CN100508390C

CN100508390C - 振荡信号产生方法及装置

Info

Publication number: CN100508390C
Application number: CNB2004101040271A
Authority: CN
Inventors: 马思平; 陈韶华
Original assignee: Ali Corp
Current assignee: Ali Corp; Richwave Technology Corp
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2024-12-31
Also published as: CN1801618A

Abstract

本发明公开了一种振荡信号产生装置，其包括：一释放振荡器，以充放电以及比较电压的方式输出一振荡信号；以及一充放电流控制电路，调整释放振荡器充放电时的电流量，其中，该充放电流控制电路包括：一第三电流源，具有输入端以及输出端；一第四电流源，具有输入端以及输出端，该第四电流源的输出端耦接地；以及一电子开关，控制该第三电流源以及该第四电流源是否导通。本发明利用加速充放电作为线性补偿，使得所产生的振荡信号同时具有可消除相噪声、跳动以及调变线性度绝佳的特性。

Description

振荡信号产生装置

技术领域

本发明涉及一种振荡信号产生方法及装置，特别是一种利用加速补偿的振荡信号产生方法及装置。

背景技术

释放振荡器(Relaxation oscillator)为现有常用的一种模拟振荡器，请参考图1，图1是传统的释放振荡器的电路示意图。在图1中，此释放振荡器100主要利用电流源110、120分别对电容130进行充电以及放电，以在节点140产生振荡信号。而释放振荡器100充放电的时机，则是将节点140电压同时输入至比较器150、160中且分别与比较器150、160所耦接的高电压V_H、低电压V_L比较，比较器150、160分别将比较结果以信号157、167输入至闩逻辑门170的S、R端并又比较，闩逻辑门170将比较结果以控制信号180由Q点输出，控制信号180即用来使节点140耦接电流源110或电流源120。而节点140耦接电流源110或电流源120的时机即是对电容130充电或放电的时机。

故，当节点140电压高于高电压V_H的电位时，节点140将耦接电压源120的输入端以进行放电，当节点140电压高于低电压V_L的电位时，节点140将耦接电压源110的输出端以进行充电。

综上所述，传统的释放振荡器可以归纳为包括：

一闩逻辑门，具有第一输入端、第二输入端以及输出端；

一第一比较器，具有第一输入端、第二输入端以及输出端，该第一比较器的第二输入端耦接一高电压，该第一比较器的输出端耦接该闩逻辑门的第一输入端；

一第二比较器，具有第一输入端、第二输入端以及输出端，该第二比较器的第一输入端耦接一低电压，该第二比较器的第二输入端耦接该第一比较器的第一输入端于一节点，该第二比较器的输出端耦接该闩逻辑门的第二输入端；

一电容，具有第一端以及第二端，该电容的第一端耦接该节点，该电容的第二端耦接地；

一第一电流源，具有输入端以及输出端，该第一电流源的输入端耦接一参考电压；以及

一第二电流源，具有输入端以及输出端，该第二电流源的输出端耦接地，其中该闩逻辑门输出端输出的信号控制该第一电流源的输出端以及该第二电流源的输入端是否耦接该节点。

其中该充放电流控制电路包括：

一第三电流源，具有输入端以及输出端，该第三电流源的输入端耦接该参考电压，该第三电流源的输出端耦接该第一电流源的输出端；

一第四电流源，具有输入端以及输出端，该第四电流源的输出端耦接地，该第四电流源的输入端耦接该第二电流源的输入端；以及

一电子开关，根据该第一比较器以及该第二比较器输入端输出的信号，以控制该第三电流源以及该第四电流源是否导通。

其中该闩逻辑门为一SR逻辑门，其真值表为：

如S R Q

0 0 Q(无变化)

0 1 0(reset state重设定状态)

1 0 1(set state设定状态)

1 1 无定义

其中，释放振荡器100输出的振荡信号可参考图2，图2是传统的释放振荡器输出信号的波形示意图。在图2中，当充电时，振荡信号的电压值随时间上升，而振荡信号的电压值上升至高触发电位(V_H)时，即开始放电，振荡信号电压值随时间下降。但，由于释放振荡器100内各组件会有所谓的反应时间，尤其是比较器150、160特别明显，因此，当充电至高触发电位(V_H)时，未能在第一时间做出进行放电的反应，而持续充电，而振荡信号其电压超出高触发电位(V_H)且延迟一段时间后，才开始放电。

故，传统的释放振荡器100所输出振荡信号波形皆会超出高触发电位(V_H)且延迟一段时间，波形才开始下降，或超出低触发电位(V_L)且延迟一段时间后，波形才开始上升。

请参考图3，图3是传统的释放振荡器所产生的振荡信号波形的局部放大图。在图3中，振荡信号波形以斜率R1上升，且经过高触发电位(V_H)后，还经过延迟时间t_d才具有最大峰值。相对地，当振荡信号波形具有最大峰值，也就是抵达波峰后，亦需经延迟时间t_d才会再以斜率-R1遇到高触发电位(V_H)。

