TWI619351B - 頻率合成裝置及使用其之自動校正方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的頻率合成裝置包含壓控振盪器，其係接收調整訊號，並根據調整訊號產生輸出訊號。回授除頻單元具有複數個除數值，其係接收輸出訊號並經除頻而產生回授訊號。頻率合成裝置的自動頻率校正電路包含第一除頻單元接收參考頻率，以及第二除頻單元接收回授訊號。自動頻率校正電路的比較器係於預設時段內接收並比較第一除頻單元和第二除頻單元的輸出，且產生比較結果。狀態機係於校正模式根據比較結果以輸出調整訊號。

Description

頻率合成裝置及使用其之自動校正方法
本發明係關於一種頻率合成裝置及方法；具體而言，本發明係關於一種頻率合成裝置及使用頻率合成裝置之自動校正方法。
頻率合成裝置係廣泛用於許多電子裝置中。頻率合成裝置中的壓控振盪器在應用頻率範圍內通常被設計為具有多個工作頻帶。習知的頻率合成裝置於鎖定工作頻帶有幾種不同方式。舉例而言，先後選定壓控振盪器於兩個不同的工作頻帶，利用累加器得到兩個不同操作頻率。接著再由控制單元計算操作頻率間的差值，以及兩操作頻率與參考頻率的差值。最後選定所需的工作頻帶。
然而，上述作法須仰賴壓控振盪器中的各工作頻帶呈均勻的線性分布。否則仍可能產生選取錯誤的情形。整體而言，仍需要耗費許多鎖定頻率的時間。因此，現有頻率合成裝置的結構以及頻率校正方式仍有待改進。
本發明之一目的在於提供一種提高頻率校正效率的頻率合成裝置。
本發明之另一目的在於提供一種自動校正方法，可簡化頻率校正的過程。
頻率合成裝置包含壓控振盪器，其係接收調整訊號，並根據調整訊號產生輸出訊號。回授除頻單元具有複數個除數值，其係接收輸出訊號並經除頻而產生回授訊號。頻率合成裝置的自動頻率校正電路包含第一除頻單元接收參考頻率，以及第二除頻單元接收回授訊號。自動頻率校正電路的比較器係於預設時段內接收並比較第一除頻單元和第二除頻單元的輸出，且產生比較結果。狀態機係於校正模式根據比較結果以輸出調整訊號。
自動校正方法包含下列步驟：於粗調模式設定壓控振盪器的控制電壓到參考電壓；設定回授除頻單元自複數個除數值中以第一除數產生回授訊號；接收參考頻率並產生除頻參考頻率；接收該回授訊號並產生一除頻回授訊號；比較除頻回授訊號與除頻參考頻率，並產生比較結果；當比較結果顯示除頻回授訊號相位落後除頻參考頻率，設定回授除頻單元以第二除數產生回授訊號。
1‧‧‧頻率合成裝置
10‧‧‧壓控振盪器
20‧‧‧回授除頻單元
30‧‧‧自動頻率校正電路
31‧‧‧第一除頻單元
32‧‧‧第二除頻單元
34‧‧‧比較器
36‧‧‧狀態機
40‧‧‧相位頻率偵測器
50‧‧‧電荷幫浦
60‧‧‧濾波器
圖1為本發明頻率合成裝置之實施例示意圖；圖2為頻率合成裝置校正過程之示意圖；圖3為本發明自動校正方法於粗調模式之流程圖；圖4為本發明自動校正方法於細調模式之流程圖。
本發明係提供一種頻率合成裝置。圖1為本發明頻率合成裝置1之實施例示意圖。如圖1所示，頻率合成裝置1包含壓控振盪器10、回授除頻單元20、自動頻率校正電路30、相位頻率偵測器40、電荷幫浦50、濾波器60。
壓控振盪器10係根據自動頻率校正電路30發送之調整訊號，在壓控振盪器10的多個工作頻帶中選擇一個頻帶，以產生輸出訊號。壓控振盪器10係耦接回授除頻單元20。回授除頻單元20係接收來自壓控振盪器10的輸出訊號並經除頻而產生回授訊號。回授除頻單元20係耦接自動頻率校正電路30。自動頻率校正電路30係接收回授訊號及參考頻率，以決定所選工作頻帶是否需要修正。
在校正模式下，可分為粗調模式與細調模式兩個階段。如圖1所示，在粗調模式下，濾波器60與電荷幫浦50之間的開關裝置連接參考電壓Vref。亦即，將壓控振盪器10的控制電壓設定到參考電壓Vref。相位頻率偵測器40、電荷幫浦50、濾波器60的路徑形成開路。參考電壓Vref經濾波器60提供給壓控振盪器10，並根據自動頻率校正電路30發送之調整訊號選擇一個頻帶，以產生輸出訊號。
