3 DCO調(diào)頻的過(guò)程
本文討論的 DCO 變?nèi)莨荜嚵胁捎枚M(jìn)制權(quán)的形式 即如圖 3 所示的模型
我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)討論 DCO 的調(diào)頻方式 對(duì)于一個(gè)中心頻率為 2.4GHz的藍(lán)牙系統(tǒng) 當(dāng)我們要求它的分辨率為 1kHz 時(shí) 那么至少需要 2.4GHz/1kHz<22222 比特的動(dòng)態(tài)范圍 這在工藝技術(shù)上是很難達(dá)到的 目前的工藝匹配精度一般只達(dá)到了 8~9 比特 而且超過(guò) 10 比特的精度 工藝上就需要使用很復(fù)雜的數(shù)字校正技術(shù) 為了解決這一問(wèn)題 我們采用三種模式逐級(jí)遞進(jìn)的工作方式 如圖 4所示 同時(shí)相應(yīng)的變?nèi)莨荜嚵幸脖环譃槿齻€(gè)部分[5]
第一步 PVT 校準(zhǔn)模式 用來(lái)校準(zhǔn)由于工藝-電壓-溫度因素造成的很大范圍內(nèi)的頻率偏差 而且只需 1-2MHz 的精度就可以滿足 PVT 校準(zhǔn)的要求 這樣 8 比特的動(dòng)態(tài)范圍完全可以勝任
第二步 ACQ 模式 主要目的是使 DCO 工作在所要求的頻道上 使用 8 比特的調(diào)頻精度 500kHz 左右的調(diào)頻步長(zhǎng) 能覆蓋大于100MHz 的調(diào)頻范圍
第三步 捕捉鎖定模式 這一步可以得到最高的頻率分辨率 不過(guò)調(diào)頻寬度也是最窄的 主要分為整數(shù)部分和小數(shù)部分兩部分調(diào)節(jié) 其中小數(shù)部分通過(guò)使用高速抖動(dòng)的數(shù)字 Sigma-Delta 調(diào)制技術(shù)能夠得到非常高的頻率分辨率
在這種工作模式下 PVT 變?nèi)莨荜嚵泻?/span> ACQ 變?nèi)莨荜嚵卸疾捎枚M(jìn)制權(quán)的結(jié)構(gòu)
而捕捉鎖定模式需要在很小的頻率范圍內(nèi)達(dá)到很高的頻率分辨率 因此不能使用二進(jìn)權(quán)變?nèi)莨荜嚵?/span> 因?yàn)?/span> 1 會(huì)有很大的二進(jìn)制選擇噪聲2不同規(guī)格的設(shè)備之間的匹配性很低 等等 因此這種模式下使用單位元件變?nèi)莨荜嚵械慕Y(jié)構(gòu)
值得一提的是 在任何時(shí)候 每個(gè)模式下的變?nèi)莨荜嚵械钠ヅ渚戎恍铦M足當(dāng)前 FCW 的精度要求即可 這也是為什么只需要 8比特的匹配精度就可以得到非常高的頻率分辨率
DCO 的這種三種模式遞進(jìn)的工作方式可以用數(shù)學(xué)方法來(lái)表示 DCO 在啟動(dòng)或者重置時(shí)通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)置 dk 有一個(gè)中心頻率或者稱為本征頻率 fc 這種設(shè)置一般是讓變?nèi)莨荜嚵杏幸话牖蚪埔话胩幱诟唠娙轄顟B(tài) 這樣可以使得頻率往兩個(gè)方向都可以有較高的調(diào)節(jié)范圍 中心頻率大小為
其中 Cc 是 LC 振蕩器的總電容值 在 PVT 模式中 DCO 通過(guò)設(shè)定合適的 dP
控制信號(hào)使頻率接近我們所要求的值 此時(shí)的總電
容變?yōu)?/span> Ctot,p=Cc+Δ CP
通過(guò)這一模式調(diào)節(jié)后的頻率為
ACQ 模式將以 fcP作為中心頻率進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)節(jié) 通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)?/span> dA 值可以得到新的電容總值為 Ctot,A=Cc+ CP+ CA 結(jié)果頻率為
需要注意的是 CP和 CA 既可以是正值 也可以負(fù)值 同理 鎖定模式將以 fcA 作為其中心頻率進(jìn)行調(diào)頻 通過(guò)輸入適當(dāng)?shù)?/span> dT使總電容值變?yōu)?/span> Ctot,T=Cc+ CP+
這種模式推進(jìn)的工作方式包含兩個(gè)模式選擇的過(guò)程 這兩個(gè)過(guò)程會(huì)將中心頻率快速的轉(zhuǎn)換到越來(lái)越接近我們所要求的頻率的值點(diǎn)上 在 PVT 模式和 ACQ 模式結(jié)束的時(shí)候 它們最終的電容陣列狀態(tài)將被凍結(jié)并開(kāi)始建立一個(gè)新的中心頻率 fcP或 fcA 在后來(lái)的鎖定模式中作為計(jì)算頻率補(bǔ)償?shù)囊罁?jù)
采用三種模式遞進(jìn)工作方式的 DCO 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 5 所示
總結(jié)
本文論述了應(yīng)用于現(xiàn)代無(wú)線通訊領(lǐng)域的一種新型振蕩器的原理以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 它采用了數(shù)字向頻率轉(zhuǎn)化的原理 在各方面的使用性能上都相較于傳統(tǒng)壓控振蕩器有很大的改善 將越來(lái)越多的應(yīng)用于無(wú)線射頻系統(tǒng)
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