TWI352519B - Methods and circuits for frequency modulation that - Google Patents

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1352519 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於用於展頻頻率調變使其減少切換調整器之 峰值頻譜雜訊之方法與電路。 【先前技術】 切換調整器藉由改變切換元件之開關時間而調整橫跨一 連接至其輸出之負載的電壓，以便透過該等切I件將功 率傳輸進能量儲存元件。能詈傲左#

此置儲存兀*件接著將此功率供應 至該負載。切換調整器部分回廊於^ D〇 _ ^ 刀u應於一振盪器所產生的時脈 信號而改變該等切換元件的開關·卜按照下文詳述之方 式’該切㈣整ϋ之輸出處的雜訊依㈣料脈信號之切 換頻率’其在下文亦將稱為該切換調整器之操作頻率。 切換調整器將電磁雜訊引入電子應用。雖然可將各種技 術用於減小輻射式與普通模式的雜訊，但差動模式的雜訊 既不能被屏蔽也不能被制止，上，其係直接沿著功率 分配路徑傳遞。一典型的固定頻率切換調整器具有一如圖 1所示之差動模式雜訊頻譜，其中不合需要之能量的高峰 值集中於切換頻率（fs)及其諧波處。 -般而言，有兩種技術可用於減小差動模式雜訊：濾波 與頻譜展開。遽波藉由添加額外的成分而削弱雜訊，其必 須傳導全供應電流或支援全供應電壓。為了適應此類高功 率傳輸，額外的成分在實體上可能係H城，頻譜展 開自時脈源處理雜訊問題1譜展開並錢用額外的功率 成分來傳導高功率，而調變—切換調整ϋ在-切換頻率跨 101232.doc 1352519 距内的瞬間操作頻率，以藉由橫跨該切換頻率跨距分配能 里而削弱峰值雜訊。此可減小切換調整器對其下游裝置造 成的傳導干擾’通常得到比濾波更好的雜訊減小。 頻譜展開有若干不同的方法可減小差動模式雜訊。根據 如何隨時間調變該切換頻率，可將該等現有的方法分類成 兩大頻率調變種類：正弦與線性頻率調變。 有關用於切換模式功率供應之頻率調變的早期研究使用 正弦調變’纟中根據-正弦頻率調變波形(例如參見圖2A) 來調變操作頻率。正弦頻率調變可包括⑴順序正弦頻率調 變，其中該切換頻率隨時間沿一平滑或階梯形連續正弦曲 線a減以及（2)偽隨機正弦頻率調變，其中切換頻率以一 偽隨機的方式在不同的頻率之間「跳躍」，其中一時間週 期=間的㈣頻率值’如果按照數字順序排序，則近㈣ f -正弦曲線。由於正弦波形的時間導數在其中間點處係 最大的，但在波峰與波谷處等於零（其分別對應於最大與 最^頻率），故所產生的雜訊頻譜在頻率極端處具有峰值 3剩八形」，從而影響雜訊減小的效率。當根據一正弦 頻率調變波形來調變切換調整器的頻率時，所產生的橫跨 切換調整器之輸出電容器之差動模式雜訊頻譜係如圖2B說 明性描述。 :線f生頻率調變根據__線性頻率調變波形來調變該切換頻 :;彳如藉由（1)順序線性頻率調變，纟中該切換頻率隨時 間沿著—平滑㈣梯形連續線性曲線增減，以及⑺偽隨機 線性頻率調變，其t該切換頻率以—偽隨機方式在不同的 10l232.doc 1352519 頻率之間「跳躍」，其中一時間週期期間的切換頻率值， .· #果按照數字順序排序，則在最小與最大切換頻率之間形 ^ 成一直線。儘管線性頻率調變產生比正弦方法更佳的雜訊 減小，但其仍遭受在頻率極端處較高雜訊振幅（或「喇八 形」）的影響。例如參見圓2(^D，其分別提供一說明性線 ϋ頻率調變波形以及當根據一線性頻率調變波形來調變該 • 調整益之切換頻率時橫跨一切換調整器之輸出電容器所產 生的差動模式雜訊頻譜。 _ 頒予Hardin等人之美國專利第5,488,627號（「Hardin專 利J )以及Hardin等人「用於減小輻射式發射的展頻時脈產 生（IEEE EMC會議記錄（1994))(「Hardin論文」）說明一第 二頻率調變波形（「11訂(1丨11頻率調變波形」），其主要用於 減小輻射式雜訊而非差動模式雜訊。然而，當根據類似於

Hardin調變波形之一波形來調變一切換調整器之頻率時， 亦會減小在頻率極端處之差動模式雜訊振幅之「味丨〇八 形j。 籲 圖2E說明Hardin頻率調變波形（如Hardin論文中所提 • 供）。當根據Hardin頻率調變波形來調變該切換頻率時，可 • 在一時脈之輸出（其輸出具有恆定振幅的簡單週期性矩形 波形）處產生圖2F所示之說明性輻射式雜訊頻譜（如Hardin 論文中所提供）。相反，圖3提供當根據一類似於Hardin頻 率調變波形之波形來調變一切換調整器之切換頻率時於該 ' 切換調整器之輸出處所產生之說明性差動模式雜訊頻譜。 圖3說明一類似於Hardin調變波形之波形減小差動模式雜 I01232.doc 訊頻譜中的「喇α八形」並且與固定頻率作業、線性頻率調 變與正弦頻率調變相比，可減小最大雜訊振幅。圖2Β、 2D與3中所提供的說明性雜訊頻譜係使用相同的功率轉換 器來產生。 ' 不同於圖2F所示處於一時脈之輸出（其產生一具有恆定 振幅的簡單週期性矩形波形）處的輻射式雜訊頻譜，當在 頻譜展頻頻率調變中採用上述任何調變波形時，切換調變 器之輸出處的差動模式雜訊頻譜形成一傾斜的頻譜包絡。 例如，如圖3所示，當根據一類似於Hardin頻率調變波形 的波形來調變該切換頻率時，橫跨一切換調整器之輸出電 容器的差動模式雜訊頻譜不利地從最小切換頻率朝頻譜包 絡15頂端（即頻譜頂部17)處的最大切換頻率傾斜。 鑒於前述說明，最好能夠提供用於展頻頻率調變使其藉 由減小（如果不是消除的話）頻譜雜訊包絡的傾斜而減小一 切換調整器之輸出處的最大雜訊振幅之方法與電路。 而且，最好能夠提供用於展頻頻率調變使其藉由減小 (如果不是消除的話）頻率調變跨距之極端處的「喇叭形」 而減小一切換調整器之輸出處的最大雜訊振幅之方法與電 路。 【發明内容】 鑒於前述說明，本發明之一目的係提供用於展頻頻率調 變使其藉由減小（如果不是消除的話）頻譜雜訊包絡的傾斜 而減小一切換調整器之輸入或輸出處的最大雜訊振幅之方 法與電路。 101232.doc 本發明之另""目的係提供用於展頻頻率調變使其藉由減 ,(果不是’肖除的話）頻率調變跨距之極端處的「喇叭 形」而減小一切換調整器之輸入或輸出處的最大雜訊振幅 之方法與電珞。 本發明之又一目的係提供允許使用者停用展頻頻率調變 乂有利於固定頻率作業或切換調整器之時脈信號與一外部 時脈信號之同步之方法與電路。 本發明之此等與其他目的係、藉由酉己置成I生一具有可變 頻率之時脈信號之頻率調變電路來達成，該可變頻率係根 據本發明之頻率調變波形來加以調變。本發明之每一頻率 調變波形的形狀係配合一峰值雜訊振幅波形，其將該切換 調整之切換頻率與不進行展頻頻率調變之調整器之輸入 或輸出處之對應峰值雜訊振幅相關。峰值雜訊振幅波形視 應用而定，並且可憑經驗或藉由理論推導而決定。 本發明之頻率調變電路包含一信號產生器，該信號產生 器係耦合至一振盪器，該振盪器回應於該信號產生器所輸 出之一可變電壓或電流信號而產生一時脈信號。在一具體 實把例中，該信號產生器係配置成為一具有線性輸入至輸 出轉移特徵的振盪器供應一信號波形，該信號波形在一時 間週期期間的幅度，如果按升高的數字順序排序，則形成 一近似於本發明之頻率調變波形之形狀的曲線。 或者，振盪器係配置有一非線性輸入至輸出轉移函數， 其近似於本發明之頻率調變波形。 為了給使用者提供更大的靈活性，使用者可停用展頻頻 101232.doc •10· 1352519

率作業，並回應於一與固定頻率作業相關聯或與一外部時 脈k號同步的替代性信號源而產生該時脈信號。 【實施方式】 在一切換調整器中，該調整器之輸出處之雜訊頻譜之傾 斜，如圖3所示，係由電感器電流與輸出電壓對該調整器

之切換頻率的依賴性所引起。 按照下列方式使電感器電流 (△Vout)與切換頻率（fs)成反比 △ IL =吞 fs 例如，在一降壓調整器中， 連波（Δ IL)及輸出電壓漣波 等式1

2L 等式2 其中VIN為調整器的輸入電壓，及匕為調整器之電感器的電 感0 輸出漣波電壓么乂01^為：

等式3A AV〇UT=-i-*(J0D*rA/ii/〇+ESR*AlL+ESL*i^) ουΓ dt

其中c0UT為輸出電容器的電容器，ESR為輸出電容器的等 效串聯電阻，並且ESL為輸出電容器之等效串聯電感。假 定ESL係可忽略的，並且電感器電流漣波之頻率成分主 要為切換頻率（fs)，輸出漣波電壓Δν〇ϋτ近似為： AVqut^aIl* J£SJ{2 + 1 2n*fs*C{ OUT ·

專式3B

等式3C 為了進行工程估計，可進一步簡化為： △V〇ut«ail*(esr+_1_)

氣 fsC〇UT 101232.doc 可針對不同佈局的調敕„ 等，而導出用於電感：二例如升壓、降壓-升壓、SEPIC 式。 、 裔電流漣波與輸出電壓漣波之類似等 ::::::::::外差式接收器之頻譜分析器按 號之振幅。為決=調整器之輸出電容器之雜訊信 幅A。之功率^ 7切換調整器之輸出處之♦值雜訊振 式可提供-近似 分”㈣行直接測量或以下等 A〇=l〇*ig AV2 等式4 、及TEm *1坩阶j 其中峰值雜訊振幅A。之單 八46„ 门a£5m」，並且Rterm為頻譜 刀析益之終止電阻器，其通常為50ω。 "圖4提供橫跨—切換降壓調整器之輸出電容器而與不進 Τ展頻頻率調變之調整器之操作頻率成函數關係之峰值雜 訊振幅Α。之說明性曲線圖。如本文所用，此波形稱為锋值 雜訊振幅波形。亦可針對其他佈局之切換調整器，例如升 麼降麼-升麼、SEPIC等來產生具有類似於圖4之形狀的 峰值雜訊振幅波形。因此，儘管圖4之峰值雜訊振幅波形 說明降壓調整器之輸出處之峰值雜訊，但該波形亦提供任 何切換調整器佈局或應用之峰值雜訊振幅波形之說明性近 似。可藉由經驗測量或藉由理論推導來獲得特定調整器佈 局與應用之峰值雜訊振幅波形之更接近的近似。 圖4指示橫跨一切換調整器之輸出電容器之雜訊振幅隨 著操作頻率降低而非線性地增加。當根據類似於關於圖 2Α、2C或2Ε所述之波形的一調變波形來調變切換調整器 101232.doc -12· 1352519 2操作頻率時’此引起調整器之輸出處的頻譜雜訊包絡傾 斜，因為該等調變波形不補償最大雜訊㈣ 間的此相關。 p观干& 根據本發明之原理，藉由根據一配合切換調整器應用之 峰值雜訊振幅之頻率調變波形來調變切換調整m作頻 率，可減小(如果不能消除的話)切換調整器之輸出處之頻 譜雜訊包絡的傾斜。如本文所用，當調變波形的形狀至少 部分補償峰值雜訊振幅波形的形狀時，本發明之頻率調變 波形係配合於切換調整器應用的峰值功率振幅波形。此類 補償減小傾斜’較佳係亦減少極端切換頻率處的「味卜八 形」。 圖5中提供本發明之第一說明性頻率調變波形，其與線 性頻率調變波形12並置。本發明之說明性頻率調變波形10 之形狀類似於圖4之峰值雜訊振幅波形之水平鏡像。為進 一步補償極端切換頻率處之「_」，使頻率調變波形 1〇之頻率極端處的斜率略微增加，從而形成本發明之第二 說明性頻率調變波形14’如圖6A所示。圖Μ將第二說明 性頻率調變波形U與第一說明性波形1〇及線性調變波㈣ 並置。 圖6则橫跨切換調整器之輪出電容器之雜訊頻譜，其 中根據波形14來調變操作頻率。調變波形14實質上消除頻 -曰頂。p 17的傾斜。波形14亦減少頻率調變範圍之頻率極端 處之雜訊頻譜中之「剩°八形」’如果根據正弦或線性頻率 調變波形㈣變切換調整器’則會存在此等「輕形」。 •13- 10l232.doc

