CN106992780A - 电子装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电子装置及控制方法。电子装置包含压控振荡器以及偏压电路。压控振荡器包含变容器，压控振荡器在第一温度下输出振荡频率。偏压电路耦接变容器，偏压电路在第一温度下提供第一偏压至变容器，在第二温度下提供第二偏压至变容器，其中变容器具有第一温度系数，偏压电路根据第一温度系数的量值以及第二温度系数的量值产生第一偏压以及第二偏压。通过偏压电路在不同温度下提供不同偏压至压控振荡器中的变容器使得变容器的容值保持不变，而压控振荡器目标输出的振荡频率可因此不受温度影响，避免了振荡频率偏移的发生。

Description

电子装置及控制方法
技术领域
本案是有关于一种电子装置及控制方法，且特别是有关于一种振荡频率不受温度影响的电子装置及控制方法。
背景技术
当前通信系统及微处理器中常采用锁相回路电路来提供一个稳定的高频频率，因此，锁相回路电路广泛地使用于数字电视、通信芯片等电子产品中。
一般而言，锁相回路电路包含粗调节(coarse-tune)及细调节(fine-tune)电路区块。首先，粗调节电路区块根据数字信号控制固定电容阵列(DigitalControlled Capacitor Array,DCCA)，藉此改变LC共振腔的容值，进而初步选取一适当的频带。当频带选定后，接着再藉由细调节电路区块中的变容器改变LC共振腔的容值使回路稳定而精准输出目标的振荡频率。
然而，细调节电路区块中的变容器容值会随着温度而改变，此将同时影响锁相回路电路所输出的振荡频率。因此当振荡频率的变动超过细调节电路区块可调变的范围时，锁相回路则无法稳定而造成脱锁(lose lock)。
对于此现象目前常见的做法是在锁相回路电路中设置额外的变容器，使得此额外变容器随温度的容值变化和原先细调节电路区块中的变容器随温度的容值变化互相抵消，藉此降低振荡频率对于温度的偏移量，然而额外设置的变容器同时加大了系统中的容值，因此无可避免地降低了细调节电路区块可调变的范围，且额外设置的变容器亦引入新的噪声干扰路径。
发明内容
本案之一的实施例在于提供一种电子装置。电子装置包含压控振荡器及偏压电路。压控振荡器包含变容器，压控振荡器在第一温度下输出振荡频率。偏压电路耦接变容器，偏压电路在第一温度下提供第一偏压至变容器，在第二温度下提供第二偏压至变容器，其中变容器具有第一温度系数，偏压电路根据第一温度系数的量值以及第二温度系数的之量值产生第一偏压以及第二偏压。
本案之一的实施例在于提供一种电子装置。电子装置包含压控振荡器及偏压电路。压控振荡器包含电感、固定电容阵列以及可变电容阵列。固定电容阵列耦接电感，用以根据数字信号控制粗调电容。可变电容阵列包含变容器，其中压控振荡器在第一温度下输出振荡频率。偏压电路耦接变容器，偏压电路在第一温度下提供第一偏压至变容器，在第二温度下提供第二偏压至变容器，其中变容器具有第一温度系数，偏压电路根据第一温度系数的量值以及第二温度系数的量值产生第一偏压以及第二偏压。
本案的另一实施例在于提供一种控制方法，用于控制压控振荡器。压控振荡器包含变容器，其中压控振荡器在第一温度下输出振荡频率，变容器具有第一温度系数，控制方法包含：根据第一温度系数的量值以及第二温度系数的量值产生第一偏压以及第二偏压；在第一温度下提供第一偏压至变容器；以及在第二温度下提供第二偏压至变容器，使得变容器的容值不变，压控振荡器在第二温度下输出振荡频率。
综上所述，通过偏压电路在不同温度下提供不同偏压至压控振荡器中的变容器使得变容器的容值保持不变，而压控振荡器目标输出的振荡频率可因此不受温度影响，避免了振荡频率偏移的发生。
附图说明
图1为根据本案一实施例所绘示的一种电子装置的示意图；
图2为绘示控制信号对应振荡频率的示意图；
图3为绘示不同温度下控制信号对应振荡频率的示意图；
图4为根据本案一实施例所绘示的不同温度下控制信号对应振荡频率的示意图；
图5为根据本案一实施例所绘示一种偏压电路的示意图；以及
图6为根据本案一实施例所绘示的一种控制方法的流程图。
具体实施方式
