基于全数字锁相环的快速锁定与无杂散信号算法

简介：
本研究提出了一种基于全数字锁相环技术的高效算法，能够实现快速锁定和减少无杂散信号干扰，提升通信系统的性能。 全数字锁相环（ADPLL）在无线通信系统中的本地振荡器应用方面表现出色，并且相对于传统的模拟PLLs，在高级CMOS工艺的电压分辨率及PVT（过程、电压、温度）适应性上具有显著优势。由于其具备处理数字输入或输出信号的能力，使得通过算法优化性能变得更为便捷。 在ADPLL的研究中，核心关注点在于减少设置时间和减轻杂散信号的影响。快速锁定算法采用先进的自动频率控制（AFC）技术和动态带宽方法，在不需校准电路的情况下实现了更优的性能表现，并超越了传统的振荡器翻转字估计法。此外，多比特LSB抖动模块被引入以进一步抑制由Sigma-Delta调制器周期输出引发的分数杂散信号；同时数字消除模块（DEM）也被应用来削弱因变容二极管不匹配造成的非线性影响，从而改善了整体杂散性能。 根据仿真结果表明，在未采用快速锁定算法的情况下，ADPLL设置时间可提升27%至72%，无杂散效果同样得到了验证。该研究首先阐述了锁相环在无线通信系统中的重要角色及其面临的挑战——包括较长的设置时间和杂散问题，并指出传统模拟PLLs因电压分辨率和PVT的影响而受限的问题，进而提出了全数字PLL的概念。 ADPLL的优势在于其较小的面积占用、高集成度且不受PVT变化影响。由于所有基本模块都使用了数字输入或输出信号，这使得在其中应用算法以优化性能变得更加容易。减少锁定时间和减轻杂散信号是当前研究的重点领域之一。 具体而言，在ADPLL中降低设置时间的方法包括调整环路带宽让其更快振荡以及通过估计OTW使初始频率接近目标值等策略；而在抑制杂散方面，则采取校正TDC和DCO振荡器接口非线性的措施。基于数字频率分辨率的OTW估计算法是当前研究的一个重要方向，它对于提高ADPLL的整体性能至关重要。 全数字锁相环的研究与开发对无线通信系统有着重要意义，在减少设置时间和减轻杂散信号方面尤其如此。通过优化频率控制技术和引入动态带宽方法、多比特LSB抖动模块以及数字消除模块等创新技术手段，可以有效解决传统PLL的固有问题，并有助于提升整个系统的性能和稳定性。未来的研究工作可能将进一步探讨ADPLL的性能优化及寻找更多应对当前挑战的技术方案。