TWI516018B - 倍頻裝置及其操作方法 - Google Patents

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Description

倍頻裝置及其操作方法
本發明是關於一種倍頻裝置與其操作方法，特別是一種可自動調整的倍頻裝置與其操作方法。
在一般常見的注入鎖頻倍頻器中，因其受限於注入鎖頻機制，所以其輸出可鎖定的頻率範圍較小，故其輸出可操作的頻率範圍甚小。請參閱第一圖，其為習知注入鎖頻倍頻器10的示意圖。習知注入鎖頻倍頻器10包含雙推式振盪器20。該雙推式振盪器20包含電感器203,204、電晶體201,202、以及電流源205。習知注入鎖頻式倍頻器10還包含電晶體101,102、緩衝器103,104、及一電流源105。該緩衝器103包含一輸入端in+及一輸出端out+，該緩衝器104包含一輸入端in-及一輸出端out-。
在第一圖中，該電晶體201的汲極D10連接該電晶體202的閘極G20、該緩衝器213的輸入端in+、及該電感器203的端點A，電壓VDD施加於該電感器203的該端點B。該電晶體202的汲極D20連接該電晶體201的閘極G10、該緩衝器214的輸入端in-、及該電感器204的端點C，電壓VDD施加於該電感器204的端點D。該電晶體201的源極S10及該電晶體202的源極S20皆連接至該電流源205。
該電晶體101的汲極D30連接該電晶體201的汲極D10，該電晶體102的汲極D40連接該電晶體202的汲極D20。該電 晶體101的源極S30與該電晶體102的源極S40接至該電流源105。
在第一圖中，一差動訊號SD1具有一基本頻率f，該差動訊號SD1輸入該電晶體101的閘極G30與該電晶體102的閘極G40，該差動訊號SD1具有一直流成分及一交流成分，該直流成分將該電晶體201與該電晶體202偏壓在非線性區，該交流成分經過該電晶體101的轉換後在該電晶體101的汲極D30處產生一諧波訊號SD2，該諧波訊號SD2具有正相三倍頻諧波分量，該正相三倍頻諧波分量具有三倍基本頻率3f1，該三倍基本頻率3f1為該基本頻率f的三倍。該緩衝器103的輸入端in+接收該諧波訊號SD2。該直流成分將該電晶體102偏壓在非線性區，該交流成分經過該電晶體102的轉換後在該電晶體102的汲極D40處產生一諧波訊號SD3，該諧波訊號SD3具有反相三倍頻諧波分量，該反相三倍頻諧波分量具有三倍基本頻率3f2，該三倍基本頻率3f2為該基本頻率f的三倍。該緩衝器104的輸入端in-接收該諧波訊號SD3。
雙推式振盪器20的振盪頻率是固定的，其與電感器203,204的電感值、電晶體201,202的寄生電容器(未顯示)的容值相關，且須藉由諧波訊號SD2,SD3來將該振盪頻率鎖定在該基本頻率f的三倍，故能夠鎖定的頻率的範圍較小，其中差動訊號SD1注入電晶體101,102的閘極而分別在電晶體101,102的汲極產生諧波訊號SD2,SD3。當雙推式振盪器20的振盪頻率想要依照需求來調整時，則除了差動訊號SD1的基本頻率f改變外，還需要改變電感器203,204的電感值或電晶體201,202的 寄生電容器的容值，因此另一種注入鎖頻倍頻器被提出來改善固定振盪頻率的缺點。
請參閱第二圖，其為習知注入鎖頻倍頻器30的示意圖。注入鎖頻倍頻器30包含一變容(Varactor)式壓控振盪器301、以及一諧波產生器302。該變容式壓控振盪器301包含電感器L1,L2、變容器C1,C2、電晶體M3,M4、以及電阻器R1。諧波產生器302包含電晶體M1,M2以及變壓器T1。變壓器T1係為晶片外的元件，並且包括一次側與二次側。
在第二圖中，電晶體M3的閘極與電晶體M6的閘極、電感器L2的端點F、變容器C2的端點F電連接，電晶體M4的閘極與電晶體M5的閘極、電感器L1的端點E、變容器C1的端點E電連接，變容器C1,C2電連接於G點，一調整電壓VTUNE施加於G點以調整變容器C1,C2的容值。電阻器R1的端點H電連接於電感器L1,L2的共同端點H，電阻器R1的另一端被施加偏壓VDD。電晶體M5,M6作為緩衝器，其閘極分別接收變容式壓控振盪器301的振盪頻率訊號SOSC1,SOSC2而分別輸出電壓訊號VOUT1,VOUT2。振盪頻率訊號SOSC1,SOSC2分別具有共振頻率fOSC1,fOSC2。
