用于毫米波应用的高性能锁相环的制作方法

技术特征：
1.一种锁相环，包括：输入比较电路，被配置为将参考信号与分频反馈信号进行比较，并且基于所述比较而生成至少一个电荷泵控制信号；电荷泵，被配置为响应于所述至少一个电荷泵控制信号而生成电荷泵输出信号；开关；环路滤波器，被耦合以在所述开关闭合时接收所述电荷泵输出信号，并且所述环路滤波器被配置为对所述电荷泵输出信号进行滤波来产生振荡器控制信号；振荡器，被配置为响应于所述振荡器控制信号而生成输出信号；分频器电路装置，被配置为通过除数对所述输出信号进行分频，以产生所述分频反馈信号；除数生成电路装置，被配置为随时间改变所述除数，使得所述分频反馈信号的频率随时间从第一频率变为第二频率，其中所述分频反馈信号的频率具有所述第一频率导致所述输出信号的频率具有起始斜坡频率，并且所述分频反馈信号的频率具有所述第二频率导致所述输出信号的频率具有结束斜坡频率；以及振荡器控制信号修改电路装置，存储第一振荡器控制信号，其中当所述输出信号的频率为所述起始斜坡频率时，所述第一振荡器控制信号等于所述振荡器控制信号的值；其中当所述输出信号的频率达到所述结束斜坡频率时，所述振荡器控制信号修改电路装置被配置为断开所述开关，并且将存储的所述第一振荡器控制信号施加到所述环路滤波器，从而将所述输出信号的频率改变到所述起始斜坡频率。2.根据权利要求1所述的锁相环，其中所述输入比较电路包括相位频率检测器；并且其中所述相位频率检测器被配置为：将所述参考信号的相位与所述分频反馈信号的相位进行比较，并且基于所述参考信号的相位是否超前于所述分频反馈信号的相位、或者所述分频反馈信号的相位是否超前于所述参考信号的相位，来生成所述电荷泵控制信号。3.根据权利要求1所述的锁相环，其中所述分频器电路装置包括固定分频器电路，所述固定分频器电路接收所述输出信号、通过固定除数将所述输出信号分频、并且将由所述固定除数分频之后的所述输出信号传递到可编程除数；并且其中所述可编程除数通过由所述除数生成电路装置生成的可编程除数对所述输出信号进行分频，使得所述分频反馈信号的频率随时间从所述第一频率降低到所述第二频率。4.根据权利要求1所述的锁相环，其中所述除数生成电路装置包括∑-δ调制器。5.根据权利要求4所述的锁相环，其中所述除数生成电路装置还包括调制器，所述调制器生成输入信号，所述输入信号在作为输入被提供给所述∑-δ调制器之前被传递通过预加重滤波器。6.根据权利要求1所述的锁相环，其中所述振荡器控制信号修改电路装置包括：计数器，被配置为生成表示所述输出信号的频率的计数；数字处理块，被配置为从所述计数器接收输入；以及数模转换器，被配置为生成存储的所述第一振荡器控制信号，并且将存储的所述第一振荡器控制信号施加到所述环路滤波器；其中在配置阶段中，所述数字处理块将不同的输入代码应用于所述数模转换器，直到所述输出信号的频率等于所述起始斜坡频率为止，并且存储来自所述不同输入代码中的、
导致所述输出信号的频率等于所述起始斜坡频率的输入代码；并且其中在操作期间，当所述开关断开时，所述数字处理块将所存储的输入代码应用于所述数模转换器。7.根据权利要求1所述的锁相环，其中所述振荡器控制信号修改电路装置包括：模数转换器，被配置为当所述输出信号的频率等于所述起始斜坡频率时，将所述输出信号的频率在其处等于所述起始斜坡频率的所述振荡器控制信号数字化并且存储；以及数模转换器，被配置为当所述输出信号的频率等于所述结束斜坡频率时，将所存储的振荡器控制信号转换回模拟信号，并且应用所述输出信号的频率在其处等于所述起始斜坡频率的所述振荡器控制信号。8.根据权利要求1所述的锁相环，其中所述环路滤波器包括低通滤波器。9.根据权利要求1所述的锁相环，还包括rf乘法器，所述rf乘法器接收所述输出信号并且被配置为基于所述输出信号来生成rf信号。10.根据权利要求1所述的锁相环，其中所述输入比较电路包括频率检测器；并且其中所述频率检测器被配置为将所述参考信号的频率与所述分频反馈信号的频率进行比较，并且基于所述参考信号的频率是否大于所述分频反馈信号的频率、或者所述分频反馈信号的频率是否大于所述参考信号的频率，来生成所述电荷泵控制信号。11.