CN1768478A - 用于频率合成器的校准技术 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，本发明描述了一个用于无线通信设备中或用于要求频率精确且噪声小的类似设备中的频率合成器。更具体而言，该频率合成器可以包括一个锁相环(PLL)以及一个集成压控振荡器(VCO)。该频率合成器可以执行一种或多种校准技术，从而快速准确地校准VCO。按照这种方法，可以显著降低VCO的模拟增益，从而可以提高无线通信设备的性能。此外，可以改善PLL的初始状态以减少PLL的锁定时间，从而增强无线通信设备的性能。

Description

用于频率合成器的校准技术
技术领域
本发明涉及频率合成器，更具体而言，涉及可以灵活实现的频率合成器。
背景技术
频率合成器一般用于发送和接收已编码射频(RF)信号的无线通信设备中。目前，已经开发了许多不同的无线通信技术，包括频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和各种扩频技术。一种在无线通信中常用的扩频技术是码分多址(CDMA)信号调制，其中在一个扩频的射频(RF)信号上可同时发送多个通信。一些结合了一种或多种无线通信技术的无线通信设备实例，包括蜂窝无线电话、插入在便携式计算机中的PCMCIA卡、配备无线通信能力的个人数字助理(PDA)等等。
在RF信号的接收和发送过程中都可以使用无线通信设备的频率合成器。例如，在CDMA编码信号的RF信号接收过程中，通常将RF信号下混频成基带信号，该基带信号可以被转换成数字信号。在该下混频过程中，通过一个频率合成器产生参考波形，其中该频率合成器将无线通信设备的本地时钟用作参考时序。在将RF信号下混频成基带信号后，该基带信号通常经过一个模/数(A/D)转换器产生可跟踪和解调的数字值。例如，可利用RAKE接收机来跟踪和解调CDMA系统的多径信号。目前，已经开发出了多种不同的CDMA体系架构，如包括一个中频(IF)部分和一个RF部分的外差架构，又如一个零中频(IF)架构，其将输入RF信号直接转化为基带信号，而无需先将该RF信号转换成IF信号。依照该体系架构，可以使用任何数目的频率合成器来向混频器提供参考波形。
在RF信号的发送过程中也使用频率合成器。在这种情况下，基带信号上混频为RF信号。在该上混频过程中，频率合成器产生RF载波。随后在无线发送之前，对载波和基带信号进行编码。此外，频率合成器通常将该无线通信设备的本地时钟用作参考时序。例如，RF载波可以由一个压控振荡器(VCO)生成，该VCO的频率由一个锁相环(PLL)确定。用于该PLL的参考时序则由一个高精度低频晶体振荡器产生，比如一个压控温度补偿晶体振荡器(VCTCXO)。该VCO可以在芯片外，也可以选用集成在芯片上。提供该振荡器闭环模拟控制的锁相环(PLL)，可以集成到与VCO相同的芯片上，或者也可以是分离的片外元件。
VCO的频率变化是一个主要关注的问题。频率变化可能是由一个或多个因素导致的，该因素包括制造过程变化、工艺变化，以及诸如温度等周围环境条件的改变所引起的频率变化。为了解决频率误差，可以改变施加在VCO上的模拟电压，但该VCO的模拟增益是有限的。而且，为了限制引入系统的噪声，常常期望降低VCO的增益。在将VCO与锁相环集成在同一芯片上的集成频率合成器中，频率变化是很突出的问题。具体而言，片上VCO的变容二极管呈现出的平均电容的变化，超出了VCO在压控电容中所能补偿的范围。
发明内容
在一个实施例中，一个频率合成器包括一个振荡器和一个校准单元。该振荡器可以是一个压控振荡器(VCO)，其包括一个可配置电路，对于给定的输入电压可有选择地激活该可配置电路以调节该振荡器的频率。例如，该可配置电路可以包括一组开关电容器。基于表示VCO振荡频率的信号和表示参考频率的信号的比较结果，该频率合成器的校准单元可以有选择地激活该VCO的可配置电路。更具体地，该校准单元可以几乎同时地初始化用于提供表示VCO频率和表示参考频率的信号的分频器，从而使得所产生信号的频率在校准开始时基本同相。按照这种方法，可以迅速校准频率合成器，保证该频率合成器的模拟增益足以用来调谐该VCO。
下面所要详细阐述的各实施例及其技术，可以用硬件、软件、固件，或其任何组合来实现。在附图和下面的描述中阐明了这些以及其他实施例的其他细节。通过说明书和附图，以及权利要求书，本发明的其他特点、目标和优点将变得清晰明了。
附图简述
图1是使用频率合成器的用于RF信号接收的无线通信设备的方框图；
图2是使用频率合成器的用于RF信号发送的无线通信设备的方框图；
