TW201429154A - 倍頻器以及訊號倍頻方法 - Google Patents

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Abstract

一種倍頻器，包含：一第一阻抗模組，一第二阻抗模組，一第一路徑以及一第二路徑。第一路徑導通時，第一阻抗模組產生一第一輸出訊號且第二阻抗模組產生一第二輸出訊號。第二路徑導通時，第一阻抗模組產生一第三輸出訊號且第二阻抗模組產生一第四輸出訊號。第一路徑與第二路徑不同時導通，且第一、第三輸出訊號組出的一第一合成訊號的頻率以及第二、第四輸出訊號組出的一第二合成訊號的頻率為輸入訊號頻率的N倍，其中N為一正有理數。

Description

倍頻器以及訊號倍頻方法
本發明有關於具有倍頻器以及訊號倍頻方法，特別有關於可降低電能消耗的倍頻器以及訊號倍頻方法。
習知技術中，通常會以一倍頻器來使一訊號的頻率增加。然而，倍頻器通常僅產生單一輸出訊號，若欲產生差動訊號，則須額外增加電路。因此不僅會增加電能的消耗，亦增加了電路的面積。
因此，本發明之一目的為提供一種不使用額外的電路仍可產生差動訊號的倍頻器。
本發明之另一目的為提供一種不使用額外的電路仍可產生差動訊號的訊號倍頻方法。
本發明一實施例揭露了一種倍頻器，包含：一第一輸出端；一第二輸出端；一第一阻抗模組，其一端耦接一第一預定電位，另一端耦接至該第一輸出端；一第二阻抗模組，其一端耦接一第二預定電位，另一端耦接至該第二輸出端；一第一路徑，耦接於該第一輸出端和該第二輸出端之間；以及一第二路徑，耦接於該第一輸出端和該第二輸出端之間；其中該第一路徑以及該第二路徑分別接收一輸入訊號以及一反相輸入訊號，該反相輸入訊號的相位和該輸入訊 號反相，該第一路徑以及該第二路徑由該輸入訊號以及該反相輸入訊號決定導通或不導通；該第一路徑導通時，一第一電流自該第一阻抗模組流出並流經該第一路徑以流入該第二阻抗模組，藉此該第一阻抗模組在該第一輸出端產生一第一輸出訊號且該第二阻抗模組在該第二輸出端產生一第二輸出訊號；其中該第二路徑導通時，一第二電流自該第一阻抗模組流出並流經該第二路徑並流入該第二阻抗模組，藉此該第一阻抗模組在該第一輸出端產生一第三輸出訊號且該第二阻抗模組在該第二輸出端產生一第四輸出訊號；其中該第一路徑與該第二路徑不同時導通，且該第一輸出訊號與該第三輸出訊號組出的一第一合成訊號的頻率以及第二輸出訊號與該第四輸出訊號組出的一第二合成訊號的頻率為該輸入訊號頻率的N倍，其中N為一正有理數。
本發明一實施例揭露了一種訊號倍頻方法，使用在一倍頻器上。此倍頻器包含一第一路徑、一第二路徑、一第一阻抗模組以及一第二阻抗模組，此訊號倍頻方法包含：以該第一路徑以及該第二路徑分別接收一輸入訊號以及一反相輸入訊號，該反相輸入訊號的相位和該輸入訊號反相，該第一路徑以及該第二路徑由該輸入訊號以及該反相輸入訊號決定導通或不導通；使一第一電流在該第一路徑導通時自該第一阻抗模組流出並流經該第一路徑以流入該第二阻抗模組，以使該第一阻抗模組在該第一輸出端產生一第一輸出訊號且使該第二阻抗模組在該第二輸出端產生一第二輸出訊號；使一第二電流在該第二路徑導通時自該第一阻抗模組流出並流經該第一路徑以流入該第二阻抗模組，以使該第一阻抗模組在該第一輸出端產 生一第三輸出訊號且使該第二阻抗模組在該第二輸出端產生一第四輸出訊號；以該第一輸出訊號以及該第三輸出訊號合成出一第一合成訊號；以及以該第二輸出訊號以及該第四輸出訊號合成出一第二合成訊號；其中該第一路徑與該第二路徑不同時導通，且該第一合成訊號以及第二合成訊號的頻率為該輸入訊號頻率的N倍，其中N為一正有理數。