关于本文中所使用的『耦接』或『连接』，均可指二或多个组件相互直接或间接作实体或电性接触，而『耦接』或『连接』还可指二或多个组件相互操作或动作。
参阅图1，第1图为根据本案一实施例所绘示的一种电子装置100的示意图。电子装置100适用于锁相回路电路，电子装置100包含压控振荡器110及偏压电路120。其中，电子装置100可以是数字电视、通信芯片或任何包含压控振荡器的电子装置。
压控振荡器110包含电感L、固定电容阵列112、可变电容阵列114以及放大器Gm。一般来说，压控振荡器110是通过被动组件，亦即电感L、固定电容阵列112以及可变电容阵列114中的电容产生谐振，再通过主动电路，亦即放大器Gm来补充被动组件谐振所损耗的能量，其中在不同的应用中放大器Gm的增益可为正值或负值。需提醒的是，图1所绘示的压控振荡器110仅为一实施例，实际应用中压控振荡器110可以应用于模拟锁相回路(APLL)、数字锁相回路(DPLL)、全数字锁相回路(ADPLL)或是任何包含压控振荡器的锁相回路电路。
固定电容阵列112耦接电感L，用以根据数字信号VD控制粗调电容C1。进一步来说，在本实施例中固定电容阵列112的多个粗调电容C1～Cm可根据一组数字信号VD选择性地接通和断开，藉此改变固定电容阵列112的等效容值，进而改变压控振荡器110的振荡频率f。振荡频率f可以公式(1)表示如下：
…公式(1)
其中，Lf为电感L的电感值，Cf为压控振荡器110的等效容值(注：如图1所示，一般来说压控振荡器110中除了包含固定电容阵列112的粗调电容C1外，在可变电容阵列114中仍有变容器116，故在公式(1)中Cf为压控振荡器110中所有电容的等效值)。此外，在一些实施例中，数字信号VD可以是两组或两组以上的数字信号。
举例来说，当固定电容阵列112中的一列粗调电容C1根据数字信号VD接通，将使压控振荡器110的振荡频率f为5.5GHz，当固定电容阵列112中的两列粗调电容C1～C2根据数字信号VD接通，将使压控振荡器110的振荡频率f为5GHz，又或当固定电容阵列112中的其中三列粗调电容C1～C3根据数字信号VD接通，将使压控振荡器110的振荡频率f为4.5GHz。在此，4.5GHz、5GHz及5.5GHz仅举例说明，实际应用中可为任意频率。如上所述，固定电容阵列112选择性地接通每一组态时，其振荡频率存在频率间隔(例如0.5GHz)，也就是说压控振荡器110可视为透过固定电容阵列112选取一适当的频带，例如当固定电容阵列112中的其中一列粗调电容C1根据数字信号VD接通，可视为选取了5.5GHz～5GHz的频带。
可变电容阵列114包含变容器116，当上述固定电容阵列112选取一适当的频带后，再藉由控制信号Vc控制可变电容阵列114中的变容器116来微调振荡频率，藉此精准输出压控振荡器110目标的振荡频率f。在此实施例中，振荡频率f可以进一步以公式(2)表示如下：
f＝f0+K·Vc…公式(2)；
其中，f0为上述固定电容阵列112耦接粗调电容C1后所得到的粗调振荡频率，K为振荡常数，Vc为控制信号。
进一步来说，一并参阅图1以及图2，图2系绘示控制信号Vc对应振荡频率f的示意图。值得注意的是，在图2的实施例中，因变容器116背板的节点B的电压为一固定值(即节点B的电压非由偏压电路120所驱动)，又振荡常数K为负值，故如公式(2)所示，振荡频率f随着控制信号Vc的电压增加而降低。此外，粗调振荡频率f0可以例如是5.5GHz，等同于振荡频率f对应控制信号Vc为0的情况。而当控制信号Vc逐渐增加时，例如由0V逐渐增加至1V时，振荡频率f可以由5.5GHz逐渐调整至5GHz。在此，振荡频率f对应控制信号Vc的数值关系仅为举例，在实际应用中可以为其它任意数值。
在一些实施例中，振荡常数K可以为正值，亦即振荡频率f随着控制信号Vc的电压增加而增加。
需注意的是，振荡常数K主要受变容器116的材料特性影响。例如当变容器116具有正的第一温度系数A1，亦即变容器116的容值随温度增加而上升，振荡常数K亦随之下降。另一方面，当变容器116具有负的第一温度系数A1，亦即变容器116的容值随温度增加而下降，振荡常数K亦随之上升。