图3是根据一个实施例的频率合成器实例的具体方框图；
图4是一个压控振荡器实例的电路图，该压空振荡器包括开关电容器形式的可配置电路；
图5是一组并联的开关电容器的具体电路图，其中，该开关电容器可有选择地被激活以校准一个压控振荡器；
图6是根据本发明一个实施例的流程图，其说明了一种频率合成器的校准技术；
图7是用于说明表示参考频率和振荡器频率的信号的生成过程的时序图；
图8A-8C是用于说明表示振荡器频率信号和表示参考频率信号的比较结果的时序图；
图9是根据另一个实施例的另一个流程图。
发明详述
总体来讲，本发明旨在用于无线通信设备中的，或用于需要高精度频率合成且噪声小的类似设备中的频率合成器。具体而言，该频率合成器可以使用一个锁相环(PLL)，来提供一个集成振荡器，如一个集成压控振荡器(VCO)的模拟调谐控制。
另外，在实施模拟调谐控制之前，频率合成器可以执行开环离散校准。具体而言，该频率合成器可以实施在下文中更详细论述的离散校准技术，以使在经由锁相环(PLL)实施模拟控制之前快速准确地校准VCO。按照这种方法，可以显著地降低VCO的模拟增益，从而可以通过降低与大增益值相关的噪声来提高无线通信设备的性能。
在一个实施例中，一个频率合成器包括一个与锁相环(PLL)集成的压控振荡器(VCO)。该频率合成器可以调用一个校准程序，以校准该VCO。例如，一个校准单元可以将在所定义的参考电压下的VCO频率与一个已知参考频率进行比较。然后该校准单元调整该VCO的初始电容，从而确保该VCO已经被校准到该PLL的调谐范围之内。更具体地，在校准过程中，该校准单元可以初始化提供VCO频率和参考频率测量的分频器
按照以下更为详细的论述，通过几乎同时初始化该分频器，可以避免表示VCO频率的信号和表示参考频率的信号之间的实际相位误差。并且，通过避免表示VCO频率的信号和表示参考频率的信号之间的实际相位误差，可以更快更精确地完成校准。
图1和2是无线通信设备10的方框图，无线通信设备10在RF信号接收和发送过程中分别使用频率合成器20A和20B。在以上二者中任一情况下，频率合成器20可以使用以下所述的一项或多项技术来改进无线通信设备10的工作。
具体地，图1是一个采用了零IF架构的无线通信设备(WCD)实例10的方框图，但是本发明并不局限于此。在该例中，WCD 10将输入的RF信号直接转换成基带信号，并且，尤其是，无需先将RF信号转化成中频(IF)信号。然而，应该理解的是，这里描述的技术可以很容易地应用于使用一个或多个频率合成器的任何架构中。
WCD 10包括接收输入RF信号的天线12。例如，输入RF信号可以包括从一个码分多址(CDMA)基站发出的CDMA调制信号。由天线12接收到的RF信号由RF接收机14进行处理，比如使该信号通过低噪声放大器(LNA)和一个或多个滤波器。然后，由下混频器15将该RF信号下混频为基带信号。具体地，下混频器15可以接收由频率合成器20A产生的参考波形。频率合成器20A可以使用一个在下文将做更详细描述的校准程序，用以将频率合成器校准到接近于准确(correct)的工作频率。校准程序可以改进该频率合成过程，降低系统噪声，并允许简化频率合成器20A中的各个元件。
下混频器15产生基带信号，模数(A/D)转换器17对该基带信号由进行滤波和采样，从而产生与该信号相应的数字值。一个或多个放大器18，比如数字电压增益放大器(VGA)，根据从自动增益控制单元(未示出)接收的增益值，通过放大或者衰减所述数字值，用来缩放该数字基带信号。在由放大器18缩放之后，将缩放后的数字基带信号提供给RAKE接收机19，RAKE接收机19分离和跟踪来自不同源，即不同基站的接收信号，或者来自同源但经由多个传播途径的接收信号，即多径信号。例如RAKE接收机19可以包括一些“支路(fingers)”，这些支路用于执行解扩、Walsh码分离(decovering)和累加、导频时间跟踪和频率跟踪。RAKE接收机19的每一支路对于相应的路径输出导频和数据符号。然后，对该导频和数据符号进行符号解调和/或其他信号处理。按照需要，WCD 10也可以包含附加部件(未示出)，如滤波器和各种数字或模拟信号处理元件。
图2是WCD 10的另一方框图，用于说明在RF信号发送过程中所使用的元件。在该例中，基带发射机24可以产生基带信号，并将其传送给上混频器25。频率合成器20B向上混频器25提供RF载波。频率合成器20B可以是与频率合成器20A(图1)相同的合成器，或者是与用于信号接收过程的合成器不同的合成器。在以上二者中任一情况下，频率合成器20B执行如下所述的校准技术，以自行校准，从而在准确的工作频率上产生振荡信号。上混频器25将基带信号调制到RF载波上，并将已调RF信号传送给用于缩放信号的放大器26。放大器26可以包括一个或多个电压增益放大器(VGA)、驱动放大器(DA)以及功率放大器(PA)。不同的放大器可以属于同一集成电路芯片，或属于多个不同的芯片。一旦已调RF信号被充分放大或衰减，RF发射机28就可以将已调RF信号经由天线12从无线通信设备10发送出去。