1352519 相比於根據類似於線性、正弦或Hardin調變波形的波形來 調變相同切換調整器時所產生者，波形14亦減少峰值雜訊 信號之最大幅度。 使用一不同於用於產生圖3所示之雜訊頻譜之功率轉換 器來產生圖6B所示的雜訊頻譜。如果使用相同的切換調整 盗，則對應於本發明之頻率調變波形的最大峰值雜訊振幅 一般將小於與類似於圖2A、2(：與2£所示之調變波形的波 形對應的最大峰值雜訊振幅。例如，圖6(：說明使用與用於 產生圖6B之雜訊頻譜之功率轉換器相同之功率轉換器來產 生之雜訊頻譜，但係根據線性頻率調變波形而非本發明之 頻率調變波形來調變。圖6(：顯示橫跨切換調整器之輸出電 容器而根據-線性頻率調變波形加以調變之最大幸值雜訊 振幅’其大於根據本發明之頻率調變波形進行調變所得 者。有利的係，本發明之頻率調變波形不僅可有效地減少 差動模式傳導雜訊，而且相對於當調整器之切換頻率固定 時所經歷的位準，該等波形亦可減少輻射式雜訊。 波形14之確切數學說明係難以定義的(如果並非不可能 的話)β來自切換調整器之輸出信號之頻譜係由信號之波 形形狀（其取決於㈣器之輪人與輪出㈣）、調整器佈局 以及置放於輸出處之電容器之類型決定。由於切換調整号 =出波形之形狀-般類似於三角形波形及其積分波形 (因4效串聯電阻而具有較小步 / %)之合併，並且因而很少 係對稱的或一致的，故分析推道 扭“ 刀析推導更為困難、然而，對於工 私實務，圖6A之波形1〇與ι4可益 了藉由以下對數或指數函數來 i0l232.doc •14· 1352519 加以近似： fs= fAi + K2 ln(t) ♦ te[T1} T2]

_i 等式5A — fA2 — K3 e r

., 等式5B 並且 f*Al 與 其中I與&為常數，視切換調整器佈局與應用而定 與fA2為針對特定應用的基本頻率。 疋 、 尺乃艰言之’ lA1兴 為停用展頻調變情況下的恆定择 铞作頻率。亦可改變常數 K：2與K：3，以便將其他設計問題考慮在内。 或者，調變波形10與14亦可分別藉由以下平方根和反轉 函數來加以近似： fs= fMiN+ #7 J te[Tl5 τ2] Ρ _ Γ Κκ 寻式6 rs— Ιμαχ— —— » teTTi Ττΐ l2J 等式 7 其中f_wMAX為停用展頻頻率調變的情況下㈣㈣器 :運作的恒定基本頻率eK4、K5與K6^定的，視切換調 Μ佈局與應用而定，並且可加以變化以將其他設計問題 考慮在内。 本發明之頻率調變波形不限於上述近似。該等近似的共 同點為，該等波形關於時間之二階導數（即d2f

切換頻率範圍内為負β孰習此馆姑欠土 W q只热各此項技術者將認識到，亦可使 用具有類似特徵之JL仙、、由犯 Λ f 获（、他波形，而不脫離本發明之範脅。例 如’本發明之頻率調蠻浊 干β支波形亦可藉由滿足下列條件的 來加以近似： y=〇U 〇 專式8 y= 1〇〇%|ί=100% 全>0 dx 等式9 等式10 101232.doc • 15- < 0 1352519 d2y 等式11 等式12 等式13

