防止扫频锁相环鉴相器输出溢出方法、装置及毫米波雷达

1.本发明涉及射频、毫米波集成电路技术领域，特别是一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法、装置以及毫米波雷达。


背景技术：

2.目前毫米波雷达以其全天候、低成本、高精度的特性受到了广泛关注。近些年来不断的在自动驾驶、智能终端和工业生产等领域得到应用。连续波调频(frequency modulated continuous wave缩写fmcw)是毫米波雷达测距的一种方式。连续波调频测距的原理是测量发射频率与接收频率之差，并根据扫频带宽和周期计算出与目标的距离。
3.锁相环是产生定频、扫频信号的一种手段，具有低功耗、低成本的优点，适用移动终端。由锁相环作为fmcw信号源是一种高性价比的方案。但是在扫频过程中，由于锁相环电路中的数控振荡器dco的频率-控制字关系存在非线性，因此会对扫频环路的稳态产生扰动，使得锁相环的鉴相器输出不能稳定在零状态。
4.随着扫频斜率的增大，非线性扰动的效果增强，鉴相器输出会剧烈波动以至于溢出(即超出鉴相器的量程)。而一旦发生鉴相器溢出现象，一个错误的鉴相信号将会输入到环路之中，导致环路受到剧烈扰动脱离锁定状态，对应于输出信号表现为扫频线性度的急剧恶化。
5.因此，为了实现快速扫频信号的产生，目前继续提出一种方法，防止扫频锁相环鉴相器在扫频过程中因鉴相器溢出，而导致环路失锁进而恶化扫频频差。


技术实现要素：

6.鉴于上述问题，本发明提出了一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法、装置以及毫米波雷达。
7.本发明实施例提供了一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法，所述方法包括：
8.将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域；
9.获取所述扫频锁相环鉴相器在前一周期的第一输出值，以及获取所述扫频锁相环鉴相器在当前周期的第二输出值；
10.根据所述第一输出值、所述第二输出值，结合两个输出值各自对应的区域，确定所述扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出；
11.在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，将所述扫频锁相环鉴相器的输出置为0；
12.在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，根据溢出的方向，修正计数器的计数值，所述计数器为对数控振荡器输出信号进行计数的计数器。
13.可选地，将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域，包括：
14.将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为第一区域、第二区域以及第三区域，其中，
所述第一区域与所述第二区域相邻，且与所述第三区域不相邻，所述第二区域与所述第三区域相邻。
15.可选地，所述量程包括：第一端边界区域、第二端边界区域以及中间区域；
16.将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为第一区域、第二区域以及第三区域，包括：
17.将所述量程中的所述第一端边界区域划分为所述第一区域；
18.将所述量程中的所述第二端边界区域划分为所述第三区域；
19.将所述量程中的所述中间区域划分为所述第二区域；
20.其中，所述第一端边界区域中距离所述第二端边界区域最远的量值为第一量值，所述第一量值对应的温度计编码值全为1；
21.所述第二端边界区域中距离所述第一端边界区域最远的量值为第二量值，所述第二量值对应的温度计编码值全为0。
22.可选地，所述第一端边界区域包括从所述第一量值到第三量值的量程区域；
23.所述第二端边界区域包括从第四量值到所述第二量值的量程区域；
24.除所述第一端边界区域包括的量程区域，和所述第二端边界区域包括的量程区域以外的量程区域，均为所述中间区域包括的量程区域；
25.其中，所述第三量值对应的输出码值，大于所述第四量值对应的输出码值，且所述第一端边界区域对应的量程区域长度，与所述第二端边界区域对应的量程区域长度之和，小于所述中间区域对应的量程区域长度。
26.可选地，获取所述扫频锁相环鉴相器在前一周期的第一输出值，以及获取所述扫频锁相环鉴相器在当前周期的第二输出值，包括：
27.在所述前一周期内，获取参考时钟和反馈时钟各自的相位，并基于两个相位之差得到所述第一输出值，所述第一输出值根据其对应的码值大小，落在所述第一区域、所述第二区域或者所述第三区域的其中一个区域中；
28.在所述当前周期内，获取所述参考时钟和所述反馈时钟各自的相位，并基于两个相位之差得到所述第二输出值，所述第二输出值根据其对应的码值大小，落在所述第一区域、所述第二区域或者所述第三区域的其中一个区域中。
29.可选地，根据所述第一输出值、所述第二输出值，结合两个输出值各自对应的区域，确定所述扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出，包括：
30.若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第三区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出；