图3是根据一个实施例的频率合成器20的具体方框图。例如，频率合成器20可以分别对应于如图1和图2所示的频率合成器20A或20B。频率合成器20可以包括一个振荡器，如一个与锁相环(PLL)31集成的压控振荡器(VCO)30。例如，PLL 31可以经由一个输入控制电压来提供VCO 30的模拟闭环控制。PLL 31可以包括多个元件，如包括分频器32和33、鉴相器34、充电泵35以及环路滤波器36。例如，分频器32和33可以分别缩放一个参考频率(比如由温度补偿晶体振荡器(TCXO)提供)和一个VCO频率，使得鉴相器34可以确定两个频率间的频率差。然后充电泵35就可以根据需要，调节VCO 30的输入电压，以提高或降低振荡器的频率。环路滤波器36可以对输入到VCO 30的输入信号进行滤波，从而提高频率合成器20的性能，并且可以降低系统噪声。
然而，PLL 31的模拟增益是有限的。换言之，充电泵35能够在一个有限的电压范围内产生VCO 30的输入电压。而且，大增益常常导致频率合成器20提供的系统噪声增大。因此，一般来说需要降低充电泵35提供给振荡器30的增益范围。
为了解决由PLL 31中的大增益所带来的问题，VCO 30可具有相对较大的频率变化，这是由诸如制造过程变化、工艺变化和周围环境条件变化导致的频率变化等因素带来的。改变由充电泵34施加给VCO 30的模拟电压可补偿这些频率误差，但如上所述，该VCO的模拟增益是有限的。由于片上VCO的变容二极管在平均电容上的变化，可能超出VCO在压控电容上所能补偿的范围，在将VCO 30和PLL 31片上集成的集成频率合成器中，频率变化可能会带来很突出的问题。
由于这些和其他的原因，频率合成器20包括了一个校准单元38，用以在激活VCO 30的模拟闭环电压控制之前校准VCO 30。例如，对于一个定义的电压，比如，该定义的电压对应于充电泵35所产生的可用电压的中心，校准单元38可以校准VCO 30以使其工作在最优或接近最优的频率上。通过这种办法，可以减少PLL 31的所需增益，这样可以减少频率合成器20引入的噪声从而提高WCD 10(图1和图2)的性能。
VCO 30是可以配置的，从而使得其在闭环模拟控制之前可以进行校准。例如，VCO 30包括一些开关电容器。校准单元38可以有选择地激活VCO 30中的一些开关电容器，从而恰当地将VCO 30校准至一个最佳或者近似最佳的工作频率。校准后的VCO 30可以经由PLL 31进行控制。
频率合成器20可以包括一个校准开关41，用于将频率合成器20设置在校准状态或者正常工作状态。例如，在校准过程中，开关41可以选择“校准参考电压”42作为对振荡器30的输入。校准参考电压42可以由一个运算放大器(op amp)提供，并且该校准参考电压可选择为对应于充电泵35提供的可用电压的中值。在校准过程中可以对校准参考电压42进行测试或检查，以确保它是所需的参考电压。
另外，在某些情况下，校准参考电压42可以偏移，以补偿诸如温度等周围环境条件的变化。例如，如果外界温度低于正常工作温度，就可能需要将校准参考电压42向充电泵35提供的电压范围的下边界偏移。同样，如果外界温度高于正常工作温度，就可能需要将校准参考电压42向充电泵35提供的电压范围的上边界偏移。例如，可以在产生参考电压42的电路中执行温度补偿算法，执行该温度补偿算法产生的电压与绝对温度(PTAT)成正比。按照这个方法，在正常工作时，可以减小PLL控制电压超出充电泵可以提供的电压范围的可能性。在任何情况下，校准参考电压42使得VCO 30在一个初始频率上起振。
第一分频器32缩放振荡器的频率，比如将频率除以一个整数。同样，第二分频器33缩放参考频率43，比如将参考频率除以一个整数。可以通过一个具有比VCO 30更高精度、更低频率的时钟，如一个温度补偿晶体振荡器(TCXO)来提供参考频率43。分频器32、33的输出分别包括一个表示振荡频率(本例中，VCO 30的频率)的信号和一个表示参考频率43的信号。对分频器32和33的输出信号进行缩放，从而使得信号间的相位差的测量可以提供VCO 30中误差的测量。