在第二圖中，諧波產生器302中的變壓器T1與電晶體M1,M2耦接，該變壓器T1的一次側被施加電壓V1，電壓V1具有一基本頻率f3，二次側電連接於電晶體M1,M2的閘極之間，電晶體M1,M2的一閘極偏壓VBIAS從該變壓器T1的二次側饋入，藉由適當地調整該閘極電壓VBIAS，諧波產生器302可產生最大增益的諧波訊號SH1,SH2，其都具有該基本頻率f3 的三倍的三倍頻頻率3f3，諧波訊號SH1,SH2會注入該變容式壓控振盪器301，藉由適當地選擇電感器L1,L2的感值以及適當地調整電容器C1,C2的容值使該變容式壓控振盪器301的共振頻率fOSC1,fOSC2接近該三倍頻頻率3f3，而將共振頻率fOSC1,fOSC2鎖定在該三倍頻頻率3f3。調整電壓VTUNE用以調整電容器C1,C2的容值，以增加該共振頻率被注入鎖定之範圍。電阻器R1用來改善諧波互斥率(Harmonic Rejection Ratios,HRRs)。最後，振盪頻率訊號SOSC1,SOSC2會分別在電晶體M3,M4的汲極輸出，而輸出的共振頻率fOSC1,fOSC2都等於三倍頻頻率3f3。
承上，若要輸出想要的共振頻率fOSC1,fOSC2，則必須調整該基本頻率f3以及手動調整該調整電壓VTUNE，此種調整方式非常不方便，除此之外，由於電晶體M3,M4的寄生電容器的容值較大，因此利用變容器C1,C2來調整共振頻率fOSC1,fOSC2並不容易，而使共振頻率fOSC1,fOSC2被注入鎖定的範圍受限。故期望有一種可調整注入鎖頻倍頻器的裝置與其調整方法來加以改善。
本發明提出一種倍頻裝置，其包含一注入鎖頻倍頻器以及一頻率轉控制訊號單元。該注入鎖頻倍頻器響應具有一第一基本頻率之一輸入訊號而輸出具有一第一頻率的一輸出訊號。該頻率轉控制訊號單元響應該輸入訊號而提供一第一控制訊號至該注入鎖頻倍頻器，其中當該第一基本頻率改變至一第二基本頻率時，該注入鎖頻倍頻器因應該第一控制訊號的改變而將 該第一頻率調整至一第二頻率。
依據上述構想，一種倍頻裝置的操作方法被提出，該方法包含下列步驟：響應具有一第一基本頻率之一輸入訊號而輸出具有一第一頻率的一輸出訊號。響應該輸入訊號而輸出一控制訊號。當該第一基本頻率改變至一第二基本頻率時，因應該控制訊號的改變而將該第一頻率調整至一第二頻率。
依據上述構想，一種訊號產生單元被提出，其係用於一倍頻裝置中，該倍頻裝置具有一第一頻率，該訊號產生單元包含一輸入端與一輸出端。該輸入端接收該第一頻率。該輸出端輸出一第一控制訊號至該倍頻裝置中，以調整一第二頻率。
依據上述構想，一種倍頻裝置的操作方法被提出，該方法包含下列步驟：產生一預設操作頻率。因應該預設操作頻率，產生一控制訊號。因應該控制訊號，輸出一所需頻率。
本發明提出倍頻裝置及其操作方法可達到自動調整倍頻裝置的共振頻率，並且將共振頻率加以鎖定，使得被鎖定的共振頻率的頻率範圍加大，故增加了便利性與使用之彈性。
請參閱第三圖(a)與(b)，其為本發明第一較佳實施例倍頻裝置40的示意圖。倍頻裝置40包含一注入鎖頻倍頻器401以及一頻率轉控制訊號單元402。該注入鎖頻倍頻器401響應具有一第一基本頻率fi1之一輸入訊號Si1而輸出具有一第一頻率fo1的一輸出訊號So1。該頻率轉控制訊號單元402響應該輸入訊號Si1而提供一第一控制訊號SCTRL1至該注入鎖頻倍頻器401，其中當該第一基本頻率fi1改變至一第二基本頻率fi2 時，該注入鎖頻倍頻器401因應該第一控制訊號SCTRL1的改變而將該第一頻率fo1調整至一第二頻率fo2，如第三圖(a)與(b)所示，第一控制訊號SCTRL1被改變為第一控制訊號SCTRL2，其中該第一控制訊號SCTRL1具有一第一控制電壓VCTRL1或一第一控制電流ICTRL1未顯示，第一控制訊號SCTRL2具有一第二控制電壓VCTRL2或一第二控制電流ICTRL2未顯示。
在第三圖(a)中，該注入鎖頻倍頻器401包括一諧波產生器4011以及一可調頻率振盪器4012。該諧波產生器4011響應該輸入訊號Si1而產生一諧波訊號SH3。該諧波訊號SH3具有該第一基本頻率fi11的三倍的三倍頻頻率3fi11。該可調頻率振盪器4012響應該諧波訊號SH3與該第一控制訊號SCTRL1而使該輸出訊號So1具有該第一頻率fo11，該第一頻率fo11亦為該第一基本頻率fi11的三倍。
在第三圖(b)中，當該輸入訊號Si1的頻率從第一基本頻率fi11改變為第二基本頻率fi12時，該諧波產生器4011響應該輸入訊號Si1的頻率改變而產生一諧波訊號SH4。該諧波訊號SH4具有該第二基本頻率fi12的三倍的三倍頻頻率3fi12。該可調頻率振盪器4012響應該諧波訊號SH4與該第一控制訊號SCTRL2而使該輸出訊號So1具有該第二頻率fo12，該第二頻率fo12亦為該第二基本頻率fi12的三倍。
在本發明中係以輸出頻率為輸入基本頻率的三倍為較佳的實施方式，其他例如輸出頻率為輸入基本頻率的正整數倍亦可實施。