另一方面，頻率合成裝置1利用自動頻率校正電路30進行鎖定條件的判斷。自動頻率校正電路30於回授除頻單元20的複數個除數值中選取一除數值。回授除頻單元20接收輸出訊號，並以所選之除數值進行除頻以產生回授訊號。上述複數個除數值為整數值，例如：設定回授除頻單元具有多個除數值，且除數值為1、2、4、8。在其它實施例中，除數值亦可為小數值。
需補充的是，回授除頻單元20中除數值的選擇次序係以由大至小的方式進行。例如，先選擇「除數值=8」作為第一除數，接著(如有需要)選擇「除數值=4」作為第二除數。
此外，如圖1所示，自動頻率校正電路30包含第一除頻單元31、第二除頻單元32、比較器34、狀態機36。第一除頻單元31係接收參考頻率，且第二除頻單元32係接收回授訊號。比較器34係於預設時段內接收並比較第一除頻單元31和第二除頻單元32的輸出，且產生比較結果。狀態機36係於校正模式根據比較結果以輸出調整訊號。
如前所述，頻率合成裝置1利用自動頻率校正電路30進行鎖定條件的判斷。自動頻率校正電路30於粗調模式設定第一除頻單元31對參考頻率進行除頻處理，以產生除頻參考頻率，並設定第二除頻單元32對回授訊號進行除頻處理，以產生除頻回授訊號。另一方面則如前述，藉由狀態機36設定回授除頻單元20自除數值中以第一除數產生回授訊號，然後輸出至第二除頻單元32。
在比較器34中，進行除頻參考頻率Fref_div與除頻回授訊號Ffb_div的比較。於一實施例，係採相位領先的判斷方式決定鎖定條件是否滿足，亦即，於預定時間內，比較除頻參考頻率Fref_div與除頻回授訊號Ffb_div的相位領先情形。當比較結果顯示除頻回授訊號Ffb_div相位落後除頻參考頻率Fref_div，未滿足鎖定條件，此時狀態機36設定回授除頻單元20以第二除數(例如，除數值=4)產生另一回授訊號。反之，當比較結果顯示除頻回授訊號Ffb_div相位領先除頻參考頻率Fref_div，滿足鎖定條件，此時狀態機36固定回授除頻單元20的除數值，並結束粗調模式。
於一實施例，於粗調模式，前述第二除頻單元32的除數值係設定小於第一除頻單元31的除數值。舉例而言，將第二除頻單元32除數 值係設定為第一除頻單元31除數值的一半。換言之，自動頻率校正電路30在粗調模式係以回授除頻單元20的除數值以及小於第一除頻單元31的除數值作為初步鎖定條件。比較器34在粗調模式係以相位之比較結果判斷所設條件是否滿足，以決定是否進入細調模式。藉此，可在除頻回授訊號Ffb_div相位落後時立即變更回授除頻單元20的除數值，使回授訊號可以快速逼近參考頻率。
當粗調模式完成，將回授除頻單元20的除數值固定，並將開關裝置接回電荷幫浦50(參考圖1)，使相位頻率偵測器40、電荷幫浦50、濾波器60的路徑導通。由相位頻率偵測器40、電荷幫浦50、濾波器60、壓控振盪器10以及回授除頻單元20組成的回路進行參考頻率Fref與回授訊號Ffb的鎖定。
在細調模式，自動頻率校正電路30設定第二除頻單元32除數值與第一除頻單元31除數值相等。換言之，自動頻率校正電路30在細調模式係變更第一除頻單元31與第二除頻單元32的除數值關係，並根據粗調模式時所確認之回授除頻單元20的除數值作為新的鎖定條件。比較器34在細調模式係以相位之比較結果判斷所設條件是否滿足，以決定校正是否結束。當比較結果顯示除頻回授訊號Ffb_div相位落後除頻參考頻率Fref_div，未滿足鎖定條件，此時狀態機36輸出調整訊號，改變壓控振盪器10的輸入電流及工作頻帶。亦即，在細調模式下，改以電流控制壓控振盪器10的頻帶。接著，當比較結果顯示除頻回授訊號Ffb_div相位領先除頻參考頻率Fref_div，滿足鎖定條件，此時結束細調模式。在結束校正模式後，頻率合成裝置1進入鎖頻狀態。
