CN109257019A - 振荡器以及控制方法 - Google Patents

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CN109257019A CN201810503928.XA CN201810503928A CN109257019A CN 109257019 A CN109257019 A CN 109257019A CN 201810503928 A CN201810503928 A CN 201810503928A CN 109257019 A CN109257019 A CN 109257019A
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杨育哲
蔡松君
陈家源
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    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator

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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

本公开涉及一种振荡器及控制方法。振荡器包含一压控振荡电路以及一处理电路。压控振荡电路依据一数字信号产生一振荡频率。当数字信号为一第一信号值时，振荡频率为一第一振荡频率。处理电路依据第一振荡频率以及一目标振荡频率决定数字信号的一第二信号值，以调整振荡频率至一第二振荡频率。处理电路还依据目标振荡频率与第一振荡频率之间的第一频率差值和第二振荡频率与第一振荡频率之间的第二频率差值进行内插运算以决定该数字信号的目标信号值，以调整振荡频率至目标振荡频率。

Description

振荡器以及控制方法
技术领域
本公开中所述实施例内容涉及一种振荡器，且特别涉及一种压控振荡电路与控制其振荡频率的方法。
背景技术
振荡器的振荡频率是依据谐振槽的电感值以及电容值所决定。一般而言，可以通过控制电容值来调整振荡器的振荡频率。然而，当环境条件(例如：温度、电压)改变时，需耗费大量的时间才能决定出适当的控制信号来设定电容值，以使振荡器运行于预期的振荡频率。
发明内容
本公开内容的一实施方式涉及一种振荡器。振荡器包含一压控振荡电路以及一处理电路。压控振荡电路用以依据一数字信号产生一振荡频率。当数字信号为一第一信号值时，振荡频率为一第一振荡频率。处理电路用以依据第一振荡频率以及一目标振荡频率决定数字信号的一第二信号值，以调整振荡频率至一第二振荡频率。处理电路还用以一第一频率差值与一第二频率差值进行一内插运算以决定该数字信号的一目标信号值，以调整该振荡频率至该目标振荡频率，其中该第一频率差值为该目标振荡频率与该第一振荡频率之间的差，且该第二频率差值为该第二振荡频率与该第一振荡频率之间的差。
本公开内容的一实施方式涉及一种控制方法。控制方法包含：依据一数字信号产生一压控振荡电路的一振荡频率，其中当数字信号为一第一信号值时，振荡频率为一第一振荡频率；依据第一振荡频率以及一目标振荡频率决定数字信号的一第二信号值，以调整振荡频率至一第二振荡频率；以及依据一第一频率差值与一第二频率差值进行一内插运算以决定该数字信号的一目标信号值，以调整该振荡频率至该目标振荡频率，其中该第一频率差值为该目标振荡频率与该第一振荡频率之间的差，且该第二频率差值为该第二振荡频率与该第一振荡频率之间的差。
综上所述，通过上述至少一实施例，处理电路可快速决定目标信号值，以控制压控振荡电路运行于目标振荡频率。
附图说明
为让本公开的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是依照本公开一些实施例所示出的一种振荡器的示意图；
图2是依照本公开一些实施例所示出的图1的压控振荡电路的示意图；
图3是依照本公开一些实施例所示出的图2的可变电容阵列的示意图；