通过广泛使用各种不同的硬件配置，包括乘法电路，除法电路，移位寄存器以及计数器等，来实现分频器32和33。在一个相对简单的配置中，分频器32、33包括用以对振荡脉冲的上升或下降沿进行计数的计数器，并且每当检测到的脉冲个数为某一整数时，就提供一个信号。按照这种方法，就可以产生表示VCO 30频率和参考频率43的信号，并将其提供给校准单元38，校准单元38利用这些信号来校准VCO 30。
为了大大改善校准处理，校准单元38几乎同时地(如图所示通过控制信号45和46)初始化分频器32、33。按照这种方法，几乎同时地缩放表示VCO 30的频率和参考频率43的信号。换言之，通过几乎同时地初始化分频器32、33，分频器32、33产生的信号可基本同相。因此，校准单元38只需在一个信号周期之后便能够确定分频器32、33产生的频率差。按照这种方法，校准单元38无需为了确定频率差，而累加和跟踪那些在时间扩展期内产生的信号。相反，通过几乎同时地初始化分频器32、33，校准单元38可以确定信号间的频率差，并可更迅速地调节VCO 30。换言之，几乎同时地初始化分频器32、33可以显著地减少校准VCO 30的耗时。
图4是一个说明VCO 30实例的电路图，虽然参照VCO详细描述了各个实施例，但本发明并不仅仅局限于该方面。其他实施例，如在频率合成器中使用各种不同的振荡器，比如电流控制振荡器等的实施例，也可使用与这里所具体描述的例子相同的技术。
如图4所示，VCO 30包括一个耦合至尾电流(tail current)源58的振荡盒57。VCO 30的振荡盒57可以包括一个包含由电压源52抽头的电感51的LC电路(电感-电容电路)。VCO 30的振荡盒57还可以包含一个或多个变容二极管53，以及晶体管54A和54B。例如，变容二极管53可以由一些反偏二极管构成，这些反偏二极管在一起表现为一个电容。并且，VCO 30的振荡盒57包括一个可配置电路，该可配置电路形式上是开关电容器56的阵列。在校准过程中，开关电容56可以被有选择地激活，从而将VCO 30校准至一个可接受的工作频率。
图5是开关电容器56阵列实例的一个更详细的电路图。总体来讲，开关电容56阵列可以包括多(N)个并联的电容，但是也可以使用其他配置。在图示的例子中，每个开关(S1-SN)可以用于激活两个串联电容。也就是说，每个开关电容包括串联的一个激活开关(S)和两个电容(C和C′)。在图5的实施例中，当越多的开关被激活时，越多的电容就加入到电路中，并且电路的总体电容值增加。因此，校准单元38可以通过有选择地激活或关闭一定数量的开关来对VCO30进行校准，使其足以补偿测得的在表示振荡器频率的信号和表示参考频率的信号之间的频率差。应该理解的是，图5只是一个开关电容器的配置实例，并且在本发明的指引下，其他可选配置也是显而易见的。
图6是一个用于阐明频率合成器的校准技术的流程图。具体地，图6中的技术可以看作是在激活模拟闭环控制之前，作为用于校准VCO 30的开环校准使用。如图所示，校准单元38使锁相环(PLL)31(61)失效，比如通过激活开关41来将校准参考电压42作为输入提供给VCO 30。在该处，若有需要，校准单元38可以等待一小段时间，用以确保VCO 30的初始振荡频率达到稳态。也就是说，在校准参考电压42输入到VCO 30之后，可能需要允许频率合成器20的各元件预热一小段时间。
一旦系统预热后，校准单元38开始初始化分频器32、33(62)，如发出一个或多个控制信号45、46。具体地，校准单元38可以几乎同时地初始化分频器32、33。在一个实施例中，分频器32、33包括计数振荡脉冲的上升或下降沿的计数器。在这种情况下，通过几乎同时启动计数器来初始化分频器32、33。第一分频器32产生一个振荡信号(63)，即一个表示VCO 30初始频率的信号。同样，第二分频器33产生一个参考信号(64)，即一个表示参考频率43的信号。按照这种方法，分频器32、33产生同相的、表示VCO 30的初始频率的信号和表示参考频率的信号。分频器32、33可以分别缩放各自的输入频率，使得产生的信号彼此归一化。
校准单元38对振荡器信号与参考信号(65)进行比较，从而确定VCO 30是否在一个可接受的频率上振荡。具体地，校准单元38可以测量由分频器32、33产生的信号的上升沿之间的时间差，用以确定两个信号间的频率差。校准单元38可以包含一个用于此目的比较电路。按照这种方法，校准单元可以确定VCO 30是否在一个可接受的频率上振荡。