31.若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第一区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出；
32.若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
33.若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
34.若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值也落在所述第一区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
35.若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值
也落在所述第三区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
36.若所述第一输出值对应的码值落在所述第二区域，且所述第二输出值对应的码值也落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出。
37.可选地，在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，根据溢出的方向，修正计数器的计数值，包括：
38.若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第三区域，则对所述计数器的计数值进行加1修正；
39.若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第一区域，则对所述计数器的计数值进行减1修正。
40.可选地，确定所述扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出之后，所述方法还包括：
41.在所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出的情况下，将所述扫频锁相环鉴相器输出所述参考时钟和反馈时钟的相位之差对应的量值。
42.本发明实施例还提供了一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的装置，所述装置包括：
43.划分模块，用于将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域；
44.获取模块，用于获取所述扫频锁相环鉴相器在前一周期的第一输出值，以及获取所述扫频锁相环鉴相器在当前周期的第二输出值；
45.溢出检测模块，用于根据所述第一输出值、所述第二输出值，结合两个输出值各自对应的区域，确定所述扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出；
46.置0模块，用于在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，将所述扫频锁相环鉴相器的输出置为0；
47.修正模块，用于在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，根据溢出的方向，修正计数器的计数值，所述计数器为对数控振荡器输出信号进行计数的计数器。
48.可选地，所述量程包括：第一端边界区域、第二端边界区域以及中间区域；所述划分模块具体用于：
49.将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为第一区域、第二区域以及第三区域，其中，所述第一区域与所述第二区域相邻，且与所述第三区域不相邻，所述第二区域与所述第三区域相邻；
50.将所述量程中的所述第一端边界区域划分为所述第一区域；
51.将所述量程中的所述第二端边界区域划分为所述第三区域；
52.将所述量程中的所述中间区域划分为所述第二区域；
53.其中，所述第一端边界区域中距离所述第二端边界区域最远的量值为第一量值，所述第一量值对应的码值全为1；
54.所述第二端边界区域中距离所述第一端边界区域最远的量值为第二量值，所述第二量值对应的码值全为0；
55.所述第一端边界区域包括从所述第一量值到第三量值的量程区域；
56.所述第二端边界区域包括从第四量值到所述第二量值的量程区域；
57.除所述第一端边界区域包括的量程区域，和所述第二端边界区域包括的量程区域以外的量程区域，均为所述中间区域包括的量程区域；
58.其中，所述第三量值对应的输出码值，大于所述第四量值对应的输出码值，且所述第一端边界区域对应的量程区域长度，与所述第二端边界区域对应的量程区域长度之和，小于所述中间区域对应的量程区域长度。
59.可选地，所述获取模块具体用于：
60.在所述前一周期内，获取参考时钟和反馈时钟各自的相位，并基于两个相位之差得到所述第一输出值，所述第一输出值根据其对应的码值大小，落在所述第一区域、所述第二区域或者所述第三区域的其中一个区域中；
61.在所述当前周期内，获取所述参考时钟和所述反馈时钟各自的相位，并基于两个相位之差得到所述第二输出值，所述第二输出值根据其对应的码值大小，落在所述第一区域、所述第二区域或者所述第三区域的其中一个区域中。
62.可选地，所述溢出检测模块具体用于：
63.若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第三区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出；