图4是依照本公开一些实施例所示出的第一振荡频率、第二振荡频率以及目标振荡频率的关系的示意图；以及
图5是依照本公开一些实施例所示出的一种控制方法的流程图。
符号说明
100：振荡器
102：压控振荡电路
104：处理电路
106：暂存器
202：可变电容阵列
500：控制方法
S520、S540、S560、S580：步骤
LUT：查找表
CVAR1、CVAR2、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7：电容器
N1、N2、N3：节点
M1、M2、M3、SW1、SW2、SW3：开关
VSW：数字信号
SSW1、SSW2：信号值
SSW3：目标信号值
S[1]、S[2]、S[3]：位元
VTUNE、VB：控制电压
VDD：供应电压
F、F1、F2：振荡频率
FDES：目标振荡频率
ΔF1、ΔF2：频率差值
L1：电感器
具体实施方式
下文是列举实施例配合所附附图作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本公开所涵盖的范围，而结构运行的描述并非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等技术效果的装置，皆为本公开所涵盖的范围。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。为便于理解，下述说明中相同元件或相似元件将以相同的符号标示来说明。
在本文中所使用的用词“耦接”亦可指“电性耦接”，且用词“连接”亦可指“电性连接”。“耦接”及“连接”亦可指两个或多个元件相互配合或相互互动。
图1是依照本公开一些实施例所示出的一种振荡器100的示意图。在一些实施例中，振荡器100包含压控振荡电路102、处理电路104以及暂存器106。处理电路104耦接压控振荡电路102以及暂存器106。处理电路104可提供数字信号VSW给压控振荡电路102。压控振荡电路102依据数字信号VSW产生对应的振荡频率F。处理电路104可检测压控振荡电路102基于数字信号VSW运行时的振荡频率F。举例而言，在一些实施例中，处理电路104包含计数器。此计数器用以依据压控振荡电路102所产生的具有振荡频率F的信号进行计数，以产生不同的数值。如此，处理电路104可依据此数值检测振荡频率F。
暂存器106用以记录数字信号VSW的不同信号值与振荡频率F之间的对应关系。举例而言，上述这些对应关系可由查找表(look-up table)LUT等方式实现于暂存器106。在一些实施例中，当处理电路104检测到振荡频率F，处理电路104可从查找表LUT中读取对应于振荡频率F的数字信号VSW的信号值。举例而言，处理电路104可依据计数器所产生的数值而至查找表LUT的对应位址读取数字信号VSW的信号值。上述关于处理电路104与暂存器106的设置方式仅为示例，本公开内容并不以此为限。
图2是依照本公开一些实施例所示出的图1的压控振荡电路102的示意图。在一些实施例中，压控振荡电路102包含可变电容阵列202、电感器L1、电容器CVAR1、电容器CVAR2、开关M1、开关M2以及开关M3。电感器L1接收供应电压VDD。可变电容阵列202与电感器L1耦接于节点N1以及节点N2。可变电容阵列202接收数字信号VSW，并依据数字信号VSW决定可变电容阵列202的电容值。电容器CVAR1耦接于节点N1与节点N3之间。电容器CVAR2耦接于节点N3与节点N2之间。节点N3接收控制电压VTUNE，以决定电容器CVAR1以及电容器CVAR2的电容值。举例而言，在一些实施例中，电容器CVAR1以及电容器CVAR2可由变容器(varactor，变容二极管，可变电抗器)实现。在一些实施例中，变容器可由晶体管实现。在此例中，用于实现变容器的晶体管的栅极接收控制电压VTUNE。如此，控制电压VTUNE改变，电容器CVAR1以及电容器CVAR2的电容值会相应改变。上述关于电容器CVAR1以及电容器CVAR2的实现方式仅为示例，本公开内容并不以此为限。