IbF

y =—人 · J F 1 MAX 其中x與y係错甴以下望+ —/乂了以下專式來加以定義： -*100% 10〇°/« > te[〇, tcycle] =二頻率〜為時脈信號可變化的頻率範圍内 刀、’率，Fmax為該頻率範圍内的最大切換頻率， TCYCLE*頻率調變波形之—循 期， 波形之每一循产由办 胡亚且t為頻率調變 -衣内” 一對應切換頻率（fs)相關的時間。 如圖7A所示，漸近線^與Fb定義區域A,，本發明之大多 F, j-x1 + 2x 數(如果不是全部的話)頻率調變波形位於該區域A!内： y 等式14 = [〇, 1] F b : y = x 等 儘管在x=o與X=1處，漸近線Fa*滿足等切至n所表示的 條件，但本發明之頻率調變波形亦可藉由等式μ來近似， 等式⑽義-四分圓區域。然而，本發以㈣㈣㈣ 可能不能藉由等式15來近似，等式15定義一直線。 本發明之頻率調變波形亦可藉由兼具非線性與線性部分 ^皮形來近似。例如’如圖7B所示，頻率調變波㈣包含 高頻率處的線性頻率調變部分！ 6 B以及低頻率處的非線性 頻率調變部分16A，或者相反。非線性部分16八可能藉由 等式5至7或8至13來近似。如果部分16A係藉由等式8至13 來定義，則FMIN與fmax分別係藉由非線性頻率調變部分 16A所（個別地）定義之頻率範圍内之最小與最大頻率， I0I232.doc ^ • 16 - 1352519 tcycle等於非線性部 16A之备一 Μ由 週期，並且1係與非線性波形 之一對應切換頻率(fs)相關聯的時間。戋 2頻率調變波形16可包含插入於非線性頻率調變部分: 間的線性頻率調變部分，$ 或插入於線性頻率調變部分之間 的非線性頻率調變部分。 本文所用之術語「偽隨機頻率調變」指其中時脈信號之 頻率以偽隨機方式在不同頻率之間「跳躍」的頻率調變。 本文所用之術語「順序頻率調變」指其中時脈信號的頻率 隨時間近似於所需頻率調變波形之曲線而按照數字順 序升高及7或降低的頻率調變。當根據-所需頻率調變波 形來調變信號頻率時，可採用偽隨機或順序調變(視頻率 調變電路而定）來改變信號頻率，以使所得信號頻率波形 之值’如果按照升高的數字順序排序，則形成—近似於所 需頻率調變波形的曲線。熟習此項技術者將認識到，可將 階梯形與平料續之波形考慮為對於_給定的_差包含 一序列的離散值。 現在參考圖8，其說明本發明之頻率調變電路18之簡化 方塊圖，其中振盪器22從信號產生器2〇接受信號21並回應 於此而產生時脈信號23。時脈信號23具有一根據本發明之 頻率調變波形來調變的可變頻率。如下文詳述，信號產生 器20可配置成使用偽隨機或順序調變技術，藉由輸出一信 號產生器波形而調變時脈信號23之頻率，該信號產生器波 形之幅度，如果按照升高的數字順序排序，則形成―近似 於本發明之頻率調變波形之形狀的曲線。在該情形下，振 101232.doc •17- 1352519 盈器22可配置成具有一線性輸入至輸出轉移特徵，以便回 • 應於非線性信號Μ來控制所產生之時脈信號的頻率。缺 - ❿’如果信號產纟器2〇輸出-㈣產4器波形並且A幅度 如果按照數字順序排序則形成一近似於直線的料，則= 盈器22可配置成具有一非線性輸入至輸出轉移函數，其近 似於本發明之頻率調變波形之形狀。或者，信號產生器2〇 可配置成輸出-非線性輸出信號至一振盈器，該振盤器亦 係配置成具有-非線性輸入至輸出轉移函數。頻率調變電 籲路18之每一此等具體實施例之信號產生器與振盈器一起產 生一時脈信號，該時脈信號的頻率係根據本發明之頻率調 變波形來調變》 當根據本發明之頻率調變波形來調變一切換調整器之操 作頻率時，操作頻帛係在由最小與最大值所#定的切換頻 率範圍（包含最小值與最大值）内變化。根據最小與最大頻 率值之差除以平均頻率值來定義，2〇至4〇%之展開範圍滿 =許多應用。耗對於偽隨機頻率調變而言，較寬的展開 範圍係較佳的，但太寬的展開範圍會引起性能降低（例 如，過大的漣波電壓，降低的頻率等。）使用者可藉由調 • 整如下詳述之一低通濾波器（下稱「低通信號控制濾波 益」）之電容，或調整與該低通信號控制濾波器之電容器 . 並聯置放之電阻器之電阻，來減小展開範圍。如果該低通 信號控制濾波器亦包含與該電容器串聯的一電阻器，則使 用者亦可調整該串聯電阻器之電阻來減小展開範圍。 在圖9與10所述之本發明之頻率調變電路“之第一具體 101232.doc •18· 1352519 實施例中，信號產生器20包含偽隨機數字產生器24，其將 /、有均勻機率岔度分佈之數位信號Q。至。供應至數位至類 比轉換器（「DAC」)26。偽隨機數字產生器24包含自我饋 送移位暫存器28 ’其具有回饋電路30。回饋電路30可包含 從暫存器28接受輸出信號並產生—從其導出的資料信號之 邏輯。將該資料信號回饋至該暫存器之data W輸入中。 儘管所示回饋電路3G接受由暫存器辦輸㈣全部信號， 仁熟S此項技術者將認識到，回饋電路⑽亦可配置成接受 更f的信號。-般而言’僅需少許位元。熟習此項技術者 將認識到，除了包含邏輯，回镇電路咐可包含—記憶體 查找表或從偽隨機產生器24提供所需機率密度分佈之其他 電路》 在4號產生器20之一具體實施例中，可將時脈信號23饋 送至移位暫存器28之時脈（CLK)輸入中。在此情形中， DAC 26可能需要配置成補償由時脈信號23之可變頻率所 產生之機率函數之任何不均勻性。而且，如果調整器無法 跟上時脈信號23之頻率的步幅變化，則切換調整器可能表 現出不精確的調整。為防止偽隨機產生器調變信號之高頻 成分引起切換調整器表％出不精確的調整，肖隨機產生器 24可能包含分頻器32 ’以將時脈信號23的頻率降低至小於 該切換調|器之頻寬fc之值。冑涵蓋大多則如果不是全部 的1)實1用設計，可藉由以下關係式來估計頻寬fc: fs 100 等式 16 其中fs為切換調整器的操作頻率，並且「1〇〇」之值包含 101232.doc 19 一 @安全因數。因此’分頻器32可包含—n位元計數器， 其滿足以下關係式： 2"> 1〇〇 等式17 雖」圖1〇所示之分頻器32係包含於偽隨機產生器24内，但 熟習此項技術者將認識到，亦可將分頻器曝露於爲隨機產 生器之外部。 如下文詳述，本發明之展頻頻率調變電路亦可包含一低 通信號控制濾波器來控制從—頻率至下—頻率之轉換率以 遽出該偽隨機產生器信號之高頻成分。如上所述，針對低 通濾、波器信號控波器選擇之成分值亦可能會影響調變 切換調整器所涉及之操作頻率範圍。 除了可能引起切換調整器表現出不精確的調整之外該 偽隨機產生器•調變信號之高頻成分亦可能引起可聽見的雜 訊。為降低可•聽見的雜訊，移位暫存器28亦可滿足以下關 係： 2ΪΤ~6)-2〇Ηζ 等式 18 其中fS可能近似為包含本發明之展頻頻率調變電路之切換 調整器係料錢作的頻率之平均頻率，_移位暫 存器28之位元數’並且匕等於移位暫存器以鎖定的狀態 數》例如’如果回饋電路3()係設計成使得移位暫存器鎖定 於全零狀態’ b將等於一⑴β然而’如果回饋電路3〇不引 起該移位暫存器鎖；t於任何狀態，_等於零上述低 通信號控制濾波器亦可用於削弱偽隨機產生器的高頻成 分，從而減少可聽見的雜訊。低通信號控制渡波器之轉角 101232.doc •20- 1352519 頻率可能係選擇成高於移位暫存器之時脈率以保留調變範 圍但低於時脈率的兩倍以削弱高頻諧波。 在偽隨機產生器24之替代性具體實施例中，移位暫存器 28接受一參考時脈信號，其獨立於内部產生的時脈信號 為防止偽隨機產生器之高頻成分引起切換調整器 表現出不精確的調整並產生可聽見的雜訊，參考時脈信號 應包含一頻率，其低於其中包含該切換調整器之應用的頻 寬 現在參考圖11，提供一用於DAC 26之說明性輸入至輸 出轉移函數，其中該轉移函數近似於本發明之頻率調變波 形。圖11提供來自偽隨機產生器24之數位信號25與已排序 信號21之間的說明性相關（即信號21已按照升高的數字順 序隨時間排序之後由DAC 26輸出的信號21)。當DAc 26接 收信號U〇(其係偽隨機產生器輸出信號Q〇iQi之一組合） 時’ DAC 26輸出-信號，例如具有一最小值，其對應於 該切換調整器係設計成運作之最小頻率。同樣，當dac 26接收信號Up(其係偽隨機產生器輸出信號仏至&之一不 同組合）時，DAC 26輸出一信號，例如具有一最大值，其 對應於該切換調整器係設計成被調變之最大頻率。如果信 號21的幅度係、按照升高的數字順序隨時間排序，則所得到 的P白梯形連續曲線近似於本發明之頻率調變波形^儘管圖 11說明性地福述本發明之頻率調變波形14係藉由已排序信 號21之左頂點來近似，但熟習此項技術者將認識到，已排 序信號21可在階梯形連續曲線t的其錄置來近似波形 101232.doc ⑧ 21 1352519 14。例如，波形14可藉由右頂點或藉由對應於曲線步幅之 平均值來加以近似。 DAC 26係配置成接受的信號數目可能等於或小於由不 含干預解碼器之偽隨機產生器24所輸出之信號數目。熟習 此項技術者將認識到’ m位元偽隨機產生器24可配置成輪 出夕達2 b個號或較少數目之信號，視應用的要求以及 設計者的偏好而定。然:而，為更好地近似.本發明之 變波形（即增加解析度），偽隨機產生器24可配置成藉由增 加該偽隨機產生器係、配置成輸出之位元數目而為DM ^ 供應更大數目之信號，其可能要求移位暫存器以配置成處 更大數目之數目’或DAC 26可能配置成接受比解碼器 插入偽隨機產生器與DAC之間的情況下由偽隨機產生器Μ 所輸出位元之更多的位元（如下文所述）。 熟習此項技術者將認識到，由於當使用時脈信號]來對 移位暫存^ 28進行計時時，時脈信號23之可變頻率可產生 1卜的非線，故可將DAC 26之輸入至輸出轉移函數設 計成補償此額外的非線性。 現在參考圖12，說明DAC 26之第一說明性具體實施 例。DAC 34包含運算放大器36，其具有一以參考電壓％ 來词服節點38之回饋迴路；置放於節點38與接地之間的電 阻器40;以及電晶體42，其閘極係連接至運算放大器36之 輸出，其源極係耦合至電阻器4〇，並且其汲極係耦合至二 極體連接之電晶體44。電阻器4〇可配置成具有一電阻，可 調整該電阻以校正在製造期間所引人之頻率不精確性。 101232.doc •22· 1352519 為以參考電麼乂丨伺服節點38，電源Vcc透過二極體連接 之電晶體44供應與必要電流一樣多的電流，以便橫跨電阻 器40而建立適當的電壓降。藉由鏡射電晶體46來鏡射此電 流以產生比例電流IMIN。最小電流IMIN提供一恒定的電流 源至振盪器22以產生時脈信號23，該時脈信號23在展頻頻 率操作期間具有最小頻率值。本文所用，幅度「成比例」 之電流包括電流幅度相等之狀態。 除鏡射電晶體46之外，電晶體44亦係耦合至鏡射電晶體 5 0至5 5以形成多個並聯的電流鏡，每一電流鏡可在其對應 開關62至67將電流鏡連接至輸出節點48時獨立地予以啟 動。偽隨機產生器24藉由供應信號q〇至仏而控制每一開關 62至67，該等信號較佳係藉由插入產生器24與開關“至” 之間的解碼器68來解碼。解碼器68較佳係包含用於非線性 頻率調變波形之溫度計料^，或㈣非㈣與線性部分 相組合之頻率調變波形之溫度計與線性解碼器之組合。解 碼器68接受偽隨機產生器信號⑽仏，並供應解瑪器信號 Bo至氏以直接控制開關62至67。例如，當偽隨機產生器輸 出信號以引起解碼㈣提供「丨」至開關㈣，開關㈣ 合，以允許鏡射電晶體54鏡射流過電晶體44的電流。然 ^田偽隨機產生器24輸出信號以引起解碼器68提供 〇」至開關66時’開關斷開並且不允許電晶體54鏡射電 流。，在輸出節點48處將所有產生之電流、與!。至加總， 以形成DAC輸出電流Idac。如下詳述，振盪器22係配置成 產生時脈信號23 ’時脈信號的頻率對應於當致動展頻頻率 101232.doc -23· 1352519 調變時DAC輸出電流IDAC之幅度。 為根據本發明之頻率調變波形來調變時脈信號23之頻 率，偽隨機產生器24之輸出、解碼器68以及電晶體50至55 之寬度對長度（W/L)比率（亦稱為縱橫比）係設計成使DAC 34具有一類似於圖11中說明性提供者之輸入至輸出轉移函 數。偽隨機產生器24—次可配置成開啟由電晶體44與鏡射 電晶體50至55所形成之電流鏡之一或多個。DAC 34亦可 包含可藉由組合解碼器信號，例如等於Bo+B!之信號，來 p 啟動之額外電流鏡。為組合解碼器信號，可使用邏輯閘 極0 亦可藉由使形成DAC 26或振盪器22中之一電流鏡之一 或多個電晶體在該電流鏡之互補鏡射電晶體運作於飽和區 域時運作於線性區域而實現非線性。因此，並非將偽隨機 產生器24之輸出、解碼器68以及電晶體50至55之寬度對長 度（W/L)比率來為DAC 34提供一類似於圖11中說明性提供 者之輸入至輸出轉移函數，所需的非線性可藉由使形成 籲 DAC 26、振盪器22或頻率調變電路18之另一部分中之電 流鏡之一或多個電晶體在其對應的互補鏡射電晶體運作於 飽和區域時運作於線性區域中而實現。在該情形下，DAC 26較佳係配置成具有一線性輸入至輸出轉移函數，並且產 生器輸出信號Q〇至Qi可直接控制開關62至67 » 如下文所詳述，DAC 34亦可包含一額外的電流鏡，其 係由電晶體44與61所形成，並且可回應於使用者可程式化 信號SSM—EN而啟動。在固定頻率作業中，此額外電流鏡 101232.doc •24· 將最小切換頻率偏移至一值，其不同於展頻作業中之最小 電流Imin所建立之最小切換頻率。本文所用之術語「使用 者可程式化」指使用外部組件或使用者提供之信號改變電 路之參數之能力。 本文圖式所述之電流鏡包含基本電流鏡組態，其用於說 明性目的，而並非要限制本發明之範疇。熟習此項技術者 將識到’該等電流鏡亦可包含串疊組態，以將鏡射電晶 體與電流鏡之輸出處之負載引起之電壓變化相隔離。亦可 使用電流鏡之替代性組態，例如Wiison組態鏡以及經修改 之Wllson組態鏡。雖然本文所述圖式顯示電流鏡包含 MOSFET，熟習此項技術者將認識到，可使用任何類型之 電晶體或電晶體之組合，例如雙極電晶體或絕緣式閘極雙 極電晶體。 圖13A說明用於（例如）圖12之DAC 34之振盘器22之第一 說明性具體實施例。振盪器74在輸入節點76處接受DAC輸 出電流Idac。一序列可選電流鏡78與80產生充電電流 Ichrg，其幅度與DAC輸出電流Idac成比例。充電電流Ichrg 對時序電容器84進行充電，該時序電容器84係耦合至接 地，從而增加節點82處的電壓。當節點82處之電壓達到或 超過由參考電流1丨與參考電阻器Rref所建立（或替代地由參 考電壓乂丨直接建立）的參考電壓時，比較器86輪出一信號 HIGH ’其係透過反相器88、9〇與91被引導至開關當 開關92閉合時，其將時序電容器84短路至接地，從而對電 容器進行放電。一旦時序電容器84已進行足夠放電以使節 101232.doc •25· 1352519 點82處之電壓小於由參考電流l與參考電阻器Rref所建立 的參考電壓，比較器86便輸出一信號L〇w ’其斷開開關 92 ’從而允許充電電流ICHRG對時序電容器84再充電。在一 替代性具體實施例中’振盪器74可直接在節點82處接受 DAC輸出電流Idac。 時序電容器84之充電與放電在節點82處建立一斜坡波 形，其可用作一斜坡時脈信號。可直接從比較器86之輸出 處拉動或藉由AND閘極94之輸出產生一具有與節點82處之 • 斜坡波形相同頻率之脈衝式矩形時脈信號，該AND閘極94 係橫跨反相器88、90與91而並聯連接。反相器88、9〇與91 適應對時序電容器進行放電時之其餘電路中的延遲，並且 可以其他延遲電路（例如計時器）來取代。 如果該切換調整器係配置成適應一個以上之相位（即&相 位），則藉由分頻器96來分割從時序電容器84之充電與放 電所產生之時脈信號之頻率’該分頻器96包含，例如，一 配置為κ分頻器之計數器。分頻器96之輸出為時脈信號 • 23。 時脈信號23之頻率對應於充電電流ICHRG之幅度。當充電 電流ICHRG之幅度增加時，時序電容器84以更快的速率充 電，因而節點82處之電壓達到由參考電流U與參考電阻器 Rref在更短時間内所建立的參考電壓。此產生一具有增加 ' 之頻率的時脈信號。同樣，當充電電流ICHRG之幅度降低 • 時，時脈信號23之頻率亦降低。因此，當根據本發明之頻 率調變波形來調變來自DAC 34之輸出電流lDAC之波形時， 101232.doc 26 1352519 亦調變時脈信號23之頻率。 如本文所用’當信號隨時間形成一信號波形並且該产號 波形的幅度如果按照升高的數字順序排序則形成_近似於 本發明之頻率調變波形之形狀的曲線時，根據本發明之頻 率調變波形來調變信號。如本文所用，當時脈信號之頻率 隨時間形成一彳§號波形並且該信號波形的幅度如果按照升 高的數字順序排序則形成一近似於本發明之頻率調變波形 之形狀的曲線時，一信號根據本發明之頻率調變波形來調 變時脈信號23之頻率。

現在參考圖13B，其說明振盪器74之一替代性具體實施 例，其中配置成對時序電容器84進行放電之電路係經過略 微修改。振盪器89包含鎖存器91，其監視比較器86之輸出 以及郎點82處之電壓。當充電電流1(：咖已將時序電容器μ 充電至一等於或超過參考電壓V〗之電壓位準時，鎖存器91 »又疋並輸出一信號HIGH至開關93。開關93接著藉由將電 流槽95耦合至接地而對時序電容器料進行放電。一般而 =7電流源95係配置成以快於充電電流Ichrg對時序電容器 進行充電之速率的速率對時序電容器84進行放電。然而， 電机源95亦可配置成以充電電流】。刪對時序電容器進行充 ^之相同速率或以—更低速率對時序電容器Μ進行放電。 夺序電令器放電至一點處，於該點處節點82之電壓減 小至參考電羅V W ΤΓ tHt 2 乂下時，比較器87輸出一信號LOW，其重 設鎖存器9 1，兮雜六m & 邊領存is輸出一信號L〇w至開關93。此斷開 開關以將電流槽95與接地解耦 ，從而允許充電電流ICHRG對 101232.doc

