TWI412232B - 具頻率抖動的頻率產生器 - Google Patents

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Description

具頻率抖動的頻率產生器
本發明係關於一種頻率產生器，尤指一種具頻率抖動的頻率產生器。
第一圖為傳統之頻率產生器的電路示意圖。一第一電流源I1與一第二電流源I2分別透過對應的一第一開關SW1、一第二開關SW2對一電容C進行充電及放電。一第一比較器COM1於一反相端接收一第一參考電壓V1，於一非反相端耦接電容C，以比較電容C之電壓及第一參考電壓V1。一第二比較器COM2於一非反相端接收一第二參考電壓V2，於一反相端耦接電容C，以比較電容C之電壓及第二參考電壓V2。一SR正反器SRIN接收第一比較器及第二比較器之輸出訊號，以據此產生一時脈訊號CLK。時脈訊號CLK同時作為第一開關SW1及第二開關SW2的控制訊號。當時脈訊號CLK為高準位時，第一開關SW截止，而第二開關SW2導通，第二電流源I2對電容C放電。當電容C的電壓逐漸下降並等於第二參考電壓V2時，第二比較器COM2輸出高準位訊號使時脈訊號CLK轉為低準位。當時脈訊號CLK為低準位時，第一開關SW導通，而第二開關SW2截止，第一電流源I1對電容C充電。當電容C的電壓逐漸上升並等於第一參考電壓V1時，第一比較器COM1輸出高準位訊號使時脈訊號CLK轉為高準位。由於第一參考電壓V1和第二參考電壓V2之電壓差固定，而第一電流源I1和第二電流源I2的電流大小固定。因此，可產生固定頻率的時脈訊號CLK。
傳統電路若要得到頻率抖動(Frequency Jitter)，可藉由對第一電流源I1及第二電流源I2的電流值、第一參考電壓V1及第二參考電壓V2的電壓值做抖動，即可得到具頻率抖動的 時脈訊號CLK。此種實現抖動的方式比較適合用在規律並緩慢的抖動，然若實際應用如需要快速、隨機的抖動，此種方式則無法適用。
鑑於先前技術中的頻率產生器的抖動方式，無法提供快速、隨機的抖動，本發明利用延遲方式，對頻率產生器的時脈訊號的邏輯轉態(即，高準位轉為低準位及低準位轉為高準位)的時間點進行延遲，即可達到快速且隨機的抖動。
為達上述目的，本發明提供了一種具頻率抖動的頻率產生器，包含一電容、一比較單元、一充放電單元、一延遲單元以及一充放電開關單元。比較單元耦接電容以根據電容之電壓產生一充放電控制訊號。充放電單元耦接電容。延遲單元耦接於比較單元接收一延遲訊號並據此延遲充放電控制訊號成為一充放電延遲訊號。充放電開關單元耦接充放電單元及延遲單元，以根據充放電延遲訊號控制充放電單元對電容進行充電或放電。
以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。
第二圖為根據本發明之一較佳實施例具頻率抖動的頻率產生器之電路示意圖。頻率產生器包含一電容C、一比較單元COM、一充放電單元、一延遲單元10以及一充放電開關單元SW，其中充放電單元包含一充電電流源Ich及一放電電流源Ids。比較單元COM耦接電容C以根據電容C之電容電壓Vc產生一充放電控制訊號SRO。延遲單元10耦接比較單元 COM，且於輸入端IN接收一延遲訊號Delay。延遲單元10根據延遲訊號Delay及延遲充放電控制訊號SRO於充電控制端CHRG及放電控制端DSRG分別產生一第一控制訊號S1及一第二控制訊號S2作為充放電延遲訊號。充放電開關單元SW耦接充放電單元及延遲單元10，以根據第一控制訊號S1及第二控制訊號S2分別控制充放電單元的充電電流源Ich及放電電流源Ids對電容C充電，以改變電容C的電壓Vc。本實施例中的充放電開關單元SW包含一充電開關M1、一放電開關M2。充電開關M1和放電開關M2不會同時導通。也就是說充電開關M1導通時放電開關M2截止，而充電開關M1截止時，放電開關M2導通。在本實施例中，充電開關M1為P型金氧半場效電晶體而放電開關M2為N型金氧半場效電晶體，因此可以同一訊號達到上述導通與截止時序的要求。即，上述的第一控制訊號S1及第二控制訊號S2可以為同一訊號。實際電路設計，則可在第一控制訊號S1結束之後到第二控制訊號S2開始之間，以及/或者第二控制訊號S2結束之後到第一控制訊號S1開始之間設定一延遲。在本實施例，第一控制訊號S1及第二控制訊號S2之間根據延遲訊號Delay而設定一延遲時間。