藉由前述之實施例，可以在不須額外電路的情況下，產生倍頻後的差動訊號，可降低電能消耗並減少電路面積。
第1圖繪示了根據本發明一實施例的倍頻器100。如第1圖所示，倍頻器100包含了一第一輸出端To1、一第二輸出端To2、一第一路徑101、一第二路徑103、一第一阻抗模組105以及一第二阻抗模組107。第一路徑101和第二路徑103均耦接於第一輸出端To1和第二輸出端To2之間。其中第一路徑101以及第二路徑103分別接收一輸入訊號Vin+以及一反相輸入訊號Vin-。反相輸入訊號Vin-的相位和輸入訊號Vin+反相，第一路徑101以及第二路徑103由輸入訊號Vin+以及反相輸入訊號Vin-決定導通或不導通。第一路徑101導通時，一第一電流I1自第一阻抗模組101流出並流經第一路徑101以流入第二阻抗模組107，藉此第一阻抗模組101在第一輸出端To1產生一第一輸出訊號Vo1且第二阻抗模組Vo2在第二輸出端To2產生一第二輸出訊號Vo2。第二路徑103導通時，一第二電流I2自第一阻抗模組105流出並流經第二路徑103並流入第二阻抗模組107， 藉此第一阻抗模組105在第一輸出端To1產生一第三輸出訊號Vo3且第二阻抗模組103在第二輸出端產To2產生一第四輸出訊號Vo4。第一輸出訊號Vo1與第三輸出訊號Vo3會合成出一第一合成訊號Vc1，且第二輸出訊號Vo2與第四輸出訊號Vo4會合成出一第二合成訊號Vc2。其中第一路徑101與第二路徑103不同時導通，且第一合成訊號Vc1的頻率以及第二合成訊號Vc2的頻率為輸入訊號Vin+或反相輸入訊號Vin-頻率的N倍，其中N為一正有理數。
第2圖繪示了第1圖所示的倍頻器之詳細電路的其中一例，但並非用以限定本發明。如第2圖所示，倍頻器100的第一路徑101包含了第一NMOSFET(N type metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)N1以及第一P NMOSFET(P type metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)P1。第二路徑103包含了第二NMOSFET N2以及第二PMOSFET P2。第一阻抗模組105包含了電感L1以及可變電容Ca1，而第二阻抗模組107包含了電感L2以及可變電容Ca2。第一NMOSFET N1包含了第一端T1N1、第二端T2N1以及控制端TCN1。第一PMOSFET P1包含了第一端T1P1、第二端T2P1以及控制端TCP1。第二NMOSFET N2包含了第一端T1N2、第二端T2N2以及控制端TCN2。第二PMOSFET P2包含了第一端T1P2、第二端T2P2以及控制端TCP2。各元件間的連接關係已詳細繪示於第2圖，故在此不再贅述。請留意NMOSFET以及PMOSFET亦可由其他類型的電晶體所代替。
第3圖繪示了第2圖所示的倍頻器之電流以及各訊號間關係的示意圖，請交互參照第2圖和第3圖以了解第2圖所示的倍頻器之作 動方式。第一路徑101的第一NMOSFET N1的控制端TCN1以及第一PMOSFET P1的控制端TCP1分別接收輸入訊號Vin+以及反相輸入訊號Vin-。因此第一路徑101會在輸入訊號Vin+為高準位且反相輸入訊號Vin-為低準位時導通(第3圖中的週期T1以及T3)。第二路徑103的第二NMOSFET N2的控制端TCN2以及第二PMOSFET P2的控制端TCP2分別接收反相輸入訊號Vin-以及輸入訊號Vin+。因此第二路徑103會在輸入訊號Vin+為低準位且反相輸入訊號Vin-為高準位時導通(第3圖中的週期T2以及T4)。