TW201435357A - 電壓與溫度補償的頻率轉換器 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種頻率轉電壓轉換系統，其可與時脈相關應用(諸如一閉合迴路振盪器)一起使用。該頻率轉電壓轉換系統包含經同步操作以在變動溫度及供應電壓條件下產生實質上相同之各自輸出電流之獨立電流源。該等電流源之一者用於產生一參考電壓，該等電流源之另一者用於依一預定斜坡給一電容器充電。可基於一輸入信號之一頻率而給該電容器選擇性充電及放電，且可比較該電容器之可變充電電壓之一平均值與該參考電壓以產生指示頻率之一類比輸出信號。

Description

電壓與溫度補償的頻率轉換器 【優先權】

本申請案主張2012年12月11日申請之美國臨時申請案第61/735,912號之優先權權利，該案以引用之方式併入。

本申請案係針對一種頻率轉換器，且更特定言之，本申請案係針對一種電壓與溫度補償的頻率轉換器。

頻率轉電壓轉換器接收具有一頻率之一交變電輸入信號，且提供與該電輸入信號之該頻率成比例之一類比輸出電壓。

一些頻率轉電壓轉換器係基於取樣及保持機構，其中在一充電階段期間給一電容器充電。就一取樣及保持頻率轉電壓轉換器而言，頻率變得越高，電容器充電越少以導致一對應之減小輸出電壓。該輸出電壓亦可與可具電壓及溫度相依性之一充電電流線性相關。由該取樣機構產生之寄生電容雜訊亦可與該輸出電壓線性相關。

因此，此等方法均不適合於高準確度時脈設計。

本發明揭示一種頻率轉電壓轉換器系統，其操作以提供一電輸入信號之一頻率轉一類比輸出信號之一對應電壓位準之高準確度轉換。該系統包含獨立操作以同步提供保持大小實質上相等之各自電流 之一第一電流源及一第二電流源。包含於該頻率轉電壓轉換器系統中之一轉換器電路接收具有一頻率之一輸入信號。該轉換器電路使用該第一電流源及該第二電流源來產生具有對應於該頻率之一大小之一類比輸出信號。該系統藉由自溫度及供應電壓之變動解耦合頻率轉換而提供增加準確度及抖動控制。

轉換器電路可包含一充電/放電電路及一參考電路。第一電流源可將一第一電流供應至該充電/放電電路，且第二電流源可將一第二電流供應至該參考電路。該充電/放電電路可基於電輸入信號之頻率而使用該第一電流來給包含於該充電/放電電路中之一電容器選擇性充電及放電。該參考電路可使用該第二電流來產生一參考電壓。第一電流源及第二電流源可將實質上相等大小之各自電流實質上同步供應至該充電/放電電路及該參考電路。在操作期間，歸因於對各自第一電流源及第二電流源具有一實質上相等效應之溫度變動及供應電壓變動，該等電流可保持大小實質上相等。相應地，系統在不使用電壓或溫度補償電路之情況下補償供應電壓及溫度之變化。

包含於轉換器電路中之一比較器電路可基於參考電壓與電容器之一電壓之比較而產生指示輸入信號之頻率之一類比輸出信號。當電容器之充電電壓基於輸入信號之頻率而變動時，電容器之電壓可為產生為電容器之一充電電壓之一平均值的一濾波電壓。由於系統執行電壓之比較，因此避免依賴電流來產生類比輸出信號。

熟悉此項技術者將在檢查下圖及【實施方式】之後明白或變得明白本發明之其他系統、方法、特徵及優點。意欲：全部此等額外系統、方法、特徵及優點包含於【實施方式】內，落於本發明之範疇內，且由以下申請專利範圍保護。

100‧‧‧頻率轉電壓轉換器系統/頻率轉電壓轉換器/頻率轉電壓轉換系統

102‧‧‧第一電流源

104‧‧‧第二電流源

106‧‧‧轉換器電路

108‧‧‧第一電流供應線

110‧‧‧第二電流供應線

112‧‧‧輸入信號線

114‧‧‧輸出信號線

120‧‧‧充電/放電電路

122‧‧‧濾波器電路/低通濾波器

124‧‧‧參考電路

126‧‧‧比較器電路

130‧‧‧充電/放電電壓線

132‧‧‧濾波器輸出線

134‧‧‧參考電壓線

202‧‧‧電壓源(Vcc)