(D -27. 1352519 電容器84進行再充電β 為了給使用者提供更大的靈活性，可將包含本發明之頻 率調變電路之切換調整器配置成允許一使用者停用展頻頻 率調變並致動固定頻率作業。圖14說明配置成提供此類功 能性之電路98。當使用者需要停用展頻頻率調變時，使用 者將供應一信號LOW至輸入接針SSM_EN並供應一 DC電壓 至輸入接針FLTR。供應至輸入接針SSM_EN之信號LOW停 用偽隨機產生器24，以使DAC 34之開關62至67保持斷開 Φ (參見圖12)。至輸入接針SSM_EN之信號LOW亦閉合DAC 34之開關73 ’以允許鏡射電晶體61產生恆定的電流 【fixed ’其與流過電晶體44之電流成比例。DAC 34接著將 怪定電流IFIXED與IMIN之和輸出至電路98之輸入接點1〇〇。 電路98允許使用者藉由將特定的輸入信號施加於輸入接 針FLTR而引導振盪器74來產生一時脈信號，其具有三固 定頻率之一。邏輯偵測器1〇4在將信號L〇w供應至輸入接 針SSM—EN時偵測此等輸入信號，並且根據其從偵測器輸 _ 出F1與F2輸出信號。例如，當輸入接針FLTR係以第一使 用者可程式化固定頻率狀態耦合至接地時，偵測器104從 • 輸出F2輸出一仏號HIGH並從輸出F1輸出一信號LOW。此 閉合與鏡射電晶體108與11〇串聯耦合之開關1〇6，該等二 電晶體鏡射流過二極體連接之電晶體1〇2的電流，以產生 一與電流iDAC成比例的電流。透過開關114引導該產生之電 ‘流’該開關114在反相器112將信號反轉之後回應於輸入接 針讀一EN之信號LOW而閉合。為對時序電容器84進行充 101232.doc -28, 1352519 電，振盪器74之電流鏡80產生充電電流IcHR(J，其幅度與藉 由鏡射電晶體108與110而產生之電流成比例。熟習此項技 術者將認識到’可將電晶體1 08與11 〇合併成單一電晶體。 當將輸入接針FLTR耦合至電壓源Vcc或切換調整器之輸 入電壓（例如以第二使用者可程式化固定頻率狀態）並將一 信號LOW供應至輸入接針SSM_EN時，固定頻率偵測器 104從偵測器輸出F1輸出一信號HIGH並從偵測器輸出^輸 出一信號LOW ’此停用開關1〇6與電晶體108及11〇，而致 • 動鏡射電晶體118並閉合開關114與丨16，從而允許電晶體 118產生一與電流lDAC成比例的電流。為對時序電容器討進 行充電，振盪器74之電流鏡80產生充電電流iCHRG，其幅度 與藉由鏡射電晶體11 8而產生之電流成比例。如果11 8係配 置成具有一 W/L比率（或縱橫比），該比率產生比藉由電晶 體1 08至11 0所產生之電流更多的電流，則時脈信號23將具 有在第二固定頻率狀態内之一頻率，其大於該第一固定頻 率狀態中所產生之時脈信號的頻率。 _ 如果使輸入接針FLTR浮動並為輸入接針SSM_EN供應一 處於第三使用者可程式化固定頻率狀態中之信號L〇w，並 且固定頻率偵測器1 〇4從偵測器輪出f 1與F2輸出信號 LOW^此保持開關106與116斷開並關閉電晶體1〇8、11〇與 118 ’但開啟電晶體122並閉合開關114與12〇，從而允許鏡 ' 射電晶體122鏡射電流Idac。如果電晶體122係配置成具有 • 一 W/L縱橫比’其產生的電流多於藉由鏡射電晶體1 〇 8與 110而產生之電流但小於藉由鏡射電晶體118而產生之電 101232.doc -29- 1352519 "π·，則時脈信號23將具有在第三固定頻率狀態中之一頻 • ·率，其高於該第一固定頻率狀態中所產生之時脈信號之頻 率但低於該第二固定頻率狀態中所產生之時脈信號之頻 率。熟I此項技術者將認識到，可將電路9 8稍作修改以致 動額外的固定頻率狀態。 备使用者需要致動展頻頻率調變時，將信號HIGh供應 至輸入接針SSM—ΕΝ。此致動偽隨機產生器24,並停用（1) 由電晶體44與DAC 34之61所形成的電流鏡，以及（2)電路 • 98之開關114，以便不管輸入接針FLTR處之電壓為何，開 關106、116與120防止電流流過電晶體1〇8、ι〇〇、118與 122 ° 為防止切換調整器之不精確的調整並降低可聽見的雜 訊’可將一低通信號控制濾波器耦合至輸入接針FLTR， 例如耦合至接地之電容器。當至輸入接針SSM_EN之信號 HIGH閉合開關124時，將低通信號控制濾波器耦合至二極 體連接之電晶體102之閘極。 _ 為產生充電電流ICHR(J ’至輸入接針SSM_EN之信號 HIGH亦閉合開關126並致動鏡射電晶體128與130，可將其 合併成單一電晶體。此允許鏡射電晶體128與130鏡射DAC 輸出電流IDAC ’信號產生器20根據本發明之頻率調變波形 來調變該DAC輸出電流iDAC。 為了給使用者提供甚至更大的靈活性，包含本發明之頻 • 率調變電路之切換調整器可包含電路132(見圖15)，其允許 使用者停用展頻頻率調變並致動固定頻率作業或時脈信號 101232.doc 30 1352519 23與供應至輸入接針PLLIN之外部時脈信號之同步。電路 132中具有與圖14之電路98相同參考編號的組件表示類似 的組件。 電路132在使用者可程式化多狀態輸入接針孔匕…與 FLTR處接受二使用者可程式化輸入。每一輸入接針係耦 合至邏輯偵測器134，其係配置成偵測接針1>1^出與fltr 處的輸入信號並且據此在偵測器輸出ssmjen、SYN(：、 F2與F1處輸出信號。例如，當使用者想要停用展頻頻率作 • 業並將時脈信號23與一外部時脈信號同步時，將該外部時 脈信號供應至輸入接針PLLIN，並且將用於鎖相迴路同步 之低通濾波器耦合至輸入接針FLT]R，例如耦合至接地之 RC濾波器。當偵測器134偵測接針的外部時脈信 號時’ 4貞測器134從偵測器輸出SSM_EN輸出一信號LOW 時並從偵測器輸出SYNC輸出一信號HIGH。與圖14之電路 98 —樣’此停用偽隨機產生器並致動由電晶體料與dac 34之61所形成的電流鏡（參見圖12)以產生固定電流“以印。 _ DAC 34輸出恆定電流1爪印與Imin之和作為DAC輸出電流 IDAC，電路132將其饋送至電流導引比較器Π6之尾電流。 電流導引比較器136將參考電壓％與節點138處的電壓作比 較，其係由相位偵測器14〇之輸出以及耦合至輸入接針 FLTR之低通濾波器所建立。藉由電流鏡丨42來鏡射來自電 •流導引比較器136之輸出電流。 當偵測器輸出SYNC為HIGH時，開關126與127閉合，並 且致動由二極體連接之電晶體1〇2與鏡射電晶體128及13〇 101232.doc -31 - 所形成的電流鏡以鏡射DAC輸出電流IDAt^此電流，連同 由電流鏡142所產生之電流，在節點144處加總，以形成充 電電流Ichrg。在鎖相迴路中，相位偵測器140之輸出決定 充電電流ICHRG之幅度，後者進而決定時脈信號23之頻率。 虽使用者需要停用如上所述之同步並致動程式化固定頻 率作業時’為輸入接針^。^^供應第一已知電壓狀態，例 如在切換調整器之回饋接針處的電壓。此引起偵測器134 從SSM_EN與SYNC輸出兩者輸出LOW信號。以類似於電 路98之方式，藉由輸入接針FLTR之使用者可程式化輸入 狀況來決定F1與F2輸出。解碼器134偵測輸入接針1?1；1^處 之，入狀况，並且引導振盪器74產生一時脈信號，該時脈 k號具有（例如）三固定頻率之一 p 當使用者需要根據本發明之頻率調變波形來調變時脈信 號23之頻率時，為輸入接針PLLIN供應一第二已知電壓狀 態，例如藉由在切換調整器之電源供應與輸入接針pLuN 之間耦合一預定電阻而建立之電壓。為防止切換調整器之 不精確的調整並降低可聽見的雜訊，可將—低通信號控制 濾波器耦合至輸入接針FLTR，例如耦合至接地之電容 器回應於輸入接針PLLI]S^之信號，偵測器輸出一 信號H/GH幻貞測器輪出SSM_EN，並將_信號請供應至 、器輪出SYNC 〇此藉由切斷電流導引比較器136之尾電 流Ιτα而停用電流導引比較器136，閉合開關ιΐ4，並將連 接至輸人接針几取低通信號控制渡波㈣合至二極體 連接之電晶體102之閘極。為在輸入節點1〇〇與振盪器Μ之 10l232.doc •32· 1352519 間提供一電流路徑，偵測器134在偵測器輸出F1與F2上輸 出信號LOW，從而閉合開關120並致動鏡射電晶體122。或 者，偵測器丨34可（1)閉合開關116並致動鏡射電晶體118， 或（2)閉合開關106並致動鏡射電晶體1〇8與110。 雖然電路132將DAC輸出電流IDAC直接引導至振盈器74 以調變時脈信號23之頻率，但亦可藉由供應一偽隨機調變 之時脈信號至相位偵測器140之輸入來調變時脈信號23之 頻率。然而，替代性組態需要額外的使用者可存取輸入接 針以在展頻頻率調變係要為使用者可選擇特徵之情況下從 該電路接出。藉由與在電路132中一樣將DAC信號饋送至 振盪器’不會有額外的使用者可存取接針接出，因為DAC 信號係耦合至輸入接針FLTR，該輸入接針FLTR已接出， 以供使用者在鎖相迴路作業中來提供相位誤差濾波器並在 固定頻率作業中將切換調整器之操作頻率程式化。 現在參考本發明之圖16，說明DAC 26之第二說明性具 體實施例。DAC 150包含放大器152，其具有一回饋迴 路，該回饋迴路以藉由偏壓電流Ibiasi與參考電阻器RREF而 在其非反轉輸入處建立的參考電壓來伺服其反轉輸入 154。為以放大器152之非反轉輸入處所建立之參考電壓來 伺服節點154，電流鏡156供應與必要電流一樣多的電流 Iservo ’以便橫跨耦合於節點154與接地之間的一或多個電 阻器而建立適當的電壓降。更明確言之，DaC i50包含串 聯置放於節點154與接地之間的電阻器158與ι6〇1至 160.15。電阻器158與160統稱為可變電阻電阻器162。 101232.doc -33· 1352519 可變電阻電阻器16 2之電阻係與藉由電流鏡1 5 6供應以伺 服卽點154之電流ISERV〇之幅度成反比。由於電流鏡156所 產生的電流IDAC與電流ISERV〇成比例並將電流1〇仏輸出至振 盥器74以產生時脈信號23，故電阻器162的電阻亦與時脈 k號23之頻率成反比。更明確言之，隨著電阻器162之電 阻增加’電流鏡156供應以彳司服節點154之電流降低，從而 引起電流IDAC成比例降低。此進而減小時脈信號23之頻 率’其方式類似於如上所詳述者。相反，隨著電阻器162 • 之電阻降低’電流鏡156供應以伺服節點154之電流增加’ 從而引起電流IDAC成比例地增加’其進而增加時脈信號23 之頻率。因而，藉由適當地調變可變電阻電阻器162之電 阻，可根據本發明之頻率調變波形來調變時脈信號23之頻 率0 為了調整可變電阻電阻器162之電阻，DAC 150採用複 數個開關164.1至164.15，其係耦合於接地與插入包含可變 電阻電阻器162之鄰近電阻器之間的節點之間。當需要時 *脈信號23之最大頻率時，將開關164.1(其係置放於電阻器 158與接地之間）短路以在節點ι54提供最小的電阻。相 反，當需要最小的頻率時，將開關164.1至164.15保持於斷 路狀態以在節點154處提供最大的電阻。可藉由將中間開 關164.2至164.14之一短路而將可變電阻電阻器162調整成 中間電阻。選擇電阻器16〇 1至160· 1 5之電阻，以使DAC . 150根據本發明之頻率調變波形來調變DAC輸出電流IDAC。 DAC 150控制開關164.1至164.15回應於偽隨機產生器24 101232.doc •34· 1352519 所輸出之信號QdQi而短路之時刻。藉由偽隨機產生器輸 出之信號較佳係藉由解瑪器166來解碼，其輸出信號Β。至 ΒΑ直接控制開m64.u164.15。例如，如果偽隨機產生 器24輸出四個（4)位元，則DAC 15〇可包含，例如，⑸固開 關（最多達16個開關，此時產生器24輸出四個位元卜解碼 器166接著係配置成接受產生器24之信號匕至匕，並將信 號心至心4直接輸出以控制開關1641至164 15。熟習此項 技術者將認識到，藉有增加或降低開關164之數目以及來 自解瑪器166及/或偽隨機代碼產生器24之輸出信號之數目 而更改不同位準之輸出電流之間的解析度。 DAC 150亦可包含低通信號控制濾波器168，其係耦合 至電流鏡156以保護切換調整器消除不精確的調整並減少 可聽見的雜訊。或者，>果FLTR接針可用，低通信號控 制濾波器168亦可耦合至以上關於圖14所述之輸入接針 FLTR。 雖然電阻器1 58與1 60係串聯置放於節點1 54與接地之 間，但熟習此項技術者將認識到，該等電阻器亦可並聯置 放於節點154與接地之間。亦可以具有阻抗的其他電路元 件來取代電阻器158與丨6〇，例如、電容器、電感 器等。 根據本發明之另一方面’本文所述之數位至類比轉換器 可由使用者程式化’以控制包含本發明之頻率調變電路之 切換調整器所運作的頻率範圍。例如，圖17中所述之電路 170允許使用者根據供應至接針S1與S2之使用者可程式化 101232.doc •35· 1352519 信號來將DAC 150之偏屋電流IBIAS1程式化。接針si與S2可 由一 I2C匯流排程式化，直接由使用者加以程式化，或藉 由熟習此項技術或其他方面之人士所瞭解的另一方法加以 程式化。電路170包含複數個電流鏡，其從參考電流12產生 恒·定的偏屋電流至I5 ^當為輸入接針S1與S2供應HIGH信 號時，開關172至174開啟並且開關178至180關閉。此將所 有偏麼電流I3至I5引導至DAC 150 ’以使偏壓電流Ibias1具 有最大的幅度。在此情形下，電路17〇輸出至輸出節點ι84 9 處之振盈器74之電流ICHRG僅包含DAC輸出電流jDAC。 當為輸入接針S1供應一信號HIGH並為輸入接針S2供應 一信號LOW時’僅以偏壓電流“與j4來供應偏壓電流