接著，說明頻率產生器的詳細運作過程。請同時參見第三圖，為第二圖所示之頻率產生器之訊號波形圖。比較單元COM包含一放電比較器12、一充電比較器14以及一SR正反器16。放電比較器12的非反相輸入端與充電比較器14的反相輸入端同時耦接電容C。放電比較器12於一反相輸入端接收一第一參考訊號Ref1，而充電比較器14於一非反相輸入端接收一第二參考訊號Ref2，其中第一參考訊號Ref1之準位高於第二參考訊號Ref2之準位。放電比較器12的輸出端耦接SR正反器16之設定端S，充電比較器14的輸出端耦接SR正反器16之重設端R。
當電容C處於充電狀態，電容電壓Vc逐漸上升。當電容電壓Vc到達第一參考訊號Ref1之準位時，放電比較器12輸出高準位訊號至SR正反器16之設定端S，使SR正反器於輸出端Q輸出的充放電控制訊號SRO轉為高準位並同時觸發延遲單元10以直接將第一控制訊號S1轉為高準位。延遲單元10並以充放電控制訊號SRO的邏輯轉態之時間點為基準並根據延遲訊號Delay，使第二控制訊號S2的從低準位轉為高準位之轉態時間點將較充放電控制訊號SRO延遲一時間差，即第三圖中所示的時間差d1、d3、d5。因此，當充放電控制訊號SRO轉為高準位時，第二控制訊號S2將略晚才轉成高準位，而由於在此時間內第一控制訊號S1為高準位使充電開關M1截止，故電容電壓Vc會維持在第一參考訊號Ref1之準位。於第二控制訊號S2轉成高準位後，而放電開關M2導通，使放電電流源Ids開始對電容C放電，電容C進入放電狀態使電容電壓Vc開始下降。當電容電壓Vc下降到達第二參考訊號Ref2之準位時，充電比較器14輸出高準位訊號至SR正反器16之重設端R，使SR正反器於輸出端Q輸出的充放電控制訊號SRO轉為低準位，並同時觸發延遲單元10以直接將第二控制訊號S2轉為低準位。延遲單元10亦根據延遲訊號Delay以延遲充放電控制訊號SRO的邏輯轉態之時間點為基準，使第一控制訊號S1的高準位轉為低準位之轉態時間點較充放電控制訊號SRO延遲一時間差，即第三圖中所示的時間差d2、d4、d6。因此，當充放電控制訊號SRO轉為低準位時，第一控制訊號S1將略晚才轉成低準位，而由於在此時間內第二控制訊號S2為低準位使放電開關M2截止，故使電容電壓Vc會維持在第二參考訊號Ref2之準位。於第一控制訊號S1轉成低準位後，充電開關M1導通使充電電流源Ich開始對電容C充電，電容C進入充電狀態使電容電壓Vc開始上升。
在本實施例中，充放電控制訊號SRO、第一控制訊號S1 及第二控制訊號S2均具有頻率抖動，因此延遲單元10可根據這些訊號其中之一而輸出時脈訊號CLK，使時脈訊號CLK為具頻率抖動之訊號。而延遲訊號Delay可以是一雜訊，而使延遲單元10隨雜訊準位來變化延遲之時間長度；或者延遲訊號Delay可以是一數位隨機訊號，而延遲單元10為一數位電路，根據數位隨機訊號設定延遲之時間長度。尤其延遲訊號Delay可以是一可程式之數位電路，可使頻率產生器的頻率抖動可程式，而可達到輸出具可程式化抖動的優點。
如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。
 先前技術：
I1‧‧‧第一電流源
I2‧‧‧第二電流源
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
C‧‧‧電容
COM1‧‧‧第一比較器
COM2‧‧‧第二比較器
V1‧‧‧第一參考電壓
V2‧‧‧第二參考電壓
SRIN‧‧‧SR正反器
CLK‧‧‧時脈訊號
本發明：
10‧‧‧延遲單元
12‧‧‧放電比較器
14‧‧‧充電比較器
16‧‧‧SR正反器
C‧‧‧電容
COM‧‧‧比較單元
SW‧‧‧充放電開關單元