204‧‧‧開關(Mclk)

206‧‧‧電容器(C1)

208‧‧‧接地/接地電位(Vss)

212‧‧‧電阻器(Rlpf)

214‧‧‧濾波電容器(Clpf)

216‧‧‧濾波電壓節點

218‧‧‧參考電壓節點

300‧‧‧閉合迴路振盪器

302‧‧‧電壓控制振盪器(VCO)

304‧‧‧穩定器電路

306‧‧‧分頻器電路

308‧‧‧時脈輸出線/回饋線

402‧‧‧充電電壓

404‧‧‧輸入電壓/輸入電壓信號

406‧‧‧參考電壓(Vref)/濾波電壓

408‧‧‧濾波電壓(Vclpf)

802‧‧‧區塊

804‧‧‧區塊

806‧‧‧區塊

808‧‧‧區塊

812‧‧‧區塊

814‧‧‧區塊

816‧‧‧區塊

818‧‧‧區塊

820‧‧‧區塊

822‧‧‧區塊

824‧‧‧區塊

826‧‧‧區塊

828‧‧‧區塊

圖1係一實例性頻率轉電壓轉換器之一方塊圖。

圖2係一頻率轉電壓轉換器之一實例性電路示意圖。

圖3係包含圖1之頻率轉電壓轉換器之一實例性閉合迴路振盪器之一方塊圖。

圖4係一頻率轉電壓轉換器之一回應圖。

圖5係圖4之回應圖之一循環之一近視圖。

圖6係圖4之回應圖之一電容器放電之一近視圖。

圖7係繪示圖4之回應圖之一部分內之一濾波電壓的一回應圖。

圖8係一頻率轉電壓轉換器之一實例性操作流程圖。

圖1係一頻率轉電壓轉換器系統100之一實例性方塊圖。頻率轉電壓轉換器系統100包含一第一電流源102及一第二電流源104。第一電流源102及第二電流源104可為實質上同步操作以將分離且獨立之輸出電流輸出至一轉換器電路106之分離且獨立之電流源。第一電流源102可在一第一電流供應線108上輸出一第一電流，且第二電流源104可在一第二電流供應線110上輸出一第二電流。由於第一電流源102及第二電流源104同步操作，因此當不同參數(諸如溫度及供應電壓)變動時，該第一電流及該第二電流保持實質上相等。

在一實例中，第一電流源102及第二電流源104可形成於一單一基板中作為實質上相同之電流鏡。在此組態中，第一電流源102及第二電流源104可由一單一供應電壓供應且經受實質上相同之溫度變動及任何其他可變參數變動。相應地，即使當參數波動引起第一電流及第二電流之波動時，由第一電流源及第二電流源輸出之第一電流及第二電流可保持實質上相同。在一實例中，由第一電流源102及第二電流源104輸出之第一電流及第二電流保持彼此相差約0.1%內。將第一電流及第二電流供應至轉換器電路106。

轉換器電路106可在一輸入信號線112上接收一輸入信號(諸如一 時脈信號)。該輸入信號可為具有一頻率之一交變輸入信號，諸如一方波或一正弦波。該交變輸入信號可為具有可為或可不為交流電之一電流之一交變電壓輸入信號。轉換器電路106可使用第一電流源及第二電流源來產生一輸出信號線114上之一輸出信號。該輸出信號可為具有對應於該輸入信號之一頻率之一大小之一類比信號。因此，轉換器電路106可將該輸入信號之該頻率轉換為一對應類比輸出信號。