在第三圖(a)與(b)中，該可調頻率振盪器4012可為一壓控 振盪器、一電流控制振盪器、或一數位控制振盪器。該頻率轉控制訊號單元402可為一頻率轉電壓訊號單元、一頻率轉電流訊號單元、或一頻率轉數位訊號單元。該第一控制訊號SCTRL1為一電壓訊號、一電流訊號、或一數位訊號。該可調頻率振盪器4012與該頻率轉控制訊號單元402需互相搭配才能使用。例如，當該可調頻率振盪器4012為該壓控振盪器(VCO)時，該第一控制訊號SCTRL1為該電壓訊號，該頻率轉控制訊號單元402為該頻率轉電壓訊號單元。當該可調頻率振盪器4012為該電流控制振盪器(CCO)時，該第一控制訊號SCTRL1為該電流訊號，該頻率轉控制訊號單元402為該頻率轉電流訊號單元。當該可調頻率振盪器4012為該數位控制振盪器(DCO)時，該第一控制訊號SCTRL1為該數位訊號，該頻率轉控制訊號單元402為該頻率轉數位訊號單元。
請參閱第三圖(c)，其為本發明頻率轉控制訊號單元402的示意圖。當該頻率轉換控制訊號單元402為一頻率轉電壓訊號單元403時，該頻率轉電壓訊號單元403包括一限制放大器4021以及一功率偵測器4022。該限制放大器4021將該輸入訊號Si1放大以產生一功率訊號SP1。該功率偵測器偵測該功率訊號SP1並將其轉成該第一控制訊號SCTRL1。
本發明的頻率轉控制訊號單元402可因應輸入訊號Si1的基本頻率的改變，而自動將該第一控制訊號SCTRL1做適當的調整，使該可調頻率振盪器402調整該輸出訊號So1具有一預定頻率，例如將該第一控制訊號SCTRL1之電壓或電流做適當的調整，或是將該第一控制訊號SCTRL1轉為數位訊號以達可自動 調整輸出訊號So1的頻率的功效，這是先前技術所無法達到的優點之一。接下來說明如何達到自動調整輸出訊號So1的頻率的方法，該倍頻裝置40在該頻率轉控制訊號單元402未經調校之前並不能因應該輸入訊號Si1的頻率改變而自動調整該第一控制訊號SCTRL1以得到想要的頻率。
請參閱第四圖(a)，其為本發明第一較佳實施例輸出訊號頻率與控制訊號電壓的示意圖。頻率轉控制訊號單元402以頻率轉電壓訊號單元403為例，可調頻率振盪器4012以壓控振盪器為例，橫軸代表壓控振盪器接收的第一控制訊號的一第一控制電壓VCTRL1，以毫伏特為單位，縱軸代表輸出訊號So1的頻率fo，以GHz為單位。在調校該頻率轉控制訊號單元402之前，先對該壓控振盪器施加一序列的該第一控制電壓VCTRL1，該第一控制電壓VCTRL1具有一序列的複數電壓準位，例如VCTRL1={VCTRL11,VCTRL12,...,VCTRL1n}。此時輸入訊號Si1尚未輸入該注入鎖頻倍頻器，諧波訊號SH3,SH4亦尚未注入該壓控振盪器，因此該壓控振盪器會因應該第一控制電壓VCTRL1而產生輸出訊號So1，該輸出訊號So1的頻率fo1為一自由振盪頻率，其隨著該第一控制電壓VCTRL1的改變而有所變化，典型而言兩者為一線性正比例的關係，且該輸出訊號So1的頻率fo1尚未被鎖定。
請參閱第四圖(b)，其為本發明第一較佳實施例輸入訊號頻率與控制訊號電壓的示意圖。在預先找出該輸出訊號So1的頻率fo1與該第一控制電壓VCTRL1之間的關係後，接著對該頻率轉電壓訊號單元403進行調校，橫軸代表該頻率轉電壓訊 號單元403接收的輸入訊號Si1，其具有一序列頻率fi1，以GHz為單位，縱軸代表該第一控制電壓VCTRL1，以毫伏特為單位。
調校的方式首先使該頻率轉電壓訊號單元403接收具有一序列輸入頻率fi={fi1,fi2,...,fin}的輸入訊號Si1，該頻率轉電壓訊號單元403會因應具有該序列的輸入頻率fi1的輸入訊號Si1而輸出具有一序列第一控制電壓VCTRL1={VCTRL11,VCTRL12,...,VCTRL1n}的第一控制訊號SCTRL1。請同時參閱第四圖(a)與(b)，在一實施例中以輸出訊號So1的頻率f01為輸入訊號Si1的頻率fi1的三倍為例，也就是fo1=3*fi1，當想要的輸出訊號So1的頻率fo1=54GHz時，輸入訊號Si1的頻率fi1=fi11=18GHz，在第四圖(a)中輸出訊號So1的頻率fo1為54GHz時所對應到的該第一控制訊號電壓VCTRL1=VCTRL11為40毫伏特，因此當該頻率轉電壓訊號單元403接收的輸入訊號Si1的頻率fi1為18GHz時，該頻率轉電壓訊號單元403被調校而使其輸出的第一控制訊號SCTRL1的第一控制電壓VCTRL1=VCTRL11等於40毫伏特。同理，當想要的輸出訊號So1的頻率fo1=52.5GHz時，輸入訊號Si1的頻率fi1=fi12=17.5GHz，在第四圖(a)中輸出訊號So1的頻率fo1為52.5GHz時所對應到的該第一控制訊號電壓VCTRL1=VCTRL12為-6.25毫伏特，因此當該頻率轉電壓訊號單元403接收的輸入訊號Si1的頻率fi1為17.5GHz時，該頻率轉電壓訊號單元403被調校而使其輸出的第一控制訊號SCTRL1的第一控制電壓VCTRL1=VCTRL12等於-6.25毫伏特。