64.若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第一区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出；
65.若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
66.若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
67.若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值也落在所述第一区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
68.若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值也落在所述第三区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
69.若所述第一输出值对应的码值落在所述第二区域，且所述第二输出值对应的码值也落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出。
70.可选地，所述修正模块具体用于：
71.若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第三区域，则对所述计数器的计数值进行加1修正；
72.若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第一区域，则对所述计数器的计数值进行减1修正。
73.可选地，所述装置还包括：
74.输出模块，用于在所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出的情况下，将所述扫频锁相环鉴相器输出所述参考时钟和反馈时钟的相位之差对应的量值。
75.本发明实施例还提供了一种毫米波雷达，所述毫米波雷达包括：扫频锁相环；所述扫频锁相环基于如上任一所述的防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法，防止所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出，并产生扫频信号以供所述毫米波雷达使用。
76.本发明提供的防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法，首先将扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域；在工作过程中，持续获取扫频锁相环鉴相器在前一周期的第一输出值，以及持续获取扫频锁相环鉴相器在当前周期的第二输出值。
77.根据第一输出值、第二输出值，结合两个输出值各自对应的区域，确定扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出；在扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，将扫频锁相环鉴相器的输出置为0；在扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，根据溢出的方向，修正计数器的计数值。
78.本发明所提的方法，可以精准的检测出扫频锁相环的鉴相器输出是否溢出，在确定溢出的情况下，将鉴相器输出置为0，同时将用来做整数鉴相的计数器的计数值根据溢出的方向进行+1或者-1的修正，从而使得在本次发生溢出的周期内，不会有错误的频差(也即鉴相信号)输入到环路中，提高了扫频线性度，保证了环路状态的稳定，避免因为鉴相器溢出而导致扫频频差的恶化。同时具有实现成本低、鲁棒可靠的特点，具有较高的实用性。
附图说明
79.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
80.图1是毫米波雷达中频信号和扫频斜率的关系示意图；
81.图2是本发明实施例一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法的流程图；
82.图3是本发明实施例中数字时间转换器tdc量程(64bit温度计码)的区域划分示意图；
83.图4是本发明实施例中防止扫频锁相环鉴相器的输出溢出的原理图；
84.图5是本发明实施例中扫频锁相环结构图；
85.图6是本发明实施例一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的装置的框图。
具体实施方式
86.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。
87.发明人发现，目前毫米波雷达主要以连续波调频fmcw作为测距的方式。连续波调频fmcw测距的原理是测量发射频率与接收频率之差，并根据扫频带宽和周期计算出与目标的距离。距离计算公式如下式所示：
[0088][0089]
上式中，r表示距离，f表示中频频率，fmslope表示扫频斜率，c表示光速。由上式可以看出，对于一定距离的目标，扫频斜率fmslope越大，其对应的中频频率f就越高。这样有利于使得中频信号远离基带电路的噪声拐点1/f，且对于探测多目标的情况而言，这有利于拉开不同目标对应中频峰值的差。从图1所示的毫米波雷达中频信号和扫频斜率的关系示意图，可以得到更好、更直观的理解。
[0090]
图1中为了图示的简洁，左边示例性的示出毫米波雷达收发中频信号的结构。其中，chirp gen表示中频信号源，pa表示中频信号的输出放大电路，lna表示接收反馈回来的中频信号的接收放大电路，bpf表示带通滤波器，adc表示模数转换器，target1和target2分
