CN105099448B - 可调式振荡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可调式振荡装置，主要包括一振荡区块、至少一第一晶体管、一电源供应单元、至少一第二晶体管及至少一可变电阻。电源供应单元电性连接串联的可变电阻及第二晶体管，并可通过可变电阻调整电源供应单元提供给振荡区块的电流大小。振荡区块包括一振荡单元及多个可变电容，其中振荡单元通过可变电容连接第一晶体管。第一晶体管与第二晶体管匹配，并可降低温度变化对可调式振荡装置所产生的振荡信号的频率所造成的影响。

Description

可调式振荡装置

技术领域

本发明涉及一种可调式振荡装置，可用以产生多种不同频率的振荡信号，并可缩小电路的设置面积及制作成本。

背景技术

在无线传输系统中，锁相回路(PLL:Phase-locked loops)是经常被使用的电路。锁相回路可被视为是一种控制系统，其输出信号的相位与输入信号的相位相关。一般而言，锁相回路包括一相位检测器(Phase Detector)及一振荡器(Oscillator)，其中振荡器可用以产生一周期性的信号，而相位检测器则会比对振荡器的信号及一参考信号，并调整振荡器输出的信号的相位。

振荡器主要用以将接收的直流信号，转换成产生周期性的交流振荡信号。为了适应多种频率的通讯装置，通常会在单一个通讯装置内设置多个振荡器或锁相回路，并分别用以产生不同频率的振荡信号。如此一来虽然可使得通讯装置传输或接收多种频率的信号，但设置多个振荡器或锁相回路亦会增加通讯装置的电路设置的成本及面积。

发明内容

本发明的一目的，在于提供一种可调整式振荡装置，可用以产生多种不同频率的振荡信号，并可有效降低可调式振荡装置的设置面积及制作成本。

本发明的一目的，在于提供一种可调整式振荡装置，包括一振荡区块及电源供应单元，其中电源供应单元电性连接振荡区块及串联的可变电阻及晶体管。可变电阻可用以调整电源供应单元提供给振荡区块的电流大小，而晶体管两端会产生电压差，并可降低可变电阻需要提供的电阻值及设置面积。

本发明的一目的，在于提供一种可调式振荡装置，其中振荡区块包括一个或多个可变电容。振荡区块的可变电容连接第一晶体管，而电源供应单元则连接串联的第二晶体管及可变电阻。通过第一晶体管与第二晶体管的相互搭配，将可使得可调式振荡装置在各种温度变化下所产生的振荡信号的频率偏移量符合相关的规范。

为达到上述目的，一种可调式振荡装置，包括：一振荡区块，包括：一振荡单元；多个可变电容，电性连接振荡单元；至少一第一晶体管，分别电性连接多个可变电容；一电源供应单元，电性连接振荡区块，并向振荡区块提供电流；至少一第二晶体管；及至少一可变电阻，串联第二晶体管，其中串联的第二晶体管及可变电阻电性连接电流供应单元。

在本发明可调式振荡装置一实施例中，其中第一晶体管及第二晶体管连接成为二极管型式。

在本发明可调式振荡装置一实施例中，还包括多个开关单元，分别并联各个第一晶体管及第二晶体管。

在本发明可调式振荡装置一实施例中，其中可调式振荡装置为一弛张振荡器。

在本发明可调式振荡装置一实施例中，其中振荡单元包括：一闩锁器，包括两个输入端及两个输出端；两个比较器，分别包括两个输入端及一输出端，其中两个比较器的输出端分别电性连接闩锁器的两个输入端；两个反相器，包括一输入端及一输出端，其中两个反相器的输入端分别电性连接闩锁器的两个输出端，而两个反相器的输出端则分别电性连接两个比较器的其中一个输入端。

在本发明可调式振荡装置一实施例中，其中电流供应单元包括：一放大器，包括两个输入端及一输出端，其中串联的第二晶体管及可变电阻电性连接放大器的其中一个输入端，而放大器的输出端则负反馈至输入端；一电流镜，电性连接放大器的输出端及振荡区块。

