TW200908562A - Frequency synthesizer - Google Patents

Description

200908562 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種頻率合成器。 【先前技術】 具有微處理機之大尺寸積體電路裝置已經被發展。通常，在 微處理機巾，執行程式所指示之健之作錄時朗步作業。 為了產生時鐘，採關相迴路（PLL ; phase 1()制一）之 頻率合成器電路經常被使用。 然而’因為鎖相迴路之相位雜訊直接地對系統產生影響，所 以設計具有低抖動之頻率合成器非常重要。 因此，本領域對改進之頻率合成器存在需求。 【發明内容】 本發明實施例提供一種頻率合成器。 依照本發明之實補’本發明提供—種具有低觸成分之頻 率合成器。 此外，實施例可提供能夠最小化功率消耗之一頻率合成器。 本發明之一實施例之頻率合成器包含：相位頻率偵測器，用 於根據參考訊號和比較訊號之間的偵測頻率差值和相位差值產生 上升訊號和下降訊號；電荷幫浦，根據上升訊號和下降訊號透過 200908562 充電或放電·輸出控制簡；電壓控制振盈器，依照電荷幫浦 輸出之控制訊號輸出某—頻率之訊號作為震盪輸出訊號；連接電 壓控制振ϋ之工_期似電路，歸補償讀週期；以及迴 授除法器’透補分震錄出訊號之頻率提供比較訊號至相位頻 率偵測器。 【實施方式】 以下，將結合圖式部份描述本發明之實施例。 「第1圖」所示係為實施例之頻率合成器之方塊圖。 依照實施例，主題頻率合成器100可適用於獲得65〇Μ赫之 輸出頻率特性。 请參考「第1圖」，頻率合成器1〇〇可包含相位頻率摘測器 (phase frequency detector ; PFD) 10、電荷幫浦（charge pump ; CP) 20、電壓控制振盪器（voltage controlled oscillator· (yCC〇 30、 工作週期修正電路（duty correction circuit ; DCC) 40以及迴授除 法器（feedbackdivider) 50。 另一實施例中，頻率合成器100可包含參考除法器（reference divider) 70以及後置除法器（post divider) όθ。依照一實施例，參 考除法器70可被設計為四位元可程式化除法器，迴授除法器50 可被設計為八位元可程式化除法器’後置除法器60可被設計為三 200908562 位元可程式化除法器。 「第2圖」所示係為實施例之相位頻率偵測器1〇之電路圖。 請參考「第2圖」’相位1G可侧參考訊號说和 比較訊號β之間的相位差值和頻率差值。當與參考訊號说之相 位相比’比較訊號β之相位被延遲時，相位頻率侧器1〇輪出 相位錯誤上升喊。細，當與參相號汉之她概，比較訊 號fs之相位被前移時，相位頻率偵測器10輸出相位錯誤下降訊 號。 ° 依照實施例，相位頻率偵測器10被設計成可偵_率和相位。 請再次參考「第1圖」’相位頻率侧器10比較參考訊號汉 ”比較訊?虎β ’並且輸出兩個訊號之間的頻率和相位差值之對應 相位錯誤上升/下降訊號至電荷幫浦，其巾參考訊號汉可為參 考除法$ 70之輸it；職，比較訊_可為迴授除法器如之輸出 訊號。 叫再-人參考「第2圖」’相位頻率躺器W其中可包含延遲 單7L 11，故樣畲相位錯誤上升/下降訊號同時變為高時 ’相位頻 率債測器1G最小化截止區縣之出現。 相位頻率偵測器丄〇之輸出訊號可被用於控制電荷幫浦如。這 可透過改欠電何幫浦20中包含的環路濃波器之值而被完成。 200908562 「第3圖」所示係為實施例之電荷幫浦2Q之電路圖。 電荷幫浦20可包含電流源和切換電路21、緩衝器、電路22以 及環路濾波器23。 電荷幫浦2〇根據相位錯誤上升訊號為環路滤波器Μ充電， 根據相位錯誤下降訊號為環路濾波器23放電。 環路滤波器23用作一低通濾波器。詳細地，環路滤波器幻 允許具有低鮮之輸出訊號從中通過，這樣輸出峨可被傳送至 電壓控制振盪器30。 依照-實施例，迴路!! 23包含—個電阻諸以及兩個 電容器C1和C2。濾期參數係考細路頻寬以及相位邊限(phase margin)被判定。-個實施射，迴路驗器23之最佳參數 C2和R1可透過選擇％。之相位邊限和1M之環路頻帶被判定。 電流源和切換電路21根據相位頻率侧器10輸出之相位錯 誤上升訊號和相位錯誤下降訊號作業。如果相位錯誤上升訊號被 輸入電流源和切換電路21，開關S1和S4被作業於開狀態，開關 S2和S3被作業於開狀態關狀態，從而供應充電電流至迴路淚波 器 23。 ~ 另外，如果相位錯誤下降訊號係接收自相位頻率偵測器…， 開關S1和S4被作業於關狀態，開關S2和S3被作業於開狀能， 200908562 允許放電電流從迴路渡波器23中被釋放。 開關S1和S2可為p型金氧半導體（pM〇s電晶體，開關幻 和S4可為N型金氧半導體（NMOS)電晶體。 迴路滤波H 23可透過充電電流和放電電流被充電和放電，這 樣鹏毅ϋ 23產生控制電壓，並且提供控機駐電壓控制振 盪器30。 Χ

