技术领域
[0001] 本
发明涉及频率合成技术领域，尤其涉及一种频率合成器。
背景技术
[0002] 频率合成器是利用一个或多个标准
信号，通过各种技术途径产生大量离散频率信号的设备。目前广泛应用的是
锁相环路频率合成法(PLLFS，Phase-Locked Loop Frequency Synthesis)。
[0003]
锁相环路频率合成是一种间接频率合成方法，它利用锁相技术来产生大量具有高稳定度、高纯度的频率源，其基本结构如图1。参考频率信号fref通常由输入频率信号fin经过
分频器产生，其中，fin＝M·fref，鉴相器(PD)对参考频率信号fref和压控
振荡器(VCO)输出的频率信号fout分频得到的反馈频率信号ffb进行
相位比较，只要fref和ffb不是同频同相，鉴相器就会有信号Vd输出，Vd经过环路
滤波器滤波以后得到直流的平均值Vc，控制VCO的输出频率fout，其中，fout＝N·ffb。Vc会使得ffb的频率和相位朝着更接近于fref的频率和相位的方向变化，如此反复循环，最终导致ffb与fref同频同相，Vc稳定下来，VCO输出稳定的频率信号fout，达到锁定，此时，
[0004] 但是，现有的锁相环频率合成器对环路
稳定性和带宽都要较高要求，另外环路的每个模
块都会影响输出的频率信号的
频谱纯度，这就导致对环路各个模块的设计要求较高，而且锁相环频率合成器输出的频率信号的
精度是固定的，不能根据需求配置。
发明内容
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种频率合成器，可以降低对环路稳定性和带宽的要求，可以减少影响输出频率信号的频谱纯度的模块，降低内部模块设计的难度，并且能够实现输出频率信号精度的可配置。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] 本发明公开了一种频率合成器，包括第一计数器、第二计数器、可控振荡器和
控制器；
[0008] 所述可控振荡器在所述控制器的控制下产生输出频率信号；
[0009] 所述第一计数器对输入频率信号进行计数；
[0010] 所述第二计数器对所述可控振荡器的输出频率信号进行计数；
[0011] 所述控制器获取所述第一计数器完成N个计数的第一时间，根据公式c＝N·fou‘t /fin计算所述第二计数器在所述第一时间内的目标计数值c，确定所述第二计数器在所述第一时间内的目标计数区间[c-e，c+e]，其中fout′为所述输出频率信号的目标频率，fin为所述输入频率信号的频率，e为所述第二计数器的允许计数误差，获取所述第二计数器在所述第一时间内完成的实际计数值，比较所述实际计数值和所述目标计数区间，当所述实际计数值位于所述目标计数区间时，维持所述可控振荡器的输出频率不变，当所述实际计数值位于所述目标计数区间之外时，根据比较结果向靠近所述目标频率的方向调整所述可控振荡器的输出频率，复位所述第一计数器和第二计数器，返
回执行获取所述第二计数器在所述第一时间内完成的实际计数值的步骤，或者返回执行获取所述第一计数器完成N个计数的第一时间的步骤。
[0012] 优选的，在上述频率合成器中，所述第二计数器的允许计数误差e=c*p，其中，p为所述输出频率信号相对于所述输入频率信号的精度。
[0013] 优选的，在上述频率合成器中，所述控制器根据比较结果向靠近所述目标频率的方向调整所述可控振荡器的输出频率为：
[0014] 当所述比较结果表明所述实际计数值大于所述目标计数区间时，所述控制器控制所述可控振荡器降低输出频率；
[0015] 当所述比较结果表明所述实际计数值小于所述目标计数区间时，所述控制器控制所述可控振荡器提高输出频率。
[0016] 优选的，在上述频率合成器中，所述可调振荡器为压控振荡器，所述控制器以预设增量提高
输出电压的电压值，以控制所述压控振荡器提高输出频率，所述控制器以预设减量降低输出电压的电压值，以控制所述压控振荡器降低输出频率。
[0017] 优选的，在上述频率合成器中，所述可调振荡器为压控振荡器，所述控制器以预设增量提高输出电压的电压值，以控制所述压控振荡器降低输出频率，所述控制器以预设减量降低输出电压的电压值，以控制所述压控振荡器提高输出频率。
[0018] 由此可见，本发明的有益效果为：本发明公开的频率合成器，反馈系统有着足够的复位时间，且其只改变输出频率，因此可以使得环路始终无法满足振荡的条件，环路一直是稳定的，从而降低对环路稳定性的要求；频率合成器的输出频率的频谱纯度仅受到可控振荡器的影响，所以该环路可仅根据可控振荡器的带宽选择合适的带宽值，降低了带宽选择的难度，同时，由于减少了影响输出频率信号的频谱纯度的模块，从而降低了内部模块的设计难度；另外，第二计数器在第一时间内的目标计数区间作为调整可控振荡器的输出频率的一个依据，通过调整第二计数器的允许计数误差就可以调整该目标计数区间，从而实现频率合成器输出频率信号精度的可配置。