然后校准单元38可以相应地调节VCO 30(66)。例如，校准单元38可以包括一个用于控制VCO 30的可配置电路的数字状态机。如图4和5所示，VCO 30的可配置电路可以包括一组开关电容器56。因此，校准单元38可以有选择性地激活或关闭一个或多个开关，从而将VCO 30校准在最佳或者近似最佳的振荡频率上。在一些情况下，开关的一个子集可以同时被激活或关闭。在其他情况下，开关的激活可以在校准过程中增加。在任何情况下，一旦VCO 30被正确调节(66)，就可以启动PLL 31(67)，比如通过激活开关41将PLL的输出作为电压控制输入提供给VCO 30。按照这种方法，在离散校准后就启动VCO 30的模拟控制。
如有需要，可以周期性重复校准程序。具体地，在正常工作过程中测试或检查用作VCO 30的电压控制输入的PLL控制电压(在图3中标注但未标附图标记)，以确定在下一个可能的时机是否应当重复校准。一个表明应该重复进行校准的条件可以对应于PLL控制电压超出了充电泵在不降低其性能时所能供给的电压范围的条件。该电压范围可以合成一个小的安全域，使得相对于充电泵可以提供的电压范围内的一小段电压，对PLL控制电压进行检查。
图7是说明分频器32、33产生的振荡信号和参考信号时序的时序图。如图所示，当时间＝初始化时，分频器32、33中的计数器同时被复位。分频器32和33中的计数器分别对各自信号脉冲的上升沿进行计数，并且在各自数出所定义数量的脉冲后，分别产生一个参考信号脉冲和一个振荡信号脉冲。例如，如图所示，TCXO提供的参考频率可以被3整除。在此种情况下，分频器33对TCXO脉冲的上升沿进行计数，并在3个数后产生一个参考信号脉冲。同样，VCO提供的振荡器频率可以被4整除。在此种情况下，分频器32对VCO脉冲的上升沿进行计数，并在4个脉冲后产生一个振荡器信号。然后，比较振荡器信号和参考信号，以确认是否存在相位差，从而确认VCO30的频率是太高，还是太低，或是在一个可接受的范围内。出于说明的目的，对图7进行了简化。在工作过程中，TCXO的频率通常比VCO的频率低很多。因此，在产生各自信号前，通常，分频器33计数的脉冲数目远小于分频器32计的脉冲数目。
定义用于规定分频器32和33所计的脉冲数目的整数，从而使得产生的参考信号和振荡器信号近似归一化。而且，由于两信号同相，所以能够很快确定两个产生的信号之间的频率差。具体而言，产生的两个信号间的频率差可以在仅仅一个信号周期后得到确定。按照这种方法，可以避免对累加器或更复杂的比较电路的需求。而且，由于所产生的两个信号同相，因而可以显著缩短校准时间。
图8A-8C是另一个时序图，说明了一个校准单元38如何比较振荡器信号和参考信号的实例。在该例中，校准单元38检查振荡器信号和参考信号，以确定VCO的振荡频率是否可以接受。该参考信号提供一个用于检查振荡器信号的参考。参考分频器33也可以在参考信号脉冲的上升沿附近定义一个可接受窗。如果该振荡器信号的上升沿落到该窗口中，它就是可以接受的。如果没有落到该窗口内，就调节VCO 30。该窗口的大小，可以根据校准程序需要的精度进行选择。
在图8A中，振荡器信号的上升沿在窗口之前到来。在此种情况下，VCO 30工作在一个过高(或“太快”)的频率上。因此，在此种情况下，校准单元38可以激活电容开关以降低VCO 30的频率。如图8B所示，振荡器信号的上升沿在窗口之后到来，在此种情况下，VCO工作在一个过低(或“太慢”)的频率上。因此，在此种情况下，校准单元38可以关闭电容开关以提高VCO 30的频率。如图8C所示，振荡器信号的上升沿落在窗口之内，在此种情况下，VCO工作在一个可接受的频率上。因此，在此种情况下，校准单元38无需激活或关闭VCO的电容开关。图8C标注“恰好”是因为振荡器信号的上升沿正好与参考信号的窗口对齐。
所述实施例能够提供许多优点。具体地，在调用用于模拟控制的PLL 31之前执行VCO 30的离散校准，可以通过减小PLL 31的必要增益来降低系统的噪声。而且，降低PLL的必要增益可以简化充电泵35的元件，并可能得到一个更先进的环路滤波器36的设计，因此进一步降低噪声。
此外，几乎同时地初始化分频器33、34，通过给校准单元38提供同相信号，可以显著地减少校准的耗时。当信号同相时，可以极大地简化信号比较。而且，该优点还可延及到实际提高校准之后的PLL31的性能。例如，由于同时初始化分频器32、33，PLL 31的鉴相器34也能够更迅速地检测到信号之间的相位差。换言之，可以缩短PLL31的锁定时间。
在一些实施例中，校准单元38在校准程序后重新初始化分频器32和33。换言之，校准单元38在激活开关41以启动PLL 31后，重新初始化分频器32和33。尤其是由于分频器32和33提供给鉴相器34的信号在PLL 31的工作之初同相，该重新初始化可以进一步降低PLL 31的锁定时间。另外，由于经过校准过程，在PLL启动时可具有可忽略的相位差和非常小的频率误差，因此可以进一步改善PLL的锁定时间。