Ich‧‧‧充電電流源
Ids‧‧‧放電電流源
Vc‧‧‧電容電壓
SRO‧‧‧充放電控制訊號
CHRG‧‧‧充電控制端
DSRG‧‧‧放電控制端
S1‧‧‧第一控制訊號
S2‧‧‧第二控制訊號
M1‧‧‧充電開關
M2‧‧‧放電開關
Ref1‧‧‧第一參考訊號
Ref2‧‧‧第二參考訊號
S‧‧‧設定端
R‧‧‧重設端
Q‧‧‧輸出端
Delay‧‧‧延遲訊號
d1~d6‧‧‧時間差
CLK‧‧‧時脈訊號
第一圖為傳統之頻率產生器的電路示意圖。
第二圖為根據本發明之一較佳實施例具頻率抖動的頻率產生器之電路示意圖。
第三圖為第二圖所示之頻率產生器之訊號波形圖。
10‧‧‧延遲單元
12‧‧‧放電比較器
14‧‧‧充電比較器
16‧‧‧SR正反器
C‧‧‧電容
COM‧‧‧比較單元
SW‧‧‧充放電開關單元
Ich‧‧‧充電電流源
Ids‧‧‧放電電流源
Vc‧‧‧電容電壓
SRO‧‧‧充放電控制訊號
CHRG‧‧‧充電控制端
DSRG‧‧‧放電控制端
S1‧‧‧第一控制訊號
S2‧‧‧第二控制訊號
M1‧‧‧充電開關
M2‧‧‧放電開關
Ref1‧‧‧第一參考訊號
Ref2‧‧‧第二參考訊號
S‧‧‧設定端
R‧‧‧重設端
Q‧‧‧輸出端
Delay‧‧‧延遲訊號

Claims (7)

  1. 一種具頻率抖動的頻率產生器，包含：一電容；一比較單元，耦接該電容以根據該電容之電壓產生一充放電控制訊號；一充放電單元，耦接該電容；一延遲單元，耦接於該比較單元接收一延遲訊號並據此延遲該充放電控制訊號成為一充放電延遲訊號；以及一充放電開關單元，耦接該充放電單元及該延遲單元，以根據該充放電延遲訊號控制該充放電單元對該電容進行充電或放電，其中，該充放電延遲訊號的致能期間與該充放電控制訊號的致能期間之時間差係根據該延遲訊號而定，該充放電延遲訊號作為一脈衝訊號輸出，其中，所述致能期間係指該充放電控制訊號與該充放電致能訊號維持在高準位或低準位的時間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具頻率抖動的頻率產生器，其中該比較單元包含一第一比較器及一第二比較器，該第一比較器之一反相輸入端接收一第一參考電壓，該第二比較器之一非反相輸入端接收一第二參考電壓，該第二比較器之一反相輸入端及該第一比較器之一非反相輸入端均耦接該電容，且該第一參考電壓高於該第二參考電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具頻率抖動的頻率產生器，其中該比較單元更包含一正反器，該正反器接收該第一比較器及該第二比較器之輸出訊號，以據此產生該充放電控制訊號且該充放電控制訊號作為一脈衝訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具頻率抖動的頻率產生器，其中該充放電延遲訊號的致能期間與該充放電控制訊號之致能期間之時間差係根據該延遲訊號而隨機決定。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具頻率抖動的頻率產生器，其中該比較單元包含一第一比較器及一第二比較器，該第一比較器之一反相輸入端接收一第一參考電壓，該第二比較器之一非反相輸入端接收一第二參考電壓，該第二比較器之一反相輸入端及該第一比較器之一非反相輸入端均耦接該電容，且該第一參考電壓高於該第二參考電壓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具頻率抖動的頻率產生器，其中該比較單元更包含一正反器，該正反器接收該第一比較器及該第二比較器之輸出訊號，以據此產生該充放電控制訊號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具頻率抖動的頻率產生器，其中該充放電單元包含一充電電流源用以對該電容充電、以及一放電電流源用以對該電容放電。
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