依此類推，按照上述的方法可繪出如第四圖(a)與(b)的關係圖，在對該頻率轉電壓訊號單元403調校完成後，該倍頻裝置40即可因應該輸入訊號Si1的頻率fi1的改變而自動調整該輸出訊號So1的頻率fo1，且由於輸入訊號Si1輸入該注入鎖頻倍頻器401，諧波訊號SH3,SH4亦注入該壓控振盪器，故輸出訊號So1的頻率fo1亦被鎖定。
請參閱第五圖(a)，其為本發明第一較佳實施例倍頻裝置40的操作方法的示意圖。該方法特別是在調校該頻率轉控制訊號單元402的調校方法。倍頻裝置40的操作方法包含下列步驟：步驟S101，施加該第一控制訊號SCTRL1的一序列第一控制電壓VCTRL1={VCTRL11,VCTRL12,...,VCTRL1n}於該注入鎖頻倍頻器401而使其輸出具有一序列頻率f01={fo11,fo12,...,fo1n}的該輸出訊號So1。步驟S102，校正該頻率轉控制訊號單元402，使其接收具有一序列基本頻率fi1={fi11,fi12,...,fi1n}之該輸入訊號Si1時輸出具有該序列第一控制電壓VCTRL1={VCTRL11,VCTRL12,...,VCTRL1n}的該第一控制訊號SCTRL1，其中該序列頻率fo1為相對應的該序列基本頻率fi1的正整數倍。
請參閱第五圖(b)，其為本發明第一較佳實施例倍頻裝置40的操作方法的示意圖。該方法特別是在調校後的自動調整方法。本發明第一較佳實施例倍頻裝置的操作方法包含下列步驟：步驟S201，響應具有一第一基本頻率fi11之一輸入訊號Si1而輸出具有一第一頻率fo11的一輸出訊號So1。步驟202，響應該輸入訊號Si1而輸出一控制訊號SCTRL1。步驟203，當 該第一基本頻率fi11改變至一第二基本頻率fi12時，因應該控制訊號SCTRL1的改變而將該第一頻率fo11調整至一第二頻率fo12。
請參閱第六圖，其為本發明第二較佳實施例倍頻裝置50的示意圖。倍頻裝置50包含注入鎖頻倍頻器401、一頻率轉控制訊號單元402。該倍頻裝置50更包含一差動訊號產生單元503，其用以產生一相位互補的差動訊號作為該輸入訊號。例如在第六圖中，該差動訊號產生單元503接收具有一第三基本頻率fi3={fi31,fi32,...,fi3n}的輸入訊號Si2而產生差動訊號fi3p,fi3n，兩個差動訊號fi3p,fi3n的相位相差180度，此可增強雜訊抑制的能力。在一實施例中，差動訊號產生單元503可不使用。頻率轉控制訊號單元402包含一頻率轉電壓訊號單元502、一訊號混合單元504、以及一直流準位平移單元505。
訊號混合單元504用以將具有第三頻率fi3的輸入訊號Si2與具有頻率fi4的訊號Si3處理而產生具有頻率fid1的混合訊號Sid1，混合訊號Sid1作為頻率轉電壓訊號單元502的輸入訊號，例如當第三基本頻率fi3為20GHz且頻率fi4為15GHz時，訊號混合單元504將兩者頻率相減而得到頻率fid1=5GHz，此降頻的方式係當頻率轉電壓訊號單元502不能接收太高的頻率時的另一種處理方式，其有利於頻率轉電壓訊號單元502進一步的處理。在一實施例中，訊號混合單元504可不使用，頻率轉電壓訊號單元502直接接收輸入訊號Si2以進行處理。
在一實施例中，頻率轉電壓訊號單元502可如同第三圖(c)中的頻率轉電壓訊號單元403。在本案第二較佳實施例中，頻率轉控制訊號單元402的調校方式不同於本案第一較佳實施例，特別是第一控制訊號SCTRL3的直流電壓VCTRL3與頻率轉電壓訊號單元502的輸出訊號SCTRL4的直流電壓VCTRL4有差距時，該直流準位平移單元505可用於補償其差距。
請參閱第七圖(a)其為本發明第二較佳實施例輸出訊號頻率與第一控制訊號電壓的示意圖。注入鎖頻倍頻器中401的可調頻率振盪器4012以壓控振盪器為例，橫軸代表壓控振盪器接收的第一控制訊號SCTRL3的一第一控制電壓VCTRL3，以毫伏特為單位，縱軸代表輸出訊號So2的頻率fo3，以GHz為單位。在調校該頻率轉電壓訊號單元502之前，先對該壓控振盪器施加一序列的該第一控制電壓VCTRL3={VCTRL31,VCTRL32,...,VCTRL3n}，此時輸入訊號Si2尚未輸入該注入鎖頻倍頻器401，因此該壓控振盪器會因應該第一控制電壓VCTRL3而產生輸出訊號So2，該輸出訊號So2的頻率fo3={fo31,fo32,...,fo3n}為一自由振盪頻率，該自由振盪頻率隨著該第一控制電壓VCTRL3的改變而有所變化，典型而言兩者為一線性正比例的關係，如第七圖(a)所示，且該輸出訊號So2的頻率fo3尚未被鎖定。