附图说明
[0019] 为了更清楚地说明本发明
实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020] 图1为现有的锁相环频率合成器的结构示意图；
[0021] 图2为本发明公开的一种频率合成器的结构示意图；
[0022] 图3为图2所示频率合成器中控制器控制可控振荡器调整输出频率的
流程图。
具体实施方式
[0023] 现有的锁相环频率合成器对环路的稳定性有较高的要求。原因在于：锁相环频率合成器本身是一个
负反馈系统，当其能满足负反馈系统振荡条件时环路将产生振荡，不再稳定，因此在进行锁相环路设计时应确保其稳定性。
[0024] 锁相环频率合成器对环路的带宽也有较高的要求。原因在于：锁相环频率合成器对压控振荡器的输入噪声具有低通特性，对压控振荡器本身的噪声具有高通特性，这是一对矛盾。因为要抑制输入噪声，环路带宽越窄越好，要抑制压控振荡器本身的噪声，环路带宽越宽越好。同时，环路带宽还影响到其环路的锁定时间，因此在作环路带宽设计时，一定要折中平衡，综合考虑各方面的因素，由此可见，锁相环路频率合成器的设计对带宽有着较高的要求。
[0025] 另外，锁相环频率合成器输出的频率信号的频率纯度受到环路中所有模块的影响，导致对环路内各个模块的设计要求较高。
[0026] 本发明公开一种频率合成器，相对于现有的锁相环频率合成器可以降低对环路稳定性和带宽的要求，可以减少影响输出频率信号的频谱纯度的模块，降低内部模块设计的难度，并且能够实现输出频率信号精度的可配置。
[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
[0028] 参见图2，图2为本发明公开的一种频率合成器的结构示意图。该频率合成器包括第一计数器100、第二计数器200、可控振荡器300和控制器400。
[0029] 其中：
[0030] 可控振荡器300在控制器400的控制下产生输出频率信号，该输出频率信号为整个频率合成器的输出频率信号。该可控振荡器300可以采用压控振荡器、
电流控制振荡器以及通过寄存器配置值改变输出频率的RC振荡器或LC振荡器等，或者受其他控制量控制的振荡器。
[0031] 第一计数器100用于对输入频率信号进行计数。
[0032] 第二计数器200用于对可控振荡器300的输出频率信号进行计数。
[0033] 控制器400控制可控振荡器300向目标频率的方向调整输出频率信号的频率，直至输出频率信号的频率满足频率要求。控制器400控制可控振荡器300调整输出频率的过程如图2所示。包括：
[0034] 步骤S1：控制器获取第一计数器100完成N个计数的第一时间t。
[0035] 由于输入频率信号的频率fin是一定的，因此，第一计数器100完成N个计数的时间t=N/fin。N为正整数，可以根据输入频率信号的频率和输出频率信号的目标频率
选定。
[0036] 步骤S2：控制器确定第二计数器200在第一时间t内的目标计数值c。
[0037] 控制器根据第一时间t和振荡器300的输出频率信号的目标频率fout′确定第二计数器200在第一时间t内的目标计数值c，c=t/(1/fout′)=N*fout′/fin。
[0038] 步骤S3：确定第二计数器200在第一时间t内的目标计数区间。
[0039] 第二计数器200在第一时间t内的目标计数区间为[c-e，c+e]，其中e为第二计数器200的允许计数误差，通过设置不同的允许计数误差，可以实现输出频率信号的精度调节。当然，该允许计数误差也可以为0，也就是设置频率合成器的精度为100%，需要说明的是，频率合成器的精度为100%仅是理想值，且其是建立在输入频率信号没有误差的
基础上的。
[0040] 步骤S4：获取第二计数器200在第一时间t内完成的实际计数值M。
[0041] 步骤S5：比较实际计数值M和目标计数区间。
[0042] 步骤S6：当实际计数值M位于目标计数区间时，维持可控振荡器300的输出频率不变。
[0043] 步骤S7：当实际计数值M位于目标计数区间之外时，根据比较结果向靠近目标频率的方向调整可控振荡器300的输出频率，复位第一计数器100和第二计数器200，返回执行步骤S4。