其中，振荡信号于延迟时间内的波形，对释放振荡器100内部电容130来说，相当于可平均掉一些由比较器150、160输出所产生的噪声，可降低振荡信号的相噪声(phase noise)以及跳动(jitter)。不过，延迟时间的存在将使得振荡信号其频率并不会正比于电流源110、120所提供的电流，而导致振荡信号调变的线性度(modulation linearity)变差。

故，传统的释放振荡器所产生的振荡信号无法兼具有解决相噪声、跳动与调变线性度问题的波形。

有鉴于此，本发明提出一种振荡信号产生方法及装置，可有效解决传统的释放振荡器其输出振荡信号具有相噪声、跳动与调变线性度问题的困扰。

发明内容

本发明目的是提供一种振荡信号产生装置，其包括有释放振荡器以及充放电流控制电路。其中，释放振荡器，为一般以充放电以及比较电压的方式输出振荡信号的振荡器。充放电流控制电路则是用以调整释放振荡器充放电时的电流量。

在本发明较佳实施例中，释放振荡器包括有闩逻辑门、第一比较器、第二比较器、电容、第一电流源以及第二电流源。且其中，闩逻辑门、第一比较器、第二比较器皆具有第一输入端、第二输入端以及输出端。

第一比较器的第二输入端耦接一高电压，第一比较器的输出端耦接闩逻辑门的第一输入端。第二比较器的第一输入端耦接低电压，第二比较器的第二输入端耦接第一比较器的第一输入端于一节点，第二比较器的输出端耦接闩逻辑门的第二输入端。

而电容具有第一端以及第二端，且电容的第一端耦接节点，电容的第二端耦接地。

第一电流源以及第二电流源则皆具有输入端以及输出端。第一电流源的输入端耦接参考电压，第二电流源的输出端耦接地，闩逻辑门输出端输出的信号控制第一电流源的输出端以及第二电流源的输入端是否耦接上述节点。至于充放电流控制电路包括有第三电流源、第四电流源以及电子开关。第三电流源、第四电流源同样具有输入端以及输出端。第三电流源的输入端耦接参考电压，第三电流源的输出端耦接第一电流源的输出端。第四电流源的输出端耦接地，第四电流源的输入端耦接第二电流源的输入端。

电子开关则根据第一比较器以及第二比较器输入端输出的信号，以控制第三电流源以及第四电流源是否导通。

综合上述，本发明提出一种振荡信号产生方法及装置，以加速充放电补偿的方式解决传统的释放振荡器其输出振荡信号具有相噪声、跳动与调变线性度问题。

为了进一步理解本发明的特征、目的及功能，下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是传统的释放振荡器的电路示意图；

图2是传统的释放振荡器输出信号的波形示意图；

图3是传统的释放振荡器所产生的振荡信号波形的局部放大图；

图4是本发明较佳实施例的振荡信号产生装置的示意图；

图5是本发明振荡信号产生装置所输出的振荡信号的局部示意图；以及

图6是本发明较佳实施例的8MHz振荡器输出波形的示意图。

附图标记说明：100释放振荡器；110、120、430、440电流源；130电容；140节点；150、160比较器；157、167信号；170闩逻辑门；180、450、460控制信号；400振荡信号产生装置；410充放电流控制电路；420电子开关。

具体实施方式

传统的释放振荡器所产生的振荡讯号因为释放振荡器内部组件具有反应时间，而在波形上会有超出高触发电位以及低触发电位的情况。若，振荡信号在仍具有延迟时间波形的情况下，缩短振荡信号的延迟时间，且刚好仿真振荡信号波形在理想情况下的路径，即可同时达到消除相噪声以及跳动以及具有良好的调变线性度。

因此，本发明考虑，若释放振荡器充放电初期可给予较大的充放电电流，也就是加速充放电，以虚拟出振荡信号波形在理想状况下，经高触发电位以及低触发电位时即随即正常放、充电的路径，且恢复正常充放电后，仍可保有振荡信号在延迟时间所产生的部分波形。

因此，利用本发明所产生的振荡信号可同时具有提高线性调变度以及消弥相噪声、跳动的优点。

请参见图4所示的本发明较佳实施例的振荡信号产生装置的示意图。在图4中，此振荡信号产生器400沿用图1所示的传统释放振荡器100的架构，并增加一充放电流控制电路410，以在释放振荡器100充放电初期时，增加充放电的电流量，以达到在充放电初期加速充电以及放电的功效。

此充放电流控制电路410由电子开关420以及电流源430、440组成。其中，此电子开关420与闩逻辑门170相似，亦使用比较器150、160分别输出的信号157、167作为判断根据，以输出控制信号450、460来控制电流源430、440是否导通。

当节点140电压大于高触发电位(V_H)时，闩逻辑门170将以控制信号180控制电流源120的输入端耦接节点140，且同时，电子开关420用控制信号460控制电流源440导通。因此，当节点140电压大于高触发电位(V_H)时，并联的电流源430、110将同时对电容130释放电流以进行放电。

