TWI474625B - 鎖相迴路電路 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種鎖相迴路電路，尤有關於具有補償電流之二迴路鎖相迴路電路。
近年來，鎖相迴路電路普遍採用雙迴路設計來取代傳統單迴路設計，以減少迴路元件中電容所占據的面積。然而，基於雙迴路所設計的鎖相迴路電路仍存在其充電幫浦無法有效地操作於良好的線性工作區間而產生寄生基調(spurious tone)的問題。另一方面，由於各迴路上輸出至壓控振盪器之控制電壓會隨著鎖相迴路電路的運作不斷大幅度的變動，因此無法有效地使壓控振盪器保持操作於較線性的工作區間。
有鑑於此，在基於雙迴路所設計的鎖相迴路電路中，如何有效地使充電幫浦操作於具良好線性度的工作區間，並更進一步控制輸出至壓控振盪器的控制電壓，以使得壓控振盪器亦能保持操作於具良好線性度的工作區間，乃是業界亟待解決的問題。
本發明之目的之一在於提供一種鎖相迴路電路，以解決上述之問題。本發明之鎖相迴路電路採用雙迴路，於一迴路中產生一補償電流以使充電幫浦操作在較佳線性的工作區間，並進一步於另一迴路中產生另一補償電流及一直流調整電壓，以控制輸出至壓控振盪器之控制電壓，進而使壓控振盪器亦操作於較佳的線性工作區間。如此一來，藉由使充電幫浦及壓控振盪器兩者皆操作在較線性的工作區間，本發明可有效地降低寄生基調。
為達上述目的，本發明揭露一種鎖相迴路電路，其包含一相位頻率偵測器、一第一充電幫浦、一第一迴路元件組、一第二充電幫浦、一第二迴路元件組、一壓控振盪器以及一除頻器。該相位頻率偵測器用以根據一參考訊號以及一回授訊號，產生一校正訊號。該第一充電幫浦，耦接該相位頻率偵測器，且用以根據該校正訊號，產生一第一電流。該第一迴路元件組，耦接該第一充電幫浦，用以接收該第一電流，並產生一第一補償電流，以根據該第一電流及該第一補償電流，產生一第一控制電壓。該第二充電幫浦，耦接該相位頻率偵測器，且用以根據該校正訊號，產生一第二電流。該第二迴路元件組，耦接該第二充電幫浦，用以接收該第二電流，並產生一第二補償電流及一直流調整電壓，以根據該第二電流、該第二補償電流及該直流調整電壓，產生一第二控制電壓。該壓控振盪器，耦接該第一迴路元件組及該第二迴路元件組，用以接收該第一控制電壓以及該第二控制電壓，並根據該第一控制電壓以及該第二控制電壓，產生一振盪訊號。該除頻器，耦接該壓控振盪器及該相位頻率偵測器，用以接收該振盪訊號，並除頻該振盪訊號以產生該回授訊號。
在參閱圖式及隨後描述之實施方式後，此技術領域具有通常知識者便可瞭解本發明之技術手段及實施態樣。
本發明之一實施例係如第1圖所示，其係描繪一鎖相迴路電路1。鎖相迴路電路1可應用於一射頻通訊晶片中，或任何用以產生一特定高頻訊號的晶片中。鎖相迴路電路1包含一相位頻率偵測器101、一第一充電幫浦103、一第一迴路元件組105、一第二充電幫浦107、一第二迴路元件組109、一壓控振盪器111以及一除頻器113。
相位頻率偵測器101例如可自一石英振盪器(圖未繪示)接收一參考訊號100，並自除頻器113接收一回授訊號102，以根據參考訊號100以及回授訊號102的相位頻率差，產生校正訊號104。第一充電幫浦103與一第二充電幫浦107係分別耦接至相位頻率偵測器101。於接收校正訊號104後，第一充電幫浦103與第二充電幫浦107係分別根據校正訊號104產生一第一電流I1
及一第二電流I2
。第二電流I2
可為第一電流I1
乘上一比例常數β
，如公式1所示。
I 2
=βI 1
(公式1)
具體而言，校正訊號104包含一充電訊號以及一放電訊號。當第一充電幫浦103接收充電訊號時，第一電流I1
係為一正電流，而當第一充電幫浦103接收放電訊號時，第一電流I1
係為一負電流。類似地，當第二充電幫浦107接收充電訊號時，第二電流係I2
係為一正電流，而當第二充電幫浦107接收放電訊號時，第二電流I2