[0044] 控制器400获取第二计数器200在第一时间t内完成的实际计数值M，当该实际计数值M位于目标计数区间时，表明频率合成器的输出频率信号的频率达到满足精度要求的目标频率，此时维持可控振荡器300的输出频率不变，此时的输出频率信号为满足精度要求的目标频率。当该实际计数值M位于目标计数区间之外时，表明频率合成器的输出频率信号的频率高于或低于满足精度要求的目标频率，此时控制器400向靠近目标频率的方向调整可控振荡器300的输出频率，之后复位第一计数器100和第二计数器200，返回执行获取第二计数器200在第一时间t内完成的实际计数值M的操作，以重复执行调整可控振荡器300的输出频率的操作，直至可控振荡器300的输出频率达到满足精度要求的目标频率。
[0045] 在执行步骤S5之后，当实际计数值M位于目标计数区间之外时，根据比较结果向靠近目标频率的方向调整可控振荡器300的输出频率，复位第一计数器100和第二计数器200之后，也可以返回步骤S1，也就是再次获取第一计数器100完成N个计数的第一时间t。
在再次获取第一计数器100完成N个计数的第一时间t时，该N值可以与前次获取过程中的N值为同一数值，也可以是不同数值。
[0046] 控制器400可以仅由模拟
电路或数字电路实现，也可以由模拟电路和数字电路结合实现。
[0047] 本发明公开的频率合成器，反馈系统有着足够的复位时间，且其只改变输出频率，因此可以使得环路始终无法满足振荡的条件，环路一直是稳定的，从而降低对环路稳定性的要求；频率合成器的输出频率的频谱纯度仅受到可控振荡器的影响，所以该环路可仅根据可控振荡器的带宽选择合适的带宽值，降低了带宽选择的难度，同时，由于减少了影响输出频率信号的频谱纯度的模块，从而降低了内部模块的设计难度；另外，第二计数器在第一时间内的目标计数区间作为调整可控振荡器的输出频率的一个依据，通过调整第二计数器的允许计数误差就可以调整该目标计数区间，从而实现频率合成器输出频率信号精度的可配置。
[0048] 本发明上述公开的频率合成器中，控制器400确定第二计数器200在第一时间t内的目标计数区间的过程中，第二计数器200的允许计数误差可以人工输入，也可以由控制器400根据频率合成器的精度要求计算。具体的，控制器获取输出频率信号相对于输入频率信号的精度p，根据公式e=c*p确定第二计数器200的允许计数误差e。
[0049] 控制器400在确定第二计数器200在第一时间内完成的实际计数值M位于目标计数区间之外时，根据比较结果向靠近目标频率的方向调整可控振荡器300的输出频率为：当比较结果表明实际计数值M大于目标计数区间时，控制器400控制可控振荡器300降低输出频率，当比较结果表明实际计数值M小于目标计数区间时，控制器400控制可控振荡器
300提高输出频率。
[0050] 控制器400通过改变可控振荡器300的控制量来控制可控振荡器300进行频率调整。实施中，可控振荡器300可以采用压控振荡器，控制器400通过改变输出的电压信号的电压值来控制压控振荡器调整输出频率。
[0051] 若压控振荡器的输出频率与控制电压的电压值成正比，当确定需要提高压控振荡器的输出频率时，控制器400以预设增量提高输出的电压信号的电压值，从而控制压控振荡器提高输出频率。当确定需要降低压控振荡器的输出频率时，控制器400以预设减量降低输出的电压信号的电压值，从而控制压控振荡器降低输出频率。
[0052] 若压控振荡器的输出频率与控制电压的电压值成反比，当确定需要提高压控振荡器的输出频率时，控制器400以预设减量降低输出的电压信号的电压值，从而控制压控振荡器提高输出频率。当确定需要降低压控振荡器的输出频率时，控制器400以预设增量提高输出的电压信号的电压值，从而控制压控振荡器降低输出频率。
[0053] 另外，该预设增量和预设减量可以为定值，也可以根据实际计数值M和目标计数区间之间的差值调整。当实际计数值M和目标计数区间之间的差值大于某一
阈值时，设置预设增量和预设减量为第一数值，当实际计数值M和目标计数区间之间的差值小于某一阈值时，设置预设增量和预设减量为第二数值，第一数值大于第二数值，这样可以保证压控振荡器尽快调整输出频率至满足精度要求的目标频率。
[0054] 此外，当可控振荡器的控制量为寄存器的配置值时，环路可以采用二分法查找等其它方式找到最优的满足条件的配置值，使得环路以较快的速度得到满足要求的输出频率。
[0055] 本
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0056] 本领域技术人员可以理解，可以使用许多不同的工艺和技术中的任意一种来表示信息、消息和信号。例如，上述说明中提到过的消息、信息都可以表示为电压、电流、
电磁波、
磁场或
磁性粒子、光场或以上任意组合。
