TW201503595A - 具有自動化數位振幅控制之低電磁干擾寬頻率範圍振盪器 - Google Patents

具有自動化數位振幅控制之低電磁干擾寬頻率範圍振盪器 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種振盪器/放大器，其具有針對所有可能操作振盪頻率維持一所要振盪波形振幅之一增益控制之放大器。一峰值偵測器產生與該振盪波形成比例之一直流(DC)電壓，且一電壓參考產生器提供與來自該峰值偵測器之該DC電壓比較之一參考電壓。當該DC電壓小於該參考電壓時，該放大器之該增益增大，且當該DC電壓等於或大於該參考電壓時，該放大器之該增益減小。一可程式化電壓參考產生器亦可用以提供不同振盪波形振幅之選擇。一數位控制迴路在該整個可能操作頻率範圍內控制該振盪波形振幅。可結合該振盪器/放大器使用例如晶體、壓電諧振器、電感器-電容器調諧電路、電阻器-電容器網路等之各種頻率判定元件。

Description

具有自動化數位振幅控制之低電磁干擾寬頻率範圍振盪器
本發明係關於在積體電路裝置中所使用之振盪器電路且特定而言用於具有自動數位振幅控制之一低電磁干擾(EMI)寬頻率範圍振盪器之振盪器電路。
數位裝置之時脈振盪器必須取決於其中使用數位裝置之應用在一寬頻率範圍內工作。一振盪器係其輸出同相地饋送回至其輸入之一放大器，從而致使放大器振盪。若例如晶體、壓電諧振器、電感器-電容器調諧電路、電阻器-電容器網路等之一頻率判定元件係在放大器之回饋電路中，則放大器振盪頻率將由此頻率判定元件判定。振盪器之頻率穩定性亦將由頻率判定元件之頻率穩定性判定。
然而，存在一問題：一個振盪器/放大器電路設計在一寬頻率範圍內不具有相同操作特性。針對數位裝置之每一可能操作頻率設計一特定振盪器/放大器電路並非商業上可行的。因此，通常針對最高所預期使用頻率而實施一最糟情形設計。然而，此設計哲理在較低操作頻率下形成問題，此乃因振盪器/放大器在較低頻率下具有更多增益。在較低操作頻率下振盪波形之振幅之如此多之增益可大於電力供應電壓軌(例如，VDD及/或VSS)。超出電力供應電壓軌之此過量振盪振幅致使放大器之輸出電路之飽和，從而導致振盪器/放大器輸出信號 之削波(限制)及波形失真。當振幅大於VDD及/或小於VSS時，靜電放電(ESD)保護電路可經觸發，從而致使不想要之基板電流及因此雜訊。藉此產生可致使可自振盪器/放大器輻射及/或導出之較高電磁干擾(EMI)之具有顯著振幅之諧波。另外，過量振盪器輸出振幅可致使對諸如(舉例而言但不限於)一晶體或壓電諧振器之敏感頻率判定電路增加之加熱。頻率判定元件中之此增加之熱耗散可縮短其可靠性及有用操作壽命。
因此，需要一種振盪器/放大器，其可在一寬操作頻率範圍內使用、不具有過量輸出振幅、也不導致輸出信號失真，從而亦不會形成電磁干擾問題及因在較低頻率下之其發熱所致之頻率判定元件應力，其中過度放大係振盪器/放大器之電路設計中之固有問題。
根據一實施例，一種具有自動數位振幅控制之寬頻率範圍振盪器可包括：一振盪器/放大器，其經調適以用於耦合至一頻率判定元件，其中該頻率判定元件判定其一振盪頻率；一峰值振幅偵測器，其耦合至該振盪器-放大器，其中該峰值振幅偵測器提供與來自該振盪器/放大器之一振盪信號之一振幅成比例之一直流(DC)電壓；一電壓參考產生器，其用於提供一參考電壓；一電壓比較器，其用於比較來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓與該參考電壓，其中該電壓比較器在來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓可小於該參考電壓時處於一第一邏輯位準且可在來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓可大於該參考電壓時處於一第二邏輯位準；一遞增/遞減計數器，其具有一時脈輸入及耦合至該電壓比較器之一遞增/遞減計數控制輸入，其中當該遞增/遞減計數控制輸入可處於該第一邏輯位準時該遞增/遞減計數器向上遞增一計數值，且當該計數控制輸入可處於該第二邏輯位準時該遞增/遞減計數器向下遞減該計數值；及一數位轉類比轉換器(DAC)，其 具有耦合至該遞增/遞減計數器之輸入及耦合至該振盪器/放大器之一輸出；其中該振盪器/放大器之放大增益可藉由來自該DAC之該輸出之一類比電流值而判定，該放大增益可由來自該遞增/遞減計數器之該計數值控制。