进一步来说，参阅图3，图3为绘示在不同温度下控制信号Vc对应振荡频率f的示意图。曲线S1、S2、S3分别绘示振荡频率f在-40℃、42.5℃、125℃对应控制信号Vc的示意图。可以看到的是，随着温度从-40℃增加至125℃的过程中，由于变容器116本身具有正的第一温度系数A1，故变容器116的容值随温度增加而上升，进而导致振荡频率f对应控制信号Vc的关系逐渐由曲线S1偏移至曲线S2，再由曲线S2偏移至曲线S3，若以公式(2)来看，此偏移现象是由固定电容阵列112的粗调振荡频率f0的下降所导致。然而此偏移现象将造成压控振荡器110无法精准输出目标的振荡频率f，例如在-40℃的情况下，当控制信号Vc为500mV时，压控振荡器110将会输出约为5.25GHz的振荡频率f。然而在控制信号Vc不变的情况下，当温度逐渐增加至125℃，则压控振荡器110将会输出约为5.17GHz的振荡频率f。且可以看到的是，压控振荡器110在125℃的情况下将无法输出原先-40℃的情况下能够输出的5.5GHz的振荡频率f。
继续参阅图1，在此实施例中，偏压电路120耦接变容器116，偏压电路120在第一温度下提供第一偏压Vb1～Vbn至变容器116，在第二温度下提供第二偏压Vb1’～Vbn’(未绘示)至变容器116，使得压控振荡器110的等效容值变动不大。换句话说，分别在第一温度及第二温度的情况下，偏压电路120可使压控振荡器110均在同一控制信号Vc输出相同的振荡频率f。
更进一步来说，在一些实施例中，偏压电路120所输出的偏压是输出至变容器116背板的节点B，藉以调整变容器116的容值，使得压控振荡器110的等效容值不变，进而使得压控振荡器110在同一控制信号Vc的情况下输出相同的振荡频率f。
举例来说，第一温度可以例如是-40℃，第二温度可以例如是125℃，第一偏压可以例如是0.3V，第二偏压可以例如是0.5V，在一些实施例中，例如在变容器116的第一温度系数A1为正的情况下，第一偏压可以小于第二偏压。当温度由-40℃变化至125℃时，如前所述，由于变容器116的第一温度系数A1为正温度系数，因此变容器116的容值会逐渐增加，故可将此增加量视为第一偏移量。另一方面，当变容器116所接收到的偏压由0.3V变化至0.5V时，由于偏压Vb1～Vbn与控制信号Vc的电压的压差上升，，变容器116的容值将会逐渐减少，故可将此减少量视为第二偏移量，在此实施例中上述第一偏移量与第二偏移量互相抵消，亦即当温度由-40℃变化至125℃时，变容器116的容值增加量与减少量互相抵消使得压控振荡器110的容值保持不变。
一并参阅图4，图4为根据本案一实施例所绘示的在不同温度下控制信号Vc对应振荡频率f的示意图。曲线S1’、S2’、S3’分别绘示在-40℃、42.5℃、125℃控制信号Vc对应振荡频率f的示意图。随着温度从-40℃增加至42.5℃增加至125℃的过程中，尽管变容器116会随着温度逐渐增加，然而同时因为变容器116所接收到的偏压亦逐渐增加，故曲线S1’、S2’、S3’几乎完全重迭，特别是在指定的振荡频率下(即5.25Ghz)，不需调整控制信号Vc的电压即可使振荡频率在不同的温度下保持一致，亦即压控振荡器110所输出的振荡频率f并不受温度影响。通过偏压电路120在不同温度下提供不同偏压至可变电容阵列114中的变容器116，使得压控振荡器110目标输出的振荡频率f可因此不受温度影响。
参阅图5，图5为根据本案一实施例所绘示一种偏压电路的示意图。图5的偏压电路120a仅为图1的偏压电路120的一种实施例。偏压电路120a包含温度系数产生器122以及电压调节器124。在此实施例中，温度系数产生器122包含双极性接面晶体管M1～M3，电压调节器124包含分压电路D1～D3分别耦接双极性接面晶体管M1～M3的输出端。温度系数产生器122，具有第二温度系数A2，温度系数产生器122根据第二温度系数A2输出初始偏压信号V1～V3。在本实施例中，第二温度系数A2的量值大于第一温度系数A1的量值。
电压调节器124，耦接温度系数产生器122，用以分压初始偏压信号V1～V3并在第一温度下产生第一偏压Vb1～Vb3(在第一温度下端点A、B、C的电压)以及在第二温度下产生第二偏压Vb1’～Vb3’(未绘示，其为在第二温度下端点A、B、C的电压)。需补充的是，在一些实施例中，温度系数产生器122可以不限于包含双极性接面晶体管，亦可以是任何包含二极管的半导体装置或是其它具有温度系数的电子装置。