在本发明可调式振荡装置一实施例中，其中反相器为CMOS反相器。

在本发明可调式振荡装置一实施例中，其中反相器电性连接电源供应单元，且电源供应单元用以提供电流给反相器。

在本发明可调式振荡装置一实施例中，其中第一晶体管的数量为多个，并分别电性连接各个可变电容。

在本发明可调式振荡装置一实施例中，其中第一晶体管的数量为一个，并电性连接各个可变电容。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明可调式振荡装置一实施例的方框连接示意图；

图2为本发明可调式振荡装置又一实施例的方框连接示意图；

图3为本发明可调式振荡装置一实施例的电路连接示意图；

图4为本发明可调式振荡装置又一实施例的电路连接示意图；

图5为本发明可调式振荡装置又一实施例的电路连接示意图；及

图6为本发明可调式振荡装置又一实施例的电路连接示意图。

虽然已通过举例方式在附图中描述了本创作的具体实施方式，并在本文中对其作了详细的说明，但是本创作还允许有各种修改和替换形式。本创作的附图内容可为不等比例，附图及其详细的描述仅为特定型式的揭露，并不为本创作的限制，相反的，依据权利要求范围的精神和范围内进行修改、均等构件及其置换皆为本创作所涵盖的范围。

其中，附图标记

10 可调式振荡装置 11 振荡区块

12 振荡单元 13 第一晶体管

14 可变电容 15 电源供应单元

16 开关单元 171 第二晶体管

173 可变电阻

20 可调式振荡装置 21 振荡区块

22 振荡单元 221 闩锁器

223 比较器 2231 第一比较器

2232 输入端 2233 第二比较器

2234 输出端 225 反相器

2251 输入端 2253 输出端

23 第一晶体管 24 可变电容

241 第一可变电容 243 第二可变电容

25 电源供应单元 251 电流镜

253 放大器 2531 输入端

2533 输出端 26 开关单元

271 第二晶体管 273 可变电阻

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图1，为本发明可调式振荡装置一实施例的方框连接示意图。如图所示，本发明所述的可调式振荡装置10主要包括一振荡区块11、至少一第一晶体管13、一电源供应单元15、至少一第二晶体管171及至少一可变电阻173，其中振荡区块11包括一振荡单元12及多个可变电容14。

电源供应单元15电性连接振荡区块11，并用以提供电流I给振荡区块11，例如电源供应单元15可以是电流源，而振荡单元12则可用以控制可变电容14充电或放电，使得振荡区块11产生振荡信号。具体来说振荡区块11的振荡信号的频率与电源供应单元15提供给振荡区块11的电流I大小相关，亦与可变电容14的电容值的大小相关。

在本发明实施例中，电源供应单元15电性连接串联的第二晶体管171及可变电阻173，例如通过至少一第二晶体管171及至少一可变电阻173连接第一电压V1。第二晶体管171可为金氧半场效晶体管(MOSFET)，其中第二晶体管171的源极或漏极连接可变电阻173，并可通过可变电阻173调整电源供应单元15提供给振荡区块11的电流I的大小。

当可变电阻173的电阻值较大时，电源供应单元15提供给振荡区块11的电流I将会减小。随着电流I的减小，对可变电容14进行充放电的时间将会增加，使得振荡区块11产生的振荡信号的频率降低，例如振荡区块11可适用于1KHz的信号。

此外，当可变电阻173的电阻值较小时，电源供应单元15提供给振荡区块11的电流I将会增加。随着电流I的增加，对可变电容14进行充放电的时间将会减小，使得振荡区块11产生的振荡信号的频率增加，例如振荡区块11可适用于32KHz及/或1024KHz的信号。