轉換器電路106包含一充電/放電電路120、一濾波器電路122、一參考電路124及一比較器電路126。輸入信號可提供於至充電/放電電路120之輸入線112上。充電/放電電路120可基於輸入信號之頻率而操作以給充電/放電電路120充電及放電，使得充電/放電電路120提供在一第一預定電壓(放電狀態)與一第二預定電壓(充電狀態)之間之範圍內之一充電電壓。可使用由第一電流源102供應於第一電流供應線108上之第一電流來給充電/放電電路120充電及放電。充電/放電電路120之充電及放電可使得該充電電壓係沿一正方向及一負方向兩者依一預定變化率變化或漸變之一時變信號。在一實例中，基於輸入信號之頻率而操作充電/放電電路120可導致形成一鋸齒波形之該充電電壓。可依一頻率或工作循環(諸如(例如)24MHz)提供該鋸齒波形。可由充電/放電電路120將該充電電壓供應至一充電/放電電壓線130上之濾波器電路122。

濾波器電路122可接收及過濾充電電壓。在一實例中，濾波器電路122係接收及過濾充電電壓之一低通濾波器。可依實質上比充電電壓之頻率低之一頻率操作濾波器電路122，使得充電電壓之頻率比濾波器電路122之操作頻率大10倍至20倍。在一些實例中，濾波器電路122之操作頻率係1MHz至2MHz，而鋸齒波形之頻率係約24MHz。濾波器電路122在一濾波器輸出線132上產生一濾波電壓。歸因於顯著更低之操作頻率，該濾波電壓可為時變充電電壓之一平均電壓。該平 均濾波電壓可保持於一預定範圍內。濾波器輸出線132可將該濾波電壓供應至比較器電路126。

參考電路124可接收第二電流供應線110上所供應之第二電流且在一參考電壓線134上輸出一參考電壓。該參考電壓可基於第二電流而產生，且供應至參考電壓線134上之比較器電路126。

比較器電路126可提供參考電壓與濾波電壓之一動態比較作為輸出信號。在一實施例中，比較器電路126係一差動比較器，且輸出信號可表示參考電壓與濾波電壓之間之差異之一程度之一指示。該指示可提供於值之一預定範圍內，且呈一預定格式。在一實例中，當參考電壓與濾波電壓實質上相等時，可由比較器電路126提供輸出信號之一最小預定值，且當濾波電壓與參考電壓之間之一差異最大時(諸如，當濾波電壓約等於零且參考電壓處於一預定電壓時)，可提供輸出信號之一最大預定值。

在操作期間，當輸入信號線112上之輸入信號之頻率變動時，充電電壓及濾波電壓基於一預定變化率而對應地變動。另一方面，參考電壓保持相對恆定。除輸入信號之頻率之變動之外，使頻率轉電壓轉換器100曝露於其之操作條件亦可變動。例如，頻率轉電壓轉換器100之溫度可變動。替代地或另外，將電力提供至第一電流源102及第二電流源104之一電壓源可變動。由於第一電流源102及第二電流源104實質上同步操作，因此與操作條件相關聯之參數(諸如溫度及源電壓)之變動可實質上相等地影響由各自電流源102及104輸出之電流之大小。由於由比較器電路126基於自由同步操作電流源102及104供應之電流產生之電壓之比較而產生輸出信號，因此只要第一電流源102及第二電流源104兩者中之該等變動完全一樣，則輸出信號將實質上不受影響。

圖2係一頻率轉電壓轉換系統100之一實施例之一電路示意圖， 其包含第一電流源102及第二電流源104、一轉換器電路106、一充電/放電電路120、一濾波器電路122、一參考電路124及一比較器電路126。一電壓源(Vcc)202可將實質上相同之預定電壓供應至第一電流源102及第二電流源104。一輸入信號(CLKIN)可提供於輸入線112上以導致輸出線114上之一頻率轉電壓轉換輸出信號(FVCOUT)。

在圖2中，充電/放電電路120包含一開關(Mclk)204及一電容器(C1)206。開關204可為：一電晶體，諸如一MOSFET電晶體；或任何其他形式之裝置，其依一相對較高頻率操作以在一導電狀態與一非導電狀態之間轉變。電容器206可為：一金屬電容器；或任何其他形式之電容器，其電阻及/或其他操作特性實質上無關於溫度之變動。電容器206可選擇性地由來自第一電流源102之電流充電，且基於開關204之狀態而放電至一接地電位(Vss)208。當開關204處於一非導電狀態時，來自第一電流源102之電流可流入至電容器206中，藉此給電容器206充電。替代地，當開關204導電時，電流可流動通過開關204至接地208而非至電容器206，藉此允許電容器206放電至接地208。