别表示两个不同的探测目标，分别以中频信号slow chirp、中频信号fast chirp扫频target1目标、target2目标。
[0091]
slow chirp表示较小的扫频斜率，即扫频斜率较缓，fast chirp表示较大的扫频斜率，即扫频斜率较陡，各自对应的扫频斜率图(横坐标为时间time，纵标轴为频率freq)可以知晓，slow chirp对应的中频信号的扫频斜率，相较于fast chirp对应的中频信号的扫频斜率更小。其中，f
tx
表示输出中频信号频率曲线，f
rx
表示接收中频信号频率曲线。
[0092]
slow chirp对应的输出中频信号、接收中频信号之间的频率差fb，相较于fast chirp对应的输出中频信号、接收中频信号之间的频率差fb也更小。slow chirp扫频到的两个探测目标target1、target2对应的中频峰值，相较于fast chirp对应扫频到的两个探测目标target1、target2对应的中频峰值差更小，且slow chirp扫频到的探测目标target2的中频信号距离电路的噪声拐点1/f较近。此外，更快的扫频周期可以减小被探测目标的速度模糊性。因此，陡峭的扫频斜率对于实现高精度连续波调频fmcw具有重要意义。
[0093]
锁相环是产生定频、扫频信号的一种手段，具有低功耗、低成本的优点，适用移动终端。由锁相环作为fmcw信号源是一种高性价比的方案。但是发明人进一步研究发现，在扫频过程中，由于锁相环电路中的数控振荡器dco的频率-控制字关系存在非线性，因此会对扫频环路的稳态产生扰动，使得锁相环的鉴相器输出不能稳定在零状态。
[0094]
随着扫频斜率的增大，非线性扰动的效果增强，鉴相器输出会剧烈波动以至于溢出，即超出鉴相器的量程。而一旦发生鉴相器溢出现象，一个错误的鉴相信号将会输入到锁相环的环路之中，导致环路受到剧烈扰动脱离锁定状态，对应于输出信号表现为扫频信号的扫频线性度急剧恶化。
[0095]
为了解决上述问题，发明人创造性的提出本发明一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法、装置以及毫米波雷达。以下对本发明所提防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法、装置以及毫米波雷达进行详细解释和说明。
[0096]
参照图2所示的本发明一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法的流程图，防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法包括如下步骤：
[0097]
步骤201：将扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域。
[0098]
首先将扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域，这为后续确定扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出打下基础。一种较优的划分方式为：
[0099]
将扫频锁相环鉴相器的量程划分为第一区域、第二区域以及第三区域，其中，第一区域与第二区域相邻，且第一区域与第三区域不相邻，第二区域与第三区域相邻。
[0100]
以数字时间转换器(time to digital convert缩写tdc)作为扫频锁相环的鉴相器为例：数字时间转换器tdc的量程包括：第一端边界区域、第二端边界区域以及中间区域。其中，第一端边界区域中距离第二端边界区域最远的量值为第一量值，第一量值对应的码值全为1；第二端边界区域中距离第一端边界区域最远的量值为第二量值，第二量值对应的码值全为0。
[0101]
将量程中的第一端边界区域划分为第一区域；将量程中的第二端边界区域划分为第三区域；将量程中的中间区域划分为第二区域；
[0102]
第一端边界区域包括从第一量值到第三量值的量程区域；第二端边界区域包括从第四量值到第二量值的量值区域；除第一端边界区域包括的量程区域，和第二端边界区域
包括的量程区域以外的量程区域，均为中间区域包括的量程区域。其中，第三量值对应的输出码值，大于第四量值对应的输出码值，且第一端边界区域对应的量程区域长度，与第二端边界区域对应的量程区域长度之和，小于中间区域对应的量程区域长度。
[0103]
为了更好的解释上述对于量程区域的划分，参照图3所示的数字时间转换器tdc量程(64bit温度计码)的区域划分示意图，图3中边界a可被视为第一端边界区域，将其定义为第一区域，边界b可被视为第二端边界区域，将其定义为第三区域，夹在两者中间的即为中间区域，将其定义为第二区域。依据图3所示的示意图，最左边的为第一量值，该第一量值对应的码值全为1，最右边的为第二量值，该第二量值对应的码值全为0。
[0104]
步骤202：获取扫频锁相环鉴相器在前一周期的第一输出值，以及获取扫频锁相环鉴相器在当前周期的第二输出值。
[0105]
扫频锁相环鉴相器的量程划分好之后，在实际的工作过程中，在每个周期都需要获取扫频锁相环鉴相器在该周期的输出值，并基于相邻的两个周期的输出值进行持续判断。即：获取扫频锁相环鉴相器在前一周期的第一输出值，以及获取扫频锁相环鉴相器在当前周期的第二输出值。
[0106]
对于输出值的获取有：在前一周期内，获取参考时钟和反馈时钟各自的相位，并基于这两个相位之差得到第一输出值，第一输出值根据其对应的码值大小，肯定会落在第一区域、第二区域或者第三区域这三个区域的其中一个区域中；同样的，在当前周期内，获取参考时钟和反馈时钟各自的相位，并基于这两个相位之差得到第二输出值，第二输出值根据其对应的码值大小，也肯定会落在第一区域、第二区域或者第三区域这三个区域的其中一个区域中。