相较于本发明所述的可调式振荡装置10，现有技术并无法调整振荡信号的频率，例如当需要1KHz、32KHz及1024KHz的振荡信号时，则可能需要设置三组振荡装置，以分别产生三种不同频率的振荡信号，如此一来将会增加振荡装置的电路设置成本及面积。相较之下，本发明只需要设置单一个可调式振荡装置10，便可产生多种不同频率的振荡信号，藉此可有效降低可调式振荡装置10的设置面积及设置成本。

然而为了使得可调式振荡装置10可产生频率较低的振荡信号，往往需要设置电阻值较高的可变电阻173，并会增加可变电阻173及可调式振荡装置10的设置面积。为此本发明进一步将第二晶体管171串联可变电阻173，其中第二晶体管171的两端会产生电压差，因此可降低可变电阻173需要提供的电阻值，并缩小可变电阻173的设置面积。

在本发明一实施例中，第二晶体管171可连接成二极管形式的晶体管(diodeconnected)，例如第二晶体管171的栅极(Gate)及漏极(Drain)相连接。通过第二晶体管171串联可变电阻173，虽然可以降低可变电阻173需要提供的电阻值及设置面积，但在实际应用时第二晶体管171两端的电压差或等效的电阻值，可能会受到工作温度的影响，进而导致电源供应单元15提供给振荡区块11的电流I产生波动，并造成振荡区块11产生的振荡信号的频率偏移量不符合相关的规范(SPEC)。

为了降低温度对可调式振荡装置10产生的振荡信号的频率造成的影响，本发明进一步在连接振荡单元12的可变电容14上串联第一晶体管13，其中连接可变电容14的第一晶体管13可用以匹配连接可变电阻173的第二晶体管171，以使得可调式振荡装置10在各种温度下产生的振荡信号的频率偏移量仍可符合相关的规范。

在本发明一实施例中，可调式振荡装置10可包括多个开关单元16，其中各个开关单元16分别并联各个第一晶体管13及/或第二晶体管171，例如第一晶体管13及第二晶体管171的漏极(Drain)跟源极(Source)分别连接各个开关单元16的两端。

当并联第二晶体管171的开关单元16关闭(off)时，串联可变电阻173的第二晶体管171的两端将会形成电压差，使得串联的可变电阻173及第二晶体管171可等效为一个较大的电阻，并可降低电源供应单元15提供给振荡区块11的电流I。此外当并联第二晶体管171的开关单元16关闭(off)时，并联第一晶体管12的开关单元亦会关闭(off)，以匹配连接可变电阻173的第二晶体管171。

当电源供应单元15要增加提供给振荡区块11的电流I时，可开启(on)并联第二晶体管171的开关单元16，使得第二晶体管171的两端不会形成电压差。亦可进一步调降可变电阻173的电阻值，以增加电源供应单元15提供给振荡区块11的电流。此外当并联第二晶体管171的开关单元16开启(on)时，并联第一晶体管12的开关单元亦会开启(on)，以匹配连接可变电阻173的第二晶体管171。当然在实际应用时，开关单元16并非本发明的必要构件，亦不为本发明的范围限制，因此在图1中以虚线的方式表现开关单元16。

在本发明一实施例中，振荡单元12电性连接两个可变电容14，且两个可变电容14分别连接第一晶体管13，如图1所示。在本发明另一实施例中，亦可将两个可变电容14连接同一个第一晶体管13，以降低第一晶体管13的设置数量及设置的面积，如图2所示。

请参阅图3，为本发明可调式振荡装置一实施例的电路连接示意图。如图所示，本发明所述的可调式振荡装置20可以是但不局限为弛张振荡器(relaxation oscillator)，主要包括一振荡区块21、至少一第一晶体管23、一电源供应单元25、至少一第二晶体管271及至少一可变电阻273，其中振荡区块21包括一振荡单元22及多个可变电容24，且振荡单元22电性连接多个可变电容24。

电源供应单元25电性连接振荡区块21，并向振荡区块21提供电流I。此外电源供应单元25还电性连接串联的第二晶体管271及可变电阻273，并通过第二晶体管271及可变电阻273连接第一电压V1。在实际应用时可通过可变电阻273及/或第二晶体管271调整电源供应单元25提供给振荡区块21的电流I的大小，并改变振荡区块21产生的振荡信号的频率。