可由輸入信號(CLK_IN)之工作循環控制開關204於導電狀態與非導電狀態之間之轉變。當輸入信號處於一第一預定狀態(諸如約1.2伏特)時，開關204可導電，且當輸入信號處於一第二預定狀態(諸如約0伏特)時，開關204可不導電。因此，當交變輸入信號之大小依一頻率變動時，開關204可依由輸入信號之變動提供之頻率在導電狀態與非導電狀態之間對應地轉變。可由於此等轉變而形成一鋸齒波形。

在此實施例中，濾波器電路122包含：一電阻器(Rlpf)212；及一濾波電容器(Clpf)214，其經組態以用作一濾波器(諸如一低通濾波器)以提供一平均電壓輸出。在其他實施例中，其他組態可用於基於具有一可變頻率之一輸入信號而產生一平均電壓輸出。可由濾波器電路122過濾存在於電容器206上之一電容器電壓以產生表示電容器206之 可變電容器電壓之一平均值的一濾波電壓。表示電容器206之可變電容器電壓之一平均值的該濾波電壓可存在於濾波電壓節點216處作為一電壓(Vclpf)。該濾波電壓(Vclpf)(其係濾波電容器(Clpf)214上之電壓)可作為一輸入電壓提供至比較器電路126。在一些實施例中，低通濾波器122可經適當定尺寸以將非常少之高頻率雜訊注入濾波電壓Vclpf中。

此實施例之參考電路124包含一電阻器(Rref)。歸因於一參考電壓節點218處之由第二電流源104供應之電流，該電阻器(Rref)可提供一預定之實質上恆定電壓(Vref)。在其他實例中，參考電路124之其他組態可用於基於第二電流源104而產生參考電壓(Vref)。在所繪示之實施例中，可由以下方程式判定參考電壓Vref：Vref=Iref2*Rref 方程式1其中Iref2係由第二電流源104供應之電流之大小且Rref係包含於參考電路124中之電阻器(Rref)之電阻。

比較器電路126可由比較兩個電壓之一差動比較器(諸如一運算放大器差動比較器)形成。該差動比較器可基於存在於濾波電壓節點216處之濾波電壓(Vclpf)與存在於參考電壓節點218上之參考電壓(Vref)之間之一差異而在輸出信號線114上產生一類比輸出。在其他實例性實施例中，其他裝置或電路可用於判定濾波電壓(Vclpf)與參考電壓(Vref)之間之一差異。

圖2中所繪示之頻率轉電壓轉換系統100之實施例使用兩個實質上相同電流源(102及104)，其中第一電流源102給電容器(C1)206選擇性充電，且第二電流源104施加於電阻器(Rref)上以在節點218處產生參考電壓Vref。在操作期間，當處於一放電階段時，諸如當CLK_IN處於一預定高電壓(諸如約1.2伏特)時，電容器(C1)206放電且被下拉或漸變向接地(Vss)208及預定放電狀態。當處於一充電階段時，諸如 當CLK_IN之電壓處於一預定低電壓(諸如0伏特)時，電容器(C1)206使用由第一電流源102供應之電流Iref1來充電。當電容器(C1)206充電時，電容器電壓朝向預定充電狀態及對應第二電壓或最大充電電壓累積或漸變。可由以下方程式判定橫跨電容器(C1)206之最大充電電壓(Vcl_max)：Vcl_max=Tcharge* Iref1/C1 方程式2其中Tcharge係電容器(C1)206之充電時間，且Iref1係由第一電流源102輸出之電流之大小。