請參閱第七圖(b)，其為本發明第二較佳實施例混合訊號Sid1頻率與第二控制訊號電壓的示意圖，在預先找出該輸出訊號So2的頻率fo3與該第一控制電壓VCTRL3之間的關係後，接著對該頻率轉電壓訊號單元502進行調校，橫軸代表該頻率轉 電壓訊號單元502接收的混合訊號Sid1的頻率fid1，以GHz為單位，縱軸代表該第二控制電壓VCTRL4，以毫伏特為單位。
調校的方式首先使該頻率轉電壓訊號單元502接收具有一序列頻率fid1={fid11,fid12,...,fid1n}的混合訊號Sid1，該頻率轉電壓訊號單元502會因應具有該序列頻率fid1的混合訊號Sid1而輸出具有一序列該第二控制電壓VCTRL4={VCTRL41,VCTRL42,...,VCTRL4n}的第二控制訊號SCTRL4。在一實施例中，以輸出訊號So2的頻率f03={fo31,fo32,...,fo3n}為輸入訊號Si2的頻率fi3={fi31,fi32,...,fi3n}的三倍為例，也就是fo3=3*fi3。請參閱第七圖(b)，在一實施例中，當該序列第二控制電壓VCTRL4與該序列頻率fid1的關係如第七圖(b)中的線段1或線段2所示，其都為一線性關係，但都未通過原點，此時可調整輸入該直流準位平移單元505的訊號SREF使該第一控制電壓VCTRL3等於該第二控制電壓VCTRL4，亦即使線段1或線段2往通過原點的虛線1來移動。該訊號SREF可為一參考電壓或一參考電流，頻率轉電壓訊號單元502也可用頻率轉電流訊號單元或頻率轉數位訊號單元來代替，依需求而定。在對該頻率轉電壓訊號單元502調校完成後，該倍頻裝置50即可因應該輸入訊號Si2的頻率fi3的改變而自動調整該輸出訊號So2的頻率fo3，且由於輸入訊號Si2輸入該注入鎖頻倍頻器401，故輸出訊號So2的頻率fo3亦被鎖定。頻率轉控制訊號單元402因應具有頻率fi3的訊號Si2的改變而使第一控制訊號VCTRL3改變以自動調整輸出訊號So2的頻率fo3。
請參閱第八圖(a)，其為本發明第二較佳實施例倍頻裝置 50的操作方法的示意圖。該方法特別是在調校該頻率轉控制訊號單元402的調校方法。倍頻裝置50的操作方法如下：步驟S301，響應該第一控制訊號SCTRL3的一第一序列電壓VCTRL3={VCTRL31,VCTRL32,...,VCTRL3n}而輸出具有一第一序列頻率fo3={fo31,fo32,...,fo3n}的該輸出訊號So2。步驟S302，該頻率轉電壓訊號單元502接收具有一第二序列頻率fid1={fid11,fid12,...,fid1n}的該混合訊號Sid1而輸出具有一第二序列電壓VCTRL4={VCTRL41,VCTRL42,...,VCTRL4n}的該第二控制訊號SCTRL4。步驟S303，調整一參考電壓，以使該第二序列電壓VCTRL4等於相對應的該第一序列電壓VCTRL3。
請參閱第八圖(b)，其為本發明第二較佳實施例倍頻裝置50的操作方法的示意圖。該方法特別是在經過調校後的自動調整輸出頻率f03的方法，在第八圖(b)中的方法也可應用到倍頻裝置40。請同時參閱第六圖與第三圖(a)，倍頻裝置50,40的操作方法如下：步驟401，產生一預設操作頻率fid1,fi1。步驟402，因應該預設操作頻率fid1,fi1，產生一控制訊號SCTRL3,SCTRL1。步驟402，因應該控制訊號SCTRL3,SCTRL1，輸出一所需頻率fo3,fo1。
請參閱第九圖(a)，其為直流準位平移單元505的示意圖。在一實施例中，直流準位平移單元505包含電阻器R2,R3，第二控制訊號SCTRL4的第二控制電壓VCTRL4施加於電阻器R2，參考訊號SREF的參考電壓VREF施加於電阻器R3用以調整使第二控制電壓VCTRL4等於該第一控制電壓VCTRL3。