在本发明一实施例中，电源供应单元25包括但不局限一电流镜251及一放大器253，其中电流镜251电性连接放大器253及振荡区块21。放大器253包括两个输入端2531及一个输出端2533，放大器253的其中一个输入端2531连接串联的第二晶体管271及可变电阻273，并通过第二晶体管271及可变电阻273连接第一电压V1。放大器253的输出端2533电性连接电流镜251及其中一个输入端2531，例如放大器253的输出端2533负反馈至连接第二晶体管271及可变电阻273的输入端2531。此外放大器253的另一个输入端2531则连接接地，或者是连接参考电压。

具体来说，当可变电阻273的电阻值较大时，电源供应单元25提供给振荡区块21的电流I将会减小，使得振荡区块21产生的振荡信号的频率降低。当可变电阻273的电阻值较小时，电源供应单元25提供给振荡区块21的电流I将会增加，使得振荡区块21产生的振荡信号的频率增加。

此外第二晶体管271亦可并联开关单元26，当开关单元26关闭(off)时，电源供应单元25将会提供较小的电流I给振荡区块21，并降低振荡区块21产生的振荡信号的频率。而当开关单元26开启(on)时，电源供应单元25则会提供较大的电流I给振荡区块21，并提高振荡区块21产生的振荡信号的频率。

为了降低温度对可调式振荡装置20的振荡信号的频率造成的影响，本发明进一步在连接振荡单元22的各个可变电容24上，分别串联一第一晶体管23，以匹配连接可变电阻273的第二晶体管271。在本发明一实施例中，第一晶体管23及第二晶体管271可连接成二极管型式，且各个第一晶体管23及第二晶体管271亦可并联一开关单元26。

在本发明一实施例中，振荡单元22包括一闩锁器(S-R latch)221、两个比较器223及两个反相器225。闩锁器221包括两个输入端S/R及两个输出端Q/Q’，而两个比较器223则分别包括两个输入端2232及一个输出端2234，其中两个比较器223的输出端2234分别连接闩锁器221的两个输入端S/R。

两个反相器225分别包括一输入端2251及一输出端2253，其中两个反相器225的输入端2251分别电性连接闩锁器221的两个输出端Q/Q’，而两个反相器225的输出端2253则分别电性连接两个比较器223的其中一个输入端2232及两个可变电容24，两个比较器223的另一个输入端2232则连接参考电压Vref。

此外反相器225还包括两个脚位，其中一个脚位连接工作电压VDD，而另一个脚位则电性连接电源供应单元25。在本发明一实施例中，反相器225可以是CMOS反相器，其中一个反相器225包括串接的第三晶体管M3及第四晶体管M4，而另一个反相器225则包括串接的第五晶体管M5及第六晶体管M6，例如第三晶体管M3及第五晶体管M5可以是PMOS，而第四晶体管M4及第六晶体管M6则是NMOS，其中第三晶体管M3及第五晶体管M5的漏极分别连接第四晶体管M4及第六晶体管M6的漏极，第三晶体管M3及第五晶体管M5的源极电性连接工作电压VDD，而第四晶体管M4及第六晶体管M6的源极则电性连接电源供应单元25。

振荡单元22会分别对两个可变电容24进行充电及放电，以使得振荡区块21产生振荡信号。振荡区块21详细的作动方式如下，当闩锁器221处在重置状态(reset state)时，第四晶体管M4及第五晶体管M5会导通(on)，而第三晶体管M3及第六晶体管M6则会截止(off)。由于第五晶体管M5导通，因此工作电压VDD会对第二可变电容243充电，使得连接第二可变电容243的第二比较器2233的输入端2232为高电位。此外由于第四晶体管M4导通，使得第一可变电容241会经由第四晶体管M4进行放电，使得连接第一可变电容241的第一比较器2231的输入端2232为低电位，例如电位接近Vref，此时第一比较器2231的输出端2234便变为高电位。