一种雷达设备，包括：发射器天线；合成器，被配置为生成rf信号以由所述发射器天线传输；接收器天线，被配置为接收经反射的rf信号；混频器，被配置为接收由所述合成器生成的所述rf信号和所述经反射的rf信号，并且基于所述rf信号和所述经反射的rf信号而生成中频信号；模数转换器，被配置为将所述中频信号数字化；以及处理电路装置，被配置为基于所述中频信号，确定在所述雷达设备与反射所述经反射的rf信号的外部物体之间的距离；其中所述合成器包括：锁相环，包括：输入比较电路，被配置为将参考信号与分频反馈信号进行比较，并且基于所述比较而生成至少一个电荷泵控制信号；电荷泵，被配置为响应于所述至少一个电荷泵控制信号而生成电荷泵输出信号；开关；环路滤波器，被耦合以在所述开关闭合时接收所述电荷泵输出信号，并且对所述电荷泵输出信号进行滤波来产生压控振荡器vco控制信号；压控振荡器vco，被配置为响应于所述vco控制信号而生成输出信号；分频器电路装置，被配置为通过除数对所述输出信号进行分频，以产生所述分频反馈信号；除数生成电路装置，被配置为随时间改变所述除数，使得所述分频反馈信号的频率随时间从第一频率变为第二频率，其中所述分频反馈信号的频率具有所述第一频率导致所述输出信号的频率具有起始斜坡频率,并且所述分频反馈信号的频率具有所述第二频率导致
所述输出信号的频率具有结束斜坡频率；以及vco控制信号修改电路装置，存储第一vco控制信号，其中当所述输出信号的频率为所述起始斜坡频率时，所述第一vco控制信号等于所述vco控制信号的值；其中当所述输出信号的频率达到所述结束斜坡频率时，所述vco控制信号修改电路装置断开所述开关，并且将存储的所述第一vco控制信号施加到所述环路滤波器，从而将所述输出信号的频率改变到所述起始斜坡频率；以及rf乘法器，接收所述输出信号并且被配置为基于所述输出信号生成所述rf信号。12.根据权利要求11所述的雷达设备，其中所述输入比较电路包括相位频率检测器；并且其中所述相位频率检测器被配置为：将所述参考信号的相位与所述分频反馈信号的相位进行比较，并且基于所述参考信号的相位是否超前于所述分频反馈信号的相位、或者所述分频反馈信号的相位是否超前于所述参考信号的相位，来生成所述电荷泵控制信号。13.根据权利要求11所述的雷达设备，其中所述分频器电路装置包括固定分频器电路，所述固定分频器电路接收所述输出信号、通过固定除数将所述输出信号分频、并且将由所述固定除数分频之后的所述输出信号传递到可编程除数；并且其中所述可编程除数通过由所述除数生成电路装置生成的可编程除数对所述输出信号进行分频，使得所述分频反馈信号的频率随时间从所述第一频率降低到所述第二频率。14.根据权利要求11所述的雷达设备，其中所述除数生成电路装置包括∑-δ调制器。15.根据权利要求14所述的雷达设备，其中所述除数生成电路装置还包括调制器，所述调制器生成输入信号，所述输入信号在作为输入被提供给所述∑-δ调制器之被传递通过预加重滤波器。16.根据权利要求11所述的雷达设备，其中所述vco控制信号修改电路装置包括：计数器，被配置为生成表示所述输出信号的频率的计数；数字处理块，被配置为从所述计数器接收输入；以及数模转换器，被配置为生成存储的所述第一vco控制信号，并且将存储的所述第一vco控制信号施加到所述环路滤波器；其中在配置阶段中，所述数字处理块将不同的输入代码应用于所述数模转换器，直到所述输出信号的频率等于所述起始斜坡频率为止，并且存储来自所述不同输入代码中的、导致所述输出信号的频率等于所述起始斜坡频率的输入代码；并且其中在操作期间，当所述开关断开时，所述数字处理块将所存储的输入代码应用于所述数模转换器。17.根据权利要求11所述的雷达设备，其中所述vco控制信号修改电路装置包括：模数转换器，被配置为当所述输出信号的频率等于所述起始斜坡频率时，将所述输出信号的频率在其处等于所述起始斜坡频率的所述振荡器控制信号数字化并且存储；以及数模转换器，被配置为当所述输出信号的频率等于所述结束斜坡频率时，将所存储的vco控制信号转换回模拟信号，并且应用所述输出信号的频率在其处等于所述起始斜坡频率的所述振荡器控制信号。18.一种锁相环，包括：输入比较电路，被配置为将参考信号与分频反馈信号进行比较，并且基于所述比较而生成至少一个电荷泵控制信号；