[0107]
步骤203：根据第一输出值、第二输出值，结合两个输出值各自对应的区域，确定扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出。
[0108]
得到相邻两者周期各自的输出值，以及确定每个输出值落在各自对应的区域后，根据这些数据即可确定扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出。
[0109]
一种较优的确定方式为：
[0110]
若第一输出值对应的码值落在第一区域，且第二输出值对应的码值落在第三区域，则认为相邻两个周期输出值的变化较大，这会导致扫频锁相环鉴相器的输出超出量程，即：扫频锁相环鉴相器的输出溢出。
[0111]
类似的，若第一输出值对应的码值落在第三区域，且第二输出值对应的码值落在第一区域，该种情况本质上与前一种相同，都属于相邻两个周期输出值的变化较大，同样会导致扫频锁相环鉴相器的输出超出量程，即：扫频锁相环鉴相器的输出溢出。
[0112]
与前两种情况不同的，若第一输出值对应的码值落在第一区域，且第二输出值对应的码值落在第二区域，则认为相邻两个周期输出值的变化较小，这不会导致扫频锁相环鉴相器的输出超出量程，即：扫频锁相环鉴相器的输出不溢出。
[0113]
自然可以理解的是，若第一输出值对应的码值落在第三区域，且第二输出值对应的码值落在第二区域，则扫频锁相环鉴相器的输出也不溢出。若第一输出值对应的码值落在第一区域，且第二输出值对应的码值也落在第一区域，则扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；若第一输出值对应的码值落在第三区域，且第二输出值对应的码值也落在第三区域，则扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；若第一输出值对应的码值落在第二区域，且第二输出值
对应的码值也落在第二区域，则扫频锁相环鉴相器的输出不溢出。
[0114]
步骤204：在扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，将扫频锁相环鉴相器的输出置为0。
[0115]
在确定扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，为了避免因鉴相器溢出导致的一个错误的鉴相信号输入到环路之中，因此在该种情况下，直接将扫频锁相环鉴相器的输出置为0，这样就不会有错误的鉴相信号输入到环路之中，自然不会导致环路受到剧烈扰动脱离锁定状态，提升了扫频线性度。
[0116]
当然，在确定扫频锁相环鉴相器的输出不溢出的情况下，扫频锁相环鉴相器依照其设定的功能，输出参考时钟和反馈时钟的相位之差对应的量值，也即输出当前周期内参考时钟和反馈时钟各自的频率对应的码值即可。
[0117]
步骤205：在扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，根据溢出的方向，修正计数器的计数值，计数器为对数控振荡器输出信号进行计数的计数器。
[0118]
在扫频锁相环电路中，计数器是用来对数控振荡器dco输出信号，也即对扫频信号进行计数的计数器，因此在扫频锁相环鉴相器出现输出溢出的情况时，计数器不能按照正常流程进行计数，而是需要根据溢出的方向，修正计数器的计数值。
[0119]
具体的修正方式为：
[0120]
若第一输出值对应的码值落在第一区域，且第二输出值对应的码值落在第三区域，则对计数器的计数值进行加1修正；若第一输出值对应的码值落在第三区域，且第二输出值对应的码值落在第一区域，则对计数器的计数值进行减1修正。结合图3即为：若第一输出值对应的码值落在边界a内，且第二输出值对应的码值落在边界b内，则对计数器的计数值进行+1修正；若第一输出值对应的码值落在边界b内，且第二输出值对应的码值落在边界a内，则对计数器的计数值进行-1修正。
[0121]
上述防止扫频锁相环鉴相器的输出溢出的原理可以结合图4所示的原理图得到更好的理解。若扫频锁相环鉴相器的输出不溢出，即不超出量程，则tdc输出参考时钟和反馈时钟的相位之差对应量值的码值，由此也可得参考时钟和反馈时钟之间的频差，例如图4中所示：送到环路里的频差为3，当扫频锁相环鉴相器的输出溢出，例如是从a到b(即第一输出值对应的码值落在第一区域，且第二输出值对应的码值落在第三区域)，则tdc输出置0，则计数器进行+1校正，其计数值变为n-1。自然可以理解的是，若是扫频锁相环鉴相器的输出溢出是从b到a，则tdc输出置0，计数器进行-1校正，其计数值变为n+1。
[0122]
本发明所提防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法，整体上结合图5所示的扫频锁相环结构图可概述为：计数器利用参考信号对数控振荡器dco的扫频输出(即扫频信号)进行计数，同时扫频信号作为数字时间转换器接收的反馈信号，与参考信号共同进入数字时间转换器。对数字时间转换器按照前述步骤201～步骤203的方法进行溢出检测，确定数字时间转换器的输出是否溢出，同时数字时间转换器的输出码值经差分器进入一个选择器。
[0123]
若数字时间转换器的输出溢出，则选择器直接输出0的分数频差，同时对计数器进行修正得到计数器校正值1或者-1，两者一块与频率控制字进行加或者减运算，得到频差经环路滤波器传输至数控振荡器dco；若数字时间转换器的输出不溢出，则选择器输出经差分器处理后的数字时间转换器的输出码值作为分数频差，同时无需对计数器进行修正，计数