係為一負電流。換言之，第一充電幫浦103及第二充電幫浦107係分別根據校正訊號104所包含之充電訊號及放電訊號來產生不同狀態之第一電流I1
及第二電流I2
。
第一迴路元件組105耦接至第一充電幫浦103。第一迴路元件組105接收第一電流I1
，並產生生一第一補償電流(圖未繪示)，以根據第一電流I1
及第一補償電流，產生一第一控制電壓Vi
。第二迴路元件組109耦接至第二充電幫浦107。第二迴路元件組109接收第二電流I2
，並可進一步產生一第二補償電流(圖未繪示)及一直流調整電壓(圖未繪示)，以根據第二電流I2
，以及進一步根據第二補償電流及直流調整電壓，來產生一第二控制電壓Vp
。第一充電幫浦103與第一迴路元件組105係構成鎖相迴路電路15之積分路徑(integral path)，而第二充電幫浦107與第二迴路元件組109係構成鎖相迴路電路1之比例路徑(proportional path)。
進一步言，第一迴路元件組105係固定地持續產生第一補償電流，而第二迴路元件組109係固定地持續產生第二補償電流。第一補償電流的大小可調整第一充電幫浦103的響應(即相位頻率偵測器101所偵測的相位頻率差與第一充電幫浦103所輸出的第一電流I1
間之關係)以及第二充電幫浦107的響應(即相位頻率偵測器101所偵測的相位頻率差與第二充電幫浦107所輸出的第二電流I2
間之關係)，因此當鎖相迴路電路1操作於穩態時，第一充電幫浦103與第二充電幫浦107得以操作在較線性的工作區間。
須說明者，當相位頻率偵測器101未提供校正訊號104(即充電訊號以及放電訊號)時，則第一充電幫浦103停止提供第一電流I1
，以及第二充電幫浦107停止提供第二電流I2
。在此情況下，第一迴路元件組105係僅根據第一補償電流，產生第一控制電壓Vi
，而第二迴路元件組109係僅根據第二補償電流及直流調整電壓，產生第二控制電壓Vp
。
壓控振盪器111耦接至第一迴路元件組105及第二迴路元件組109，並接收第一控制電壓Vi
及第二控制電壓Vp
。壓控振盪器111根據第一控制電壓Vi
以及第二控制電壓Vp
，產生一振盪訊號112。由於第二迴路元件組109所產生之第二補償電流及直流調整電壓，可控制第二控制電壓Vp
，因此當鎖相迴路電路1操作於穩態時，第二控制電壓Vp
實質上被控制為定值(即具有小幅度的變動，但平均值實質上固定)，且第一控制電壓Vi
亦相應地被控制。如此一來，相較於先前技術，因鎖相迴路電路1之第一控制電壓Vi
及第二控制電壓Vp
的變動幅度受到控制，故本發明之壓控振盪器111可操作在較線性之工作區間(於此區間，壓控振盪器111之輸入電壓與輸出頻率的響應具較佳的線性度)。
除頻器113耦接至壓控振盪器111及相位頻率偵測器101。除頻器113接收振盪訊號112，並除頻振盪訊號112以產生較低頻的回授訊號102。此外，除頻器113可包含一調變器(圖未繪示)，其用以改變除頻器119之一除數。於本實施例中除頻器113之除數係為一分數(即除頻器113為分數型的除頻器)；然而，在其他實施例中，除頻器113之除數亦可為一整數(即除頻器113為整數型的除頻器)；而在本發明之一些實施例中，鎖相迴路電路1亦可不具除頻器。
本發明之第二實施例係如第2圖所示，其係描繪一鎖相迴路電路2。於本實施例中，第一迴路元件組105包含一第一補償電流源105a及第一迴路濾波器105b。第二迴路元件組109可包含一第二補償電流源109a、一第二迴路濾波器109b及一直流調整電壓源109c。積分路徑係包含第一充電幫浦103、第一補償電流源105a與第一迴路濾波器105b，而比例路徑包含第二充電幫浦107、第二補償電流源109a、第二迴路濾波器109b與直流調整電壓源109c。
第一補償電流源105a產生第一補償電流I1,off
。第一迴路濾波器105b耦接至第一充電幫浦103及第一補償電流源105a。第一迴路濾波器107接收第一電流I1
及第一補償電流I1,off
，並根據第一電流I1
及第一補償電流I1,off
