CN102315848B

CN102315848B - 模拟式压控振荡电路及其控制方法

Info

Publication number: CN102315848B
Application number: CN 201010225008
Authority: CN
Inventors: 吴佩憙
Original assignee: Realtek Semiconductor Corp
Current assignee: Realtek Semiconductor Corp
Priority date: 2010-07-07
Filing date: 2010-07-07
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2030-07-07
Also published as: CN102315848A

Abstract

本发明披露了一种模拟式压控振荡电路及其控制方法。该模拟式压控振荡电路的控制方法是在一第一模式下，且控制电压提高时，将锁相频率信号的频率提高；而在一第二模式下，且控制电压提高时，将锁相频率信号的频率降低。

Description

模拟式压控振荡电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种模拟式压控振荡器，特别涉及一种具有宽广的频率调变范围的模拟式压控振荡电路及其控制方法。

背景技术

图1A示出了一已知的锁相回路(Phase lock loop；PLL)装置的示意图。锁相回路装置10包含有一相位侦测器(Phase detector)11、一电荷泵(Charge pump)12、一回路滤波器(Loop filter)13、一压控振荡器(Voltage control oscillator；VCO)14、以及一除频器(Divider)15。

一般的锁相回路10的压控振荡器14的控制机制，往往需要较大的频率和电压范围，由于较大的频率和电压范围，其控制电路的控制机制较难设计的准确，且范围越大越容易受到干扰，因此大范围设计常导致装置的特性不良，无法达到预期的控制效果。因此，为了缩小输出频率fvco与控制电压Vc的斜率Kvco(图未标示)常会采用区分为多个频带(band)的方式设计压控振荡器14，如图1B所示。该图中区分为八个B0～B7切换频带。每个频带拥有一定大小的频率范围，系统可依据需求切换频带而得到所需的频率。

然而，以频率fvco0来看，可以使用的频带有B0、B1、B2，其分别对应于控制电压Vc0、Vc1、Vc2。若系统选用了频带B2来产生频率fvco0，但又因为环境因素影响，使得频带B2漂移至B2’、B1漂移至B1’，那么锁相回路10在频带B2’会无法将频率锁定至fvco0，必须切换到频带B1’才能正确锁定频率。因此，已知的锁相回路10的频带分布设计，必须切换频带才可克服环境因素造成的影响，但在切换频带时，将会造成一段时间内压控振荡器14所输出的频率都是不符合预期的。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种模拟式压控振荡电路及其控制方法，其可增加频率调变的宽度。

本发明的目的之一在于提供一种模拟式压控振荡电路及其控制方法，其可提高频率锁定的准确度。

本发明的目的之一在于提供一种模拟式压控振荡电路及其控制方法，其可加快频率锁定的速度。

本发明提供了一种模拟式压控振荡电路，包含有一模拟式压控振荡器和多个频率调整单元。模拟式压控振荡器接收一控制电压和一第一选择信号，产生一锁相频率信号，且锁相频率信号的频率与该控制电压相关联，该模拟式压控振荡器包含有：一第一振荡单元用以产生该锁相频率信号，依据第一选择信号的选择，在控制电压提高时，提高锁相频率信号的频率；以及一第二振荡单元用以产生锁相频率信号，依据第一选择信号的选择，在控制电压提高时，降低锁相频率信号的频率。而频率调整单元依据一第二选择信号的选择，决定耦接模拟式压控振荡器的频率调整单元的数目，以调整锁相频率信号的频率。其中，在模拟式压控振荡电路的一第一模式下，第一选择信号选择第一振荡单元；而在模拟式压控振荡电路的一第二模式下，第一选择信号选择第二振荡单元。

本发明提供了一种适用于模拟式压控振荡器的控制方法，包含有下列步骤：首先，接收一控制电压，并产生一锁相频率信号；接着，提供一模拟式压控振荡器的第一模式，在接收的控制电压提高时，依据一选择信号是否选择第一模式，而决定是否将锁相频率信号的频率提高；提供该模拟式压控振荡器的第二模式，在接收的控制电压提高时，依据该选择信号是否选择第二模式，而决定是否将锁相频率信号的频率降低。

本发明实施例的模拟式压控振荡电路及其控制方法利用选择信号决定模拟式压控振荡器的增益值与调整锁相频率信号的频率高低，而可实现无限宽广的频率调变范围，且由于频率的调变范围较宽广，所以有较多的选择机会，相较于已知的技术更易于锁定频率，可解决已知技术的问题，克服环境因素造成的影响、达成快速锁定频率的功效。