請參閱第九圖(b)，其為本發明注入鎖頻倍頻器401的示 意圖。在一實施例中，諧波產生器4011包含一對電晶體Q3,Q4，其各藉由電感器L3,L4分別耦接至電晶體Q1,Q2的汲極，電壓Vin,Vip分別施加於電晶體Q3,Q4的閘極以偏壓在非線性區域，使其產生三次諧波而注入該可調頻率震盪器4012。該可調頻率震盪器4012包含一對電晶體Q5,Q6、一對變壓器4013,4014、以及一對電晶體Q1,Q2。該注入鎖頻倍頻器401還包含一對緩衝器404,405以分別在其輸出端輸出電壓Von,Vop。電流源406電連接電晶體Q1,Q2的源極以提供偏壓電流Ib，電晶體Q1,Q2的閘極分別電連接到緩衝器405,404的輸入端，各電感器L7,L8分別耦接至緩衝器404,405，電壓Vdd施加於兩電感器L7,L8的電連接處。電晶體Q5與電感器L5並聯，電晶體Q6與電感器L6並聯。
電晶體Q5,Q6的閘極電連接，並且由第一控制訊號SCTRL3的第一控制電壓VCTRL3來控制電晶體Q5,Q6的閘極電壓，也就是說每個電晶體Q5,Q6都可作為可變電阻器，其等效阻值由第一控制電壓VCTRL3來調整。電晶體Q5與變壓器4013並聯可當作可變電感器4015,4016，藉由第一控制電壓VCTRL3可間接調整可變電感器4015,4016的感值，此與先前技術中利用變容器C1,C2來調整共振頻率不同，優點是利用可變電感器4015,4016來調整共振頻率可達到更寬範圍的共振頻率。
實施例
1.一種倍頻裝置，其包含一注入鎖頻倍頻器以及一頻率轉控制訊號單元。該注入鎖頻倍頻器響應具有一第一基本頻率之一輸入訊號而輸出具有一第一頻率的一輸出訊號。該頻率轉 控制訊號單元響應該輸入訊號而提供一第一控制訊號至該注入鎖頻倍頻器，其中當該第一基本頻率改變至一第二基本頻率時，該注入鎖頻倍頻器因應該第一控制訊號的改變而將該第一頻率調整至一第二頻率。
2.如實施例1的裝置，其中該第二頻率為該第二基本頻率的正整數倍。該注入鎖頻倍頻器包括一諧波產生器以及一可調頻率振盪器。該諧波產生器響應該輸入訊號而產生一諧波訊號。該可調頻率振盪器響應該諧波訊號與該第一控制訊號而調整該輸出訊號具有該第二頻率。該可調頻率振盪器包括一壓控振盪器、一電流控制振盪器、或一數位控制振盪器。該頻率轉控制訊號單元包括一頻率轉電壓訊號單元、一頻率轉電流訊號單元、或一頻率轉數位訊號單元。該第一控制訊號為一電壓訊號、一電流訊號、或一數位訊號。該頻率轉控制訊號單元包括一訊號混和單元、一頻率轉電壓訊號單元、以及一直流準位平移單元。該訊號混和單元將該第一基本頻率降頻為一第三基本頻率，並輸出具有該第三基本頻率的一混合訊號。該頻率轉電壓訊號單元接收該混合訊號而輸出一第二控制訊號。該頻率轉電壓訊號單元包括一限制放大器以及一功率偵測器。該限制放大器將該混合訊號放大以產生一功率訊號。該功率偵測器偵測該功率訊號並將其轉成該第二控制訊號。該直流準位平移單元響應該第二控制訊號而輸出該第一控制訊號，其中當該第一基本頻率改變至一第二基本頻率時，該頻率轉電壓訊號單元因應該混合訊號而改變該第二控制訊號的電壓，該直流準位平移單元響應該第二控制訊號而自動調整該第一控制訊號。該倍頻裝 置更包括一差動訊號產生單元，其產生一相位互補的差動訊號作為該輸入訊號。
3.如實施例1~2的裝置，其中施加該第一控制訊號的一第一序列電壓於該注入鎖頻倍頻器而調整該輸出訊號具有一第一序列頻率。該頻率轉電壓訊號單元接收具有一第二序列頻率的該混合訊號而輸出具有一第二序列電壓的該第二控制訊號。調整施加於該直流準位平移單元的一參考電壓，以使該第二序列電壓等於相對應的該第一序列電壓。
4.如實施例1~3的裝置，其中施加該第一控制訊號的一序列電壓於該注入鎖頻倍頻器而調整該輸出訊號具有一序列頻率。校正該頻率轉控制訊號單元，使其接收具有一序列基本頻率之該輸入訊號時輸出具有該序列電壓的該第一控制訊號，其中該序列頻率為相對應的該序列基本頻率的正整數倍。
5.一種倍頻裝置的操作方法，該方法包含下列步驟：響應具有一第一基本頻率之一輸入訊號而輸出具有一第一頻率的一輸出訊號。響應該輸入訊號而輸出一控制訊號。當該第一基本頻率改變至一第二基本頻率時，因應該控制訊號的改變而將該第一頻率調整至一第二頻率。
6.如實施例5的方法，其中該倍頻裝置包含一頻率轉控制訊號單元，該方法更包含下列步驟：響應該控制訊號的一序列電壓而調整該輸出訊號具有一序列頻率。校正該頻率轉控制訊號單元，使其接收具有一序列基本頻率之該輸入訊號時輸出具有該序列電壓的該控制訊號，其中該序列頻率為相對應的該序列基本頻率的正整數倍。
7.一種訊號產生單元，其係用於一倍頻裝置中，該倍頻裝置具有一第一頻率，該訊號產生單元包含一輸入端與一輸出端。該輸入端接收該第一頻率。該輸出端輸出一第一控制訊號至該倍頻裝置中，以調整一第二頻率。