举例来说，第一及第二温度可分别例如是-40℃及125℃，第二温度系数A2来自于双极性接面晶体管M1～M3随着温度改变的导通电压，双极性接面晶体管M1～M3为npn型双极性接面晶体管，其基极与射极间的导通电压随着温度增加而降低，亦即第二温度系数A2为负值，因此初始偏压信号V1～V3随着温度增加而上升。需注意的是，第二温度系数A2的量值大于第一温度系数A1的量值，举例来说第二温度系数A2可以是-2单位/℃，变容器116的第一温度系数A1可以是+1单位/℃，第二温度系数A2之量值2单位/℃仍然大于第一温度系数A1之量值1单位/℃。如同上述，由于第二温度系数A2的量值大于第一温度系数A1的量值，亦即温度系数产生器122随着温度产生的变化较变容器116多，因此需通过分压电路D1～D3衰减初始偏压信号V1～V3并在第一温度下(-40℃)产生第一偏压Vb1～Vb3，由于初始偏压信号V1～V3随着温度增加而上升，故第一偏压Vb1～Vb3可因此随着温度增加而上升，藉此在第二温度下(125℃)产生第二偏压Vb1’～Vb3’。因此，偏压电路120在不同温度下提供不同偏压至可变电容阵列114中的变容器116使得变容器116的容值保持不变。
此外，在一些实施例中，第二温度系数A2的量值小于第一温度系数A1的量值，此时，电压调节器124将替换为用以放大初始偏压信号V1～V3的结构。举例来说第二温度系数A2可以是-1单位/℃，变容器116的第一温度系数A1可以是+2单位/℃，第二温度系数A2的量值1单位/℃仍然小于第一温度系数A1的量值2单位/℃。如同上述，在此实施例中由于第二温度系数A2的量值小于第一温度系数A1的量值，亦即温度系数产生器122随着温度产生的变化较变容器116少，因此电压调节器124可以不限于包含分压电路，亦可以是包含电压放大器(未绘示)或是其它能够放大信号的电子装置。
参阅图6，图6为根据本案一实施例所绘示的一种控制方法600的示意图。于此实施例中的控制方法600可配合用于先前实施例中的电子装置100上，但不以此为限。
于步骤S610，根据第一温度系数A1的量值以及第二温度系数A2的量值产生第一偏压Vb1～Vbn以及第二偏压Vb1’～Vbn’。
于步骤S620，在第一温度下提供第一偏压Vb1～Vbn至变容器116。
于步骤S630，在第二温度下提供第二偏压Vb1’～Vbn’至变容器116，使得压控振荡器110的整体容值不变，进而输出振荡频率f。
在一些实施例中，控制方法600进一步包含步骤S640(未绘示)，根据第二温度系数A2输出初始偏压信号V1～V3，其中第二温度系数A2的量值大于第一温度系数A1的量值。接着，执行步骤S650(未绘示)，衰减初始偏压信号V1～V3，并在第一温度下产生第一偏压Vb1～Vbn以及在第二温度下产生第二偏压Vb1’～Vbn’。
在一些实施例中，控制方法600进一步包含步骤S640'(未绘示)，根据第二温度系数A2输出初始偏压信号V1～V3，其中第二温度系数A2的量值小于第一温度系数A1的量值。接着，执行步骤S650'(未绘示)，放大初始偏压信号V1～V3，并在第一温度下产生第一偏压Vb1～Vbn以及在第二温度下产生第二偏压Vb1’～Vbn’。
综上所述，通过偏压电路在不同温度下提供不同偏压至压控振荡器中的变容器使得变容器的容值保持不变，而压控振荡器目标输出的振荡频率可因此不受温度影响，避免了振荡频率偏移的发生。
虽然本揭示内容已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本揭示内容，任何本领域技术人员，在不脱离本案精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本案保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
符号说明
100：电子装置
110：压控振荡器
112：固定电容阵列
114：可变电容阵列
116：变容器
120,120a：偏压电路
122：温度系数产生器