此处，所述实施例的另一个优点是，同样的分频器32和33可以用于离散校准环路和PLL 31的模拟控制环路。在这两种情况下，分频器32和33可以同时被初始化，使得所产生的信号同相。通过在离散校准开始时初始化分频器32和33，可以降低校准的耗时，并且通过在离散校准之后初始化分频器，可以缩短PLL 31的锁定时间。而且，通过在离散校准环路和PLL 31的模拟控制环路中使用相同的分频器，可以减少频率合成器20的电路整体数量。
基于在校准过程中得到的信息，可以实施更多的附加特点以提高PLL的性能。换言之，校准的结果可以提供有关VCO模拟增益的有关信息。通过使用这些信息，当PLL启动的时候，可以调节充电泵的模拟增益，使得PLL的总体增益保持相对恒定。
更具体而言，当校准程序已经确定一个具体开关电容设置后，该确定的设置可用于初始化PLL充电泵的增益。例如，开关电容设置可以以一个数值的形式出现，即在1和32之间的一个数值。通过仿真，可以确定的是，如果频率校准环路的最终设置是16，那么对于该振荡器的额定频率，VCO(Kv)的模拟增益应该是X。然而，假如校准环路的最终设置为17，则VCO的模拟增益可能会增加，比如，达到X+5％*X。同样，如果设置为15，则VCO的模拟增益可能会减少，比如，减小到X-5％*X。
为了使PLL的环增益保持相对恒定，充电泵的模拟增益(Kφ)可基于在频率校准期间得到的有关信息进行初始化，即，电容设置或VCO模拟增益(Kv)。由此，如果充电泵的额定增益(Kφ)是Y，则当最终校准设置为17时，可将Kφ调节为Y/(1+5％)。同样，若最终设置为15，Kφ可以被调节为Y/(1-5％)。总之，最终校准设定提供VCO的模拟增益的相关信息。这些信息可以用来调节PLL的不同部分的模拟增益(如充电泵的增益)，从而将总体模拟增益保持为一个常量。由于整体增益与Kv*Kφ成正比，保持Kv*Kφ恒定同样可以确保整体增益保持相对恒定。
如上所述，通过在校准过程中使用的附加技术，可以应对诸如温度等周围环境条件的变化。例如，在一个集成片上VCO中，温度的改变可能会引起变容二极管电容值的变化。为此，需要偏移校准输入电压42用以补偿诸如温度等周围环境条件的变化。如果与温度无关，校准输入电压可选择为与充电泵35可供电压的中心值相对应。然而，由于温度变化将导致VCO 30中的变容二极管的电容变化，就需要调节校准输入电压，以应对温度中将来可能发生的变化。
例如，若环境温度小于正常工作温度，就需要将校准参考电压42向充电泵35可提供的电压范围的下边界偏移。同样，若环境温度大于正常工作温度，就需要将校准参考电压42向充电泵35可提供的电压范围的上边界偏移。使用一个温度补偿算法来生成校准参考电压42，该温度补偿算法将能产生一个正比于绝对温度(PTAT)的电压。例如，在生成校准参考电压42时，使用温度补偿电路来执行PTAT算法。
图9是根据实施例的另一个流程图。如图所示，选择一个校准输入参数(91)。例如，频率合成器20可以包括一个温度补偿电路，用以执行一个算法来选择与绝对温度(PTAT)成正比的校准参考电压42。然后就可以依照上面所述的方法对VCO 30进行校准(92)。在校准之后，启动PLL 31(93)，通过根据环境条件，如温度，选择校准输入参数的方法，可使环境条件的变化对频率合成器20的工作产生负面影响的可能性得到降低。
例如，如果在较低温度下执行校准，模拟调谐电压就已经向可能达到的电压范围的下边界偏移。如果温度增加，并且不能再次进行校准，充电泵35将具备一个更大的可用电压提升的范围，用以调谐VCO30。可用的电压降低的范围将会减少，而在低温条件下进行校准，则不可能大幅降低电压。
同样，如果在较高温度下进行校准，参考电压从充电泵35可供电压的上边界开始。由此，充电泵35将具备一个更大的可用电压降低的范围，用以调谐VCO 30。在这种情况下，可用电压提升的范围将会减少，如果在高温条件下进行校准，则大幅升高电压将是不可能的。
已经描述了许多实施例。例如，描述了在激活闭环模拟控制之前使用振荡器的离散校准技术。然而，在本发明范畴以内可以做多种修正。例如，相同或类似的技术可以使用到无线通信设备以外的设备中。而且，相同或类似的技术中也可以应用到压控振荡器以外的振荡器中。例如，相似的技术可以用于校准电流控制振荡器等。
此外，虽然各种实施例中的许多细节方面都描述为以硬件来实现，但是相同或类似的技术也可以通过在一个可编程的数字信号处理器(DSP)上执行的软件来实现，或者通过固件来实现，以及通过硬件、软件和固件相结合的方法实现。因此，这些和其他实施例都在下述权利要求的范围之内。