在一實施例中，CLK_IN時脈工作循環或頻率(Fclk)可為一預定工作循環，諸如約50%。在此實施例中，電容器(C1)206上之最大充電電壓可與1/Fclk成比例。另外，濾波電壓節點216處之濾波電壓(Vclpf)(電容器(Clpf)214上之電壓)亦可與1/Fclk成比例。因此，濾波電壓節點216處之濾波電壓(Vclpf)可根據電容器(C1)206之充電電壓而在一預定最大濾波電壓與一預定最小濾波電壓之間之範圍內。在其中CLK_IN頻率(Fclk)係約一50%工作循環之一方波波形之實例性實施例中，可由以下方程式判定濾波電壓：Vclpf=Vcl_max/4 方程式3其中Vcl_max被除以4，此係因為C1 206上之電壓信號係三角波形且各循環之一半係零。在其他實例中，輸入信號可不對稱(非為一50%工作循環)，可藉由調整電阻器Rref之電阻而相應地重新校準系統。一般而言，濾波電壓(Vclpf)等於Vcl(t)在一個時脈循環內之積分。

為避免使頻率轉電壓轉換之準確度依賴電流，可比較存在於濾波電壓節點216處之電容器(Clpf)214之電壓與參考節點216上之參考電壓(Vref)。由於分別由第一電流源102及第二電流源104供應兩個實質上相等電流，因此最小化或消除可引入至頻率轉電壓轉換中之可變性及對應不準確度。

引入至頻率轉電壓轉換中之另一可能不準確度可歸因於由溫度所致之參考電路124之變動。在圖2之實施例中，由於可預定歸因於溫度之電阻變動，因此可補償歸因於溫度之變動的參考電阻器Rref之電阻之可變性。補償參考電阻器Rref之溫度之變化可包含(例如)歸因於電阻之已知線性變化之線性補償及藉由添加及減少至第二電流(Iref2)之少量電流之抛物線補償。

如下文參考圖3所描述，在一閉合迴路系統中之操作期間，濾波電壓(Vclpf)可保持約等於參考電壓(Vref)。因此，基於具有約50%之一工作循環之方程式1、方程式2及方程式3：Tcharge*Iref1/(4*C1)=Iref2*Rref 方程式4其導致：Tcharge=4*C1*Rref 方程式5其歸因於第一電流源之電流(Iref1)實質上等於第二電流源之電流(Iref2)。由於輸入信號之頻率(F)係：F=2/Tcharge，因此在一閉合迴路系統(諸如參考圖3所描述之系統)中使用方程式5：F=1/(2*C1*Rref)，且由C1及Rref指定C1之充電時間。

由於電容器(C1)206可為具有歸因於溫度之最小變動之一電容器(諸如藉由為一金屬電容器)，因此頻率轉電壓轉換系統內之頻率(F)之可能變動之一來源可歸因於Rref之溫度相依性。相應地，如先前所論述，可補償僅剩餘相依性之一者(即，電阻器(Rref)之一預定溫度相依性)以進一步最佳化系統之頻率轉電壓轉換之準確度。

圖3係包含頻率轉電壓轉換系統100之一實施例之一實例性閉合迴路振盪器300之一方塊圖。閉合迴路振盪器300可產生一準確時脈信號輸出。在圖3中，將頻率轉電壓轉換系統100整合於閉合迴路振盪器 300之一回饋迴路中。閉合迴路振盪器300可形成為一積體電路(諸如一單片積體電路)。

在圖3之閉合迴路振盪器中，將頻率轉電壓轉換系統100之類比電壓輸出作為一輸入提供至一電壓控制振盪器(VCO)302。一般而言，電壓控制振盪器302可產生具有由頻率轉電壓轉換系統100之輸出電壓控制之一可變頻率之方波波形。一穩定器電路304耦合於頻率轉電壓轉換系統100與電壓控制振盪器302之間，穩定器電路304在此實施例中係耦合至接地電位(Vss)208之一電容器Cf。穩定器電路304可藉由使頻率轉電壓轉換系統100之輸出電壓穩定化而穩定閉合迴路。

可將電壓控制振盪器302之輸出提供至一分頻器電路306。分頻器電路306可用作一移位暫存器或二進位計數器，其接收電壓控制振盪器302之輸出且輸出一時脈信號作為一時脈輸出線308上之閉合迴路振盪器300之輸出。一回饋線308可將閉合迴路振盪器300之輸出時脈信號作為輸入信號(CLK_IN)提供至輸入信號線112上之頻率轉電壓轉換系統100。