C 緩衝電路22補彳貞電壓控制振mG巾出現的開關時間不 匹配以及電流邮配。每當p型金氧半導體和n型金氧半導體電 晶體分別透過相位錯誤上升/下降訊號被打開7關_，由於所 產生的電荷共享而出現開關時間不匹配和電流不匹配。 電流不匹配導致解合成n 100之抖動。 请參考「第3 ®」，緩翻f路22包含運算放大_•細^)。 因此’當開關S1和§4處於關壯a& # 處於關狀態並且開關S2和S3處於開狀能 時，緩衝器電路22應用負心 电何至電谷态cu。當開關S1和S4處 於開狀態細_和83處於嶋時，緩職路22應用正 電何至電紅Cd，從而·_間不匹配和電流秘配最小化。 依照電荷幫浦2〇之作業，土 。 路；慮波器23產生控制電壓，祐 :控制振盪器3〇 且輸出控細至電壓控制振堡器3〇,其中電壓 並 在此輕時於目標_處震里。 200908562 「第4圖」所示係為實施例之電壓控制振盪器3〇之電路圖。 電壓控制振盪器30可被分類為反向延遲鏈式振盪器（inverter delay chain type oscillator)或差分延遲鏈式振盪器（differential delay chain type oscillator)。請參考「第4圖」，依照一實施例，使 用差分延遲鏈式環型振盈器以減少供應電壓之雜訊。 環型振盛器可使用電流控制訊號(current control signal; Vcoii) 完成震盈作業。這裡，環型振盪器包含四分延遲單元3卜因 此，總相位延遲為360。。 電壓控制振盪器30可包含500 Μ赫至1〇00 M赫之頻率產生 乾圍’並且可處理10Μ赫至1〇〇Μ赫之輸入訊號。 電[控制振盞益30輸出頻率係由控制電壓控制的訊號。此輸 出訊號可被稱為震盡輸出訊號。 第5圖」所不係為實施例之工作週期修正電路⑼之電路圖。 工作週期修正電路4G可被增加至賴㈣顧H 30之輸出 終端’這樣頻率合成器刚之輸出工作週期比具有50现之值。 工作週期修正f路4G可具有差分結構。電晶㈣和42之寬 度和長度之尺寸可被麵，賴鮮合抑卿轉观之 週期比。 明再夂參考「第1圖」’透賴分振盪輸出峨之頻率，迴授 11 200908562 除法器50輪出比較訊號岱至相位頻率偵測器扣。 此外’頻率合成器KK)可更包含電源切斷模組90。電源切斷 模組90提供電源切斷模式，透過備用模< 中的切換作業降低 消耗。 _ '< 另一實施例中，頻率合成器觸可包含鎖定姻器8〇。一個 實施例中，鎖定侧器80可為10位元鎖定摘測器，用於判定鎖 f 定狀態。 鎖定偵測器80可被用於判定參考訊號汉和比較訊號β是否 已經被鎖定，其中參考訊號汉係為參考除法器7〇之輸出訊號， 比較訊號β係為迴授除法器50之輸出訊號。 依照使用鎖定偵測器80之一個實施例，如果1〇個連續比較 週期期間相位差值小於2納秒，鎖定偵測器80判定電流狀態為鎖 〔： 定狀態，然後輸出高位訊號。然而，如果1〇個連續比較週期期間 相位差值大於2納秒’鎖定偵測器80判定電流狀態為解鎖狀態， 然後輸出低位訊號。 頻率合成器100如上所述作業，這樣比較訊號包含與參考訊 號相同的相位，從而控制電壓控制振盪器30震盪於目標頻率。 因此’實施例可提供具有低抖動成分之頻率合成器。 此外，一實施例可提供能夠最小化功率消耗之頻率合成器。 12 200908562 說明書涉及的個實施例' "實施例"具有代表性的 實施例〃絲示結合實施·述之特職徵、結構或特性被包含 於本發明之至少-個實施射。說明書中不同位置出現這樣的詞 語並非全部指相_實施例。此外，特別的特點、結構或特徵係 結合任何實施例被描述時，被認為處於本領域技術人員之技術範 圍之内，以影響這些實施例特點、結構或特性。 雖然實施例已經結合-系列圖示之實施例被描述，但是應該 理解的是’本領域之技術人員所設計的各種其他修正及實施例將 屬於本發騎揭露之原理之精神和範圍之内。尤其地，在本發明 所揭露之内容、圖式以及所㈣請專利之範_，各種更改和修 正均屬於本㈣之標的之組合配置之元件和/或崎巾。除了元 件和/或配置之更改和修正之外，本領域之技術人員還顯然可看 出其他用法。 【圖式簡單說明】 第1圖所示係為本發明實施例之頻率合成器之方塊圖； 第2圖所示係為本發明實施例之相位頻率偵測器之電路圖； 第3圖所示係為本翻實施例之頻率合成器之電荷幫浦之電 路圖； ” 第4圖所示係為本發明實施例之頻率合成器之控制振盪 13 200908562 器之電路圖；以及 第5圖所示係為本發明實施例之頻率合成器之工作週期修正 電路之電路圖。 【主要元件符號說明】 10 相位頻率偵測器 11 延遲單元 20 電荷幫浦 21 電流源和切換電流 22 緩衝器電路 23 迴路濾波器 30 電壓控制振盪器 31 差分延遲單元 40 工作週期修正電路 41 > 42 電晶體 50 迴授除法器 60 後置除法器 70 參考除法器 80 鎖定偵測器 90 電源切斷模組 14 200908562 100 頻率合成器 15