附图说明

图1A是示出了已知的锁相回路装置的示意图。

图1B是示出了已知的频带配置方式的波形图。

图2A是示出了本发明一实施例的模拟式压控振荡器的示意图。

图2B是示出了本发明一实施例的频带配置的波形图。

图3A是示出了本发明一实施例的锁相回路装置的示意图。

图3B是示出了本发明一实施例的模拟式压控振荡电路的示意图。

图3C是示出了本发明另一实施例的锁相回路装置的示意图。

图3D是示出了本发明另一实施例的锁相回路装置的示意图。

图3E是示出了本发明另一实施例的锁相回路装置的示意图。

图4是示出了本发明一实施例的一种适用于压控振荡器的控制方法的流程图。

【主要组件符号说明】

10、30 锁相回路装置

11、31 相位侦测器

12、32 电荷泵

13、33 回路滤波器

14 已知的压控振荡器

VCO 模拟式压控振荡器

34 模拟式压控振荡电路

Con 控制单元

341 频率调整电路

341u 频率调整单元

15、35 除频器

Os1、Os2 振荡单元

Sa、Sb、Sc 开关

C 电容器

具体实施方式

图2A是示出了本发明一实施例的一种模拟式压控振荡器VCO的示意图。该模拟式压控振荡器VCO接收一控制电压Vc，以产生一锁相频率信号fvco，且锁相频率信号fvco的频率与控制电压Vc相关联。

该模拟式压控振荡器VCO在运作时，至少包含第一模式和第二模式。在第一模式下，当控制电压Vc提高时，锁相频率信号fvco的频率提高；而当控制电压Vc降低时，锁相频率信号fvco的频率降低。在第二模式下，当控制电压Vc提高时，锁相频率信号fvco的频率降低；而当控制电压Vc降低时，锁相频率信号fvco的频率提高。

须注意，如图2B所示，本发明的模拟式压控振荡器VCO其运作的频率范围可包含有多个频带(band)。例如，第一模式包含有多个第一频带B0、B2、B4、B6...等，而第二模式则包含有多个第二频带B1、B3、B5、B7...等。一实施例中，这些第一频带和第二频带采取交互分布方式配置，及/或可以采取连续分布方式配置，例如第一频带B0、B2、B4、B6...之后紧接着第二频带B1、B3、B5、B7...。

本发明实施例的模拟式压控振荡器VCO的频带设计，采用具有正增益值与负增益值的方式，其中控制电压与该锁相频率信号的比值定义为此增益值。如图2B所示，若以频率fvco来看，其可使用的频带为B0，对应的控制电压为Vc。而当环境因素影响使频带B0漂移(例如漂移至频带B1)时，由于本发明的频带分布方式包含到较多的频率范围，所以模拟式压控振荡器VCO可调整控制电压使Vc至Vc’快速地在频带B1锁定频率至fvco’。因此，本发明的模拟式压控振荡器的频带分布设计相较于已知的技术更易于锁定频率，在切换频带期间，模拟式压控振荡器VCO输出的频率均可得到预期的结果，可解决已知的技术的问题，克服环境因素造成的影响。

图3A是示出了本发明一实施例的锁相回路装置30的示意图。锁相回路装置30包含有一相位侦测器(Phase detector)31、一电荷泵(Charge pump)32、一回路滤波器(Loop filter)33、一模拟式压控振荡电路(Analog voltage control oscillating circuit)34、以及一除频器35。

如图3A所示，相位侦测器31用以侦测输入信号fref与除频后的锁相频率信号fdiv的相位差值，并依据相位差值输出控制信号Co来控制电荷泵32。例如，当除频后的锁相频率信号fdiv的相位超前(leading)输入信号fref的相位时，相位侦测器31将产生控制信号Co让电荷泵32产生负值(negative)的控制电流。此时，回路滤波器33根据负值控制电流将控制电压Vc减小，以降低模拟式压控振荡电路34输出的锁相频率信号fvco的频率。反之，当除频后的锁相频率信号fdiv的相位滞后(lagging)输入信号fref的相位时，相位侦测器31将产生控制信号Co让电荷泵32产生正值(positive)的控制电流。而回路滤波器33则根据正值控制电流增加控制电压Vc，使模拟式压控振荡电路34输出的锁相频率信号fvco的频率提升。依此方式，锁相回路装置30可实现锁定频率的功能。