Claims (41)

1、一种用于校准振荡器的方法，包括：
产生针对于一个输入参数的第一信号，该第一信号表示该振荡器的初始频率；
产生表示参考频率的第二信号，其中，产生该第一和该第二信号，包括几乎同时缩放该振荡器的该初始频率和该参考频率，从而使得该产生的信号基本同相；以及
基于该第一和该第二信号的比较结果，调整该振荡器的该初始频率。
2、如权利要求1所述的方法，其中，所述振荡器包括一个压控振荡器，并且所述输入参数包括一个校准电压输入，其中产生所述第一信号，包括将所述校准电压输入施加到所述压控振荡器上，以产生所述振荡器的所述初始频率，并且缩放所述振荡器的所述初始频率。
3、如权利要求2所述的方法，进一步包括：基于温度产生所述校准电压输入。
4、如权利要求1所述的方法，进一步包括：在调整所述初始频率之后启动一个锁相环，并且测试从该锁相环输入至所述振荡器的一个电压控制输入，以确定是否应当再次执行校准。
5、如权利要求1所述的方法，其中，产生所述第二信号，包括接收来自一个温度补偿晶体振荡器的所述参考频率，并且缩放所述参考频率。
6、如权利要求1所述的方法，其中，几乎同时缩放所述振荡器的所述初始频率和所述参考频率，包括几乎同时初始化针对所述振荡器的所述初始频率和所述参考频率的分频器电路。
7、如权利要求1所述的方法，其中所述振荡器包括一个压控振荡器，该压控振荡器具有多个开关电容器，并且其中基于所述第一和所述第二信号的比较结果而调整所述振荡器的所述初始频率包括：基于所述第一和所述第二信号的比较结果来激活该开关电容器的一个子集。
8、如权利要求1所述的方法，进一步包括：在校准所述振荡器之后启动一个锁相环，并且基于所述振荡器的校准设置，调整所述锁相环充电泵的初始增益。
9、一种频率合成器，包括：
一个振荡器，包括一个可配置电路，该可配置电路针对于一个初始输入参数，定义该振荡器的初始频率；以及
一个校准单元，基于表示该振荡器的信号和表示一个参考的信号的比较结果，调整该可配置电路，其中该校准单元初始化表示该振荡器的信号和表示该参考的信号，以使表示该振荡器的信号和表示该参考的信号基本上同相。
10、如权利要求9所述的频率合成器，其中所述振荡器包括一个压控振荡器，并且所述初始输入参数是一个初始输入电压，其中所述可配置电路具有多个开关电容器，其中所述校准单元，通过基于表示所述振荡器的信号和表示所述参考的信号的比较结果，激活所述开关电容器的一个子集，来调整所述可配置电路。
11、如权利要求10所述的频率合成器，进一步包括一个基于温度产生所述初始输入电压的电路。
12、如权利要求9所述的频率合成器，进一步包括第一分频器，用于通过缩放由所述初始输入参数定义的一个振荡器频率来生成表示所述振荡器的信号，以及第二分频器，用于通过缩放一个参考频率来生成表示所述参考的信号。
13、如权利要求12所述的频率合成器，其中所述校准单元几乎同时初始化所述第一和所述第二分频器，以初始化表示所述振荡器的信号和表示所述参考的信号，从而使得表示所述振荡器的信号和表示所述参考的信号基本同相。
14、如权利要求12所述的频率合成器，进一步包括一个在校准以后提供所述振荡器的模拟控制的锁相环。
15、如权利要求14所述的频率合成器，其中所述锁相环和所述振荡器被集成为集成电路，其中用于缩放所述参考和所述振荡器频率的所述分频器也用于所述锁相环中。
16、如权利要求14所述的频率合成器，其中所述振荡器是一个压控振荡器，并且其中所述锁相环包括一个充电泵，用于在校准之后、生成所述压控振荡器的输入电压，该校准是基于表示所述振荡器的信号和表示一个参考的所述频率的比较结果而进行的。
17、一种设备，包括
一个电路，用于产生针对于一个输入参数的第一信号，该第一信号表示振荡器初始频率；
一个电路，用于产生表示一个参考频率的第二信号，其中产生该第一和该第二信号的电路，几乎同时缩放该振荡器的初始频率和参考频率，从而使得该产生的信号基本上同相；以及
一个电路，用于基于该第一和该第二信号的比较结果来调整该振荡器的初始频率。
18、如权利要求17所述的设备，其中所述振荡器包括一个压控振荡器，并且所述输入参数包括一个校准电压输入，其中用于产生所述第一信号的电路将该校准电压输入施加到该压控振荡器上，以产生所述振荡器的初始频率，并且缩放所述振荡器的初始频率。
19、如权利要求17所述的设备，进一步包括一个基于温度产生所述校准电压输入的电路。
20、如权利要求17所述的设备，其中用于产生所述第二信号的所述电路接收来自一个温度补偿晶体振荡器的所述参考频率，并且缩放所述参考频率。