开关M1～M2交叉耦接(cross-coupled)。即开关M1的控制端与开关M2的一端耦接于节点N2，且开关M2的控制端与开关M1的一端耦接于节点N1。开关M3耦接于开关M1与地之间，且耦接于开关M2与地之间。开关M3接收控制电压VB且用以作为定电流源。在一些实施例中，可变电容阵列202、电感器L1、电容器CVAR1、电容器CVAR2设置为一谐振电路。开关M1～M2设置以产生一负阻抗以抵消此谐振电路的寄生电阻。如此，压控振荡电路102可开始产生具有振荡频率F的信号。
在一些实施例中，压控振荡电路102的振荡频率F可由以下公式(1)得到：
其中C是可变电容阵列202、电容器CVAR1以及电容器CVAR2的等效电容值，且L是电感L1的电感值。
如先前所述，可变电容阵列202的电容值依据数字信号VSW决定。当可变电容阵列202的电容值改变，公式(1)中的C将会相应地改变，借此相应地改变压控振荡电路102的振荡频率F。换言之，压控振荡电路102的振荡频率F可通过数字信号VSW而被改变。
上述压控振荡电路102仅用于示例，其他各种压控振荡电路102的设置方式亦为本公开内容所涵盖的范围。
图3是依照本公开一些实施例所示出的图2的可变电容阵列202的示意图。在一些实施例中，可变电容阵列202为N位元可变电容阵列。N为正整数。可变电容阵列202的第n个位元对应于2(n-1)个电容器。n为正整数且小于或等于N。
在一些实施例中，数字信号VSW的信号值由多个位元组成，其分别对应于N位元可变电容阵列。以图3示例而言，数字信号VSW的信号值的第1个位元S[1]对应于电容器C1。数字信号VSW的信号值的第2个位元S[2]对应于电容器C2～C3。数字信号VSW的信号值的第3个位元S[3]对应于电容器C4～C7。
具体而言，电容器C1与开关SW1串联于节点N1与节点N2之间，其中开关SW1受数字信号VSW的信号值的第1个位元S[1]控制。电容器C2与电容器C3并联，且电容器C2～C3与开关SW2串联于节点N1与节点N2之间，其中开关SW2受数字信号VSW的信号值的第2个位元S[2]控制。电容器C4～C7彼此并联，且电容器C4～C7与开关SW3串联于节点N1与节点N2之间，其中开关SW3受数字信号VSW的信号值的第3个位元S[3]控制。以此类推，可推得N位元可变电容阵列与数字信号VSW之间的设置方式。
通过上述配置，可变电容阵列202的电容值可通过调整数字信号VSW而改变。当可变电容阵列202的电容值改变时，可变电容阵列202、电容器CVAR1以及电容器CVAR2的等效电容值将相应地改变。基于上述公式(1)，当等效电容值改变时，压控振荡电路102的振荡频率F将相应地改变。上述可变电容阵列202仅为示例，其他各种可变电容阵列202的设置方式亦为本公开内容所涵盖的范围。
图4是依照本公开一些实施例所示出的振荡频率F1、振荡频率F2以及目标振荡频率FDES的关系的示意图。图5是依照本公开一些实施例所示出的一种控制方法500的流程图。以下请一并参考图1至图5。
在步骤S520中，处理电路104检测压控振荡电路102基于数字信号Vsw的信号值SSW1运行时的振荡频率F1。在一些实施例中，当振荡器100上电时，压控振荡电路102依据数字信号Vsw的信号值SSW1产生初始振荡频率(例如：振荡频率F1)。在一些实施例中，处理电路104依据振荡频率F1从暂存器106中的查找表LUT中读取对应振荡频率F1的数字信号VSW的信号值SSW1。
在步骤S540中，处理电路104依据振荡频率F1以及目标振荡频率FDES将数字信号VSW由信号值SSW1调整为信号值SSW2。在一些实施例中，处理电路104包含一频率检测器，其用以比较振荡频率F1以及目标振荡频率FDES。当振荡频率F1与目标振荡频率FDES不相同时，处理电路104依据一预设值M将信号值SSW1调整为信号值SSW2。
举例而言，当振荡频率F1小于目标振荡频率FDES时，处理电路104产生信号值SSW2以降低可变电容阵列202的电容值。如此，振荡频率F1可被提升至较高的振荡频率。或者，当振荡频率F1大于目标振荡频率FDES时，处理电路104产生信号值SSW2以提高可变电容阵列202的电容值。如此，可降低振荡频率F1。