根據一另外實施例，該電壓參考產生器可係可程式化的以用於不同參考電壓之選擇。根據一另外實施例，該電壓參考產生器可包括一帶隙電壓參考。根據一另外實施例，該電壓參考產生器可包括一齊納(zener)二極體電壓參考。根據一另外實施例，一啟動暫存器及一通電重設(POR)偵測器可耦合至該遞增/遞減計數器，其中當一啟動可發生時可以來自該啟動暫存器之一啟動計數值載入該遞增/遞減計數器。根據一另外實施例，該頻率判定元件可包括一晶體。根據一另外實施例，該頻率判定元件可選自由以下各項組成之群組：一壓電諧振器、一電感器-電容器調諧電路及一電阻器-電容器網路。根據一另外實施例，該振盪器-放大器可使用耦合至該DAC之一電流鏡電晶體來控制該振盪器/放大器之一放大電路中之一伴隨電晶體之增益。根據一另外實施例，該第一邏輯位準可係一邏輯高且該第二邏輯位準可係一邏輯低。根據一另外實施例，該第一邏輯位準可係一邏輯低且該第二邏輯位準可係一邏輯高。根據一另外實施例，該振盪器/放大器、峰值振幅偵測器、電壓參考產生器、電壓比較器、遞增/遞減計數器及DAC可提供於一微控制器中。根據一另外實施例，該頻率判定元件可提供於該微控制器中。
根據另一實施例，一種具有自動數位振幅控制之寬頻率範圍振盪器可包括：一振盪器/可程式化增益放大器(PGA)，其經調適以用於耦合至一頻率判定元件，其中該頻率判定元件判定其一振盪頻率；一峰值振幅偵測器，其耦合至該振盪器/PGA，其中該峰值振幅偵測器提供與來自該振盪器/PGA之一振盪信號之一振幅成比例之一直流 (DC)電壓；一電壓參考產生器，其用於提供一參考電壓；一電壓比較器，其用於比較來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓與該參考電壓，其中該電壓比較器可在來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓可小於該參考電壓時處於一第一邏輯位準且可在來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓可大於該參考電壓時處於一第二邏輯位準；及一遞增/遞減計數器，其具有一時脈輸入及耦合至該電壓比較器之一遞增/遞減計數控制輸入，其中當該遞增/遞減計數控制輸入可處於該第一邏輯位準時該遞增/遞減計數器向上遞增一計數值，且當該計數控制輸入可處於該第二邏輯位準該遞增/遞減計數器向下遞減該計數值；其中該遞增/遞減計數器可耦合至該振盪器/PGA且其放大增益可由來自該遞增/遞減計數器之該計數值控制。
根據一另外實施例，該電壓參考產生器可係可程式化的以用於不同參考電壓之選擇。根據一另外實施例，該電壓參考產生器可包括一帶隙電壓參考。根據一另外實施例，該電壓參考產生器可包括一齊納二極體電壓參考。根據一另外實施例，一啟動暫存器及一通電重設(POR)偵測器可耦合至該遞增/遞減計數器，其中當一啟動可發生時可以來自該啟動暫存器之一啟動計數值載入該遞增/遞減計數器。根據一另外實施例，該頻率判定元件包括一晶體。根據一另外實施例，該頻率判定元件可選自由以下各項組成之群組：一壓電諧振器、一電感器-電容器調諧電路及一電阻器-電容器網路。根據一另外實施例，該第一邏輯位準可係一邏輯高且該第二邏輯位準可係一邏輯低。根據一另外實施例，該第一邏輯位準可係一邏輯低且該第二邏輯位準可係一邏輯高。根據一另外實施例，該振盪器/PGA、峰值振幅偵測器、電壓參考產生器、電壓比較器及遞增/遞減計數器可提供於一微控制器中。根據一另外實施例，該頻率判定元件可提供於該微控制器中。
根據又一實施例，一種用於以數位方式控制一寬頻率範圍振盪 器之一振幅之方法可包括以下步驟：用一振盪器/放大器產生具有一振幅之一交替電流(AC)信號；用一峰值偵測器將來自該振盪器/放大器之該AC信號之該振幅轉換為一直流(DC)電壓值；用一電壓參考產生器產生一參考電壓；用一電壓比較器比較該DC電壓值與該參考電壓；當該DC電壓值可小於該參考電壓時向上遞增一遞增/遞減計數器中之一計數值；當該DC電壓值可大於該參考電壓時向下遞減該遞增/遞減計數器中之該計數值；及用該計數值控制該AC信號之該振幅。
