一种适用于无线MCU的高性能锁相环及其频率的校正方法与流程

一种适用于无线mcu的高性能锁相环及其频率的校正方法
技术领域
1.本发明涉及适用于无线mcu的高性能锁相环及其频率的校正方法，属于振荡器技术领域。


背景技术：

2.锁相环是在通讯芯片、cpu/mcu芯片和存储芯片内部产生高精度高频时钟的主要技术。在无线mcu中，高频锁相环工作在ghz以上，锁相环的核心器件压控振荡器（vco）工作在2倍的锁相环频率。而且vco的自由振荡频率随着工艺角（p-process）、电源电压（v-voltage）和温度（t-temperature）的变化而变化很大（比如在55nm cmos工艺下有20%
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30%的温差）。现有的锁相环技术中采用较大的vco增益（kvco，单位：mhz/v）来覆盖pvt对vco振荡频率的影响，这种方案有的缺点是增大了锁相环锁定的难度和锁定时间，浪费了功耗；而且为了快速锁定，不得不增加锁相环路的带宽，恶化了锁相环的相位噪声。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种适用于无线mcu的锁相环，降低了锁相环锁定的难度、缩短了锁定时间、降低了锁相环的相位噪声和功耗，为无线mcu芯片提供了片上低相位噪声高精度时钟。
4.技术方案：一种适用于无线mcu的高性能锁相环，包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控/数控振荡器、分频器、ldo（低压线性稳压器）、spvt检测电路、寄存器；其中鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控/数控振荡器、分频器、鉴频鉴相器依次连接，ldo分为数字ldo和低噪声高电源抑制比ldo，低噪声高电源抑制比ldo与压控/数控振荡器连接，数字ldo与其他部件连接，spvt检测电路与寄存器连接，用于锁相环第一次使用前、每次上电时及正常使用时的校正，以得到低相位噪声高精度时钟频率。
5.进一步的，spvt检测电路包括开环频谱检测电路（s）、工艺角检测电路（p）、电压检测电路（v）和温度检测电路（t）。
6.进一步的，寄存器内存储有锁相环第一次使用前预设的环境温度和晶体管结温度、标定的ldo控制字和开关电容控制字，标定的开关电容控制字用于调整压控/数控振荡器的调谐开关电容，标定的ldo控制字用于调整ldo的输出电压。
7.一种适用于无线mcu的高性能锁相环频率的校正方法，采用上述的适用于无线mcu的高性能锁相环，在第一次使用前将预设的环境温度和晶体管结温度、标定的ldo控制字和开关电容控制字写入寄存器；在每次上电后导入寄存器内的内容，结合spvt检测电路检测温度检测的结果，通过调整偏置电流调整压控/数控振荡器的跨导至预置结温下需要的压控振荡器跨导，通过调整压控/数控振荡器的开关电容使其自由振荡频率到需要锁定的频率；在正常使用过程中，通过启动低噪声高电源抑制比ldo使锁相环快速锁定并输出低相位噪声高精度时钟。
8.第一次使用前校正的步骤为：步骤s101：对芯片进行工艺角检测，调整并适配的ldo输出电压作为标定的ldo控制字；步骤s102：对压控/数控振荡器进行开环频谱检测，调整其开关电容输出频率作为标定的开关电容控制字；步骤s103：预设环境温度和晶体管结温度；步骤s104：将预设的环境温度和晶体管结温度、标定的ldo控制字和开关电容控制字写入寄存器。
9.每次上电后校正的步骤为：步骤s201：从寄存器导入标定的ldo控制字和开关电容控制字；步骤s202：spvt检测电路进行温度检测；步骤s203：通过调整偏置电流调整压控/数控振荡器的跨导至适配预置结温；步骤s204：spvt检测电路进行开环频谱检测，通过压控/数控振荡器的开关电容进一步调整输出频率。
10.正常使用时校正的步骤为：步骤s301：启动低噪声高电源抑制比ldo；步骤s302：启动锁相环路；步骤s303：锁相环路快速锁定并输出低相位噪声高精度时钟。
11.有益效果：1)本发明采用系统性的校正pvt变化对vco的影响，让vco在自由振荡下跟需要的锁定频率只有很小的误差，从而大幅度的降低了kvco。
12.降低了锁相环锁定的难度、缩短了锁定时间、降低了锁相环的相位噪声和功耗，为用于实现无线mcu的低相位噪声高精度时钟提供了解决方案。
附图说明
13.图1为本发明的锁相环结构示意图；图2为锁相环第一次使用前校正流程图；图3为锁相环每次上电时校正流程图；图4为锁相环正常使用时校正流程图；其中：1为spvt检测电路， 2为寄存器。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：如图1所示，一种适用于无线mcu的高性能锁相环，包括鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控/数控振荡器、分频器、ldo、spvt检测电路1、寄存器2；其中鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控/数控振荡器、分频器、鉴频鉴相器依次连接，ldo分为数字ldo和低噪声高电源抑制比ldo，低噪声高电源抑制比ldo与压控/数控振荡器连接，数字ldo与其他部件连接，spvt检测电路与寄存器连接，用于锁相环第一次使用前、每次上电时及正常使用时的校正，以得到低相位噪声高精度时钟频率。
15.检测电路包括开环频谱检测电路、工艺角检测电路、电压检测电路和温度检测电路。
16.寄存器内存储有锁相环第一次使用前预设的环境温度和晶体管结温度、标定的ldo控制字和开关电容控制字，标定的开关电容控制字用于调整压控/数控振荡器的调谐开关电容，标定的ldo控制字用于调整ldo的输出电压。
17.一种适用于无线mcu的高性能锁相环频率的校正方法，采用上述的适用于无线mcu的高性能锁相环，在第一次使用前将预设的环境温度和晶体管结温度、标定的ldo控制字和开关电容控制字写入寄存器；在每次上电后导入寄存器内的内容，结合spvt检测电路检测温度检测的结果，通过调整偏置电流调整压控/数控振荡器的跨导至预置结温下需要的压控振荡器跨导，通过调整压控/数控振荡器的开关电容使其自由振荡频率到需要锁定的频率；在正常使用过程中，通过启动低噪声高电源抑制比ldo使锁相环快速锁定并输出低相位噪声高精度时钟。
18.第一次使用前校正的步骤为：步骤s101：对芯片进行工艺角检测，调整并适配的ldo输出电压作为标定的ldo控制字；步骤s102：对压控/数控振荡器进行开环频谱检测，调整其开关电容输出频率作为标定的开关电容控制字；步骤s103：预设环境温度和晶体管结温度；步骤s104：将预设的环境温度和晶体管结温度、标定的ldo控制字和开关电容控制字写入寄存器。
19.每次上电后校正的步骤为：步骤s201：从寄存器导入标定的ldo控制字和开关电容控制字；步骤s202：spvt检测电路进行温度检测；步骤s203：通过调整偏置电流调整压控/数控振荡器的跨导至适配预置结温；步骤s204：spvt检测电路进行开环频谱检测，通过压控/数控振荡器的开关电容进一步调整输出频率。
20.正常使用时校正的步骤为：步骤s301：启动低噪声高电源抑制比ldo；步骤s302：启动锁相环路；步骤s303：锁相环路快速锁定并输出低相位噪声高精度时钟。
21.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。