD分頻比的整數(shù)序列，其對應(yīng)于在輸入106A上提供的連續(xù)的信道字。減法器206確定MMD分頻比的整數(shù)序列和信道字之間的差，其中該差表示SDM量化噪聲。求和元件208保持該量化噪聲的累計和(running sum)。不幸的是，該SDM量化噪聲還表現(xiàn)為時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC) 210的輸入處的偽像(artifact)，并支配了相比于由其他組件引入的時間抖動的TDC輸入時間變化。
[0017]暫時轉(zhuǎn)到圖3，TDC210的非線性可被線性增益函數(shù)302和積分非線性(INL)函數(shù)304量化。這個INL函數(shù)304實質(zhì)上描述了 TDC210與線性行為的偏差。兩個TDC實現(xiàn)的代表性INL測量結(jié)果在圖4A和4B中繪出，分別顯示了正弦INL特性402和三角INL特性404。
[0018]回到圖2，為了防止或者限制SDM量化噪聲(以及由TDC210的非線性導(dǎo)致的噪聲分量)在RF輸出102A處表現(xiàn)為相位噪聲的程度，RF合成器包括非線性誤差校正元件120A。該非線性誤差校正元件120A通過使用求和元件208來數(shù)字地生成SDM量化噪聲的累計和，縮放(scale)該和(使用非線性縮放元件212和自適應(yīng)算法216)，以及然后使用減法器214從TDC輸出213中減去該和的縮放版本來實現(xiàn)噪聲消除。經(jīng)誤差校正的鎖相控制信號Srcpm然后在前進(jìn)到DC0118來生成指定的LO頻率S.之前，被傳送到數(shù)字環(huán)路濾波器126。[0019]如果TDC210的INL特性的形狀是事先已知的(例如，通過測量或者來自電路模擬)，那么非線性誤差校正元件120A中的非線性縮放塊212可以被相應(yīng)地選擇，并且自適應(yīng)算法216可以為參數(shù)化預(yù)期非線性的預(yù)定基函數(shù)的線性組合選擇預(yù)定的系數(shù)。對于圖4A的正弦INL，例如，提供給非線性縮放塊212的系數(shù)將被選擇來表示已知的正弦函數(shù)，正弦的振幅是自適應(yīng)算法216的調(diào)諧參數(shù)。由于在這種場景中TDC INL是事先已知的，所以不需要校準(zhǔn)，這節(jié)約了系統(tǒng)資源給其他的任務(wù)。
[0020]另一方面，如果TDC INL的形狀不是事先已知的，那么TDC210的非線性可通過基函數(shù)的線性組合來近似。特別地，非線性特性f (圖3中的增益和以及INL)的該近似通過下式給出:
[0021]⑴
【權(quán)利要求】
1.一種頻率合成器，包括: 相位比較器，具有第一和第二輸入節(jié)點，其中第一輸入節(jié)點被配置為接收具有參考頻率的參考信號； 信道控制塊，具有輸入節(jié)點和輸出節(jié)點，其中輸入節(jié)點被配置為接收信道字并且其中輸出節(jié)點耦合到相位比較器的第二輸入節(jié)點； 本地振蕩器(LO)輸出節(jié)點，提供具有基于參考頻率和信道字的LO頻率的LO信號，其中一反饋通過信道控制塊將LO輸出節(jié)點反饋耦合到相位比較器的第二輸入節(jié)點；以及 非線性誤差校正元件，可操作地耦合在延伸在相位比較器和LO輸出節(jié)點之間的耦合路徑上。
2.如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中非線性誤差校正元件適于基于信道字來調(diào)整相位比較器的非線性行為。
3.如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中非線性誤差校正元件適于基于耦合路徑上提供的鎖相控制信號來調(diào)整相位比較器的非線性行為。
4.如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中非線性誤差校正元件適于基于信道字和耦合路徑上提供的鎖相控制信號兩者來調(diào)整相位比較器的非線性行為。
5.如權(quán)利要求1所述的頻率合成器，其中非線性誤差校正元件包括: 求和元件，對量化誤差信號進(jìn)行求和，其中該量化誤差信號基于信道字； 多個基函數(shù)路徑，具有耦合到求和元件的相應(yīng)輸入；以及 自適應(yīng)算法元件，分別提供多個系數(shù)給多個基函數(shù)路徑。
6.如權(quán)利要求5所述的頻率合成器，其中基函數(shù)路徑包括后面跟著乘法器的基函數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的頻率合成器，其中基函數(shù)包括下面的至少一個:與另一基函數(shù)正交的多項式、樣條函數(shù)、徑向基函數(shù)、或正則分段線性或分段正交函數(shù)。