Ibiasi，同時在輸出節點1 84處將值定的偏壓電流ι5與da〇 輸出電流IDAC加總。同樣，當為輸入接針S1供應一信號 LOW並為輸入接針S2供應一信號HIGH時，僅以偏壓電流 is來供應偏壓電流iBIAS1，同時在輸出接針184處將恆定的 偏壓電流Is與I4與DAC輸出電流Idac加總。後面的二狀態可 ♦得到-頻率展開範圍，其窄於將所有偏壓電流13至15加總 以形成偏壓電流iBIAS1時所實現的頻率展開範圍（視電流13 至I5的幅度而定）。 當為輸入接針S1與S2供應L0W信號時，開關172至174關 閉並且開關178至180開啟。此將所有恆定的偏壓電流^至 15引導至振盈器74並且不提供電流至偏壓電流，從而 有效地停用DAC 15〇與展頻頻率調變。事實上，由於充電 電流WG現在係悝定的，故所產生的時脈信號23具有固定 101232.doc • 36 - 1352519 的頻率。熟習此項技術者將認識到，固定頻率作業亦可視 為第四層展頻作業，即當具有零（〇)頻率展開時。熟習此項 技術者將認識到，可使用電路170來控制本文所述之其他 DAC之展開範圍。 現在參考圖18’其說明振盈器22之第三具體實施例，其 中該振盪·器具有一線性輸入至輸出轉移函數。振盪器186 包含一環形振盪器，其具有一時序電容器188，藉由一供 應電流源與一吸收電流源分別對該時序電容器188進行充 # 電與放電以在輸出節點190處產生一時脈信號。更明確言 之，為了對時序電容器188進行充電，振盪器丨86包含一藉 由分別耦合至鏡射電晶體196與198之二極體連接之電晶體 192與194所形成之供應電流源。供應電流源以一電流對時 序電容器188進行充電，該電流的幅度與充電電流Ichrg* 比例。振盪器186之吸收電流源係藉由二極艟連接之電晶 體192與鏡射電晶體2〇〇所形成’並且二極體連接之電晶體 192與鏡射電晶體2〇〇 一起以一電流對電容器188進行放 _電，該電流之幅度與充電電流Ichrg成比例。 . 當供應電流源對時序電容器188進行充電時，插入供應 與吸收電流源之間之節點202處的電壓之幅度增加。一旦 該電壓達到或超過緩衝器204之臨界電壓，便將該電壓傳 遞至輸出節點190。電阻性分壓器2〇6(其係連接至時序電 谷器188)分割節點190處的電壓。由於橫跨電容器188之電 壓降無法瞬間發生變化，故藉由電阻性分壓器2〇6所建立 的已分割電壓使節點202處的電壓亦降低至該值。 10I232.doc •37- 1352519 節點190處的電壓亦引起開關208斷開及開關21 〇閉合， 從而將供應電流源從充電電容器188解耦，並耦合吸收電 流源以對電容器188進行放電。一旦吸收電流源已對時序 電容器進行放電’開關210便斷開’而開關208再次閉合， 以對時序電容器進行再充電❶隨著對時序電容器188進行 重複充電與放電，於輸出節點190處產生一時脈信號。為 了產生一時脈仏號使其頻率係根據本發明之頻率調變波形 來調變，可將輸入節點212耦合至圖16之非線性DAc 15〇 鲁 或本文所述根據本發明之頻率調變波形來調變充電電流 ICHRG之任何非線性信號產生器。 圖19說明一電路之一替代性具體實施例，該電路允許使 用者選擇内部時脈信號之頻率是否（1)係根據本發明之頻率 調變波形來調變，（2)具有一使用者可程式化固定頻率，或 (3)與外部時脈信號同步β電路213包含模式偵測器214，其 接受供應至輸入接針PLLIN之信號並決定使用者是否需要 展頻頻率調變、固定頻率作業或内部時脈信號與外部時脈 ®信號之同步。 • 例如’當使用者於輸入接針PLLIN處提供一信號high • 時，模式偵測器214致動展頻頻率調變並從偵測器輸出 SYNC輸出一信號LOW以及從偵測器輸出SSM_EN輸出一 信號HIGH。此致動DAC 216並停用相位偵測器217。置放 於電路218中的開關閉合並將輸入接針FLTR耦合至DAC輸 出電流iDAC。此允許一耦合至輸入接針fltr之低通信號控 制濾波器，例如一耦合至接地之電容器，以過濾dac輸出 I01232.doc -38· 1352519 電流Idac，從而保護切換調整器消除不精確的調整並減少 _可聽見的雜訊。電路218接著將幅度等於經過濾之dAC輸 出電流Idac之幅度的充電電流ICHRG供應至振盪器74、89或 186 ° 當使用者於輸入接針PLLIN處提供一信號L0W，模式债 測咨214致動固定頻率作業，並從偵測器輸出sync與 SSM_EN輸出LOW信號。此停用相位偵測器217與dac 216，以使其不輸出信號。輸出SSM_EN之信號LOW亦指 Φ 示偏壓電流產生器215產生一參考電流ιό用於遞送至電路 218»使用者藉由將複數個預定電壓之一供應至輸入接針 FLTR而程式化所產生之時脈信號之固定頻率。電路218包 含邏輯，其偵測電壓並且（1)將參考電流16直接分流至振盪 器或（2)產生一與參考電流成比例的電流用於提供至該 振盪器。 當將外部時脈信號提供至輪入接針pLLIN時，電路2 13 將内部時脈信號與外部時脈信號同步化。模式偵測器214 _從偵測器輸出SYNC輸出一信號HIGH並從偵測器輸出 SSM』N輸出一信號L〇w。此停用DAC 216並致動相位偵 測25 217，其將外部時脈信號與内部時脈信號23進行比 較，並輸出指示兩者之差的信號219。藉由一耦合至輸入 接針FLTR之低通濾波器，例如耦合至接地之電容器與電 . 阻器，來補償信號219。置放於電路218内之電流導引比較 ' 器接著比較信號219與一參考電壓並回應於此而將電流輸 出至振盈器。 101232.doc •39· 1352519 現在參考圖20,其說明振盪器22之第四具體實施例，其 中該振盪器具有一線性輸入至輸出轉移函數。與圖13至15 及18之由電流控制之振盪器相反，由振盪器220所產生之 時脈信號的頻率係由電壓控制的。振盪器220包含放大器 222 ’其具有一回饋迴路與電流鏡224，該電流鏡224供應 與必要電流一樣多的電流以便以供應至非反轉輸入之電壓 來伺服放大器222之反轉輸入。接著藉由電流鏡224來鏡射 词服電流，以產生一比例電流來對時序電容器228進行充 電。為對時序電容器228進行放電，振盪器220包含比較器 227’當比較器227決定橫跨電容器之電壓已到達或超過恆 定參考電壓▽11以時，該比較器227引導開關229將電容器 228短路至接地。 供應以對時序電容器228進行充電的電流量，以及因而 時脈信號23的頻率，係取決於供應至放大器222之非反轉 輸入之電壓。為根據本發明之頻率調變波形來調變時脈信 號23的頻率，彳s號產生器2〇於節點232處提供一可變電壓 仏號波形’該信號波形在一時間週期期間的幅度如果按照 升间的數子順序排序則形成一近似於本發明之頻率調變波 形之形狀的曲線。耦合於節點232與放大器222之非反轉輸 入之間的係濾波器電阻器234，其連同濾波器電容器以一 起保護切換調《器對抗不精確的調整並減小在展頻頻率調 良期間的可聽見雜訊。如上所述，可㈠固別地)調整電容器 236的電令以及電阻器234的電阻，以改變調變切換調整器 所涉及的操作頻率範圍。可將一額外的電阻器（未顯示）與 10I232.doc •40- 1352519 電容器236並聯置放或連接於恆定電壓源與FLTR接針之 間’以改變調變範圍（如上所述）。 電路220亦可包含可選的恆定電流源23〇以在電流鏡224 不產生電流的情況下供應最小的電流Imin來對時序電容器 228進行充電。例如，如果信號產生器2〇係配置成產生一 最小的信號幅度，其使玫大器222之非反轉輸入處之電壓 為零（〇) ’則使用最小的電流Imin來對時序電容器228進行 充電。或者，亦可在固定頻率作業或在時脈信號23與外部 # 時脈信號同步期間採用電流源230。在後一情形下，除了 回應於相位偵測器238所輸出之信號而由電流鏡224所產生 之電机之外’最小電流IMIN供應電流來對時序電容器228進 行充電。若係被採用，則最小電流Imin限制最小切換頻 率，並可用來偏壓電路22〇中的M〇s電晶體以在飽和區域 中作業。熟習此項技術者將認識到，可以不同類型的電晶 體例如雙極接面電晶體，來取代本文所述之任何s電 晶體。如果使用BJT，則最小電流Imin可用於將雙極接面 ® 電晶體偏壓到線性作業區域。 圖21說明一數位至類比轉換器，其根據本發明之頻率調 變波形來調變電壓信號Vdac_ DAC 24〇包含一電流源 268，g致動展頻頻率調變時，該電流源提供恆定的最小 電流Imin至二極體DIN。此按照下列方式建立橫跨二極體 Din之基本電壓Vmin . VMIN= VT 1η(^-) 等式 19 其t VT為二極體DIN的熱效電壓，並且13為二極體Din之飽 101232.doc •41 - 1352519 和電流（亦稱為縮放電流）。將電壓vMIN連同由恆定參考電 流Iref與二極體DREF所建立的參考電壓供應至差值放大器 266。放大器266輸出所產生的差異作為DAC輸出電壓 Vdac ’ 其等於下式：