圖2為頻率合成裝置校正過程之示意圖。如圖2所示頻率-時間關係圖，參考頻率Fref、回授訊號Ffb，以及經自動頻率校正電路所設 定的除頻參考頻率Fref_div。回授訊號Ffb具有多個不同水平線段，其係在回授除頻單元中選定不同除數值所產生之相異的回授訊號。
如前所述，比較器比較除頻回授訊號Ffb_div與除頻參考頻率Fref_div的相位以判斷鎖定條件是否滿足。如圖2所示，在t1時段內為粗調模式。當比較器得到除頻回授訊號Ffb_div(參考圖1)相位落後除頻參考頻率Fref_div，狀態機36輸出調整訊號，改變回授除頻單元20的除數值，使回授訊號Ffb在t1時段內逐漸逼近除頻參考頻率Fref_div(以及參考頻率Fref)。當比較器得到除頻回授訊號Ffb_div(參考圖1)比除頻參考頻率Fref_div快，並得出除頻回授訊號Ffb_div相位領先除頻參考頻率Fref_div之判斷結果，結束粗調模式。
接著，如圖2所示，在t2時段內為細調模式。當比較器得到除頻回授訊號Ffb_div(參考圖1)相位落後除頻參考頻率Fref_div，狀態機36輸出調整訊號，改變壓控振盪器10的輸入電流及工作頻帶，使回授訊號Ffb在t2時段內持續逼近參考頻率Fref。當比較器得到除頻回授訊號Ffb_div(參考圖1)比除頻參考頻率Fref_div快，並得出除頻回授訊號Ffb_div相位領先除頻參考頻率Fref_div之判斷結果，結束校正模式，並鎖定壓控振盪器的頻帶。
圖3為本發明自動校正方法於粗調模式之流程圖。自動校正方法包含以下步驟：
S101設定壓控振盪器的控制電壓到參考電壓。
S102設定回授除頻單元自複數個除數值中以第一除數產生回授訊號。
S103接收參考頻率並產生除頻參考頻率，且接收回授訊號並產生除頻回授訊號。
S104比較除頻回授訊號與除頻參考頻率。
S105判斷除頻回授訊號相位是否領先。比較器進行相位領先的判斷並產生比較結果。
當比較結果顯示除頻回授訊號相位領先除頻參考頻率，則為S106：固定回授除頻單元的除數值，切換開關裝置並結束粗調模式。待粗調模式完成，將開關裝置接回電荷幫浦，使相位頻率偵測器、電荷幫浦、濾波器的路徑導通。反之，當比較結果顯示除頻回授訊號相位落後除頻參考頻率，則為S107：設定回授除頻單元以第二除數產生另一回授訊號。於一實施例，於粗調模式，更包含步驟S1021：設定第二除頻單元除數值為第一除頻單元除數值的一半。換言之，自動頻率校正電路在粗調模式係以小於參考頻率的數值以及回授除頻單元的除數值作為初步鎖定條件。比較器在粗調模式係以相位之比較結果判斷所設條件是否滿足，以決定是否進入細調模式。藉此，可在除頻回授訊號相位落後時立即變更回授除頻單元的除數值，使回授訊號可以快速逼近參考頻率。
圖4為本發明自動校正方法於細調模式之流程圖。自動校正方法於粗調模式結束後包含以下步驟：
S201設定第二除頻單元除數值與第一除頻單元除數值相等。於粗調模式結束後變更第一除頻單元與第二除頻單元的除數值，使兩者除數值為相等。
S202比較除頻回授訊號與除頻參考頻率。
S203除頻回授訊號相位是否領先。比較器進行相位領先的判斷並產生比較結果。
當比較結果顯示除頻回授訊號相位落後除頻參考頻率，則為S204：改變壓控振盪器的輸入電流及工作頻帶。反之，當比較結果顯示除頻回授訊號相位領先除頻參考頻率，結束細調模式。
綜上所述，相較於現有頻率合成裝置，本發明之頻率合成裝置可藉由選擇回授除頻單元中的除數值，以及變更第二除頻單元除數值與第一除頻單元除數值的關係將校正過程劃分為不同階段。在粗調階段利用回授除頻單元，使回授訊號快速逼近目標頻率(參考頻率)；在細調階段改變壓控振盪器的輸入電流，達到細部調整壓控振盪器的工作頻帶。藉此提高頻率校正效率。另外，透過除頻參考頻率設置粗調/細調模式切換的標準，簡化頻率校正的過程，避免複雜的演算方式並減少耗費系統資源。