圖4係繪示頻率轉電壓轉換系統100之操作期間之不同電壓之關係的一實例性暫態回應圖。參考圖1至圖4，電容器(C1)206之充電電壓402及輸入信號(CLK_IN)之一輸入電壓404隨時間(t)(以微秒為單位)及電壓大小(V)而變動。圖中亦繪示參考電壓節點218處之參考電壓(Vref)406。圖5係繪示輸入信號404之一工作循環及電容器(C1)206之充電及放電循環之對應部分的圖4之暫態回應圖之一近視圖。如圖5之實例中所繪示，可依一預定斜坡用充電電壓402來給電容器(C1)206持續充電達約0.02微秒之一時間段，且在一實質上更短時間段內使電容器(C1)206放電。

圖6係描繪在一放電期間存在於電容器(C1)206上之電荷的圖4之暫態回應圖之一近視圖。在圖6中，當輸入電壓信號404自0伏特轉變 時，充電電壓402對應地停止增大，且當電容器(C1)206放電時，充當電壓402朝向0伏特轉變。在圖6之實例中，電容器(C1)206之預定放電時間為約2毫秒。

圖7係圖4之暫態回應圖之一部分之一實例，其亦描繪存在於濾波電壓節點218上之濾波電壓(Vclpf)408之行為。如先前所論述，濾波電壓(Vclpf)408表示歸因於濾波器電路122之充電電壓402之一平均值。相應地，濾波電壓(Vclpf)408大體上係基於電容器(C1)206之充電及放電循環而產生之一正弦波形，且更具體而言，係充電電壓402。在圖7之實例中，峰間濾波電壓(Vclpf)408為約1毫伏特，而充電電壓為約0.5伏特。歸因於由濾波器電路122執行之積分，當充電電壓402首先減小時，濾波電壓(Vlcpf)繼續增大，且當充電電壓402首先增大時，濾波電壓(Vlcpf)繼續減小。

在操作期間，當第二電流源104之電流及對於地第一電流源102之電流在時間t=2.9微秒至t=3.053微秒之間變化時，濾波電壓406及參考電壓變化。在時間t=2.9微秒處，充電電壓402處於預定放電狀態(諸如約0伏特)，且由於輸入信號404在第一預定狀態處(諸如約1.2伏特處)為高態，因此使開關(Mclk)204通電(導電)。在2.9微秒至約2.922微秒之間，開關(Mclk)204首先停止導電，且接著充電電壓402朝向預定充電狀態自約0伏特漸變至約0.53伏特，且濾波電壓406比充電電壓402更慢很多地增大。在t=2.922微秒處，輸入電壓自約0伏特之第一預定狀態轉變至約1.25伏特之第二預定狀態，藉此使開關204通電。在開關204導電之後，充電電壓402進入放電階段且當電容器(C1)206放電時朝向共同接地208減小。另外，濾波電壓406比充電電壓402更慢很多地朝向共同接地208減小。

在t=2.945微秒處，輸入電壓404自第二預定狀態反向循環至約0伏特之第一預定狀態，且使開關204斷電(不導電)。在開關204不導電 之後，當使電容器(C1)朝向第二電壓充電時，充電電壓402再次開始增大至預定充電狀態。另外，濾波電壓406開始依一更慢很多速率朝向預定最大濾波電壓增大。

圖8係描述頻率轉電壓轉換系統之實例性操作的一操作流程圖。參考圖1至圖4，在區塊802處，自第一電流源102供應一第一電流，且自第二電流源104供應實質上等於該第一電流之一第二電流。在區塊804處，變動第一電流源102及第二電流源104之溫度且第一電流源102及第二電流源104之輸出電流實質上同步變動。在區塊806處，變動供應至第一電流源102及第二電流源104之各者之一電壓，且第一電流源102及第二電流源104之輸出電流實質上同步變動。在區塊808處，將該第一電流供應至充電/放電電路120，且將該第二電流供應至參考電路124。