该锁相回路装置30依据控制电压Vc提供一稳定频率的锁相频率信号fvco。须注意，本实施例的相位侦测器31、电荷泵32、回路滤波器33、除频器35可为目前现有或未来发展出的相近功能的技术，熟悉本领域的技术者应能理解这些装置的架构与运作方式，为避免模糊焦点而不再重复赘述其细节。而其中的除频器35用以对锁相频率信号fvco进行降频处理，且在不须使用除频功能的环境下可省略该装置。因此，不再重复赘述其细节。

在本实施例中，模拟式压控振荡电路34包含有一模拟式压控振荡器VCO和频率调整电路341。模拟式压控振荡器VCO依据控制电压Vc以及第一选择信号S1和第二选择信号所决定的频带，产生锁相频率信号fvco，该控制电压Vc与锁相频率信号fvco的比值定义为上述增益值。

频率调整电路341中包含有至少一个频率调整单元341u。第一选择信号S1及第二选择信号S2可由外部提供，或由控制单元Con产生，以决定模拟式压控振荡电路34的频带。

图3B是示出了图3A模拟式压控振荡电路34一实施例的示意图。模拟式压控振荡电路34包含有第一振荡单元Os1、第二振荡单元Os2、多个频率调整单元341u、以及模拟式压控振荡器VCO。在本实施例中，每一频率调整单元341u包含有一开关Sc和一电容器C。参照图3A，运作时，频率调整电路341依据第二选择信号S2，选择性地将频率调整单元341u耦接至模拟式压控振荡器VCO，以调整模拟式压控振荡电路34的增益值。例如，依据第二选择信号S2，决定耦接模拟式压控振荡器VCO的频率调整单元341u的数目，以调整增益值。

第一选择信号S1控制开关Sa和Sb的切换，以选择耦接不同的振荡单元。如图3B所示，第一振荡单元Os1用以产生锁相频率信号fvco，受第一选择信号S1的选择，在控制电压Vc提高时，提高锁相频率信号fvco的频率。第二振荡单元Os2亦用以产生锁相频率信号fvco，受第一选择信号S1的选择，在控制电压Vc提高时，降低锁相频率信号fvco的频率。模拟式压控振荡电路34在运作时，包含有至少两种模式-第一模式和第二模式。在第一模式下时，该第一选择信号S1选择连接第一振荡单元Os1，以产生如图2B所示的具有正增益值的第一频带B0、B2、B4、B6...等；而在第二模式下时，该第一选择信号选择耦接第二振荡单元Os2，以产生如图2B所示的具有负增益值的第二频带B1、B3、B5、B7...等。

请同时参考图2B、图3A、以及图3B，当模拟式压控振荡电路34以第一模式运作于频带B0时，控制单元Con产生的第一选择信号S 1使两个开关Sa导通(On)和两个开关Sb截止(Off)，以选择耦接第一振荡单元Os1，与此同时，控制单元Con产生的第二选择信号S2驱动开关Sc选择预设数目的频率调整单元341u来耦接模拟式压控振荡器VCO，而得到频带B0。此时，如图2B所示，频带B0中的锁相频率信号fvco与控制电压Vc的比值-即增益值(Kvco)为正值。

而当模拟式压控振荡电路34需要切换频带或是系统要求切换频带时，例如要求切换至频带B1，模拟式压控振荡电路34将运作在第二模式的频带B1。此时，第一选择信号S1使两个开关Sa截止(Off)和两个开关Sb导通(On)，以选择耦接第二振荡单元Os2，同时第二选择信号S2驱动开关Sc选择适当数目的频率调整单元341u耦接模拟式压控振荡器VCO，而得到频带B1。此时，如图2B所示，频带B1中的锁相频率信号fvco与控制电压Vc的比值，即其增益值，为负值。

由于模拟式压控振荡电路34利用控制单元Con的选择信号S1、S2来决定模拟式压控振荡器VCO的增益值和调整锁相频率信号fvco的频率高低，因此本发明实施例的锁相回路装置30可实现图2B示出的类似弹簧型态的频带波形。依此方式，当本发明实施例的模拟式压控振荡电路34应用于各种目前现有或未来发展出的锁相回路装置时，控制电压Vc可以达到无限宽广的范围，只须要配合频带的相应变化，则可实现无限宽广的频率调变范围。由于频率的调变范围较宽广，所以本发明的模拟式压控振荡器亦有较多的选择机会，且相较于已知的技术更易于锁定频率，可解决已知的技术的问题，克服环境因素造成的影响、实现准确与快速锁定频率的功效。