根據該方法之一另外實施例，用該計數值控制該AC信號之該振幅之該步驟可包括以下步驟：用一數位轉類比轉換器(DAC)將該計數值轉換為一類比電流值；及用該類比電流值控制該振盪器/放大器中之一電流鏡放大器電路之一增益。根據該方法之一另外實施例，用該計數值控制該AC信號之該振幅之該步驟可包括用該計數值控制該振盪器/放大器中之一可程式化增益放大器(PGA)電路之步驟。根據該方法之一另外實施例，自複數個不同DC電壓值選擇該DC電壓值之步驟可包括用一可程式化電壓參考產生器選擇該DC電壓值。根據該方法之一另外實施例，使用一預定義計數值之步驟可在啟動該振盪器後旋即執行。
100‧‧‧振盪器/恆定輸出振幅振盪器
102‧‧‧頻率判定元件
104‧‧‧增益可控制振盪器/放大器/振盪器/增益可控制放大器
106‧‧‧振幅峰值偵測器/峰值偵測器
108‧‧‧電壓比較器/比較器
110‧‧‧電壓參考產生器/電壓參考
112‧‧‧數位轉類比轉換器/電流數位轉類比轉換器
114‧‧‧遞增/遞減計數器/計數器
120‧‧‧開始暫存器
122‧‧‧通電重設
200‧‧‧恆定輸出振幅振盪器
204‧‧‧可程式化增益放大器
300‧‧‧半導體裝置
320‧‧‧時脈電路
322‧‧‧數位處理器
324‧‧‧記憶體
326‧‧‧數位I/O
328‧‧‧類比I/O
可藉由連同隨附圖式一起參考以下說明獲取對本發明之一更完整理解，其中：圖1圖解說明根據本發明之一特定實例性實施例之一恆定輸出振幅振盪器之一示意性方塊圖；圖2圖解說明根據本發明之另一特定實例性實施例之一恆定輸出振幅振盪器之一示意性方塊圖；且圖3圖解說明根據本發明之教示之圖1或圖2中所展示之使用恆定輸出振幅振盪器之一積體電路裝置之一示意性方塊圖。
儘管本發明易於做出各種修改及替代形式，但已在圖式中展示且在本文中詳細闡述其特定實例性實施例。然而，應理解，本文中對特定實例性實施例之說明不意欲將揭示內容限制於本文中所揭示之特定形式，而是相反，本發明將涵蓋如由隨附申請專利範圍定義之所有修改及等效物。
一種振盪器/放大器電路經設計以在最高操作頻率之一最糟情形中正確地操作，則彼振盪器電路使其放大器之增益受控制以使得振盪器/放大器之輸出振幅針對所有可能操作頻率不超過一所要振幅值。振盪器/放大器增益電路中之一數位控制迴路在整個可能操作頻率範圍內控制振盪波形之振幅。數位控制迴路不形成如類比控制迴路有一趨向形成之一穩定性問題，其對雜訊具有抵抗性、在面積上比一等效類比控制迴路小、易於實施且可針對較高振盪器頻率設計縮放。
振盪器/放大器之自動增益調整提供振盪之一較快啟動時間且此後將振盪波形振幅維持至一所要值(例如，2伏特)。在所關注振盪頻率下該振盪器頻率範圍僅受振盪器/放大器之增益限制。本發明涵蓋且在本發明之範疇內，但該頻率範圍不限於自約4MHz至約32MHz且可藉由增大數位控制迴路中位元之數目而易於延伸至甚至較高頻率(例如，40MHz)。然而，振盪波形振幅之絕對嚴格控制可係不必要的，只要振幅不超過積體電路裝置之電力供應電壓軌(例如，VDD及/或VSS)且具用以正確地驅動積體電路裝置之時脈電路之足夠振幅即可。
該數位控制迴路包括：一峰值偵測器，其用於量測振盪器輸出振幅且提供與其成比例之一DC電壓；用於建立一所要輸出振幅之一電壓參考；一電壓比較器，其比較來自峰值偵測器之DC電壓與來自電壓參考產生器之參考電壓；一遞增/遞減計數器，其計數方向由來 自電壓比較器之輸出控制；及一數位控制電路，其用於控制振盪器/放大器之增益。其中計數值越長，振盪器/放大器之增益越高，且反之亦然。遞增/遞減計數器及數位控制電路可經組態以具有足夠位元解析度來在整個其可能頻率操作範圍內控制振盪器/放大器之增益。
然而，可不需要放大器增益之精細粒度(嚴格振幅控制)，此乃因一數位時脈電路針對正確操作具有一相當寬輸入電壓界限。只要振盪器輸出振幅維持在低於削波點、失真點及由於靜電放電(ESD)裝置夾入至積體電路裝置之基板中而致使之基板雜訊點，一特定振幅變化便可係可接受的。因此，數位控制迴路中所需之位元解析度之數目可在所關注之整個振盪器頻率操作範圍內藉由放大器之增益之範圍判定。例如，一寬增益對頻率範圍將在數位控制迴路中需要更多位元解析度來在振盪器之整個操作頻率範圍內維持一所要振盪波形振幅。
電壓參考產生器視情況可係可程式化的以使得參考電壓可經設定至一適當值，藉此將振盪器輸出振幅調整為與不同邏輯類型(例如，5伏特、3伏特、1.2伏特等)相容。一啟動暫存器視情況亦可用以在遞增/遞減計數器中預設一計數值以用於較快振盪啟動回應，及/或在於較低操作頻率下使用時最小化來自放大器之過量增益之振幅過衝。通常數位迴路控制將自動地調整足以將振盪維持在一所要輸出振幅下之啟動增益，而如此做可取決於遞增/遞減計數器時脈速度而花費一短時間(例如，數百微秒)。藉由在遞增/遞減計數器中預設計數值，可在振盪器之啟動期間縮短此時間。