器校正值为0，经差分器处理后的数字时间转换器的输出码值，与频率控制字进行加或者减运算，得到频差经环路滤波器传输至数控振荡器dco。
[0124]
通过上述结构和方法，扫频锁相环电路可以精准的检测出扫频锁相环的鉴相器输出是否溢出，在确定溢出的情况下，将鉴相器输出置为0，同时将用来做整数鉴相的计数器的计数值根据溢出的方向进行+1或者-1的修正，从而使得在本次发生溢出的周期内，不会有错误的频差输入到环路中，提高了扫频线性度，保证了环路状态的稳定，避免因为鉴相器溢出而导致扫频频差的恶化。
[0125]
基于上述防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法，本发明实施例还提供一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的装置，参照图6所示装置框图，所述装置包括：
[0126]
划分模块610，用于将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域；
[0127]
获取模块620，用于获取所述扫频锁相环鉴相器在前一周期的第一输出值，以及获取所述扫频锁相环鉴相器在当前周期的第二输出值；
[0128]
溢出检测模块630，用于根据所述第一输出值、所述第二输出值，结合两个输出值各自对应的区域，确定所述扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出；
[0129]
置0模块640，用于在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，将所述扫频锁相环鉴相器的输出置为0；
[0130]
修正模块650，用于在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，根据溢出的方向，修正计数器的计数值，所述计数器为对数控振荡器输出信号进行计数的计数器。
[0131]
可选地，所述量程包括：第一端边界区域、第二端边界区域以及中间区域；所述划分模块610具体用于：
[0132]
将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为第一区域、第二区域以及第三区域，其中，所述第一区域与所述第二区域相邻，且与所述第三区域不相邻，所述第二区域与所述第三区域相邻；
[0133]
将所述量程中的所述第一端边界区域划分为所述第一区域；
[0134]
将所述量程中的所述第二端边界区域划分为所述第三区域；
[0135]
将所述量程中的所述中间区域划分为所述第二区域；
[0136]
其中，所述第一端边界区域中距离所述第二端边界区域最远的量值为第一量值，所述第一量值对应的码值全为1；
[0137]
所述第二端边界区域中距离所述第一端边界区域最远的量值为第二量值，所述第二量值对应的码值全为0；
[0138]
所述第一端边界区域包括从所述第一量值到第三量值的量程区域；
[0139]
所述第二端边界区域包括从第四量值到所述第二量值的量程区域；
[0140]
除所述第一端边界区域包括的量程区域，和所述第二端边界区域包括的量程区域以外的量程区域，均为所述中间区域包括的量程区域；
[0141]
其中，所述第三量值对应的输出码值，大于所述第四量值对应的输出码值，且所述第一端边界区域对应的量程区域长度，与所述第二端边界区域对应的量程区域长度之和，小于所述中间区域对应的量程区域长度。
[0142]
可选地，所述获取模块620具体用于：
[0143]
在所述前一周期内，获取参考时钟和反馈时钟各自的相位，并基于两个相位之差
得到所述第一输出值，所述第一输出值根据其对应的码值大小，落在所述第一区域、所述第二区域或者所述第三区域的其中一个区域中；
[0144]
在所述当前周期内，获取所述参考时钟和所述反馈时钟各自的相位，并基于两个相位之差得到所述第二输出值，所述第二输出值根据其对应的码值大小，落在所述第一区域、所述第二区域或者所述第三区域的其中一个区域中。
[0145]
可选地，所述溢出检测模块630具体用于：
[0146]
若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第三区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出；
[0147]
若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第一区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出；
[0148]
若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
[0149]
若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
[0150]
若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值也落在所述第一区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
[0151]
若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值也落在所述第三区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；
[0152]
若所述第一输出值对应的码值落在所述第二区域，且所述第二输出值对应的码值也落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出。