8.如實施例7的訊號產生單元，其中該頻倍頻器包括一諧波產生器以及一可調頻率振盪器。該諧波產生器響應具有該第一頻率的一輸入訊號而產生一諧波訊號。該可調頻率振盪器響應該諧波訊號與該第一控制訊號而輸出具有該第二頻率一輸出訊號。該可調頻率振盪器包括一壓控振盪器、一電流控制振盪器、或一數位控制振盪器。該訊號產生單元包括一頻率轉電壓訊號單元、一頻率轉電流訊號單元、或一頻率轉數位訊號單元。該訊號產生單元響應該輸入訊號而輸出該第一控制訊號。該第一控制訊號為一電壓訊號、一電流訊號、或一數位訊號。該訊號產生單元更包括一訊號混和單元、一頻率轉電壓訊號單元、一直流準位平移單元。該訊號混和單元將該第一基本頻率降頻為一第三基本頻率，並輸出具有該第三基本頻率的一混合訊號。該頻率轉電壓訊號單元接收該混合訊號而輸出一第二控制訊號，該頻率轉電壓訊號單元包括一限制放大器以及一功率偵測器。該限制放大器將該混合訊號放大以產生一功率訊號。該功率偵測器偵測該功率訊號並將其轉成該第二控制訊號。該直流準位平移單元響應該第二控制訊號而輸出該第一控制訊號，其中當該第一頻率改變至一第三頻率時，該頻率轉電壓訊號單元因應該混合訊號而改變該第二控制訊號的電壓，該直流準位平移單元響應該第二控制訊號而自動調整該第一控 制訊號。該倍頻裝置更包括一差動訊號產生單元，其產生一相位互補的差動訊號作為該輸入訊號。
9.一種倍頻裝置的操作方法，該方法包含下列步驟：產生一預設操作頻率。因應該預設操作頻率，產生一控制訊號。因應該控制訊號，輸出一所需頻率。
10.如實施例9的方法，該倍頻裝置包含一頻率轉控制訊號單元，該方法更包含下列步驟：響應該控制訊號的一序列電壓而輸出具有一序列頻率的一輸出訊號。校正該頻率轉控制訊號單元，使其接收具有一序列基本頻率之一輸入訊號時輸出具有該序列電壓的該控制訊號，其中該序列頻率為相對應的該序列基本頻率的正整數倍。
本發明雖以上述數個實施方式或實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10,30‧‧‧注入鎖頻倍頻器
20‧‧‧雙推式振盪器
101,102,201,202,M1,M2,M3,103,104,404,405‧‧‧緩衝器
M4,M5,M6‧‧‧電晶體
203,204,L1,L2‧‧‧電感器
205,406‧‧‧電流源
T1‧‧‧變壓器
C1,C2‧‧‧變容器
R1,R2,R3‧‧‧電阻器
40,50‧‧‧倍頻裝置
401‧‧‧注入鎖頻倍頻器
402‧‧‧頻率轉控制訊號單元
4011‧‧‧諧波產生器
4012‧‧‧可調頻率振盪器
4021‧‧‧限制放大器
4022‧‧‧功率偵測器
502‧‧‧頻率轉電壓訊號單元
503‧‧‧差動訊號產生單元
504‧‧‧訊號混合單元
505‧‧‧直流準位平移單元
Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6‧‧‧電晶體
L3,L4,L5,L6,L7,L8‧‧‧電感器
4013,4014‧‧‧變壓器
4015,4016‧‧‧可變電感器
第一圖：習知注入鎖頻倍頻器的示意圖；第二圖：習知注入鎖頻倍頻器的示意圖；第三圖(a)：本發明第一較佳實施例倍頻裝置的示意圖；第三圖(b)：本發明第一較佳實施例倍頻裝置的示意圖；第三圖(c)：本發明頻率轉訊號控制單元402的示意圖。
第四圖(a)：本發明第一較佳實施例輸出訊號頻率與控制訊號電壓的示意圖；第四圖(b)：本發明第一較佳實施例輸入訊號頻率與控制訊號 電壓的示意圖；第五圖(a)：本發明第一較佳實施例倍頻裝置的操作方法的示意圖；第五圖(b)：本發明第一較佳實施例倍頻裝置的操作方法的示意圖；第六圖：本發明第二較佳實施例倍頻裝置的示意圖；第七圖(a)：本發明第二較佳實施例輸出訊號頻率與第一控制訊號電壓的示意圖；第七圖(b)：本發明第二較佳實施例混合訊號頻率與第二控制訊號電壓的示意圖；第八圖(a)：本發明第二較佳實施例倍頻裝置的操作方法的示意圖；第八圖(b)：本發明第二較佳實施例倍頻裝置的操作方法的示意圖；第九圖(a)：直流準位平移單元505的示意圖；以及第九圖(b)：本發明注入鎖頻倍頻器的示意圖。
40‧‧‧倍頻裝置
401‧‧‧注入鎖頻倍頻器
402‧‧‧頻率轉控制訊號單元
4011‧‧‧諧波產生器
4012‧‧‧可調頻率振盪器

Claims (8)