如此一来将会驱使闩锁器221进入设定状态(set state)，并使得第四晶体管M4及第五晶体管M5截止(off)，而第三晶体管M3及第六晶体管M6则会导通(on)。由于第三晶体管M3导通，因此工作电压VDD会对第一可变电容241充电，使得连接第一可变电容241的第一比较器2231的输入端2232为高电位。此外由于第六晶体管M6导通，使得第二可变电容243会经由第六晶体管M6进行放电，使得连接第二可变电容243的第二比较器2233的输入端2232为低电位，例如电位接近Vref，此时第二比较器2233的输出端2234便变为高电位，并驱使闩锁器221进入重置状态(reset state)。

通过上述步骤的反复进行，便可使得振荡区块21产生振荡信号。此外由上述的步骤可得知，可调式振荡装置20主要是通过电源供应单元25所提供的电流I对第一可变电容241及第二可变电容243进行充电及放电，以产生振荡信号。因此电流I的大小及可变电容24的电容值，都会影响振荡区块21产生的振荡信号的频率。

为此可通过可变电阻273、第二晶体管271及/或连接第二晶体管271的开关单元26，来调整电源供应单元25所产生的电流I的大小，进而改变振荡区块21所产生的振荡信号的频率。此外亦可通过调整第一可变电容241及第二可变电容243的电容值，来改变第一可变电容241及第二可变电容243充放电的时间，进而达到调整振荡区块21产生的振荡信号的频率的目的。

在本发明上述实施例中具体说明了可调式振荡装置的电路构造，然而上述的电路构造仅为本发明一具体的实施方式，并不为本发明的范围限制。在本发明所属技术领域中具通常知识者，可依据本发明的特点更换不同型式的振荡装置，同样可达到本发明所述的功效，并应属于本发明所主张的范围。

在本发明实施例中，两个反相器225的其中一个接脚连接工作电压VDD，而另一个接脚连接电源供应单元25，例如第三晶体管M3及第五晶体管M5的源极连接工作电压VDD，而第四晶体管M4及第六晶体管M6的源极则连接电源供应单元25。

在不同实施例中，电源供应单元25可包括二个或两个以上的输出端，分别电性连接两个反相器225的其中一个接脚及两个比较器223的其中一个输入端2232，并可分别提供电流给两个反相器225及两个比较器223。例如电源供应单元25可连接第三晶体管M3及第五晶体管M5的源极，及连接两个比较器223的其中一个输入端2232，而串联的可变电阻273及第二晶体管271则同样电性连接电源供应单元25。当电源提供单元25提供电流给串联的可变电组273及第二晶体管271时，两者将会在两个比较器223的其中一个输入端2232上形成参考电压Vref，如图4所示。

具体来说电源供应单元25可分别提供相同或不同的电流给两个反相器225及两个比较器223。例如电源供应单元25可提供第一电流I1给两个比较器223的其中一个输入端2232及串联的可变电阻273及第二晶体管271，此外电源供应单元25亦提供相同或不同的第二电流I2给两个反相器225的其中一个接脚。

在本发明实施例中，第一可变电容241及第二可变电容243分别串联一第一晶体管23。在不同实施例中，第一可变电容241及第二可变电容243亦可共享一个第一晶体管23，换句话说，第一可变电容241及第二可变电容243连接同一个第一晶体管23，并可减少第一晶体管23的设置数量，如图5所示。

在本发明上述实施例中，第一晶体管13/23及第二晶体管171/271皆连接成二极管形式，然而在实际应用时，第一晶体管13/23及第二晶体管171/271并不限制要连接成二极管形式。如图6所示，第一晶体管23及第二晶体管271皆未连接成二极管形式，其中第二晶体管271串联可变电阻273，并电性连接电源供应单元25及两个比较器223的其中一个输入端2232，例如第二晶体管271的漏极通过可变电阻273电性连接电源供应单元25及两个比较器223的其中一个输入端2232，而第二晶体管271的栅极则电性连接电源供应单元25及两个比较器223的其中一个输入端2232。