第一路徑101導通時，因為第一阻抗模組105以及第二阻抗模組107有電感L1和L2的存在，因此會共振出如第3圖所示的第一輸出訊號Vo1和第二輸出訊號Vo2。同樣的，第二路徑103導通時，因為第一阻抗模組105以及第二阻抗模組107有電感L1和L2的存在，因此會共振出如第3圖所示的第三輸出訊號Vo3和第四輸出訊號Vo4。藉由前述的動作，會在第一輸出端T1產生第一合成訊號Tc1，而在第二輸出端T2產生第二合成訊號Tc2。其中第一合成訊號Tc1為第一輸出訊號Vo1和第三輸出訊號Vo3合成而成，而第二合成訊號Tc2為第二輸出訊號Vo2和第四輸出訊號Vo4合成而成。
在此實施例中，由於第一合成訊號Tc1和第二合成訊號Tc2是根據輸入訊號Vin+和反相輸入訊號Vin-共振而出，因此第一合成訊號Tc1和第二合成訊號Tc2的頻率和輸入訊號Vin+和反相輸入訊號Vin-的頻率會是倍數關係。於此例中，第一合成訊號Tc1和第二合成訊號Tc2的頻率為輸入訊號Vin+和反相輸入訊號Vin-頻率的兩倍，但並不限定。藉由調整第一阻抗模組105以及第二阻抗模組107中的電 感值或電容值，可調整兩頻率間的關係。也就是說第一合成訊號Tc1和第二合成訊號Tc2的頻率為輸入訊號Vin+和反相輸入訊號Vin-頻率的N倍，而N可為正有理數。
第4圖至第6圖繪示了第1圖所示的倍頻器之詳細電路的其他例子。在第4圖中，倍頻器400更包含電容C1和C2。電容C1的一端耦接於第一NMOSFET N1的第二端T2N1，另一端耦接地電位。電容C2的一端耦接於第二NMOSFET N2的第二端T2N2，另一端耦接地電位。藉由這樣的結構，可以減少雜訊並使電流更穩定。請再參照第2圖，在第2圖中，第一NMOSFET N1以及第二NMOSFET N2的第二端T2N1、T2N2不互相耦接，且第一PMOSFET P1以及第二PMOSFET P2的第二端T2P1、T2P2不互相耦接。然而，在第5圖的實施例中，倍頻器500的第一NMOSFET N1以及第二NMOSFET N2的第二端T2N1、T2N2和第一PMOSFET P1以及第二PMOSFET P2的第二端T2P1、T2P2耦接在同一連接點Tc上。藉由第5圖的結構，可讓電路設計上較為容易。而在第6圖的實施例中，倍頻器600更包含了一電容C，其一端耦接連接點Tc而另一端耦接地電位。藉由這樣的結構，可以減少雜訊並使電流更穩定。
根據前述的實施例，可得到一訊號倍頻方法，如第7圖所示，其包含了下列步驟：
步驟701
以第一路徑101以及第二路徑103分別接收一輸入訊號Vin+以及一反相輸入訊號Vin-。反相輸入訊號Vin-的相位和輸入訊號Vin+ 反相，第一路徑101以及第二路徑103由輸入訊號Vin+以及反相輸入訊號Vin-決定導通或不導通。
步驟703
使一第一電流I1在第一路徑101導通時自第一阻抗模組105流出並流經第一路徑101以流入該第二阻抗模組107，以使第一阻抗模組105在第一輸出端To1產生一第一輸出訊號Vo1且使第二阻抗模組107在第二輸出端To2產生一第二輸出訊號Vo2。
步驟705
使一第二電流I2在第二路徑103導通時自第一阻抗模組105流出並流經第二路徑103以流入該第二阻抗模組107，以使第一阻抗模組105在第一輸出端To1產生一第三輸出訊號Vo3且使第二阻抗模組107在第二輸出端To2產生一第四輸出訊號Vo4。
步驟707
以第一輸出訊號Vo1以及第三輸出訊號Vo3合成出一第一合成訊號Vc1。
步驟709
以第二輸出訊號Vo2以及第四輸出訊號Vo4合成出一第二合成訊號Vc2。
其中第一路徑101與第二路徑103不同時導通，且第一合成訊號 Vc1以及第二合成訊號Vc2的頻率為該輸入訊號頻率的N倍，其中N為一正有理數。