在一实施例中，参照图3A，控制单元Con包含有一模拟/数字转换器(Analog to digital convertor，ADC)，用以判断何时切换频带或是否要切换频带。在另一实施例中，参照图3B，第一与第二振荡单元Os1、Os2可由两个变容器构成，或由目前现有或未来发展出的各种振荡组件构成。在图3C的实施例中，控制单元Con还侦测控制电压Vc，将控制电压Vc作为其控制或产生选择信号的参考依据。而在图3D的实施例中，控制单元Con切换频带时，电荷泵32还配合控制单元Con的电路设计，由控制单元Con产生一控制信号C1使电荷泵32以电压控制的方式与切换频带的动作进行相对应的变化。当然，图3C、图3D的控制方式亦可合并使用，如图3E所示。熟悉本领域的技术者应可理解如何实施，不在此赘述其细节。

须注意，前述的模拟式压控振荡电路是采用电容器来实施；而在其它实施例中亦可采用其它组件来实施，例如电感、或由半导体组件构成的电容性组件...等。另外，本发明实施例的频带配置方式是如图2B中的方式将奇数频带B1、B3、B5...设计为随控制电压上升而频率下降(上述第二模式)、或是将偶数频带B0、B2、B4...设计为随控制电压上升而频率上升(上述第一模式)。当然，亦可将奇数频带B1、B3、B5...设计为第一模式、或将偶数频带B0、B2、B4...设计为第二模式。频带的配置方式可以交换，或可依据设计者的需求任意设计，例如每N(N为大于1，小于无限大)个频带采用第一模式形成的波形，且每M(M大于1，不等于N，且小于无限大)个频带采用第二模式形成的波形。

在其它实施例中，模拟式压控振荡器可采用现有或未来发展出的各种包含至少两组具不同振荡特性的振荡单元的压控振荡器来实现。

图4是示出了本发明的一种模拟式压控振荡器的控制方法一实施例的流程图。该方法包含有下列步骤：

在开始S402后进入步骤S404，首先接收一控制电压，以产生位于一预设频带的一锁相频率信号；接着，在步骤S406，判断选择以第一模式或第二模式工作。两种模式的选择方式与时机，可以由设计者依据其需求而设计

当模拟式压控振荡器选择第一模式时，进入步骤S408，此模式的运作是在接收的控制电压提高时，依据一选择信号将锁相频率信号的频率提高，由此将该锁相频率信号的频率调整到一默认值。

当模拟式压控振荡器选择第二模式时，进入步骤S410此模式的运作是在接收的控制电压提高时，依据一选择信号将锁相频率信号的频率降低，以达到该默认值。之后，进入步骤S412：结束。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，各种根据本发明的变化亦属于本发明的范畴。

Claims

1.一种模拟式压控振荡电路，包含有：

一模拟式压控振荡器，接收一控制电压与一第一选择信号，产生一锁相频率信号，且所述锁相频率信号的频率与所述控制电压相关联，所述模拟式压控振荡器包含有：

一第一振荡单元，用以产生所述锁相频率信号，依据所述第一选择信号的选择，在所述控制电压提高时，提高所述锁相频率信号的频率；以及

一第二振荡单元，用以产生所述锁相频率信号，依据所述第一选择信号的选择，在所述控制电压提高时，降低所述锁相频率信号的频率；以及

多个频率调整单元，依据一第二选择信号的选择，决定耦接所述模拟式压控振荡器的频率调整单元的数目，以调整所述锁相频率信号的频率；

其中，在所述模拟式压控振荡电路的一第一模式下，所述第一选择信号选择所述第一振荡单元；而在所述模拟式压控振荡电路的一第二模式下，所述第一选择信号选择所述第二振荡单元，以及

所述模拟式压控振荡电路还包含一控制单元，所述控制单元用以产生所述第一选择信号和所述第二选择信号，并且还侦测所述控制电压，将所述控制电压作为其控制或产生所述第一选择信号和所述第二选择信号的参考依据。