在區塊812處，判定輸入信號CLK_IN是否處於一第一預定狀態或一第二預定狀態。若輸入信號處於該第一預定狀態，則可在區塊814處使包含於充電/放電電路120中之電容器(C1)206朝向一預定充電狀態充電。另一方面，若輸入信號處於該第二預定狀態時，則可在區塊816處使電容器(C1)206朝向一預定放電狀態放電。在區塊818處，電容器(C1)206之電壓可根據電容器(C1)206是否充電或放電而在一最小充電電壓與一最大充電電壓之間變動。可在區塊820處使用(例如)包含於濾波器電路122中之一低通濾波器來判定電容器(C1)206之變動充電電壓之一可變平均充電電壓。

在區塊822處，比較平均充電電壓與參考電壓。若平均充電電壓接近參考電壓之一大小，則可在區塊824處調整一類比輸出信號之產生以指示平均充電電壓與參考電壓之收斂性。另一方面，若在區塊822處平均充電電壓偏離參考電壓之大小，則可在區塊826處調整該類比輸出信號之產生以指示平均充電電壓與參考電壓之發散性。在區塊 828處，可由頻率轉電壓轉換器系統100輸出該類比輸出信號，且操作可返回至區塊802。

頻率轉電壓轉換系統之先前所描述之實施例消除頻率轉電壓轉換系統對供應電壓及溫度之依賴性。當溫度及供應電壓變動時，此依賴性之消除可基於實質上同步地維持第一電流源及第二電流源之各自獨立產生之輸出電流。另外，由第二電流源產生之一參考電壓與一電容器(其基於一輸入信號之一工作循環及頻率而由第一電流源選擇性充電/放電)之一充電電壓之一平均值之比較用於產生指示該輸入信號之頻率之一時變類比輸出信號。因此，當該輸入信號之頻率變動時，該類比輸出信號相應地變動。由於頻率轉電壓轉換系統未使用一取樣及保持機構，因此對寄生切換事件及雜訊之敏感度被最小化。

在將頻率轉電壓轉換系統用於一閉合迴路振盪器中之實例中，零下攝氏10度至攝氏85度之間之溫度變化可導致表示頻率之類比輸出信號變動±270百萬分率(PPM)。因此，在時脈信號之1mHz內存在270Hz之漂移。另外，閉合迴路振盪器在一18微秒時期內之抖動可等於±250微微秒(psec)。

意欲：以上詳細描述應被理解為本發明可採用之選定形式之一繪示，而非為本發明之一界定。包含全部等效物之僅以下申請專利範圍意欲界定本發明之範疇。

100‧‧‧頻率轉電壓轉換器系統/頻率轉電壓轉換器/頻率轉電壓轉換系統

102‧‧‧第一電流源

104‧‧‧第二電流源

106‧‧‧轉換器電路

108‧‧‧第一電流供應線

110‧‧‧第二電流供應線

112‧‧‧輸入信號線

114‧‧‧輸出信號線

120‧‧‧充電/放電電路

122‧‧‧濾波器電路/低通濾波器

124‧‧‧參考電路

126‧‧‧比較器電路

130‧‧‧充電/放電電壓線

132‧‧‧濾波器輸出線

134‧‧‧參考電壓線

Claims (20)