前述的第一合成訊號Vc1以及第二合成訊號Vc2可組成一差動訊號，但亦可視為兩單獨的訊號。因此，前述倍頻器可視為產生差動訊號的倍頻器，但亦可視為產生兩單獨訊號的倍頻器。
藉由前述之實施例，可以在不須額外電路的情況下，產生倍頻後的差動訊號，可降低電能消耗並減少電路面積。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、400、500、600‧‧‧倍頻器
101‧‧‧第一路徑
103‧‧‧第二路徑
105‧‧‧第一阻抗模組
107‧‧‧第二阻抗模組
To1‧‧‧第一輸出端
To2‧‧‧第二輸出端
C、C1、C2‧‧‧電容
L1、L2‧‧‧電感
Ca1、Ca2‧‧‧可變電容
N1‧‧‧第一NMOSFET
N2‧‧‧第二NMOSFET
P1‧‧‧第一PMOSFET
P2‧‧‧第二PMOSFET
T1N1、T1N2、T1P1、T1P2‧‧‧第一端
T2N1、T2N2、T2P1、T2P2‧‧‧第二端
TCN1、TCN2、TCP1、TCP2‧‧‧控制端
Tc‧‧‧連接點
第1圖繪示了根據本發明一實施例的倍頻器。
第2圖繪示了第1圖所示的倍頻器之詳細電路的其中一例。
第3圖繪示了第2圖所示的倍頻器之電流以及各訊號間關係的示意圖。
第4圖至第6圖繪示了第1圖所示的倍頻器之詳細電路的其他例子。
第7圖繪示了根據本發明一實施例的訊號倍頻方法。
100、200、400、500、600‧‧‧倍頻器
101‧‧‧第一路徑
103‧‧‧第二路徑
105‧‧‧第一阻抗模組
107‧‧‧第二阻抗模組
To1‧‧‧第一輸出端
To2‧‧‧第二輸出端

Claims (11)

  1. 一種倍頻器，包含：一第一輸出端；一第二輸出端；一第一阻抗模組，其一端耦接一第一預定電位，另一端耦接至該第一輸出端；一第二阻抗模組，其一端耦接一第二預定電位，另一端耦接至該第二輸出端；一第一路徑，耦接於該第一輸出端和該第二輸出端之間；以及一第二路徑，耦接於該第一輸出端和該第二輸出端之間；其中該第一路徑以及該第二路徑分別接收一輸入訊號以及一反相輸入訊號，該反相輸入訊號的相位和該輸入訊號反相，該第一路徑以及該第二路徑由該輸入訊號以及該反相輸入訊號決定導通或不導通；當該第一路徑導通時，一第一電流自該第一阻抗模組流出並流經該第一路徑以流入該第二阻抗模組，藉此該第一阻抗模組在該第一輸出端產生一第一輸出訊號且該第二阻抗模組在該第二輸出端產生一第二輸出訊號；當該第二路徑導通時，一第二電流自該第一阻抗模組流出並流經該第二路徑並流入該第二阻抗模組，藉此該第一阻抗模組在該第一輸出端產生一第三輸出訊號且該第二阻抗模組在該第二輸出端產生一第四輸出訊號；其中該第一路徑與該第二路徑不同時導通，且該第一輸出訊號與該第三輸出訊號合成出的一第一合成訊號的頻率以及第二輸出訊 號與該第四輸出訊號合成出的一第二合成訊號的頻率為該輸入訊號的頻率的N倍，其中N為一正有理數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的倍頻器，更包含一第一電容，一端耦接於該第一路徑，另一端耦接一地電位；以及一第二電容，一端耦接於該第二路徑，另一端耦接一地電位。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的倍頻器，更包含：一電容，一端耦接至該第一路徑以及該第二路徑，另一端耦接至一地電位。