，產生第一控制電壓Vi
。第二補償電流源108a產生第一補償電流I2,off
，而直流調整電壓源109c產生直流調整電壓VDC
。第二迴路濾波器109b耦接至第二充電幫浦107、第二補償電流源109a及直流調整電壓源109c。第二迴路濾波器109b接收第二電流I2
及第二補償電流I2,off
，並根據第二電流I2
、第二補償電流I2,off
及直流調整電壓VDC
，產生第二控制電壓Vp
。
請參考第3圖及第4圖，其係分別描繪第一迴路濾波器105b及第二迴路濾波器109b之示意圖。第一濾波器105b包含一積分電容Ci
。第二迴路濾波器113包含比例電容Cp
及比例電阻Rp
。直流調整電壓源109c可與比例電阻Rp
串接，以輸入直流調整電壓VDC
，其中該直流調整電壓源109c可以為一固定電壓或地電位(接地)。
須說明者，第一補償電流源103a之第一補償電流I1,off
與第一充電幫浦103之第一電流I1
之比例會產生一補償相位，以增加鎖相迴路電路之線性度，亦即第一補償電流I1,off
與第一電流I1
可根據所欲之補償相位來設置；而第一補償電流源103a所產生之第一補償電流I1,off
亦會影響比例路徑之第二控制電壓V p
，使得比例路徑更具有另一等效補償電流源(圖未繪示)，而等效補償電流源所產生之等效補償電流係如公式2所示。
I eq 2, off
=βI 1
(-I 1, off
/I 1
)=-βI 1, off
(公式2)
其中，I eq 2, off
代表等效補償電流。據此，第二迴路濾波器113所產生的第二控制電壓Vp
可如下列公式3所表示。
V p
=V DC
+(I 2, off
-βI 1, off
)R p
(公式3)
此外，振盪訊號112之頻率與第一控制電壓Vi
與第二控制電壓Vp
係可由公式4表示。
f VCO
=f 0
+K VCO , p V p
+K VCO , i V i
(公式4)
其中，f VCO
代表振盪訊號122之頻率，f 0
代表壓控振盪器117之中心頻率，K VCO , i
代表相對於第一控制電壓Vi
之增益，K VCO , p
代表相對於第二控制電壓Vp
之增益。
第一控制電壓Vi
與第二控制電壓Vp
總和雖為定值，但其仍會隨著鎖相迴路電路1的運作不斷變動且變動幅度較大，因此壓控振盪器的工作區間無法受到控制，而無法保持操作於較線性的工作區間。為克服此問題，鎖相迴路電路2中進一步加入第二補償電流源109a及直流調整電壓源109c，透過產生第二補償電流I2,off
及直流調整電壓VDC
，控制第二控制電壓Vp
(即如公式3所示)，因此當鎖相迴路電路1操作於穩態時，第二控制電壓Vp
實質上被控制為定值。
綜上所述，本發明之鎖相迴路電路藉由加入補償電流源，使充電幫浦操作於具線性度的工作區間，以降低寄生基調。同時，本發明之射頻通訊晶片及其鎖相迴路電路更可進一步藉由加入補償電流源及直流調整電壓，控制輸出至壓控振盪器之控制電壓，以使壓控振盪器可保持操作於具良好線性度的工作區間，進而更降低寄生基調。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。
101．．．相位頻率偵測器
103．．．第一充電幫浦
105．．．第一迴路元件組
105a．．．第一補償電流源
105b．．．第一迴路濾波器
107．．．第二充電幫浦
109．．．第二迴路元件組
109a．．．第二補償電流源
109b．．．第二迴路濾波器
109c．．．直流調整電壓源
111．．．壓控振盪器
113．．．除頻器
100．．．參考訊號
102．．．回授訊號
104．．．校正訊號
112．．．振盪訊號
I1
．．．第一電流
I1,off
．．．第一補償電流
I2
．．．第二電流
I2,off
．．．第二補償電流
VDC
．．．直流調整電壓
Vi
．．．第一控制電壓
Vp
．．．第二控制電壓
Ci
．．．積分電容
Cp
．．．比例電容
Rp
．．．比例電阻