現在參考圖式，示意性地圖解說明特定實例性實施例之細節。圖式中之相同元件將由相同編號表示，且類似元件將由帶有一不同小寫字母後綴之類似編號表示。
參考圖1，繪示根據本發明之一特定實例性實施例之一恆定輸出振幅振盪器之一示意性方塊圖。通常由編號100表示之恆定輸出振幅 振盪器可包括一頻率判定元件102、一增益可控制振盪器/放大器104、一振幅峰值偵測器106、一電壓參考產生器110、一電壓比較器108、一遞增/遞減計數器114及具有一電流輸出之一數位轉類比轉換器(DAC)112。振幅峰值偵測器106偵測來自振盪器/放大器104之輸出之射頻(RF)交替電流(AC)波形且將該射頻交替電流波形轉換為具有與來自RF振盪器之輸出信號之振幅成比例之一DC值之一直流(DC)電壓。代表RF振盪器輸出信號之振幅之此DC電壓可耦合至電壓比較器108之一負輸入。電壓參考產生器110可將一DC參考電壓提供至電壓比較器108之一正輸入。當電壓比較器108之負輸入處之DC電壓大於電壓比較器108之正輸入處之DC電壓時，電壓比較器108之輸出處於一邏輯低或邏輯「0」。當電壓比較器108之負輸入處之DC電壓小於或等於電壓比較器108之正輸入處之DC電壓時，電壓比較器108之輸出處於一邏輯高或邏輯「1」。電壓參考產生器110可係(舉例而言但不限於)一帶隙電壓參考、一齊納二極體等。
來自電壓比較器108之輸出可耦合至遞增/遞減計數器114之一計數控制輸入。其中當計數控制輸入處於一邏輯「1」時，計數器114將針對在其時脈輸入處接收之每一時脈脈衝遞增計數。且當計數控制輸入處於一邏輯「0」時，計數器114將針對在其時脈輸入處接收之每一時脈脈衝遞減計數。遞增/遞減計數器114之計數值可耦合至DAC 112之數位輸入，該DAC將此等數位計數值改變至與在DAC 112之輸入處之當前數位計數值成比例之一類比電流輸出。振盪器/放大器104可包括具有一電流鏡之一放大器電路，其中一電流鏡電晶體中之電流量將判定振盪器/放大器104之放大電路中所使用之一伴隨電晶體之增益。因此，振盪器/放大器104之增益可由來自DAC 112之電流值控制。
當來自比較器108之輸出處於一邏輯「1」時，遞增/遞減計數器114遞增計數，藉此增大自DAC 112至振盪器/放大器104之放大電路中 之鏡電晶體之類比電流值。比較器108之此邏輯「1」狀態指示來自振盪器/放大器104之RF輸出振幅小於由來自電壓參考產生器110之DC電壓之值表示之一所要振幅值。其中在來自DAC 112之電流值增大時振盪器/放大器104中之放大器電路之增益亦增大，直至來自峰值偵測器106之DC電壓等於或大於來自電壓參考產生器110之DC電壓。其中比較器108之輸出變為一邏輯「0」且遞增/遞減計數器114代替遞增而開始遞減計數。在來自遞增/遞減計數器114之計數值減小時，來自DAC 112之電流輸出亦減小且放大器電路之增益在振盪器/放大器104中減小。在一穩定狀態平衡條件下，放大器電路之增益可將在約高於來自電壓參考產生器110之等效DC電壓一個計數與低於該等效DC電壓約一個計數之間波動。因此，振盪器RF輸出將穩定化且針對可以其使用振盪器100之任何頻率(例如，高、低或中間)保持在一所要振幅值下。此數位控制迴路亦有效地校正可影響振盪器/放大器104中之放大器電路之增益之溫度、電壓及程序變化。
本文中所揭示之數位控制迴路經設計以用於振盪器/放大器104中之振盪之較快速啟動。振盪器/放大器104之振盪振幅可自一極小振幅開始且緩慢增大。振盪振幅增長所花費之時間取決於振盪器/放大器104之放大器電路之初始增益。本文中所闡述之數位控制迴路提供將在振盪之啟動期間為較高之放大器電路之增益且隨後在振盪振幅超過所要值(例如，來自電壓參考110之參考電壓值)時稍後減小增益。
舉例而言，當振盪振幅開始增堆時，振盪器/放大器峰值輸出電壓(振幅)小於參考電壓值，因此來自比較器108之輸出保持在一邏輯「1」下且遞增/遞減計數器114繼續在每一時脈脈衝處遞增計數。此遞增計數致使來自DAC 112之電流輸出增大，此增大振盪器/放大器電路之增益。以約一金屬氧化物半導體(MOS)臨限電壓之一DC電壓開始可花費數百微秒來增堆振盪振幅。由於參考電壓可係大致兩倍於 MOS臨限電壓，因此來自振盪器/放大器104之峰值振幅將在此啟動時間期間小於參考電壓。