本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。

Claims (8)

  1. 一種頻率合成裝置，包含：一壓控振盪器，接收一調整訊號，並根據該調整訊號產生一輸出訊號；一回授除頻單元，具有複數個除數值，接收該輸出訊號，經除頻而產生一回授訊號；一自動頻率校正電路，包含：一第一除頻單元，接收一參考頻率並產生一除頻參考頻率；一第二除頻單元，接收該回授訊號並產生一除頻回授訊號；一比較器，於一預設時段內接收並比較該第一除頻單元和該第二除頻單元的輸出，且產生一比較結果；一狀態機，於一校正模式，根據該比較結果以輸出該調整訊號；其中，該校正模式包含一粗調模式，於該粗調模式，該狀態機設定該回授除頻單元自該些除數值中以一第一除數產生該回授訊號，當該比較結果顯示該除頻回授訊號相位落後該除頻參考頻率，該狀態機設定該回授除頻單元以一第二除數產生該回授訊號；該校正模式更包含一細調模式，於該細調模式，設定該第二除頻單元除數值與該第一除頻單元除數值相等，當該比較結果顯示該除頻回授訊號相位落後該除頻參考頻率，該狀態機輸出該調整訊號，改變該壓控振盪器的輸入電流及工作頻帶；當該比較結果顯示該除頻回授訊號相位領先該除頻參考頻率，結束該細調模式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之頻率合成裝置，其中於該粗調模式，當該比較結果顯示該除頻回授訊號相位領先該除頻參考頻率，該狀態機固定該回授除頻單元的除數值，並結束該粗調模式。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之頻率合成裝置，其中於該粗調模式，設定該第二除頻單元除數值為該第一除頻單元除數值的一半。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之頻率合成裝置，更包含一相位頻率偵測器，經一開關裝置耦接該壓控振盪器，且接收該參考頻率及該回授訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之頻率合成裝置，其中該第一除數與該第二除數皆為整數值，且該第一除數係大於該第二除數。
  6. 一種頻率合成裝置的自動校正方法，該頻率合成裝置包含一壓控振盪器、一回授除頻單元以及一自動頻率校正電路，該回授除頻單元具有複數個除數值，該自動頻率校正電路包含一第一除頻單元及一第二除頻單元，該自動校正方法包含下列步驟：於一粗調模式，設定該壓控振盪器的控制電壓到參考電壓；設定該回授除頻單元自該些除數值中以一第一除數產生一回授訊號；以該第一除頻單元接收一參考頻率並產生一除頻參考頻率；以該第二除頻單元接收該回授訊號並產生一除頻回授訊號；比較該除頻回授訊號與該除頻參考頻率，並產生一比較結果；當該比較結果顯示該除頻回授訊號相位落後該除頻參考頻率，設定該回授除頻單元以一第二除數產生該回授訊號；於一細調模式，設定該第二除頻單元除數值與該第一除頻單元除數值相等；比較該除頻回授訊號與該除頻參考頻率，並產生該比較結果；當該比較結果顯示該除頻回授訊號相位落後該除頻參考頻率，則改變該壓控振盪器的輸入電流及工作頻帶；當該比較結果顯示該除頻回授訊號相位領先該除頻參考頻率，結束該細調模式。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之自動校正方法，其中當該比較結果顯示該除頻回授訊號相位領先該除頻參考頻率，則固定該回授除頻單元的除數 值，並結束該粗調模式。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之自動校正方法，其中於該粗調模式，自動校正方法更包含：設定該第二除頻單元除數值為該第一除頻單元除數值的一半。
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