第1圖係為本發明第一實施例之鎖相迴路電路1之示意圖；
第2圖係為本發明第二實施例之鎖相迴路電路2之示意圖；
第3圖係為本發明第一迴路濾波器之示意圖；以及
第4圖係為本發明第二迴路濾波器之示意圖。
101．．．相位頻率偵測器
103．．．第一充電幫浦
105．．．第一迴路元件組
107．．．第二充電幫浦
109．．．第二迴路元件組
111．．．壓控振盪器
113．．．除頻器
100．．．參考訊號
102．．．回授訊號
104．．．校正訊號
I1
．．．第一電流
I2
．．．第二電流
V i
．．．第一控制電壓
V p
．．．第二控制電壓
112．．．振盪訊號
Claims (12)
- 一種鎖相迴路電路，包含：一相位頻率偵測器，用以根據一參考訊號以及一回授訊號產生一校正訊號；一第一充電幫浦，用以根據該校正訊號產生一第一電流；一第一迴路元件組，用以產生一第一補償電流，並根據該第一電流及該第一補償電流來產生一第一控制電壓；一第二充電幫浦，用以根據該校正訊號產生一第二電流；一第二迴路元件組，用以產生一第二補償電流及一直流調整電壓，並根據該第二電流、該第二補償電流及該直流調整電壓來產生一第二控制電壓；一壓控振盪器，用以根據該第一控制電壓以及該第二控制電壓來產生一振盪訊號；以及一除頻器，用以除頻該振盪訊號以產生該回授訊號。
- 如請求項1之鎖相迴路電路，其中該第一迴路元件組包含：一第一補償電流源，用以產生該第一補償電流；以及一第一迴路濾波器，耦接該第一充電幫浦及該第一補償電流源，用以接收該第一電流及該第一補償電流，並根據該第一電流及該第一補償電流，產生該第一控制電壓。
- 如請求項2之鎖相迴路電路，其中該第二迴路元件組包含：一第二補償電流源，用以產生該第二補償電流；一直流調整電壓源，用以產生該直流調整電壓；以及一第二迴路濾波器，耦接該第二充電幫浦、該第二補償電流源以及該調整電壓源，用以接收該第二電流及該第二補 償電流，並根據該第二電流、該第二補償電流及該直流調整電壓，產生該第二控制電壓。
- 如請求項3之鎖相迴路電路，其中該第一迴路濾波器包含一積分電容，該第一充電幫浦、該第一補償電流源與該第一迴路濾波器構成一積分路徑，該第二迴路濾波器包含一比例電容以及一比例電阻，該第二充電幫浦、該第二補償電流源、該直流調整電壓源與該第二迴路濾波器構成一比例路徑。
- 如請求項1之鎖相迴路電路，其中該第二電流係為該第一電流乘上一比例常數。
- 如請求項1之鎖相迴路電路，其中該第一補償電流愈大，該第二控制電壓愈小。
- 如請求項1之鎖相迴路電路，其中該校正訊號包含一充電訊號以及一放電訊號，當該第一充電幫浦接收該充電訊號時，該第一電流係為一正電流，當該第一充電幫浦接收該放電訊號時，該第一電流係為一負電流，當該第二充電幫浦接收該充電訊號時，該第二電流係為一正電流，以及當該第二充電幫浦接收該放電訊號時，該第二電流係為一負電流。
- 如請求項1之鎖相迴路電路，其中該第一補償電流根據該第一電流與一補償相位來設置。
- 一種鎖相迴路電路，包含：一相位頻率偵測器，用以根據一參考訊號以及一振盪訊號產生一校正訊號；一第一充電幫浦，用以根據該校正訊號產生一第一電流；一第一迴路元件組，用以產生一第一補償電流，並根據 該第一電流及該第一補償電流來產生一第一控制電壓；一第二充電幫浦，用以根據該校正訊號產生一第二電流；一第二迴路元件組，用以產生一第二補償電流及一直流調整電壓，並根據該第二電流、該第二補償電流及該直流調整電壓來產生一第二控制電壓；以及一壓控振盪器，用以根據該第一控制電壓以及該第二控制電壓來產生該振盪訊號。
- 如請求項9之鎖相迴路電路，其中該第二電流係為該第一電流乘上一比例常數。
- 如請求項9之鎖相迴路電路，其中該第一補償電流愈大，該第二控制電壓愈小。
- 如請求項9之鎖相迴路電路，其中該第一補償電流根據該第一電流與一補償相位來設置。
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