电荷泵，被配置为响应于所述至少一个电荷泵控制信号而生成电荷泵输出信号；环路滤波器，被耦合以接收所述电荷泵输出信号，并且对所述电荷泵输出信号进行滤波来产生振荡器控制信号；压控振荡器(vco)，被配置为响应于所述振荡器控制信号而生成输出信号；分频器电路装置，被配置为通过除数对所述输出信号进行分频，以产生分频反馈信号；以及除数生成电路装置，被配置为：在斜坡时段期间，随时间改变所述除数，使得所述分频反馈信号的频率随时间从第一频率变为第二频率，其中所述分频反馈信号的频率具有所述第一频率导致所述输出信号的频率具有起始斜坡频率，并且所述分频反馈信号的频率具有所述第二频率导致所述输出信号的频率具有结束斜坡频率；以及在回扫时段期间，随时间改变所述除数，使得所述分频反馈信号的频率根据一阶指数衰减随时间从所述第二频率返回到所述第一频率。19.根据权利要求18所述的锁相环，其中所述除数生成电路装置包括：多路复用器，具有向∑-δ调制器提供输入的输出，所述∑-δ调制器生成用于所述分频器电路装置的控制信号；斜坡发生器，生成斜坡信号并且将所述斜坡信号提供给所述多路复用器；可重置计数器；查找表，从所述可重置计数器接收当前计数，并且基于所述当前计数而输出表条目；插值电路，对从所述查找表接收的所述表条目进行插值；以及指数函数电路，生成∑-δ调制器输入，如果所述∑-δ调制器输入作为输入被馈送到所述∑-δ调制器，则将导致所述除数发生变化，使得所述输出信号的频率根据一阶指数函数随时间从所述结束斜坡频率衰减到所述起始斜坡频率；其中所述多路复用器在斜坡时段期间选择斜坡信号用于输出，并且在回扫时段期间选择所述∑-δ调制器输入用于输出。20.根据权利要求19所述的锁相环，其中所述输入比较电路包括相位频率检测器；并且其中所述相位频率检测器被配置为：将所述参考信号的相位与所述分频反馈信号的相位进行比较，并且基于所述参考信号的相位是否超前于所述分频反馈信号的相位、或者所述分频反馈信号的相位是否超前于所述参考信号的相位，来生成所述电荷泵控制信号。21.根据权利要求18所述的锁相环，其中所述环路滤波器包括低通滤波器。22.根据权利要求18所述的锁相环，还包括rf乘法器，所述rf乘法器接收所述输出信号，并且被配置为基于所述输出信号而生成rf信号。23.一种雷达设备，包括：发射器天线；合成器，被配置为生成rf信号以由所述发射器天线传输；接收器天线，被配置为接收经反射的rf信号；混频器，被配置为接收由所述合成器生成的所述rf信号和所述经反射的rf信号，并且基于所述rf信号和所述经反射的rf信号而生成中频信号；模数转换器，被配置为将所述中频信号数字化；以及
处理电路装置，被配置为基于所述中频信号，确定在所述雷达设备与反射所述经反射的rf信号的外部物体之间的距离；其中所述合成器包括：锁相环，包括：输入比较电路，被配置为将参考信号与分频反馈信号进行比较，并且基于所述比较而生成至少一个电荷泵控制信号；电荷泵，被配置为响应于所述至少一个电荷泵控制信号而生成电荷泵输出信号；环路滤波器，被耦合以接收所述电荷泵输出信号，并且对所述电荷泵输出信号进行滤波来产生振荡器控制信号；受控振荡器vco，被配置为响应于所述振荡器控制信号而生成输出信号；分频器电路装置，被配置为通过除数对所述输出信号进行分频，以产生所述分频反馈信号；以及除数生成电路装置，被配置为：在斜坡时段期间，随时间改变所述除数，使得所述分频反馈信号的频率随时间从第一频率变为第二频率，其中所述分频反馈信号的频率具有所述第一频率导致所述输出信号的频率具有起始斜坡频率，并且所述分频反馈信号的频率具有所述第二频率导致所述输出信号的频率具有结束斜坡频率；以及在回扫时段期间，随时间改变所述除数，使得所述分频反馈信号的频率根据一阶指数衰减随时间从所述第二频率返回到所述第一频率；以及rf乘法器，接收所述输出信号并且被配置为基于所述输出信号而生成所述rf信号。24.根据权利要求23所述的雷达设备，其中所述输入比较电路包括相位频率检测器；并且其中所述相位频率检测器被配置为：将所述参考信号的相位与所述分频反馈信号的相位进行比较，并且基于所述参考信号的相位是否超前于所述分频反馈信号的相位、或者所述分频反馈信号的相位是否超前于所述参考信号的相位，来生成所述电荷泵控制信号。25.