Vdac,min= -^·νχ*1η-^- 等式 20

i REF 假定二極體Din與Dref具有相等的餘和電流。最小DAC輸 出電壓VDAC,MIN，當被供應至振盈器220時，將時脈信號23 的頻率設定為基本頻率。 為了調變DAC輸出電壓VDACt幅度，DAC 240包含複數 個電流源242至247，其可回應於開關254至259之動作而並 聯麵合至基本電流源2 6 8。每一開關2 5 4至2 5 9係與其對應 的電流源242至247串聯置放’並且係由偽隨機產生器24所 輸出之信號所驅動。當一開關開啟並允許其對應電流源將 電流供應至二極體DIN時，由該電流源提供的電流係加總 到由基本電流源268所供應的最小電流“^上。此增加橫跨 二極體DIN所建立的電壓，從而增加DAC輸出電壓Vdac , 其進而引起振盪器220增加時脈信號23的頻率。電流源242 至247之幅度係選擇成與偽隨機產生器輪出信號仏至仏配 合運作’以產生一線性輸出。將所有的電流‘與工。至工丨加 總並供應至二極體Din，其建立一近似於本發明之頻率調 變波形之形狀的輸入至輸出轉移函數。特定言之，dac 240產生一電壓信號波形’其隨時間之幅度如果按照升高 的數字順序排序’則形成-近似於由等式5A所表示之本發 明之頻率調變波形14之形狀的曲線。 101232.doc -42· 1352519 圖22說明一數位至類比轉換器之一替代性具體實施例， 該數位至類比轉換器根據本發明之頻率調變波形來輸出一 電壓彳§號以調變時脈信號23之頻率。DAC 27〇係配置成一 可變電阻分壓器，其具有一由電源Vcc與電阻器272以及 Rref所定義的基本電壓。當被輸出至振盪器22〇時，該基 本電壓將時脈信號23之頻率設定為基本頻率，其在此情形 下對應於最大的切換頻率。 為了調變DAC輸出電壓vDAC的幅度，Dc 27〇包含複數個 電阻器276至281 ’其係回應於偽隨機產生器24所輸出之信 號而並聯麵合至參考電阻器例如，偽隨機產生器信 號Q〇至Qi較佳係供應至一解碼器，例如一溫度計解碼器 (未顯不）’該解碼器將解碼器信號仏至&輸出至開關288至 293，每一開關係串聯連接至一對應的電阻器至u工。 當一開關，例如開關288，從解碼器接受一適當的解碼器 k號，其閉合，從而將其相關電阻器，例如電阻器276， 與電阻器rref並聯，從而對DAC輸出電壓Vdac進行充電。 電阻^§ 276至281之電阻係選擇成與解碼器輸出信號B。至匕 配合運作，以建立一輸入至輸出轉移函數’其近似於本發 明之頻率調變波形之形狀。因此，DAC 27〇隨時間產生一 電壓信號波形’其幅度如果按照升高的數字順序排序，則 形成一近似於本發明之頻率調變波形之形狀的曲線。 熟習此項技術者將認識到，可藉由具有阻抗的其他電路 元件，例如MOSFET、電容器、電感器等，來取代一或多 個電阻器272、276至281與汉1^。 1〇1脈 .43. 1352519 在本發明之頻率調變電路18之第二具體實施例中，偽隨 . 機代碼產生器24包含一產生器，其機率分佈近似於如圖23 所示之本發明之頻率調變波形。此與本發明之頻率調變電 路之第-具體實施例中所採用之爲隨機產生器之均句機率 达又形成對比。為了產生非線性機率分佈，偽隨機代碼產 生器24可採用非線性回饋電路3〇或一記憶體查找表。當頻 率調變電路18所含偽隨機產生器具有一近似於本發明之頻 率調變波形之形狀的非線性機率密度時，對DAc 26稍作 • 修改以使其具有線性的輸入至輸出轉移特徵。 在本發明之第三具體實施例中，頻率調變電路18係配置 成採用順序頻率調變，而非偽隨機頻率調變。信號產生器 20並不為振盪器22提供一偽隨機信i，而係配置成直接使 用-近似於本發明之頻率調變波形之形狀的信號波形來調 變時脈信號23的頻率。例如，圖24說明配置成為振盈器 220供應-平滑連續、順序電壓波形之信號產生器，該 波形隨時間之電壓位準如果按照升高的數字順序排序則形 攀成-近似於本發明之頻率調變波形之形狀的曲線。熟習此 項技術者將認識到，可將連續之波形考慮為對於一給定的 時間差包含一序列的離散幅度。 信號產生器300之配置與圖21iDAc 24〇的類似之處在 於，其包含二極體din與dref。當藉由差動放大器3〇2來比 較橫跨二極體DIN與DREF而建立的電壓差時，所產生的信 號產生器電麼VSG係藉由類似於等式2〇所表示之函數的對 數函數來表現。為根據本發明之頻率調變波形來調變輸出 101232.doc -44 - 1352519 電壓vSG，從而調變時脈信號23之頻率，信號產生器3〇〇接 . 受或產生線性的輸出電流信號304。例如，輸入電流波形 304可包含線性曲線3〇6(見圖25A),其中該輸入電流以一 慢於其降低的速率增加。圖25八說明一說明性的最終產生 器輸出電壓波形308。或者，輸入電流波形3〇4可包含線性 曲線310(見圖25Β)，其中該輸入電流波形近似以其降低的 相同速率增加。此從信號產生器輸出電壓Vsg產生輸出電 壓波形312 ,其中輸出電壓波形312之降低部分之形狀近似 • 於輸出電壓波形3 12之增加部分之鏡射複製品。當被供應 至振盪器22時，此等信號產生器輸出波形根據本發明之頻 率調變波形來調變時脈信號23的頻率。雖然圖25A說明看 起來幾乎係瞬間的降低的速率，但降低的最大速率係受到 電路能力的限制。而且，圖25A至25B中所述之降低速率 並非想要限制本發明之範疇。而是，輸入電流波形可關於 其增加的速率而以任何速率降低。而且，圖25八至25]8僅 ^ 基於說明目的而說明輸入電流波形306與310在VSG MAX與 VSG，M1N處截取信號產生器輸出電壓波形3〇8與3 12。 圖26說明配置成為振盪器22〇供應一連續、順序電壓波 形之信號產生器之第二具體實施例，該波形隨時間之電壓 位準如果按照升高的數字順序排序則形成一近似於本發明 之頻率調變波形的形狀。信號產生器3 14包含一R-C電路， 其具有串聯耦合於供應電壓源Vcc與接地之間的電阻器3 ! 6 與電容器318。電源Vcc對電容器318進行充電，以使橫跨 電容器318之電壓根據可藉由等式沾來近似的一頻率調變 101232.doc •45· 1352519 波形以才曰數方式增加。可選擇電阻器3i6的電阻以及電容 器318的電容，以定義等式5B之基本頻率^與常數&。將 橫跨電合器318之電壓供應至振蓋m以根據本發明之 頻率調變波形調變時脈信號23之頻率。藉由一放電電路， 例如比較器320 ’來對電容器318進行放電，該比較器32〇 « 決該電谷器之電虔已達到_臨界電虔位準時引 導開關322將電容器318短路至接地。 遽波電阻器234與濾波電容器236的值可選擇成減小如上 φ 所述時脈信號23之頻率變化速率。 現在參考圖27至29，說明本發明之頻率調變電路18之第 四具體實施例。頻率調變電路324包含振盪器326 ,其在有 關的頻率粑圍内具有一近似於本發明之頻率調變波形之形 狀的輸入至输出轉移函數（見圖3〇)。振盪器326係類似於圖 20之振盪器220進行配置，只不過當比較器328決定橫跨電 容器之電壓已達到一可變參考電壓位準時該比較器328藉 由將電容器短路至接地而引導開關330對時序電容器332進 •行放電’該可變參考電壓位準以根據本發明之頻率調變波 形來調變時脈信號23之頻率的方式而變化。 更明確言之，信號產生器20在輸入節點334處為振盪器 326供應一順序或偽隨機線性電壓波形。電壓至電流轉換 器336將該線性電壓波形之每一電壓幅度轉換成對時序電 容器332進行充電的對應電流。此建立一橫跨時序電容器 3 32之電壓，藉由比較器328來比較該電壓與一可變參考電 壓’可變參考電壓產生器340控制該可變參考電壓以根據 101232.doc ,46- 1352519 本發明之頻率調變波形來調變時脈信號23之頻率。當橫跨 時序電容器332之電壓等於或超過可變參考電壓信號時， $較器328輸出一信號HIGH，其閉合開關33〇並將時序電 容器短路至接地。當對時序電容器進行放電時，該比較器 輸出一信號LOW,以允許充電電流1(^邮對時序電容器進 行再充電。隨時間過去，此產生-脈衝式時脈信號，該信 號的頻率係根據本發明之頻率調變波形來調變。 振盪器326根據以下等式來調變時脈信號23之 fs = —V-M— ^C,VVAR 等式 2 1 其中VIN係由信號產生器20所供應的線性電壓波形，心為 電阻器R,之電阻，（:丨為時序電容n 332之電容，％為藉 由可變參考電壓產生器340所產生的參考電壓。根據本發 明之原理，可變參考電壓產生器34〇以一根據本發明之頻 率調變波形來調變時脈信號23之頻率的方式來改變參考電 壓 VVAR。 現在參考圖28，說明可變參考電壓產生器34〇之第一說 明性具體實施例。可變參考電壓產生器342包含乘法器 344，其產生通過雙極電晶體346與348的電流“儿了。電流 Imult的幅度係電流卜與〗8的函數，如下所示：

Imult= VwT=KsV^； 等式 22 其中18為值定的參考電流。l7為藉由信號產生器2〇所供應 之輸入電壓VIN之等效電流，並且可藉由使用一電壓至電 流轉換器來獲得。或者’ 17可能為一恆定參考電流，同時 U對應於由信號產生器20供應的輸入電壓。K8係一常數， •47· 101232.doc

1352519 其係參考電流is以及用於將輸入電壓VlN轉換成電流Ιγ之電 壓至電流轉換器之電子組件之函數。 電流鏡350接著鏡射電流Imult，並產生與乘法器電流 IMULT成比例的可變參考電流

Ivar。電流至電壓轉換器352 接著將可變參考電流IVAR轉換成可變參考電壓vVAR，其與 乘法器電流1mult的類似之處在於其亦係藉由一與輸入電壓 VIN之平方根成比例的電壓波形來近似。接著將可變參考 電壓VVAR供應至比較器328。由於圖28之具體實施例中之 • 可變參考電壓VVAR係與輸入電壓VIN之平方根成比例，故 等式21說明一隨時間之頻率調變波形，其電壓位準如果按 照升尚的數字順序來排序’則形成一近似於由等式6來表 示之頻率調變波形之形狀。如本文所用，比例信號包括其 中該等信號具有相等幅度之狀況。 現在參考圖29’說明可變參考電壓產生器340之第二說 明性具體實施例。可變參考電壓產生器354包含乘法器356 之第二具體實施例，其產生通過雙極電晶體358與36〇的電 修流1MULT〇乘法器電流IMULT的幅度係電流19與11〇的函數，如 下所示：