在此啟動時間期間，來自比較器108之輸出將保持在一邏輯「1」下且遞增/遞減計數器114繼續遞增計數。DAC 112輸出電流繼續增大，其中振盪器/放大器104中之放大器電路之增益增大。因此，數位控制迴路將在振盪器/放大器104之啟動階段期間程式化大量放大器增益。接著在振盪輸出振幅增大之過程期間將達到其中來自峰值偵測器106之DC電壓輸出將過衝(超過)來自電壓參考110之參考電壓值之一點。在該時間處比較器108之輸出變為一邏輯「0」且遞增/遞減計數器114將接著代替遞增而開始遞減計數。遞增/遞減計數器114之計數方向之此改變減小振盪器/放大器中之放大器電路之增益且一靜止狀態將接著盛行。因此，有利地，振盪器/放大器104將在啟動期間具有較高增益，此減小由振盪器/放大器104所需之啟動時間。
本發明涵蓋且在本發明之範疇內，遞增/遞減計數器114之計數器位元及電流DAC 112之數位輸入位元之數目之選擇將足以在意欲操作頻率範圍內控制振盪器/放大器104中之放大器電路之放大範圍。熟習類比放大器設計及數位電子器件且受益於本發明之技術者可易於設計適當電路來完成所要最終結果。
視情況，一開始暫存器120及一通電重設122可在一通電事件期間用以將一計數值預載入至遞增/遞減計數器114中，以便預設振盪器/放大器104中之放大器電路之增益。此可減小由振盪器/放大器104所需之啟動時間。此外將放大器電路之增益預設為小於一最大增益值可在振盪器100在放大器之增益電路可係極高情況下在一較低頻率下操作時減小啟動電磁干擾產生。電壓參考產生器110可視情況係可程式化的以使得來自其之參考電壓可經調整以產生將匹配不同邏輯類型及/或操作電壓之不同輸入時脈信號要求之振盪器振幅。
參考圖2，繪示根據本發明之另一特定實例性實施例之一恆定輸出振幅振盪器之一示意性方塊圖。圖2中所展示之電路以類似於本文中上文所闡述之圖1之電路之一方式操作，其區別在於不需要一電流DAC 112，此乃因振盪器/PGA 204(可程式化增益放大器)之放大器電路可直接利用來自遞增/遞減計數器114之數位輸出。PGA 204具有以數位方式控制放大量藉此如本文中上文更全面地闡述直接以數位方式控制振盪RF振幅之內部電路。代表性PGA在Kumen Blake等人之標題為「Multi-Channel Programmable Gain Amplifier Controlled with a serial Interface」之共同擁有之第6,847,904B2號美國專利及Michael Charles等人之標題為「Operational Amplifier that is Configurable as a Programmable Gain Amplifier of a General Purpose Amplifier」之第6,462,621B1號美國專利中更全面地闡述；該等美國專利出於所有目的以引用方式併入本文中。
參考圖3，繪示根據本發明之教示之使用圖1或圖2中所展示之恆定輸出振幅振盪器之一積體電路裝置之一示意性方塊圖。通常由編號300表示之一半導體裝置可包括本文中上文更全面地闡述之恆定輸出振幅振盪器100或200、時脈電路320、一數位處理器322、耦合至數位處理器322之一記憶體324、數位I/O 326及視情況類比I/O 328。半導體裝置300可係(舉例而言但不限於)一微控制器、一特殊應用積體電路(ASIC)、一可程式化邏輯陣列(PLA)等。可對於針對內部時脈電路需要自僅一低頻率振盪器至一極高頻率振盪器之一寬廣應用範圍結合新的、新穎及創造性恆定輸出振幅振盪器100或200來利用半導體裝置300。此寬頻率操作範圍不在於較低振盪器頻率下操作時導致不期望之過多輻射電磁干擾問題。本發明涵蓋且在本發明之範疇內，頻率判定元件102或其部件可在半導體裝置300內部而非在其外部。
儘管已藉由參考本發明之實例性實施例繪示、闡述及定義本發 明之實施例，但此等參考不暗指對本發明之一限制，且不應推斷出存在此限制。所揭示之標的物能夠在形式及功能上具有大量修改、替代及等效物，熟習此項技術且受益於本發明者將聯想到該等修改、替代及等效物。本發明之所繪示及所闡述之實施例僅係實例，且並非係對本發明範疇之窮盡性說明。
100‧‧‧振盪器/恆定輸出振幅振盪器
102‧‧‧頻率判定元件
104‧‧‧增益可控制振盪器/放大器/振盪器/增益可控制放大器
106‧‧‧振幅峰值偵測器/峰值偵測器
108‧‧‧電壓比較器/比較器