第二晶体管271可等效为电阻，并于第二晶体管271的两端(如漏极及源极)形成电压差，藉此可降低可变电阻273需要提供的电阻值及设置面积。此外当第二晶体管271不连接成二极管形式时，连接两个可变电容24的第一晶体管23亦不需要连接成二极管形式，例如第一晶体管23的漏极连接两个反相器225的其中一个脚位，而第一晶体管23的栅极则连接其中一个反相器225的输出端2253。第一晶体管23可与第二晶体管271匹配，并可降低温度变化对振荡21产生的振荡信号的频率所造成的影响。

在本发明中所述的连接指的是一个或多个物体或构件之间的直接连接或者是间接连接，例如可在一个或多个物体或构件之间存在有一个或多个中间连接物。

说明书的系统中所描述的也许、必须及变化等字眼并非本发明的限制。说明书所使用的专业术语主要用以进行特定实施例的描述，并不为本发明的限制。说明书所使用的单数量值(如一个及该个)亦可为多个，除非在说明书的内容有明确的说明。例如说明书所提及的一个装置可包括有两个或两个以上的装置的结合，而说明书所提的一物质则可包括有多种物质的混合。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可调式振荡装置，其特征在于，包括：

一振荡区块，包括：

一振荡单元；

一个或多个可变电容，电性连接该振荡单元，其中该振荡单元用以控制该可变电容进行充电或放电；

至少一第一晶体管，电性连接该可变电容；

一电源供应单元，电性连接该振荡区块，并向该振荡区块提供电流；

至少一第二晶体管；及

至少一可变电阻，串联该第二晶体管，其中串联的该第二晶体管及该可变电阻电性连接该电源 供应单元，其中连接该可变电容的该第一晶体管匹配连接该可变电阻的该第二晶体管，以降低温度变化对振荡区块产生的振荡信号的频率所造成的影响。

2.如权利要求1所述的可调式振荡装置，其特征在于，其特征在于，该第一晶体管及该第二晶体管连接成为二极管型式。

3.如权利要求1所述的可调式振荡装置，其特征在于，还包括多个开关单元，分别并联各个该第一晶体管及该第二晶体管。

4.如权利要求1所述的可调式振荡装置，其特征在于，其特征在于，该可调式振荡装置为一弛张振荡器。

5.如权利要求1所述的可调式振荡装置，其特征在于，其特征在于，该振荡单元包括：

一闩锁器，包括两个输入端及两个输出端；

两个比较器，分别包括两个输入端及一输出端，其中该两个比较器的输出端分别电性连接该闩锁器的两个输入端；

两个反相器，包括一输入端及一输出端，其中该两个反相器的输入端分别电性连接该闩锁器的两个输出端，而该两个反相器的输出端则分别电性连接该两个比较器的其中一个输入端。

6.如权利要求5所述的可调式振荡装置，其特征在于，其特征在于，该电流供应单元包括：

一放大器，包括两个输入端及一输出端，其中串联的该第二晶体管及该可变电阻电性连接该放大器的其中一个输入端，而该放大器的输出端则负反馈至该输入端；

一电流镜，电性连接该放大器的输出端及该振荡区块。

7.如权利要求5所述的可调式振荡装置，其特征在于，其特征在于，该反相器为CMOS反相器。

8.如权利要求5所述的可调式振荡装置，其特征在于，其特征在于，该反相器电性连接该电源供应单元，且该电源供应单元用以提供电流给该反相器。

9.如权利要求1所述的可调式振荡装置，其特征在于，其特征在于，该第一晶体管及该可变电容的数量为多个，且该各个第一晶体管分别电性连接该各个可变电容。

10.如权利要求1所述的可调式振荡装置，其特征在于，其特征在于，该第一晶体管的数量为一个，并电性连接该可变电容。