Imult= VV^=Ki〇V^7 等式 23 其中為恆定的參考電流^ I9為藉由信號產生器20所供應 之輸入電壓VlN之等效電流’並且可藉由使用一電壓至電 流轉換器來獲得。或者，Ip可能為一恆定參考電流，同時 ho對應於由信號產生器2〇供應的輪入電壓。Κιο係一常 數，其係參考電流ι10以及用於將輸入電壓Vin轉換成電流h 101232.doc ⑧ -48- 1352519 之電壓至電流轉換器之電子組件之函數。 _ 電流鏡362接者鏡射電流IMULT，並產生與乘法器電流

Imult成比例的可變參考電流IVAR «電流至電壓轉換器364 接著將可變參考電流IVAR轉換成可變參考電壓VVAR，其與 乘法器電流IMULT的類似之處在於其亦係藉由一與輸入電壓 Vin之平方根成比例的電壓波形來近似。接著將可變參考 電壓VVAR供應至比較器328。由於圖29之具體實施例！之 可變參考電壓VVAR係與輸入電壓VlN之平方根成比例，故 ® 專式21說明一隨時間之頻率調變波形，其電壓位準如果按 照升鬲的數字順序來排序，則形成一近似於由等式6來表 示之頻率調變波形之形狀。 儘管圖28至29中分別說明之可變參考電壓產生器3 42與 354產生一藉由平方根函數來近似之可變參考電壓Vvar， 但熟習此項技術者將認識到，亦可採用可變參考電壓產生 器之替代性具體實施例β更明確言之，可變參考電壓產生 器340可配置成產生任何可變參考電壓VVAR，其根據本發 明之頻率調變波形來調變時脈信號23之頻率。熟習此項技 .術者亦將認識到，可變參考電壓產生器34〇可包含本文所 述可配置成產生一波形的任何電路，當被供應至一振盪 益，該波形根據本發明之頻率調變波形來調變時脈23之頻 率。 熟習此項技術者亦將認識到，除了使用可變參考電壓產 生器342與354來改變比較器328之參考電壓，亦可將可變 參考電壓產生器342與354用於順序頻率調變中來對上述任 101232.doc •49 何振盪器中所包含之時序振盪器進行充電(如果其中使用 之比較器之參考電壓固定的話）。更明確…對於由電 流控制之«器，來自可變參考電屋產生器342與354之可 變參考電流I職可直接對時序電容器進行充[對於由電 壓控制之，可將來自可變參考電壓產生器342與354 之可變參考電壓\^从供應至振盪器。 除了減小切換調整器之輪出處之差動模式與輻射式雜訊 之外’本文所述本發明之頻率調變波形與電路亦可配置成 從固定頻率作業中或當根據線性調變波形來調變時所產生 之位準來減小切換調整器之輸人處之差動模式與輻射式雜 訊。與調整器輸出處之雜訊類似，切換調整器之輸入處之 差動模式雜訊亦係調整器切換頻率的函數。當以線性頻率 調變波形來調變調整器冑㈣’調1器輸入處之差動模式 雜訊頻譜亦在切換頻率之極端處表現出「喇叭形」以及一 傾斜的頻譜頂部（儘管傾斜程度不如調整器輸出處之差動 模式雜訊頻譜所表現出的傾斜）。對於相同的應用與載入 條件，調整器輸入處之峰值雜訊振幅波形包含一非線性曲 線，其非線性的程度（或彎曲的程度）不如調整器輸出處之 峰值雜訊振幅波形。儘管切換調整器之輸入之峰值雜訊振 幅波形的非線性程度不如調整器輸出處之非線性波形，但 其形狀仍類似於圖4中所述者。 因此，為了減少調整器輸入處之差動模式雜訊，亦可根 據本發明之頻率調變波形來調變切換頻率（例如，配合調 整器輪入處之峰值雜訊振幅波形並可藉由等式5至15之一 101232.doc -50- 1352519 或多個來近似之頻率調變波形）β在近似函數之不同常數 中’例如等式5至7中之常料’反映調整器輸人處之峰值 雜訊振幅波形之非線性差異（與調整器輸出處相反）。為了 根據-配合切換調整器之輸入處之峰值雜訊振幅波形之頻 率調變波形來調變切換調整器之頻率，亦可使用本發明之 頻率調變電路。可以一頻譜分析器來測量一切換調整器之 輸入處之缘值雜訊振幅波形，或熟習此項技術者可根據本 發月^原理來推導出特定載入條件與應用之波形。 儘管本發明之說明性具體實施例係如上所述，熟習此項 技術者將認識到，可對設計稍作修改來完成各種變化與修 改口，而不致脫離本發明。例如，雖然藉由自我饋送移位暫 存器28來以數位方式產生偽隨機雜訊，熟習此項技術者將 :識到，可藉由-類比方法，例如藉由放大雪崩雜訊，來 產生偽隨機或隨機雜訊。 而且，雖然當在怪定頻率或展頻電流模式切換調整器中 _偽隨機頻率調變與斜率補償時上述頻率調變電路採用 一閉合迴路同步方法，， ... 例如鎖相迴路，將時脈信號23與一 觸二::號，但亦可採用開放迴路同步方法，例如邊緣 W亦稱注入鎖定同步），其_外部時脈信號之每一 上升或下降邊緣觸發轉換器之 流模式切換調整器中，1 你泣疋及展頻電 變電路來使用（即當本發明果之邊 = 觸發同步結合外部頻率調 整器或1C整合時〃調變電路18不與切換調 的穩定性以用於斜率補償要7卜的措施來保持切換調整器 雖然本發明之頻率調變電路18 101232.doc

•5U 1352519 與切換調整态或1€整合在一起，但切換調整器更可能保持 穩疋而不需要額外的措施，甚至當採用邊緣觸發同步 時。電壓模式、恆定開啟時間電流模式或恆定關閉時間電 /a模式切換調整器亦可採用鎖相迴路或邊緣觸發同步。 热習此項技術者將認識到，本文所述輸出電壓之任何信 號產生器可與任何由電流控制之振盪器一起使用，其係藉 由在兩者之間插入一電壓_電流轉換器◊同樣，任何由電 壓控制之振盪器亦可與輸出電流之任何信號產生器一起使 用其係糟由在兩者之間插入一電流至電壓轉換器。 而且，本發明之頻率調變電路18可包含信號產生器2〇, 其係配置成將-非線性輸出信號輸出至__具有—非線性輸 入至輸出轉移函數之振盪器。非線性信號產生器與非線性 振盪器亦可一起配置成根據本發明之頻率調變波形來調變 電壓調整器之切換頻率。 除此之外，雖然本文所述之順序頻率調變電路以一平滑 連續L號來調變切換調整器之操作頻率，熟習此項技術者 將認識到，本發明之順序頻率調變亦可包括以一階梯形連 續順序信號來調變調整器的頻率，該階梯形連續順序信號 引起調整器之切換頻率隨時間以一階梯形方式沿一近似於 本發明之頻率調變波形之曲線從順序增加與減小值「跳 躍」。例如，信號產生器20可包含一非線性DAc ,其係配 置成輸出一階梯形連續順序信號，該信號之形狀類似於圖 11中所示之已排序信號21。 除此之外，雖然圖4所示以及等式4所表示之峰值雜訊振 l〇1232.dOC .52. 1352519 ’但亦可使用其他測量 ’來測量或導出峰值雜 幅波形係根據-頻譜分析器來產生 與分析方法，例如快速傅i葉轉換 訊振幅波形》 =發^之電路亦可包含額外組件，例如用於遽波減少 顫動、提供穩定性以及靜電放電 电电保運而且’可以其他能 :存，^ ’例如電感器，來取代本文所述«器中所包 3之時序電容n 1習此項技術者將認識到，亦可採用替 代性振盪器佈局，如L-C共振振盪器。 ，另卜I管本發明之方法與電路係關於切換電壓調整器 進行論述，但亦可將本發明應用於任何切換功率轉換器°， 例如切換電流調整器，如恆定電流電池充電器。 而且，儘管所述本發明之頻率調冑波形係配合差動模式 峰值雜訊振幅波形以減小差動模式雜訊，但熟習此項技術 者將認識到，本發明之頻率調變波形亦可配合切換調整器 之輸入或輸出處之輻射式雜訊或其他雜訊模態之峰值雜訊 振幅波形以減小該雜訊。 熟習此項技術者將認識到，儘管本文中說明特定電路， 但可使用此項技術中以及另外所熟知的衆多信號產生器與 振盪器電路來採用本發明之頻率調變方法。例如，Hardin 專利與頒予Dobkin等人之美國專利第5,929 62〇號 (「Dobkin專利」）中所述之電路可配置成根據本發明之頻 率調變波形來調變時脈信號之頻率。 而且’雖然本文所述之圖式將時脈信號23說明性地描述 為具有各種負載週期之矩形或方形信號，但時脈信號23亦 101232.doc •53· 1352519 可包含一斜坡波形，如關於圖13A所述。 希望在隨附的申請專利範圍中涵蓋屬於本發明之精 範圍内之此類變化與修改。 ' 【圖式簡單說明】 根據附圖以及以上詳細說明，本發明之 守做、性質與各 種優點將顯而易見，其中： 圖1係橫跨不進行展頻頻率調變之切換調整器 容器之說明性雜訊頻譜； 圖2Α至2Β分別為一正弦頻率調變波形以及當根據該正 弦頻率調變波形來調變切換頻率時橫跨切換調整器之輸出 電容器所產生之差動模式雜訊頻譜之說明性曲線圖； 圖2C至2D分別為-線性頻率調變波形以及當根據該線 性頻率調變波形來調變切換頻率時橫跨切換調整器之輸出 電容器所產生之差動模式雜訊頻譜之說明性曲線圖； 圖2£至2F分別為Hardin頻率調變波形以及當根據 調變波形來調變時脈頻率時在輸出具有 期性矩形波形之時脈之輸出處所產生之輻射式雜 說明性曲線圖； 圖3為當根據-類似於Hardin頻率調變波形之波形來調 變切換調整器之操作頻率時橫跨切換調整器之輸出電容器 之差動模式雜訊頻譜之說明性曲線圖； 圖4說明將切換調整器之操作頻率與橫料進行展頻頻 率調變之調整器之輸出電容器之對應峰值雜訊振幅相關聯 之一說明性峰值雜訊振幅波形； 10l232.doc •54- 1352519 圖5說明與線性頻率調變波形並置之本發明 波形之說明性第一具體實施例； 碉燹 “驗說明與圖5之波形並置之本發明之頻率調變波形之 說明性第二具體實施例； 圖6B為當根據圖6A所示本發明之頻率調變波形之第二 具體實施例來調變切換調整器之操作頻率時橫跨一切換； 整器之輸出電容器之雜訊頻譜之說明性曲線圓； 圖6C為當根據-線性頻率調變波形來調變切換調整器之 操作頻率時橫跨切換調整器之輸出電容器之雜 二說明性曲線圖； 第 圖7A為本發明之頻率調變波形之第三具體實施例所在之 區域之說明性曲線圖； 圖7B說明具有非線性與線性調變部分之本發明之頻率調 變波形之第四具體實施例； 圖8為本發明之頻率調變電路之簡化方塊圖； 圖9為本發明之頻率調變電路之第一具體實施例之簡化 方塊圖，其具有偽隨機代碼產生器與一數位至類比轉換器 (DAC)； 圖10為圖9之偽隨機代碼產生器之第一具體實施例之簡 化方塊圖； 圖11為圖9之DAC之說明性輸入至輸出轉移函數之曲線 reti · 圖， 圖12為可配置成具有圖11之輸入至輸出轉移函數之daC 之第一具體實施例； I01232.doc • 55· 1352519 圖13A至13B為具有線性輸入至輸出轉移函數之振盪器 之第一與第二具體實施例； 圖14為允許使用者停用展頻頻率調變以有利於固定頻率 調變之電路之示意圖； 圖15為允許使用者停用展頻頻率調變以有利於固定頻率 調變或内部時脈信號與外部時脈信號之同步之電路之示意 圖16為可配置成具有圖u之輸入至輸出轉移函數之dac # 之第二具體實施例； 圖17為類似於圖14並允許使用者停用展頻頻率調變以有 利於固定頻率調變之電路； 圖18為具有線性輸入至輸出轉移函數之振盪器之第三具 體實施例； 圖19為類似於圖15並允許使用者停用展頻頻率調變以有 利於固定頻率調變或内部時脈信號與外部時脈㈣之同步 之電路； 之第四具 圖20為具有線性輸入至輸出轉移函數之振盪器 體實施例；