Claims (1)

1. 200908562 十、申請專利範圍： 1. '種頻率合成恭，包含有： 一相位頻率細指，根據—參考訊號和—比較訊號之 間的-偵聰率差值和相位差值產生—上升訊號和—下降訊 號； 一電何幫浦’用於接收來自該相位頻耗測ϋ之該上升訊 號和該下降訊號，並且根據該上升訊號和該下降訊號透過充電 或放電輸出一控制訊號； 一電麼控制振盪ϋ，歸使肋電荷幫浦輸出之該控制訊 號輸出一震盪輸出訊號； 連接該電壓控她盪m功職修正桃，用於補償 該振盪輸出訊號之一工作週期；以及 一迴授除法n，用_分該震盪輸出訊號之—頻率，並且 輸出該劃分辭作為槪較峨至軸位醉偵測器。 2.如申請專利朗第1項所述之頻率合成器，更包含： 一參考除法H，用於齡—輸人鮮，並且輸出該劃分輸 入頻率作為該參考訊號至該相位頻率谓測器；以及 一後置除法器，用於劃分該缝輸出訊號之該頻率，並且 輸出該震蘯輪出訊號之該劃分頻率。 3·如㈣專利第2撕叙解合絲，財該參考除法器 16 200908562 包含一四位元可程式化除法器。 4. 如申凊專利她圍苐2項所述之頻率人# 貝成态，其中該後置除法器 包含一三位元可程式化除法器。 5. 如申請專利範圍第i項職之_合成器，其巾當該比較訊號 蝴目位概該參考訊號之該她被延猶，該她頻率_ 器輸出該上升職；以及，射當該*較訊號之軸位相比該 參考訊號之該她被前料，該她辭侧蹄出該下降訊 號0 6. 如申請專利範圍第5項所述之頻率合成器，其中該相位頻率债 測器包含-延遲單元，當該上升訊號和該下降訊號均為高時該 延遲單元被啟動。 7. 如申料利範圍第1項所述之頻率合成器，其中該電荷幫浦包 含： -電流源和切換電路’依照該她鮮侧^之該上升訊 號和該下降訊號透過完成一切換作業控制充電和放電作業丨 迴路濾波②，當該參考纖純比較訊號之㈤不存在頻 率和相位差值時，用於提供電流之該電流源和切換電路；以及 一緩衝器電路，被提供於該電流源和切換電路與該迴路濾 波β之間，用於補償開關時間失配和電流失配。 17 200908562 8. 如申請專利範圍第7項所述之頻率合成器，其中該迴路渡波器 包含一電阻器和平行一第二電容器之—第一電容器。 9. 如申請專利顧第丨述之鮮合絲，其巾該賴控制振 i器包含一差分延遲鏈式環型振盡器。 10. 如申請專利範圍第9項所述之頻率合成器，其中該電壓控制振 盪器包含四個差分延遲單元。 11. 如申請細刪1項所述之鱗合成器，其中該迴授除法器 包含一 8位元可程式化除法器。 12. 如申請專利棚第1項所述之頻率合成器，更包含-電源切 斷，透過-備用模式中的-切換作業阻止電源。 R如申請專繼圍第丨項所述之鱗合成器，更包含連接該相位

   頻率偵測ϋ之-默伽化，叫定該參考訊號和該比較訊號 之間的一鎖定狀態。 頻率合成器，其中該鎖定偵測 Η如申請專利範圍第13項所述之 盗包含—Ν立元鎖定4貞測器。