124：电压调节器
D1～D3：分压电路
M1～M3：双极性接面晶体管
C：电容
C1～Cm：粗调电容
Gm：放大器
R：电阻
L：电感
A,B,C：端点
Vb1～Vbn：第一偏压
Vc：控制信号
V1～V3：初始偏压信号
VD：数字信号
VDD：参考电压
S1～S3,S1’～S3’：曲线
600：方法
S610～S630：步骤。

Claims (10)

1.一种电子装置，包含：
一压控振荡器，包含至少一变容器，该压控振荡器在一第一温度下输出一振荡频率；以及
一偏压电路，耦接该至少一变容器，该偏压电路在该第一温度下提供至少一第一偏压至该至少一变容器，在一第二温度下提供至少一第二偏压至该至少一变容器，其中该至少一变容器具有一第一温度系数，该偏压电路根据该第一温度系数的量值以及一第二温度系数的量值产生该至少第一偏压以及该至少一第二偏压。
2.如权利要求1所述的电子装置，其中当温度由该第一温度变化至该第二温度时，该至少一变容器的容值具有一第一偏移量，当至少一变容器所接收到的偏压由该至少一第一偏压变化至该至少一第二偏压时，该至少一变容器的容值具有一第二偏移量，其中该第一偏移量与该第二偏移量互相抵消。
3.如权利要求1所述的电子装置，其中该偏压电路包含：
一温度系数产生器，具有该第二温度系数，该第二温度系数的量值大于该第一温度系数的量值，该温度系数产生器根据该第二温度系数输出至少一初始偏压信号；以及
一电压调节器，耦接该温度系数产生器，用以衰减该至少一初始偏压信号并在该第一温度下产生该至少一第一偏压以及在该第二温度下产生该至少一第二偏压。
4.如权利要求1所述的电子装置，其中该偏压电路包含：
一温度系数产生器，具有该第二温度系数，该第二温度系数的量值小于该第一温度系数的量值，该温度系数产生器根据该第二温度系数输出至少一初始偏压信号；以及
一电压调节器，耦接该温度系数产生器，用以放大该至少一初始偏压信号并在该第一温度下产生该至少一第一偏压以及在该第二温度下产生该至少一第二偏压。
5.如权利要求3所述的电子装置，其中该温度系数产生器包含至少一双极性接面晶体管，该电压调节器包含至少一分压电路分别耦接该至少一双极性接面晶体管的输出端。
6.一种电子装置，包含：
一压控振荡器，包含：
一电感；
一固定电容阵列，耦接该电感，用以根据一数字信号控制一粗调电容；以及
一可变电容阵列，包含至少一变容器，其中该压控振荡器在一第一温度下输出一振荡频率；以及
一偏压电路，耦接该至少一变容器，该偏压电路在该第一温度下提供至少一第一偏压至该至少一变容器，在一第二温度下提供至少一第二偏压至该至少一变容器，其中该至少一变容器具有一第一温度系数，该偏压电路根据该第一温度系数的量值以及一第二温度系数的量值产生该至少第一偏压以及该至少一第二偏压。
7.如权利要求6所述的电子装置，其中当温度由该第一温度变化至该第二温度时，该至少一变容器的容值具有一第一偏移量，当该至少一变容器所接收到的偏压由该至少一第一偏压变化至该至少一第二偏压时，该至少一变容器的容值具有一第二偏移量，其中该第一偏移量与该第二偏移量互相抵消。
8.一种控制方法，用于控制一压控振荡器，该压控振荡器包含至少一变容器，其中该压控振荡器在一第一温度下输出一振荡频率，该至少一变容器具有一第一温度系数，该控制方法包含：
根据该第一温度系数的量值以及一第二温度系数的量值产生至少一第一偏压以及至少一第二偏压；
在该第一温度下提供该至少一第一偏压至该至少一变容器；以及
在一第二温度下提供该至少一第二偏压至该至少一变容器。
9.如权利要求8所述的控制方法，进一步包含：
根据该第二温度系数输出至少一初始偏压信号，其中该第二温度系数的量值大于该第一温度系数的量值；以及
衰减该初始偏压信号，并在该第一温度下产生该至少一第一偏压以及在该第二温度下产生该至少一第二偏压。
10.如权利要求8所述的控制方法，进一步包含：
根据该第二温度系数输出至少一初始偏压信号，其中该第二温度系数的量值小于该第一温度系数的量值；以及
放大该初始偏压信号，并在该第一温度下产生该至少一第一偏压以及在该第二温度下产生该至少一第二偏压。
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