110‧‧‧電壓參考產生器/電壓參考
112‧‧‧數位轉類比轉換器/電流數位轉類比轉換器
114‧‧‧遞增/遞減計數器/計數器
120‧‧‧開始暫存器
122‧‧‧通電重設

Claims (28)

  1. 一種具有自動數位振幅控制之寬頻率範圍振盪器，其包括：一振盪器/放大器，其經調適以用於耦合至一頻率判定元件，其中該頻率判定元件判定其一振盪頻率；一峰值振幅偵測器，其耦合至該振盪器-放大器，其中該峰值振幅偵測器提供與來自該振盪器/放大器之一振盪信號之一振幅成比例之一直流(DC)電壓；一電壓參考產生器，其用於提供一參考電壓；一電壓比較器，其用於比較來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓與該參考電壓，其中該電壓比較器在來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓小於該參考電壓時處於一第一邏輯位準且在來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓大於該參考電壓時處於一第二邏輯位準；一遞增/遞減計數器，其具有一時脈輸入及耦合至該電壓比較器之一遞增/遞減計數控制輸入，其中當該遞增/遞減計數控制輸入處於該第一邏輯位準時該遞增/遞減計數器遞增一計數值，且當該計數控制輸入處於該第二邏輯位準時該遞增/遞減計數器遞減該計數值；及一數位轉類比轉換器(DAC)，其具有耦合至該遞增/遞減計數器之輸入及耦合至該振盪器/放大器之一輸出；其中該振盪器/放大器之放大增益係藉由由來自該遞增/遞減計數器之該計數值控制的來自該DAC之該輸出之一類比電流值判定。
  2. 如請求項1之寬頻率範圍振盪器，其中該電壓參考產生器係可程式化的以用於不同參考電壓之選擇。
  3. 如請求項1之寬頻率範圍振盪器，其中該電壓參考產生器包括一帶隙電壓參考。
  4. 如請求項1之寬頻率範圍振盪器，其中該電壓參考產生器包括一齊納二極體電壓參考。
  5. 如請求項1之寬頻率範圍振盪器，其進一步包括耦合至該遞增/遞減計數器之一啟動暫存器及一通電重設(POR)偵測器，其中當一啟動發生時以來自該啟動暫存器之一啟動計數值載入該遞增/遞減計數器。
  6. 如請求項1之寬頻率範圍振盪器，其中該頻率判定元件包括一晶體。
  7. 如請求項1之寬頻率範圍振盪器，其中該頻率判定元件係選自由以下各項組成之群組：一壓電諧振器、一電感器-電容器調諧電路及一電阻器-電容器網路。
  8. 如請求項1之寬頻率範圍振盪器，其中該振盪器-放大器使用耦合至該DAC之一電流鏡電晶體來控制該振盪器/放大器之一放大電路中之一伴隨電晶體之增益。
  9. 如請求項1之寬頻率範圍振盪器，其中該第一邏輯位準係一邏輯高且該第二邏輯位準係一邏輯低。
  10. 如請求項1之寬頻率範圍振盪器，其中該第一邏輯位準係一邏輯低且該第二邏輯位準係一邏輯高。
  11. 如請求項1之寬頻率範圍振盪器，其中該振盪器/放大器、峰值振幅偵測器、電壓參考產生器、電壓比較器、遞增/遞減計數器及DAC係提供於一微控制器中。
  12. 如請求項11之寬頻率範圍振盪器，其進一步包括提供於該微控制器中之該頻率判定元件。
  13. 一種具有自動數位振幅控制之寬頻率範圍振盪器，其包括： 一振盪器/可程式化增益放大器(PGA)，其經調適以用於耦合至一頻率判定元件，其中該頻率判定元件判定其一振盪頻率；一峰值振幅偵測器，其耦合至該振盪器/PGA，其中該峰值振幅偵測器提供與來自該振盪器/PGA之一振盪信號之一振幅成比例之一直流(DC)電壓；一電壓參考產生器，其用於提供一參考電壓；一電壓比較器，其用於比較來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓與該參考電壓，其中該電壓比較器在來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓小於該參考電壓時處於一第一邏輯位準且在來自該峰值振幅偵測器之該DC電壓大於該參考電壓時處於一第二邏輯位準；及一遞增/遞減計數器，其具有一時脈輸入及耦合至該電壓比較器之一遞增/遞減計數控制輸入，其中當該遞增/遞減計數控制輸入處於該第一邏輯位準時該遞增/遞減計數器遞增一計數值，且當該計數控制輸入處於該第二邏輯位準時該遞增/遞減計數器遞減該計數值；其中該遞增/遞減計數器耦合至該振盪器/PGA且該振盪器/PGA之放大增益係由來自該遞增/遞減計數器之該計數值控制。