函數之DAC 圖21為可配置成具有圖u之輸入至輸出轉移函 之第三具體實施例；

函數之DAC 圖22為可配置成具有圖u之輸人至輸出轉移函 之第四具體實施例；

隨機代碼產生器之說明性機率函數； 二具體實施例之偽 101232.doc -56 - 1^2519 圖為採用順序頻率調變之本發明之頻率調冑電路之第 二具體實施例之信號產生器之第-具體實施例之示意圖； 圖25A至25B為圖24之信號產生器之輸出波形之說明性 曲線圖； 圖26為本發明之頻率調變電路之第三具體實施例之信號 產生Is之第二具體實施例之示意圖； 圖27為本發明之頻率調變電路之第四具體實施例，其中 該振堡器係配置成具有一近似於本發明之頻率調變波形之 • 形狀之輸入至輸出轉移函數； 圖28與29為圖27之頻率調變電路之可變參考電壓產生器 之替代性具體實施例；以及 圖30提供一用於圖27之振盪器之說明性輸入至輸出轉移 函數。 【主要元件符號說明】

10 頻率調變波形 12 頻率調變波形 14 頻率調變波形 15 頻譜包絡 16 頻率調變波形 16A 非線性頻率調變部分 16B 線性頻率調變部分 17 頻譜頂部 18 頻率調變電路 20 信號產生器 101232.doc •57- ⑧ 1352519 21 信號 22 振盪器 23 時脈信號 24 偽隨機數字產生器 25 數位信號 26 數位至類比轉換器 28 移位暫存器 30 回饋電路 32 分頻器 34 數位至類比轉換器 36 運算放大器 38 節點 40 電阻器 42 電晶體 44 電晶體 46 電晶體 48 輸出節點 50至 55 鏡射電晶體 61 電晶體 62至 67 開關 68 解碼器 73 開關 74 振盪器 76 輸入節點

101232.doc 5S 1352519

78 電流鏡 80 電流鏡 82 節點 84 時序電容器 86 比較器 87 比較器 88 反相器 89 振盪器 90 反相器 91 反相器 92 開關 93 開關 94 AND閘極 95 電流槽 96 分頻器 98 電路 100 輸入接點 102 電晶體 104 邏輯偵測器 106 開關 108 鏡射電晶體 110 鏡射電晶體 112 反相器 114 開關 101232.doc ·59· 1352519 116 開關 118 電晶體 120 開關 122 鏡射電晶體 124 開關 126 開關 127 開關 128 鏡射電晶體 130 鏡射電晶體 132 電路 134 邏輯偵測器 136 電流導引比較器 138 節點 140 相位偵測器 142 電流鏡 144 節點 150 數位至類比轉換器 152 放大器 154 節點 156 電流鏡 158 電阻器 162 可變電阻電阻器 166 解碼器 168 低通信號控制濾波器 101232.doc 60- 1352519

164.1至164.15 160_1 至 160.15 170 172 174 178 179 180 184 186 188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 213 開關 電阻器 電路 開關 開關 開關 開關 開關 輸出節點 振盪器 時序電容器 輸出節點 電晶體 電晶體 電晶體 電晶體 電晶體 節點 緩衝器 電阻性分壓器 開關 開關 輸入節點 電路 101232.doc •61 - 1352519 101232.doc 214 模式偵測器 215 偏壓電流產生器 216 數位至類比轉換器 217 相位偵測器 218 電路 219 信號 220 振盪器 222 放大器 224 電流鏡 227 比較器 228 時序電容器 229 開關 230 恆定電流源 232 節點 234 濾波器電阻器 236 電容器 238 相位偵測器 240 數位至類比轉換器 242至 247 電流源 254至259 開關 266 放大器 268 電流源 270 數位至類比轉換器 272 電阻器 )C -62- 1352519 101232.doc 276至281 電阻器 288至293 開關 300 信號產生器 302 差動放大器 304 輸入電流波形 306 線性曲線 308 產生器輸出電壓波形 310 線性曲線 312 輸出電壓波形 314 信號產生器 316 電阻器 318 電容器 320 振盪器 322 開關 324 頻率調變電路 326 振盪器 328 比較器 330 開關 332 時序電容器 334 輸入節點 336 電壓至電流轉換器 340 可變參考電壓產生器 342 可變參考電壓產生器 344 乘法器 )C -63 - 1352519 346 雙極電晶體 348 雙極電晶體 350 電流鏡 352 電流至電壓轉換器 354 可變參考電壓產生器 356 乘法器 358 雙極電晶體 360 雙極電晶體 362 電流鏡 364 電流至電壓轉換器 101232.doc • 64-

Claims (1)

1352519 十、申請專利範圍： .一種用於減小一切換調整器之峰值頻譜雜訊之電路，其 中可產生一具有一頻譜頂部之雜訊頻譜，該電路包含： 一k號產生器，其產生一可變信號，該信號產生器係 配置成隨時間改變該可變信號以形成—信號波形，以及 振盪15，其使用該可變信號來產生一時脈信號以根 據頻率調變波形來調變該時脈信號之一頻率， 其中該頻率調變波形為時間之一函數並具有配合一峰 值雜訊振幅波形之形狀。 如明求項1之電路’其中該頻率調變波形具有—關於時 間之二階導數，其為負。 月求項2之電路’其中該頻率調變波形具有一關於時 間之一階導數，其為正。 月长項1之電路，其中該頻率調變波形係藉由一對數 函數來近似。 5. 如5月求項1之雷软^ 甘rK » ’，、中戎頻率調變波形係藉由一平 根函數來近似 6. 8. 如請求項1之電路， 函數來近似。 如請求項1之電路， 函數來近似。 如睛求項1之電路， 部分與一線性部分β 其中該頻率調變波形係藉由一反轉 其中該頻率調變波形係藉由一指數 其中該頻率調變波形具有一非線性 9. 如吻求項8之電路， 其中該非線性部分係藉由以下函數 101232.doc 之一來近似：一斜數函叙 或-反轉函數。 a數函數、-平方根函數 10.如δ月求項8之電路，复φ兮沾& 之-階導备，“部分具有'關於時間 為負。 八.-正，以及—關於時間之二階導數，其 。月求項1之電路’其中該頻率調變波形之 使該頻譜頂部變平。 狀貫質上 13如妹虔項1之電路’其中該信號波形包含偽隨機信號。 •明’、項12之電路，其中該信號產生器包含—偽隨 碼產生器以及一數位至類比轉換器。 戈 如。月求項13之電路’其中該偽隨機代碼產生器具有 勻的機率密度，並且該數位至類比轉換器具有一輸入至 輸出轉移函數，該轉移函數之形狀近似於 形之形狀。 干,¾波 15. ^求項13之電路，其中該偽隨機代碼產生器具有一機 率密度，該機率密度之形狀近似於該頻率調變波形之4 狀。 形 如叫求項1之電路，其中該信號波形包含順序信號。 K如：求们之電路，其令該信號波形所包含之幅度如果 按照升高的數字順序排序則近似於該頻率調變波形之^ 狀。 形 18. 如請求項1之電路，其中該振盪器具有-輸入至輸出轉 移函數，其近似於該頻率調變波形之形狀。 19. 如請求項18之電路，其中該信號波形所包含之幅度如 果 J01232.doc 1352519 按照升高的數字順序排序則近似於一直線。 20. 如吻求項丨之電路其中該振盪器係由電壓控制。 21. 如請求们之電路，其中該振盈器係由電流控制。 22·如吻求項丨之電路，其進一步包含一固定頻率電路該 固定頻率電路係配置成供應近似-恆定信號， 其中該信號產生器之至少部分係配置成回應於使用者 輸入而被停用，以使該振盪器使用該恆定的信號產生該 時脈乜號以將該時脈信號之頻率固定於近似一恆定值。 23·如請求項丨之電路，其進一步包含一同步電路，該同步 電路係配置成回應於一外部時脈信號產生一同步信號， 其中該信號產生器之至少部分係配置成回應於使用者 輸入而被停用，以使該振盪器使用該同步信號產生該時 脈k號以將該時脈信號之頻率與該外部時脈信號之頻率 同步。 24· —種用於減小一切換調整器之峰值頻譜雜訊之方法，其 中可產生一具有一頻譜頂部之雜訊頻譜，該方法包含： 產生一具有一頻率之時脈信號；以及 在一展頻模式中根據一頻率調變波形來調變該時脈信 號之頻率， 其中該頻率調變波形為時間之一函數並具有配合一峰 值雜訊振幅波形之形狀。 25.如請求項24之方法，其中調變該時脈信號之頻率包含使 用一頻率調變波形來調變該時脈信號之頻率，該頻率調 變波形具有一關於時間之二階導數，其為負。 101232.doc 1352519 26. 如請求項25之方法，其中調變該時脈信號之頻率包含使 用一頻率調變波形來調變該時脈信號之頻率，該頻率調 變波形具有一關於時間之一階導數，其為正。 27. 如請求項24之方法，其令調變該時脈信號之頻率包含使 用一藉由一對數函數來近似之頻率調變波形來調變該時 脈信號之頻率。 28. 如請求項24之方法，其中調變該時脈信號之頻率包含使 用一藉由一平方根函數來近似之頻率調變波形來調變該 時脈信號之頻率。 29. 如請求項24之方法，其中調變該時脈信號之頻率包含使 用一藉由一反轉函數來近似之頻率調變波形來調變該時 脈信號之頻率。 30. 如請求項24之方法’其中調變該時脈信號之頻率包含使 用一藉由一指數函數來近似之頻率調變波形來調變該時 脈信號之頻率。 31. 如請求項24之方法，其中調變該時脈信號之頻率包含使 用一頻率調變波形來調變該時脈信號之頻率，該頻率調 變波形具有一非線性部分與一線性部分。 32. 如請求項31之方法，其中調變該時脈信號之頻率進一步 包含使用一頻率調變波形來調變該時脈信號之頻率，該 頻率調凌波形具有一藉由以下函數之一來近似之非線性 部分.一對數函數、一指數函數、一平方根函數或一反 轉函數。 33. 如請求項31之方法，其中調變該時脈信號之頻率進一步 101232.doc

1352519 34. 35. φ 36. 37. 38.

39. 包含使用一頻率調變波形來調變該時脈信號之頻率，該 頻率調變波形具有一非線性部分，其中該關於時間之二 階導數為正，而該關於時間之二階導數為負。 如請求項24之方法，其中調變該時脈信號之頻率包含使 用一頻率調變波形來調變該時脈信號之頻率，該頻率調 變波形實質上使該頻譜頂部變平。 如請求項24之方法’其中調變該時脈信號之頻率包含使 用偽隨機頻率調變。 如請求項24之方法，其中調變該時脈信號之頻率包含使 用順序頻率調變。 如請求項24之方法，其進一步包含： 停用該展頻模式；以及 在-固定頻率模式中將該時脈信號之頻率保持於 定頻率。 、 如請求項24之方法，其進一步包含： 停用該展頻模式；以及 將該時脈信號之頻率與一外部時脈信號 如請求項38之方法，其中將該時脈信號之 時脈信號之頻率同步包含使用鎖相迴路同 號之頻率與一外部時脈信號之頻率同步。 101232.doc 之頻率同步。 頻率與一外部 步將該時脈信