若可变电容阵列202的开关SW1～SW3是由N型晶体管实现，当振荡频率F1小于(大于)目标振荡频率FDES时，处理电路104将信号值SSW1与预设值M相减(相加)以产生信号值SSW2。假设信号值SSW1为111(亦即S[3]＝1，S[2]＝1，S[1]＝1)。在这种情况下，开关SW1～SW3皆导通。此时电容器C1～C7彼此串联。可变电容阵列202的电容值实质上等于电容器C1～C7的电容值的加总。若振荡频率F1小于目标振荡频率FDES(如图4所示)，处理电路104将数字信号VSW1减去预设值M(例如，M＝6，其对应的位元为110)以产生信号值SSW2为001。在这种情况下，开关SW1导通，但开关SW2以及开关SW3截止。此时，可变电容阵列202的电容值实质上等于电容器C1的电容值。换言之，可变电容阵列202的电容值降低，以将振荡频率F1提升至振荡频率F2。
或者，在其他的例子中，若可变电容阵列202的开关SW1～SW3是由P型晶体管实现，当振荡频率F1小于(大于)目标振荡频率FDES时，处理电路104将数字信号VSW1与预设值M相加(相减)以产生数字信号VSW2。此处的操作可依据上述段落相应类推，故不再重复说明。
在一些实施例中，电容器C1～C7的电容值为相同或部分相同。在一些实施例中，上述预设值M可依据电容器C1～C7的电容值调整。举例而言，当电容器C1～C7的电容值为相同且此电容值越大时，预设值M可设定成越小。在一些实施例中，预设值M亦可依据振荡器100的线性度要求而定。通过考量振荡器的线性度要求来设定预设值M，可以得到较精确的振荡频率F2，以提高后面所提及的内插运算的准确度。
在步骤S560中，处理电路104检测压控振荡电路102基于数字信号Vsw的信号值SSW2运行时的振荡频率F2。在一些实施例中，当数字信号VSW的信号值由SSW1调整为SSW2后，可变电容阵列202基于数字信号VSW的信号值SSW2产生振荡频率F2。而处理电路104的计数器可据此检测可变电容阵列202所产生振荡频率F2。
在步骤S580中，处理电路104依据频率差值ΔF2与频率差值ΔF1进行内插运算，以决定对应于目标振荡频率FDES的一目标信号值SSW3。
在一些实施例中，处理电路104计算振荡频率F2与振荡频率F1之间的差以决定频率差值ΔF1，且计算目标振荡频率FDES与振荡频率F1之间的差以决定频率差值ΔF2。如图3所示，在一些实施例中，处理电路104可根据频率差值ΔF1以及频率差值ΔF2进行内插运算，以有效率地决定目标振荡频率FDES所对应的目标信号值SSW3。
举例而言，处理电路104可依据频率差值ΔF1、频率差值ΔF2以及上述预设值M计算出目标调整值P。在一些实施例中，目标调整值P可由以下公式(2)得到：
基于上述公式(2)，处理电路104依据频率差值ΔF2与频率差值ΔF1之间的比例以及预设值M来计算数字信号VSW的信号值需调整的量值(亦即目标调整值P)为何。接着，处理电路104依据目标调整值P以及信号值SSW1产生目标信号值SSW3。在一些实施例中，目标信号值SSW3可由以下公式(3)得到：
SSW 3＝SSW1+PΛ (3)
举例而言，若信号值SSW1为001且P为3(其对应位元为011)，目标信号值SSW3则为100。据此，处理电路104传送具有目标信号值SSW3的数字信号VSW给可变电容阵列202，以决定可变电容阵列202中这些开关的状态(例如：导通或截止)。通过决定这些开关的状态，可变电容阵列202的电容值可被调整。如此，可变电容阵列202、电容器CVAR1以及电容器CVAR2的等效电容值可被调整以实质上等于目标电容值。据此，此目标电容值与电感器L1的电感值L可使得压控振荡电路102的振荡频率为目标振荡频率FDES。