  14. 如請求項13之寬頻率範圍振盪器，其中該電壓參考產生器係可程式化的以用於不同參考電壓之選擇。
  15. 如請求項13之寬頻率範圍振盪器，其中該電壓參考產生器包括一帶隙電壓參考。
  16. 如請求項13之寬頻率範圍振盪器，其中該電壓參考產生器包括一齊納二極體電壓參考。
  17. 如請求項13之寬頻率範圍振盪器，其進一步包括耦合至該遞增/遞減計數器之一啟動暫存器及一通電重設(POR)偵測器，其中當 一啟動發生時以來自該啟動暫存器之一啟動計數值載入該遞增/遞減計數器。
  18. 如請求項13之寬頻率範圍振盪器，其中該頻率判定元件包括一晶體。
  19. 如請求項13之寬頻率範圍振盪器，其中該頻率判定元件係選自由以下各項組成之群組：一壓電諧振器、一電感器-電容器調諧電路及一電阻器-電容器網路。
  20. 如請求項13之寬頻率範圍振盪器，其中該第一邏輯位準係一邏輯高且該第二邏輯位準係一邏輯低。
  21. 如請求項13之寬頻率範圍振盪器，其中該第一邏輯位準係一邏輯低且該第二邏輯位準係一邏輯高。
  22. 如請求項13之寬頻率範圍振盪器，其中該振盪器/PGA、峰值振幅偵測器、電壓參考產生器、電壓比較器及遞增/遞減計數器係提供於一微控制器中。
  23. 如請求項22之寬頻率範圍振盪器，其進一步包括提供於該微控制器中之該頻率判定元件。
  24. 一種用於以數位方式控制一寬頻率範圍振盪器之一振幅之方法，該方法包括以下步驟：用一振盪器/放大器產生具有一振幅之一交替電流(AC)信號；用一峰值偵測器將來自該振盪器/放大器之該AC信號之該振幅轉換為一直流(DC)電壓值；用一電壓參考產生器產生一參考電壓；用一電壓比較器比較該DC電壓值與該參考電壓；當該DC電壓值小於該參考電壓時遞增一遞增/遞減計數器中之一計數值；當該DC電壓值大於該參考電壓時遞減該遞增/遞減計數器中之 該計數值；及用該計數值控制該AC信號之該振幅。
  25. 如請求項24之方法，其中用該計數值控制該AC信號之該振幅之該步驟包括以下步驟：用一數位轉類比轉換器(DAC)將該計數值轉換為一類比電流值；及用該類比電流值控制該振盪器/放大器中之一電流鏡放大器電路之一增益。
  26. 如請求項24之方法，其中用該計數值控制該AC信號之該振幅之該步驟包括用該計數值控制該振盪器/放大器中之一可程式化增益放大器(PGA)電路之步驟。
  27. 如請求項24之方法，其進一步包括用一可程式化電壓參考產生器自複數個不同DC電壓值選擇該DC電壓值之步驟。
  28. 如請求項24之方法，其進一步包括在該振盪器之啟動後旋即使用一預定義計數值之步驟。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI646776B (zh) * 2017-12-07 2019-01-01 晨星半導體股份有限公司 自動增益控制裝置與自動增益控制方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9234936B1 (en) * 2014-08-04 2016-01-12 Freescale Semiconductor,Inc Crystal oscillator monitoring circuit
US9647670B2 (en) * 2015-09-15 2017-05-09 Silicon Laboratories Inc. Oscillator with dynamic gain control
US10296612B2 (en) 2015-09-29 2019-05-21 At&T Mobility Ii Llc Sorting system
US10416959B2 (en) 2015-10-27 2019-09-17 At&T Mobility Ii Llc Analog sorter
US10496370B2 (en) 2015-12-02 2019-12-03 At&T Intellectual Property I, L.P. Adaptive alphanumeric sorting apparatus
US10261832B2 (en) 2015-12-02 2019-04-16 At&T Mobility Ii Llc Sorting apparatus