8.如權(quán)利要求5所述的頻率合成器，其中基函數(shù)路徑包括: 第一減法兀件，具有輸入和輸出，其中第一減法兀件的輸入稱合到求和兀件； 絕對值元件，具有輸入和輸出，其中絕對值元件的輸入耦合到第一減法元件的輸出；以及 第二減法兀件，具有第一和第二輸入以及輸出，其中第二減法兀件的第一輸入I禹合到第一減法元件的輸出，并且其中第二減法元件的第二輸入耦合到絕對值元件的輸出，并且其中第二減法元件的輸出耦合到耦合路徑。
9.如權(quán)利要求5所述的頻率合成器，其中自適應(yīng)算法適于基于信道字和耦合路徑上提供的鎖相控制信號兩者來設(shè)定系數(shù)。
10.一種頻率合成器,包括: 參考頻率輸入節(jié)點，接收具有參考頻率的參考信號； 信道控制塊，接收信道字，其中該信道字隨時間變化來對應(yīng)于要由該頻率合成器提供的時變輸出頻率； 時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)，適于提供鎖相控制信號，來引入數(shù)字控制振蕩器(DCO)以提供表現(xiàn)出時變輸出頻率的輸出信號，其中該時變數(shù)字值基于參考信號和信道字；以及 非線性誤差校正元件，設(shè)置在TDC和DCO之間的耦合路徑上。
11.如權(quán)利要求10所述的頻率合成器，其中非線性誤差校正元件包括:加法或減法元件，在TDC的下游并適于接收鎖相控制信號并提供經(jīng)誤差校正的鎖相控制信號； 數(shù)字環(huán)路濾波器，基于經(jīng)誤差校正的鎖相控制信號來提供濾波后的經(jīng)誤差校正的鎖相控制信號給DCO ；以及 自適應(yīng)算法元件，選擇性地調(diào)整多個噪聲系數(shù)來設(shè)置經(jīng)誤差校正的鎖相控制信號的值。
12.如權(quán)利要求10所述的頻率合成器，其中信道控制塊包括: Σ -Δ調(diào)制器，接收信道字并提供與之對應(yīng)的整數(shù)序列；以及 減法元件，基于信道字和整數(shù)序列之間的差提供量化噪聲信號。
13.如權(quán)利要求12所述的頻率合成器，其中頻率調(diào)諧電路進(jìn)一步包括: 多模分頻器(MMD)，具有由整數(shù)序列設(shè)定的可變分頻比，其中MMD被設(shè)置在DCO和TDC之間的反饋路徑上。
14.如權(quán)利要求12所述的頻率合成器，進(jìn)一步包括: 求和元件，隨時間推移對量化噪聲信號求和； 多個基函數(shù)路徑，具有耦合到求和元件的相應(yīng)輸入；以及 自適應(yīng)算法元件，分別提供多個系數(shù)給多個基函數(shù)路徑。
15.如權(quán)利要求14所述的頻率合成器，其中基函數(shù)路徑包括后面跟著乘法器的基函數(shù)。`
16.如權(quán)利要求14所述的頻率合成器，其中基函數(shù)路徑包括: 第一減法兀件，具有輸入和輸出，其中第一減法兀件的輸入稱合到求和兀件； 絕對值元件，具有輸入和輸出，其中絕對值元件的輸入耦合到第一減法元件的輸出；以及 第二減法兀件，具有第一和第二輸入以及輸出，其中第二減法兀件的第一輸入I禹合到第一減法元件的輸出，并且其中第二減法元件的第二輸入耦合到絕對值元件的輸出，并且其中第二減法元件的輸出耦合到耦合路徑。
17.如權(quán)利要求14所述的頻率合成器，其中自適應(yīng)算法元件被配置為基于鎖相控制信號和總計的量化噪聲信號兩者來確定多個系數(shù)。
18.如權(quán)利要求14所述的頻率合成器，其中基函數(shù)包括下面的至少一個: 與另一基函數(shù)正交的多項式、樣條函數(shù)、徑向基函數(shù)、或正則分段線性或分段正交函數(shù)。
19.一種方法,包括: 提供具有參考頻率的參考信號； 提供信道字，其設(shè)定了參考頻率要乘以的整數(shù)倍數(shù)或分?jǐn)?shù)倍數(shù)； 基于參考信號和信道字來生成鎖相控制信號以在數(shù)字控制的振蕩器中引入相位變化或頻率變化； 應(yīng)用非線性誤差校正過程到鎖相控制信號，由此生成經(jīng)誤差校正的鎖相控制信號；以及提供經(jīng)誤差校正的鎖相控制信號并對該經(jīng)誤差校正的鎖相控制信號進(jìn)行濾波來生成本地振蕩器(LO)信號，其中該LO信號被鎖定到由參考頻率和信道字共同指定的頻率和相位上。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中該非線性誤差校正過程包括: 確定表征相位比較器的非線性的多個系數(shù)； 分別應(yīng)用所述多個系數(shù)到多個基函數(shù)；以及 基于多個基函數(shù)和它們相應(yīng)的系數(shù)來調(diào)整鎖相控制信號以生成經(jīng)誤差校正的鎖相控制信號?！?br> 【文檔編號】H03L7/18GK103716048SQ201310476755
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月5日
【發(fā)明者】S·特蒂內(nèi)克, T·邁爾, C·維帕勒克 申請人:英特爾移動通信有限責(zé)任公司