根据权利要求23所述的雷达设备，其中所述除数生成电路装置包括：多路复用器，具有向∑-δ调制器提供输入的输出，所述∑-δ调制器生成用于所述分频器电路装置的控制信号；斜坡发生器，生成斜坡信号，并且将所述斜坡信号提供给所述多路复用器；可重置计数器；查找表，从所述可重置计数器接收当前计数，并且基于所述当前计数而输出表条目；插值电路，对从所述查找表接收的所述表条目进行插值；以及指数函数电路，生成∑-δ调制器输入，如果所述∑-δ调制器输入作为输入被馈送到所述∑-δ调制器，将导致所述除数发生变化，使得所述输出信号的频率根据一阶指数函数随时间从所述结束斜坡频率衰减到所述起始斜坡频率；其中所述多路复用器在斜坡时段期间选择斜坡信号用于输出，并且在回扫时段期间选择所述∑-δ调制器输入用于输出。26.根据权利要求23所述的雷达设备，其中所述环路滤波器包括低通滤波器。27.一种方法，包括：基于参考信号和分频反馈信号而生成至少一个电荷泵控制信号；
响应于所述至少一个电荷泵控制信号而生成电荷泵输出信号；当开关闭合时，对所述电荷泵输出信号进行滤波，以产生振荡器控制信号；响应于所述振荡器控制信号而生成输出信号；通过除数对所述输出信号进行分频，以产生所述分频反馈信号；改变所述除数，使得所述分频反馈信号的频率随时间从第一频率改变为第二频率；当所述输出信号的频率处于起始斜坡频率时，确定与所述振荡器控制信号的值相等的第一振荡器控制信号；以及当所述输出信号的频率达到结束斜坡频率时，将所述第一振荡器控制信号应用于所述滤波，从而将所述输出信号的频率改变为所述起始斜坡频率。28.根据权利要求27所述的方法，其中确定所述第一振荡器控制信号包括：生成表示所述输出信号的频率的计数；生成所述第一振荡器控制信号并且将所述第一振荡器控制信号应用于所述滤波；其中在配置阶段中，不同的输入代码被使用，直到所述输出信号的频率等于所述起始斜坡频率为止，并且来自所述不同输入代码中的、导致所述输出信号的频率等于所述起始斜坡频率的输入代码被确定；并且其中所确定的输入代码被用于生成所述第一振荡器控制信号。29.根据权利要求27所述的方法，其中确定所述第一振荡器控制信号包括：当所述输出信号的频率等于所述起始斜坡频率时，将所述输出信号的频率在其处等于所述起始斜坡频率的所述振荡器控制信号数字化并且存储；以及当所述输出信号的频率等于所述结束斜坡频率时，将所存储的振荡器控制信号转换回模拟信号，并且应用所述输出信号的频率在其处等于所述起始斜坡频率时的所述振荡器控制信号。30.根据权利要求27所述的方法，还包括：将所述参考信号的频率与所述分频反馈信号的频率进行比较，并且基于所述参考信号的频率是否大于所述分频反馈信号的频率、或者所述分频反馈信号的频率是否大于所述参考信号的频率，来生成所述电荷泵控制信号。31.根据权利要求27所述的方法，其中所述除数通过以下方式改变：使用∑-δ调制器生成用于分频器电路装置的控制信号；生成斜坡信号，并且将所述斜坡信号提供给多路复用器；从可重置计数器接收当前计数，并且基于所述当前计数从查找表输出查找表条目；对从所述查找表接收的所述表条目进行插值；生成∑-δ调制器输入，如果所述∑-δ调制器输入作为输入而被馈送到所述∑-δ调制器，则将导致所述除数发生变化，使得所述输出信号的频率根据一阶指数函数随时间从所述结束斜坡频率衰减到所述起始斜坡频率；以及使所述多路复用器在斜坡时段期间选择所述斜坡信号用于输出，并且在回扫期间选择所述∑-δ调制器输入用于输出。

技术总结
本公开的实施例涉及用于毫米波应用的高级锁相环。PLL包括输入比较电路，输入比较电路将参考信号与分频反馈信号进行比较，从而控制生成电荷泵输出信号的电荷泵。滤波器在开关被闭合时接收电荷泵输出信号，并且产生振荡器控制信号，使得振荡器生成输出信号。分频器电路装置通过除数对输出信号进行分频，以产生分频反馈信号。除数生成电路装置随时间改变除数，因此输出信号从起始频率斜坡至结束频率。当输出信号的频率是起始斜坡频率时，修改电路存储与振荡器控制信号的值相等的第一振荡器控制信号。当输出信号的频率达到结束斜坡频率时，开关断开，并且所存储的第一振荡器控制信号被施加到环路滤波器。施加到环路滤波器。施加到环路滤波器。


技术研发人员：G
受保护的技术使用者：意法半导体国际有限公司
技术研发日：2021.12.23
技术公布日：2022/6/28