CN106888006B (zh) * 2017-03-17 2020-11-03 华自科技股份有限公司 信号峰值检测装置
CN109981066A (zh) * 2017-12-27 2019-07-05 晨星半导体股份有限公司 自动增益控制装置与自动增益控制方法
JP6923849B2 (ja) * 2018-01-29 2021-08-25 オムロン株式会社 近接センサ及び検出距離の変更方法
US10686453B2 (en) 2018-07-30 2020-06-16 Futurewei Technologies, Inc. Power supply for voltage controlled oscillators with automatic gain control
DE102020214873A1 (de) 2019-12-30 2021-07-01 Hyundai Mobis Co., Ltd. Gerät und verfahren zur aufhebung des empfängereingangsoffsets in einem abstandserfassungssystem
TWI779862B (zh) * 2021-10-06 2022-10-01 新唐科技股份有限公司 偵測電路、電子電路以及偵測方法
WO2023135919A1 (ja) * 2022-01-12 2023-07-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 キャリブレーション回路
CN116960990B (zh) * 2023-09-21 2023-12-12 国网湖北省电力有限公司 抑制电力系统宽频振荡的方法、装置、系统及存储介质

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7249090B1 (en) * 2000-11-02 2007-07-24 Loantrade, Inc. Method and system for distributing receivables
US6462621B1 (en) 2001-09-27 2002-10-08 Microchip Technology Incorporated Operational amplifier that is configurable as a progammable gain amplifier of a general purpose amplifier
US6847904B2 (en) 2003-02-25 2005-01-25 Microchip Technology Incorporated Multi-channel programmable gain amplifier controlled with a serial interface
US7324561B1 (en) 2003-06-13 2008-01-29 Silicon Clocks Inc. Systems and methods for generating an output oscillation signal with low jitter
GB2409389B (en) * 2003-12-09 2005-10-05 Wolfson Ltd Signal processors and associated methods
US7583151B2 (en) * 2007-01-31 2009-09-01 Intel Corporation VCO amplitude control
US8838017B2 (en) * 2009-03-31 2014-09-16 Qualcomm Incorporated Wideband jammer detector
JP2011082744A (ja) 2009-10-06 2011-04-21 Nec Corp 電圧制御発振装置および振幅調整方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI646776B (zh) * 2017-12-07 2019-01-01 晨星半導體股份有限公司 自動增益控制裝置與自動增益控制方法

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