1. 一種頻率轉換器裝置，其包括：一第一電流源；一第二電流源，其可獨立於該第一電流源而操作，其中該第一電流源及該第二電流源可同步操作以產生保持大小實質上相等之各自獨立輸出電流；及一轉換器電路，其經組態以接收具有一頻率之一輸入信號，該轉換器電路可操作以使用該第一電流源及該第二電流源來產生具有對應於該頻率之一大小之一類比輸出信號。
2. 如請求項1之頻率轉換器裝置，其中該轉換器電路包含一比較器電路，該比較器電路可操作以基於由該輸入信號及該第一電流源產生之一第一電壓與由該第二電流源產生為一參考電壓之一第二電壓之比較而產生該類比輸出信號。
3. 如請求項1之頻率轉換器裝置，其中該轉換器電路包含可操作以回應於該輸入信號之該頻率而由該第一電流源給一電容器充電及放電之一充電電路，該類比輸出信號可基於該電容器之一充電狀態及由該第二電流源產生之一參考電壓而變動。
4. 如請求項3之頻率轉換器裝置，其中該轉換器電路包括可操作以提供表示該電容器之該充電狀態之一平均值之一濾波電壓的一低通濾波器，且該類比輸出信號可基於該電容器之該充電狀態及該參考電壓而變動。
5. 如請求項4之頻率轉換器裝置，其中該轉換器電路進一步包括可操作以基於該電容器之該充電狀態之該平均值與該參考電壓之比較而產生該類比輸出信號之一比較器。
6. 如請求項1之頻率轉換器裝置，其中該第一電流源及該第二電流 源為形成於一單一基板中之實質上相同電流鏡。
7. 一種頻率轉換器裝置，其包括：一充電電路，其可操作以基於一輸入信號之一頻率而給一電容器充電及放電，由一第一電流源給該電容器充電及放電；一參考電路，其經組態以自一第二電流源產生一參考電壓，該第一電流源及該第二電流源為實質上相同且獨立之電流源；及一比較器，其可操作以基於該參考電壓與該電容器之一電壓之比較而產生指示該輸入信號之該頻率之一類比輸出信號。
8. 如請求項7之頻率轉換器裝置，其進一步包括與該充電電路耦合之一低通濾波器，該低通濾波器可操作以使該電容器之該電壓平均化以形成一低通濾波電壓，其中該比較器可操作以比較該低通濾波電壓之該平均值與該參考電壓以產生該類比輸出信號。
9. 如請求項7之頻率轉換器裝置，其中該充電電路包含與該電容器耦合之一開關，基於該輸入信號之該頻率，藉由該開關在一導電狀態與一非導電狀態之間之操作而給該電容器放電及充電。
10. 如請求項7之頻率轉換器裝置，其中該比較器係一差動比較器，且該第一電流源及該第二電流源保持實質上相等，使得當該電容器接近一預定充電狀態時，該參考電壓及表示該電容器之該電壓之一平均值之一濾波電壓變為實質上相等。
11. 如請求項7之頻率轉換器裝置，其中該電容器係一金屬電容器。
12. 如請求項7之頻率轉換器裝置，其中該第一電流源及該第二電流源被供應來自一共同電壓源之一相同電壓，且可同步操作以產生保持大小實質上相等之各自獨立輸出電流。
13. 如請求項7之頻率轉換器裝置，其中該第一電流源及該第二電流 源形成於一共同基板中且實質上經受一相同電壓及一相同溫度。
14. 如請求項7之頻率轉換器裝置，其中該電容器之該充電及該放電產生經平均化以提供該電容器之該電壓之一可變時脈信號，且該參考電路包含一電阻器，將該第二電流源施加至該電阻器以產生該參考電壓。
15. 一種將一輸入信號之一頻率轉換為一類比輸出信號之方法，該方法包括：接收具有一頻率之一交變輸入信號；自一第一電流源選擇性施加一第一電流以給一電容器充電，該第一電流基於該交變輸入信號而選擇性施加至該電容器；將一第二電流自一第二電流源施加至一參考電路；獨立且同步地供應實質上相等之該第一電流及該第二電流；及基於該電容器之一電壓及該參考電路之一電壓而產生指示該交變輸入信號之該頻率之一類比輸出信號。
16. 如請求項15之方法，其中自一第一電流源選擇性施加一第一電流包括：由該交變輸入信號使一電晶體通電及斷電以給該電容器充電及放電。
17. 如請求項15之方法，其進一步包括：當該第一電流源及該第二電流源之一溫度波動時，實質上相等地變動該第一電流及該第二電流。
18. 如請求項17之方法，其進一步包括：當至該第一電流源及該第二電流源之一供應電壓變動時，實質上相等地變動該第一電流及該第二電流。
19. 如請求項15之方法，其進一步包括：由一低通濾波器過濾該電 容器之一鋸齒波形輸出以產生表示該鋸齒波形之一平均值之一低通濾波電壓；及產生指示該低通濾波電壓與該參考電壓之該電壓之間之一差異的該類比輸出信號。
20. 如請求項15之方法，其中將該第二電流自該第二電流源施加至該參考電路包括：將該第二電流施加至一電阻器以產生一參考電壓；給該電容器充電及放電以使該電容器之一電壓在一預定放電狀態與一預定充電狀態之間變動；及比較該可變電壓之一平均值與該參考電壓以產生該輸出電壓。