2.根据权利要求1所述的模拟式压控振荡电路，其中所述第一模式包含有多个第一频带，所述第二模式包含有多个第二频带，且所述多个第一频带与所述多个第二频带采取交互分布方式配置。

3.根据权利要求1所述的模拟式压控振荡电路，其中每一所述振荡单元包含有两个变容器。

4.根据权利要求1所述的模拟式压控振荡电路，其中每一所述频率调整单元包含有一电容器。

5.一种模拟式压控振荡电路，包含有：

一模拟式压控振荡器，接收一控制电压和一第一选择信号，依据所述控制电压和所述第一选择信号决定如何产生一锁相频率信号，且所述控制电压与所述锁相频率信号的比值定义为一增益值，所述模拟式压控振荡器包含有：

一第一振荡单元，用以产生所述锁相频率信号，依据所述第一选择信号的选择，在所述控制电压提高时，提高所述锁相频率信号的频率，以产生为正值的所述增益值；以及

一第二振荡单元，用以产生所述锁相频率信号，依据所述第一选择信号的选择，在所述控制电压提高时，降低所述锁相频率信号的频率，以产生为负值的所述增益值；以及

多个频率调整单元，其依据一第二选择信号决定耦接所述模拟式压控振荡器的频率调整单元的数目，以配合所述第一振荡单元或所述第二振荡单元调整所述锁相频率信号的频率，以及

所述模拟式压控振荡电路还包含一控制单元，所述控制单元用以产生所述第一选择信号，决定选择所述第一振荡单元或所述第二振荡单元，以及产生所述第二选择信号，以决定如何选择所述多个频率调整单元，并且还侦测所述控制电压，将所述控制电压作为其控制或产生所述第一选择信号和所述第二选择信号的参考依据。

6.根据权利要求5所述的模拟式压控振荡电路，其中每一所述振荡单元包含有两个变容器。

7.根据权利要求5所述的模拟式压控振荡电路，其中每一所述频率调整单元包含有一电容器。

8.一种锁相回路装置，包含有：

一相位侦测器，侦测一输入信号与一锁相频率信号的相位差值，依据所述相位差值产生一控制信号；

一电荷泵，依据所述控制信号产生一控制电流；

一回路滤波器，依据所述控制电流产生一控制电压；以及

一模拟式压控振荡电路，接收所述控制电压，产生一锁相频率信号，且所述锁相频率信号的频率与所述控制电压相关联，其中所述模拟式压控振荡电路包含有：

一模拟式压控振荡器，接收所述控制电压和一第一选择信号，依据所述控制电压和所述第一选择信号决定如何产生所述锁相频率信号，且所述控制电压与所述锁相频率信号的比值定义为一增益值；

多个频率调整单元，其选择性地耦接所述模拟式压控振荡器；

其中，在一第一模式下，所述控制电压提高时，所述第一选择信号选择所述第一振荡单元；而在一第二模式下，所述控制电压提高时，所述第一选择信号选择所述第二振荡单元，以及

所述模拟式压控振荡电路还包含一控制单元，所述控制单元用以产生所述第一选择信号，以决定所述增益值为正值或负值，并且还侦测所述控制电压，将所述控制电压作为其控制或产生所述第一选择信号的参考依据。

9.根据权利要求8所述的锁相回路装置，其中所述控制单元产生一第二选择信号，以决定耦接所述模拟式压控振荡器的频率调整单元的数目，以调整所述锁相频率信号的频率。

10.根据权利要求8所述的锁相回路装置，其中所述第一模式包含有多个第一频带，所述第二模式包含有多个第二频带，且所述多个第一频带与所述多个第二频带采取交互分布方式配置。

11.根据权利要求8所述的锁相回路装置，其中所述第一模式包含有多个第一频带，所述第二模式包含有多个第二频带，且所述多个第一频带与所述多个第二频带采取连续分布方式配置。

12.根据权利要求8所述的锁相回路装置，其中，所述第一选择信号选择所述第一振荡单元时，所述增益值为正值；所述第一选择信号选择所述第二振荡单元时，所述增益值为负值。

13.根据权利要求8所述的锁相回路装置，其中所述控制单元还产生另一控制信号至所述电荷泵，以配合所述第一模式和所述第二模式调整所述电荷泵产生的控制电流的大小。

14.根据权利要求8所述的锁相回路装置，其中每一所述振荡单元包含有两个变容器。

15.根据权利要求8所述的锁相回路装置，其中每一所述频率调整单元包含有一电容器。