21、如权利要求17所述的设备，其中，几乎同时缩放所述振荡器的所述初始频率和所述参考频率的所述电路，几乎同时初始化针对所述振荡器的所述初始频率和所述参考频率的分频器电路。
22、如权利要求17所述的设备，其中所述振荡器包括一个压控振荡器，该压控振荡器具有多个开关电容器，并且其中基于所述第一和所述第二信号的比较结果而调整所述振荡器初始频率的电路，基于所述第一和所述第二信号的比较结果来激活所述开关电容器的一个子集。
23、一种频率合成器，包括：
一个振荡器，包括一个可配置电路，该可配置电路针对于一个初始输入参数定义该振荡器初始频率；以及
一个装置，用于基于表示该振荡器的信号和表示一个参考的信号的比较结果来调整该可配置电路，其中用于调整的该装置初始化表示该振荡器的信号和表示该参考的信号，从而使表示该振荡器的信号和表示该参考的信号基本上同相。
24、如权利要求23所述的频率合成器，其中所述振荡器包括一个压控振荡器，并且所述初始输入参数是一个初始输入电压，其中所述可配置电路具有多个开关电容器，其中用于调整的所述装置，基于表示所述振荡器的信号和表示所述参考的信号的比较结果，通过激活所述开关电容器的一个子集来调整所述可配置电路。
25、如权利要求24所述的频率合成器，进一步包括一个基于温度产生所述初始输入电压的装置。
26、如权利要求23所述的频率合成器，进一步包括：第一分频装置，用于通过缩放由所述初始输入参数定义的一个振荡器频率而生成表示所述振荡器的所述信号，以及第二分频装置，用于通过缩放一个参考频率而生成表示所述参考的所述信号。
27、如权利要求26所述的频率合成器，其中用于调整的所述装置，通过对一个用于所述振荡器初始频率的分频器电路和一个用于所述参考频率的分频器电路几乎同时进行初始化，来初始化表示所述振荡器的信号和表示所述参考的信号。
28、如权利要求23所述的频率合成器，进一步包括一个在校准之后用于所述振荡器的模拟控制的装置。
29、如权利要求28所述的频率合成器，其中用于模拟控制的所述装置和所述振荡器被集成为集成电路。
30、如权利要求28所述的频率合成器，其中所述振荡器是一个压控振荡器，并且其中用于模拟控制的所述装置包括一个在校准之后、生成用于所述压控振荡器的输入电压的装置，该校准是基于表示所述振荡器的所述信号和表示一个参考的所述信号的比较结果而进行的。
31、一种无线通信设备，包括：
一个用于产生波形的频率合成器，其中该频率合成器包括一个振荡器，该振荡器包括一个可配置电路，该可配置电路针对于一个初始输入参数定义该振荡器的初始频率，以及一个校准单元，该校准单元，基于表示该振荡器的信号和表示一个参考的信号的比较结果来调整该可配置电路，其中该校准单元初始化表示该振荡器的信号和表示该参考的信号，以使表示该振荡器的信号和表示该参考的信号基本上同相；以及
一个混频器，用于使该波形混频。
32、如权利要求31所述的无线通信设备，进一步包括一个用于接收RF波形的接收机，其中所述混频器利用由所述频率合成器产生的波形作为参考时序，将所述接收到的RF波形下混频至基带信号。
33、如权利要求31所述的无线通信设备，进一步包括一个用于发送所述波形的发射机，其中在发送之前，所述混频器将基带信号调制成所述波形。
34、一种方法，包括：
基于温度选择一个振荡器的校准输入参数；以及
在该校准输入参数下，基于该振荡器的频率来校准该振荡器。
35、如权利要求34所述的方法，进一步包括经由一个锁相环在校准之后控制所述振荡器的频率。
36、如权利要求34所述的方法，其中，所述振荡器是一个压控振荡器，并且其中选择所述校准输入参数，包括基于温度选择一个校准输入电压。
37、如权利要求34所述的方法，其中，校准所述振荡器，包括校准所述振荡器的开关电路。
38、一种设备，包括
一个振荡器，包括一个可配置电路，该可配置电路在一个校准参数下，定义该振荡器的初始频率；以及
一个温度补偿电路，用于基于温度产生该校准参数。
39、如权利要求38所述的设备，进一步包括一个校准单元，用于基于表示所述振荡器的信号和表示一个参考的信号的比较结果，有选择地激活所述可配置电路。
40、如权利要求38所述的设备，其中，所述振荡器是一个压控振荡器，并且其中所述校准参数是一个初始输入电压，其中所述温度补偿电路基于温度选择该初始输入电压。
41、如权利要求38所述的设备，进一步包括一个锁相环，该锁相环在校准之后、经由所述振荡器的闭环模拟控制，调整振荡器频率。
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