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的倍頻器，其中該第一路徑包含：一第一類型一電晶體，具有耦接該第一輸出端的一第一端，並具有一第二端以及接收該輸入訊號的一控制端；以及一第一類型二電晶體，具有耦接該第一類型一電晶體的該第二端的一第一端，耦接該第二輸出端的一第二端，以及接收該反相輸入訊號的一控制端；其中該第二路徑包含：一第二類型一電晶體，具有耦接該第一輸出端的一第一端，並具有一第二端以及接收該反相輸入訊號的一控制端；以及一第二類型二電晶體，具有耦接該第二類型一電晶體的該第二端的一第一端，耦接該第二輸出端的一第二端，以及接收該輸 入訊號的一控制端。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的倍頻器，其中該第一類型一電晶體的該第二端以及該該第二類型一電晶體的該第二端不互相耦接，且該第一類型二電晶體的該第一端以及該該第二類型二電晶體的該第一端不互相耦接。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的倍頻器，更包含：一第一電容，一端耦接於該第一類型一電晶體的該第二端，另一端耦接一地電位；以及一第二電容，一端耦接於該第二類型一電晶體的該第二端，另一端耦接一地電位。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的倍頻器，其中該第一類型一電晶體的該第二端，該第二類型一電晶體的該第二端，該第一類型二電晶體的該第一端，以及該第二類型二電晶體的該第一端耦接於同一連接點。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的倍頻器，更包含：一電容，一端耦接至該連接點，另一端耦接至一地電位。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的倍頻器，其中該第一阻抗模組包含至少一電感元件，用以共振出該第一輸出訊號或該第三輸出訊 號，該第二阻抗模組包含至少一電感元件，用以共振出該第二輸出訊號或該第四輸出訊號。
  10. 一種訊號倍頻方法，使用在一倍頻器上，該倍頻器包含一第一路徑、一第二路徑、一第一阻抗模組以及一第二阻抗模組，該訊號倍頻方法包含：以該第一路徑以及該第二路徑分別接收一輸入訊號以及一反相輸入訊號，該反相輸入訊號的相位和該輸入訊號反相，該第一路徑以及該第二路徑由該輸入訊號以及該反相輸入訊號決定導通或不導通；使一第一電流在該第一路徑導通時自該第一阻抗模組流出並流經該第一路徑以流入該第二阻抗模組，以使該第一阻抗模組在該第一輸出端產生一第一輸出訊號且使該第二阻抗模組在該第二輸出端產生一第二輸出訊號；使一第二電流在該第二路徑導通時自該第一阻抗模組流出並流經該第一路徑以流入該第二阻抗模組，以使該第一阻抗模組在該第一輸出端產生一第三輸出訊號且使該第二阻抗模組在該第二輸出端產生一第四輸出訊號；以該第一輸出訊號以及該第三輸出訊號合成出一第一合成訊號；以及以該第二輸出訊號以及該第四輸出訊號合成出一第二合成訊號；其中該第一路徑與該第二路徑不同時導通，且該第一合成訊號以及該第二合成訊號的頻率為該輸入訊號頻率的N倍，其中N為一 正有理數。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的訊號倍頻方法，其中該第一阻抗模組以及該第二阻抗模組包含至少一電感元件，該訊號倍頻方法更包含：以該第一阻抗模組的該電感元件共振出該第一輸出訊號或該第三輸出訊號；以及以該第二阻抗模組的該電感元件共振出該第二輸出訊號或該第四輸出訊號。
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