[0153]
可选地，所述修正模块650具体用于：
[0154]
若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第三区域，则对所述计数器的计数值进行加1修正；
[0155]
若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第一区域，则对所述计数器的计数值进行减1修正。
[0156]
可选地，所述装置还包括：
[0157]
输出模块，用于在所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出的情况下，将所述扫频锁相环鉴相器输出所述参考时钟和反馈时钟的相位之差对应的量值。
[0158]
基于上述防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法，本发明实施例还提供毫米波雷达，所述毫米波雷达包括：扫频锁相环；所述扫频锁相环基于如步骤201～步骤205任一所述的防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法，防止所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出，并产生扫频信号以供所述毫米波雷达使用。
[0159]
综上所述，本发明提供的防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法，首先将扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域；在工作过程中，持续获取扫频锁相环鉴相器在前一周期的第一输出值，以及持续获取扫频锁相环鉴相器在当前周期的第二输出值。
[0160]
根据第一输出值、第二输出值，结合两个输出值各自对应的区域，确定扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出；在扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，将扫频锁相环鉴相器的输出置为0；在扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，根据溢出的方向，修正计数器的计数值。
[0161]
本发明所提的方法，可以精准的检测出扫频锁相环的鉴相器输出是否溢出，在确定溢出的情况下，将鉴相器输出置为0，同时将用来做整数鉴相的计数器的计数值根据溢出的方向进行+1或者-1的修正，从而使得在本次发生溢出的周期内，不会有错误的频差(也即鉴相信号)输入到环路中，提高了扫频线性度，保证了环路状态的稳定，避免因为鉴相器溢出而导致扫频频差的恶化。同时具有实现成本低、鲁棒可靠的特点，具有较高的实用性。
[0162]
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
[0163]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
[0164]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

技术特征：
1.一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法，其特征在于，所述方法包括：将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域；获取所述扫频锁相环鉴相器在前一周期的第一输出值，以及获取所述扫频锁相环鉴相器在当前周期的第二输出值；根据所述第一输出值、所述第二输出值，结合两个输出值各自对应的区域，确定所述扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出；在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，将所述扫频锁相环鉴相器的输出置为0；在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，根据溢出的方向，修正计数器的计数值，所述计数器为对数控振荡器输出信号进行计数的计数器。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域，包括：将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为第一区域、第二区域以及第三区域，其中，所述第一区域与所述第二区域相邻，且与所述第三区域不相邻，所述第二区域与所述第三区域相邻。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述量程包括：第一端边界区域、第二端边界区域以及中间区域；将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为第一区域、第二区域以及第三区域，包括：将所述量程中的所述第一端边界区域划分为所述第一区域；将所述量程中的所述第二端边界区域划分为所述第三区域；将所述量程中的所述中间区域划分为所述第二区域；其中，所述第一端边界区域中距离所述第二端边界区域最远的量值为第一量值，所述第一量值对应的温度计编码值全为1；所述第二端边界区域中距离所述第一端边界区域最远的量值为第二量值，所述第二量值对应的温度计编码值全为0。