换言之，通过上述式(2)～(3)，在取得两个振荡频率F1与F2后，处理电路104可根据这些振荡频率F1与F2以及其相对应的信号值Ssw1与Ssw2快速地内插出目标信号值SSW3。于一些相关技术中，当环境条件(例如为操作温度、电压等等)改变时，需重新建立查找表。这将会耗费大量时间。相较于上述相关技术，处理电路104可快速决定目标信号值SSW3。在一些实施例中，控制方法500可重复执行多次，以增加目标信号值SSW3的精确度。
上述控制方法500的多个步骤仅为示例，并非限定需依照此示例中的顺序执行。在不违背本公开内容的各实施例的操作方式与范围下，在控制方法500下的各种操作应可适当地增加、替换、省略或以不同顺序执行。
综上所述，通过上述至少一实施例，处理电路可快速决定目标信号值，以控制压控振荡电路运行于目标振荡频率。
虽然本公开已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本公开，任何本领域具通常知识者，在不脱离本公开的构思构思和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本公开的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种振荡器，包含：
一压控振荡电路，用以依据一数字信号产生一振荡频率，其中当该数字信号为一第一信号值时，该振荡频率为一第一振荡频率；以及
一处理电路，用以依据该第一振荡频率以及一目标振荡频率决定该数字信号的一第二信号值，以调整该振荡频率至一第二振荡频率，
其中该处理电路还用以依据一第一频率差值与一第二频率差值进行一内插运算以决定该数字信号的一目标信号值，以调整该振荡频率至该目标振荡频率，
其中该第一频率差值为该目标振荡频率与该第一振荡频率之间的差，且该第二频率差值为该第二振荡频率与该第一振荡频率之间的差。
2.如权利要求1所述的振荡器，其中该压控振荡电路包含一可变电容阵列，该可变电容阵列用以接收该数字信号，且该可变电容阵列的一电容值依据该数字信号决定。
3.如权利要求2所述的振荡器，其中该处理电路还用以比较该第一振荡频率以及该目标振荡频率，以调整该数字信号。
4.如权利要求3所述的振荡器，其中当该第一振荡频率与该目标振荡频率不相同时，该处理电路依据一预设值将该数字信号自该第一信号值调整为该第二信号值。
5.如权利要求4所述的振荡器，其中当该第一振荡频率小于该目标振荡频率时，该可变电容阵列的一电容值依据该第二信号值被降低，且当该第一振荡频率大于该目标振荡频率时，该可变电容阵列的该电容值依据该第二信号值被提高。
6.如权利要求4所述的振荡器，其中当该第一振荡频率小于该目标振荡频率时，该处理电路依据该第一信号值与该预设值的一差值产生该第二信号值，且当该第一振荡频率大于该目标振荡频率时，该处理电路依据该第一信号值与该预设值的一总和产生该第二信号值。
7.如权利要求4所述的振荡器，其中该处理电路还用以依据该第一频率差值与该第二频率差值之间的一比例与该预设值的一乘积以决定一目标调整值，且将该第一信号值与该目标调整值相加以产生该目标信号值。
8.如权利要求1所述的振荡器，还包含：
一暂存器，用以存储一查找表，其中该处理电路还用以依据该第一振荡频率从该查找表中读取该数字信号的该第一信号值。
9.一种控制方法，包含：
依据一数字信号产生一压控振荡电路的一振荡频率，其中当该数字信号为一第一信号值时，该振荡频率为一第一振荡频率；
依据该第一振荡频率以及一目标振荡频率决定该数字信号的一第二信号值，以调整该振荡频率至一第二振荡频率；以及
依据一第一频率差值与一第二频率差值进行一内插运算以决定该数字信号的一目标信号值，以调整该振荡频率至该目标振荡频率，其中该第一频率差值为该目标振荡频率与该第一振荡频率之间的差，且该第二频率差值为该第二振荡频率与该第一振荡频率之间的差。
10.如权利要求9所述的控制方法，其中调整该数字信号包含：
依据该第一频率差值与该第二频率差值之间的一比例以及一预设值决定一目标调整值；
将该第一信号值与该目标调整值相加以产生该目标信号值；以及
调整该数字信号至该目标信号值以调整该振荡频率至该目标振荡频率。
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