  1. 一種倍頻裝置，包含：一注入鎖頻倍頻器，響應具有一第一基本頻率之一輸入訊號而輸出具有一第一頻率的一輸出訊號，並包含：一諧波產生器，響應該輸入訊號而產生一諧波訊號；以及一可調頻率振盪器，響應該諧波訊號與一第一控制訊號的改變而將該第一頻率調整至一第二頻率；以及一頻率轉控制訊號單元，響應該輸入訊號而提供該第一控制訊號至該注入鎖頻倍頻器，其中當該第一基本頻率改變至一第二基本頻率時，該注入鎖頻倍頻器因應該第一控制訊號的改變而將該第一頻率調整至該第二頻率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中：該第二頻率為該第二基本頻率的正整數倍；該可調頻率振盪器包括一壓控振盪器、一電流控制振盪器、或一數位控制振盪器；該頻率轉控制訊號單元包括一頻率轉電壓訊號單元、一頻率轉電流訊號單元、或一頻率轉數位訊號單元；該第一控制訊號為一電壓訊號、一電流訊號、或一數位訊號；該頻率轉控制訊號單元包括：一訊號混和單元，將該第一基本頻率降頻為一第三基本頻率，並輸出具有該第三基本頻率的一混合訊號；一頻率轉電壓訊號單元，接收該混合訊號而輸出一第二 控制訊號，該頻率轉電壓訊號單元包括：一限制放大器，將該混合訊號放大以產生一功率訊號；以及一功率偵測器，偵測該功率訊號並將其轉成該第二控制訊號；以及一直流準位平移單元，響應該第二控制訊號而輸出該第一控制訊號，其中當該第一基本頻率改變至一第二基本頻率時，該頻率轉電壓訊號單元因應該混合訊號而改變該第二控制訊號的電壓，該直流準位平移單元響應該第二控制訊號而自動調整該第一控制訊號；以及該倍頻裝置更包括：一差動訊號產生單元，產生一相位互補的差動訊號作為該輸入訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的裝置，其中：施加該第一控制訊號的一第一序列電壓於該注入鎖頻倍頻器而調整該輸出訊號具有一第一序列頻率；該頻率轉電壓訊號單元接收具有一第二序列頻率的該混合訊號而調整該第二控制訊號具有一第二序列電壓；以及調整施加於該直流準位平移單元的一參考電壓，以使該第二序列電壓等於相對應的該第一序列電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的裝置，其中：施加該第一控制訊號的一序列電壓於該注入鎖頻倍頻器而調 整該輸出訊號具有一序列頻率；以及校正該頻率轉控制訊號單元，使其接收具有一序列基本頻率之該輸入訊號時輸出具有該序列電壓的該第一控制訊號，其中該序列頻率為相對應的該序列基本頻率的正整數倍。
  5. 一種倍頻裝置的操作方法，包含：響應具有一第一基本頻率之一輸入訊號而輸出具有一第一頻率的一輸出訊號；響應該輸入訊號而輸出一控制訊號；響應該輸入訊號而產生一諧波訊號；響應該諧波訊號與該控制訊號的改變而將該第一頻率調整至一第二頻率；以及當該第一基本頻率改變至一第二基本頻率時，因應該控制訊號的改變而將該第一頻率調整至該第二頻率。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中該倍頻裝置包含一頻率轉控制訊號單元，該方法更包含：響應該控制訊號的一序列電壓而調整該輸出訊號具有一序列頻率；以及校正該頻率轉控制訊號單元，使其接收具有一序列基本頻率之該輸入訊號時輸出具有該序列電壓的該控制訊號，其中該序列頻率為相對應的該序列基本頻率的正整數倍。
  7. 一種訊號產生單元，係用於一倍頻裝置中，該倍頻裝置具有一 第一頻率，該訊號產生單元包含：一輸入端，接收該第一頻率；以及一輸出端，輸出一第一控制訊號至該倍頻裝置中，以調整一第二頻率，其中該倍頻裝置包含：一諧波產生器，響應具有該第一頻率的一輸入訊號而產生一諧波訊號；以及一可調頻率振盪器，響應該諧波訊號與該第一控制訊號而輸出具有該第二頻率的一輸出訊號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的訊號產生單元，其中：該可調頻率振盪器包括一壓控振盪器、一電流控制振盪器、或一數位控制振盪器；該訊號產生單元包括一頻率轉電壓訊號單元、一頻率轉電流訊號單元、或一頻率轉數位訊號單元；該訊號產生單元響應該輸入訊號而輸出該第一控制訊號；該第一控制訊號為一電壓訊號、一電流訊號、或一數位訊號；該訊號產生單元更包括：一訊號混和單元，將該第一基本頻率降頻為一第三基本頻率，並輸出具有該第三基本頻率的一混合訊號；一頻率轉電壓訊號單元，接收該混合訊號而輸出一第二控制訊號，該頻率轉電壓訊號單元包括：一限制放大器，將該混合訊號放大以產生一功率訊號；以及 一功率偵測器，偵測該功率訊號並將其轉成該第二控制訊號；以及一直流準位平移單元，響應該第二控制訊號而輸出該第一控制訊號，其中當該第一頻率改變至一第三頻率時，該頻率轉電壓訊號單元因應該混合訊號而改變該第二控制訊號的電壓，該直流準位平移單元響應該第二控制訊號而自動調整該第一控制訊號；以及該倍頻裝置更包括：一差動訊號產生單元，產生一相位互補的差動訊號作為該輸入訊號。
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