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一端边界区域包括从所述第一量值到第三量值的量程区域；所述第二端边界区域包括从第四量值到所述第二量值的量程区域；除所述第一端边界区域包括的量程区域，和所述第二端边界区域包括的量程区域以外的量程区域，均为所述中间区域包括的量程区域；其中，所述第三量值对应的输出码值，大于所述第四量值对应的输出码值，且所述第一端边界区域对应的量程区域长度，与所述第二端边界区域对应的量程区域长度之和，小于所述中间区域对应的量程区域长度。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述扫频锁相环鉴相器在前一周期的第一输出值，以及获取所述扫频锁相环鉴相器在当前周期的第二输出值，包括：在所述前一周期内，获取参考时钟和反馈时钟各自的相位，并基于两个相位之差得到所述第一输出值，所述第一输出值根据其对应的码值大小，落在所述第一区域、所述第二区域或者所述第三区域的其中一个区域中；在所述当前周期内，获取所述参考时钟和所述反馈时钟各自的相位，并基于两个相位
之差得到所述第二输出值，所述第二输出值根据其对应的码值大小，落在所述第一区域、所述第二区域或者所述第三区域的其中一个区域中。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述第一输出值、所述第二输出值，结合两个输出值各自对应的区域，确定所述扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出，包括：若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第三区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出；若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第一区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出；若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值也落在所述第一区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值也落在所述第三区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出；若所述第一输出值对应的码值落在所述第二区域，且所述第二输出值对应的码值也落在所述第二区域，则所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，根据溢出的方向，修正计数器的计数值，包括：若所述第一输出值对应的码值落在所述第一区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第三区域，则对所述计数器的计数值进行加1修正；若所述第一输出值对应的码值落在所述第三区域，且所述第二输出值对应的码值落在所述第一区域，则对所述计数器的计数值进行减1修正。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出之后，所述方法还包括：在所述扫频锁相环鉴相器的输出不溢出的情况下，将所述扫频锁相环鉴相器输出所述参考时钟和反馈时钟的相位之差对应的量值。9.一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的装置，其特征在于，所述装置包括：划分模块，用于将所述扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域；获取模块，用于获取所述扫频锁相环鉴相器在前一周期的第一输出值，以及获取所述扫频锁相环鉴相器在当前周期的第二输出值；溢出检测模块，用于根据所述第一输出值、所述第二输出值，结合两个输出值各自对应的区域，确定所述扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出；置0模块，用于在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，将所述扫频锁相环鉴相器的输出置为0；修正模块，用于在所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，根据溢出的方向，修正计数器的计数值，所述计数器为对数控振荡器输出信号进行计数的计数器。10.一种毫米波雷达，其特征在于，所述毫米波雷达包括：扫频锁相环；
所述扫频锁相环基于如权利要求1-8任一所述的防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法，防止所述扫频锁相环鉴相器的输出溢出，并产生扫频信号以供所述毫米波雷达使用。

技术总结
本发明提供一种防止扫频锁相环鉴相器输出溢出的方法、装置及毫米波雷达，涉及射频、毫米波集成电路技术领域，包括：将扫频锁相环鉴相器的量程划分为多个区域；获取扫频锁相环鉴相器在相邻周期的第一输出值、第二输出值；根据第一输出值、第二输出值，结合两个输出值各自对应的区域确定扫频锁相环鉴相器的输出是否溢出；在扫频锁相环鉴相器的输出溢出的情况下，将扫频锁相环鉴相器的输出置为0，并根据溢出的方向，修正计数器的计数值。本发明在发生溢出的周期内，不会有错误的频差输入到环路中，提高了扫频线性度，保证了环路状态的稳定，避免因为鉴相器溢出而导致扫频频差的恶化。同时具有实现成本低、鲁棒可靠的特点。鲁棒可靠的特点。鲁棒可靠的特点。


技术研发人员：邓伟 闫昂霄 贾海昆 池保勇
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/9/9