同理，节点140电压小于低触发电位(V_L)时，并联的电流源430、110将同时对电容130提供电流，以进行放电。

值得注意的是，电子开关420分别根据信号157、167对电流源430、440进行控制。也就是说，信号157的高低电位将决定电流源430导通与否，信号167的高低电位将决定电流源440导通与否。因此，当节点140电压由大于高触发电位(V_H)转变为小于高触发电位(V_H)的同时，电子开关420即停止电流源440导通，而电流源120将继续对电容130释放电流以进行放电；当节点140电压从小于触发电位(V_H)转变为大于低触发电位(V_H)的同时，电子开关420即停止电流源430导通，而电流源110继续对电容130提供电流以进行放电。

故，振荡信号产生器400可在充放电初期，加速充放电，之后再恢复正常充放电。

请参考图5所示的本发明振荡信号产生装置所输出的振荡信号的局部示意图。在图5中，当振荡信号波形以斜率R1上升，且其电压电位高于高触发电位(V_H)时，振荡信号产生器400即开始加速放电。不过，受限于振荡信号产生器400内部组件反应所产生的延迟时间t_d，振荡信号产生器400真正开始放电的时间点将滞后上述的延迟时间t_d，因此振荡信号波形仍经延迟时间t_d后以斜率R2下降。

当振荡信号波形以斜率R2下降且经过时间X后，振荡信号电压电位低于高触发电位(V_H)，振荡信号产生器400即停止加速放电而改以正常放电。不过，振荡信号产生器400真正停止加速放电而改以正常放电的时间点，仍滞后上述的延迟时间t_d，因此振荡信号波形以斜率R2下降且经过时间X加上延迟时间t_d后，才改以斜率-R1继续下降。

由图5可知，若斜率R1与斜率R2间具有固定比例时，振荡信号于斜率-R1区段延伸的虚线将可以与振荡信号于斜率R1区段相交于高触发电位(V_H)于A点。恰巧的是，振荡信号于斜率R1区段、-R1区段以及-R1区段延伸虚线所构成的波形为传统振荡信号波形在不考虑延迟时间t_d情况下的理想路径。

因此，对本发明振荡信号产生装置400所产生的振荡信号频率而言，相当于在无延迟时间t_d情况下产生的振荡信号。

因而，本发明所产生的振荡信号仍在高触发电位(V_H)上具有延迟时间t_d所产生的波形，以消除相噪声以及跳动，且本发明所产生的振荡信号其频率与延迟时间t_d无关，以达到最佳的调变线性度。此外，振荡信号其频率与延迟时间t_d无关的结果还可额外降低制程的敏感性(process sensitivity)。

本发明已成功运用于8MHz的振荡器上，请参考图6，图6是本发明较佳实施例的8MHz振荡器输出波形的示意图。在图6中，振荡信号的加速区段显然可见。

综合上述，本发明提出一种振荡信号产生方法及装置，利用在充放电初期加速充放电，以达到线性补偿的效果。且由于本发明所产生的振荡信号仍具有延迟时间所产生波形以及其频率与延迟时间无关，因此本发明所产生的振荡信号可同时保有低相噪声、跳动以及最佳的调变线性度等优势。相对应地，本发明装置还可额外降低制程的敏感性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能以此限制本发明的范围。因此，凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围的，故都应视为本发明的进一步实施。

Claims

1、一种振荡信号产生装置，其特征在于：包括：

一释放振荡器，以充放电以及比较电压的方式输出一振荡信号；以及

一充放电流控制电路，调整释放振荡器充放电时的电流量，其中，该充放电流控制电路包括：

一第三电流源，具有输入端以及输出端；

一第四电流源，具有输入端以及输出端，该第四电流源的输出端耦接地；以及

一电子开关，控制该第三电流源以及该第四电流源是否导通。

2、如权利要求1所述的振荡信号产生装置，其特征在于：该释放振荡器包括：

一闩逻辑门，具有第一输入端、第二输入端以及输出端；

一第二比较器，具有第一输入端、第二输入端以及输出端，该第二比较器的第一输入端耦接一低电压，该第二比较器的第二输入端耦接该第一比较器的第一输入端于一节点，该第二比较器的输出端耦接该闩逻辑门的第二输入端，该第一比较器以及该第二比较器输入端输出的信号送给所述电子开关；

一第一电流源，具有输入端以及输出端，该第一电流源的输入端耦接一参考电压，该参考电压与所述第三电流源的输入端耦接，该第三电流源的输出端耦接该第一电流源的输出端；以及

一第二电流源，具有输入端以及输出端，该第二电流源的输入端耦接至所述的第四电源的输入端，所述第二电流源的输出端耦接地，其中该闩逻辑门输出端输出的信号控制该第一电流源的输出端以及该第二电流源的输入端是否耦接该节点。

3、如权利要求1所述的振荡信号产生装置，其中该闩逻辑门为一SR逻辑门。