TWI710217B - 脈頻調變電路及脈頻調變方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種脈頻調變電路，包含至少一充電調頻電流產生電路、充電電流源電路、充電開關、電力儲存電路、至少一放電調頻電流產生電路、放電電流源電路、放電開關及充放電控制訊號產生電路。各充/放電調頻電流產生電路用以將對應之充/放電訊號轉換為充/放電調頻電流，充/放電電流源電路根據充/放電調頻電流而產生充/放電電流，以對該電力儲存電路充/放電，進而產生脈頻調變訊號。充放電控制訊號產生電路用以根據脈頻調變訊號，產生充/放電控制訊號，以控制充/放電開關，決定充/放電電流是否流經充/放電開關。

Description

脈頻調變電路及脈頻調變方法

本發明係有關一種脈頻調變電路，特別是指一種具有多組輸入參數的脈頻調變電路。本發明也相關於用於脈頻調變電路中之脈頻調變方法。

請參閱第1圖，第1圖顯示一種先前技術之脈頻調變電路（脈頻調變電路1000）示意圖。脈頻調變電路1000用以將輸入電壓訊號IN1’轉換為具有調變頻率之脈頻調變訊號S1’。如第1圖所示，經由充放電控制訊號產生電路10操作開關SW1’及開關SW2’，以對電容C1’進行充放電，進而使得電容C1’輸出脈頻調變訊號S1’，由於脈頻調變訊號相較於直流電壓或電流訊號，在傳送與轉換的過程中，鑑別率較高，不易失真，也較不易受到雜訊干擾，因此在許多的應用中，藉由將輸入電壓訊號IN1’轉換為脈頻調變訊號S1’，可處理/傳送/放大各種例如血壓、血糖、心跳頻率等相對較微弱之輸入訊號。

第1圖所示之先前技術，雖能將微小之電壓訊號，轉換為脈頻調變訊號，惟其缺點在於，僅能根據單一輸入訊號，控制充電開關，而決定脈頻調變訊號；而無法分別以不同參數，控制開關SW1’及開關SW2’，以產生脈頻調變訊號。

本發明相較於第1圖之先前技術，其優點在於，本發明之脈頻調變電路可分別以不同輸入電壓訊號，調變充電與放電之時間，以達到脈波調頻的目的，而可同時處理多組輸入參數，例如：溫度、壓力、亮度或聲音等，藉此控制直流馬達、喇叭或LED亮度等。本發明也有關於脈頻調變方法。

就其中一個觀點而言，本發明提供了一種脈頻調變(pulse frequency modulation, PFM)電路，包含：至少一充電調頻電流產生電路，各充電調頻電流產生電路用以將對應之一充電訊號轉換為一充電調頻電流；一充電電流源電路，與該充電調頻電流產生電路耦接，用以接收該充電調頻電流，而產生一充電電流；一充電開關，與該充電電流源電路耦接，用以根據一充電訊號而操作，以決定該充電電流流經該充電開關；一電力儲存電路，與該充電開關耦接，用以接收該充電電流而充電；至少一放電調頻電流產生電路，各放電調頻電流產生電路用以將對應之一放電訊號轉換為一放電調頻電流；一放電電流源電路，與該放電調頻電流產生電路耦接，用以接收該放電調頻電流，而產生一放電電流；一放電開關，與該放電電流源電路及該電力儲存元件耦接，用以根據一放電訊號而操作，以決定該放電電流自該電力儲存電路流經該放電開關，而對該電力儲存電路放電；以及一充放電控制訊號產生電路，與該充電開關及該放電開關耦接，用以根據對該電力儲存電路充放電而產生之一脈頻調變訊號，產生該充電訊號與該放電訊號。

在一較佳實施例中，該充電調頻電流產生電路包括一電壓電流轉換電路，用以將對應之該充電訊號轉換為該充電調頻電流。

在一較佳實施例中，該充電電流源電路包括一電流鏡電路，用以接收該充電調頻電流，而產生該充電電流。

在一較佳實施例中，該放電調頻電流產生電路包括一電壓電流轉換電路，用以將對應之該放電訊號轉換為該放電調頻電流。

在一較佳實施例中，該放電電流源電路包括一電流鏡電路，用以接收該放電調頻電流，而產生該放電電流。

在一較佳實施例中，該放電電流源電路更根據該充電調頻電流，產生該放電電流。

在一較佳實施例中，該充電調頻電流產生電路之數量為複數，且該充電電流相關於複數該充電調頻電流之總和。

在一較佳實施例中，該放電調頻電流產生電路之數量為複數，且該放電電流相關於複數該放電調頻電流之總和。

在一較佳實施例中，該脈頻調變訊號係具有調變頻率之脈波訊號，該脈波訊號之調變頻率相關於該充電訊號與該放電訊號。

就另一個觀點而言，本發明也提供了一種脈頻調變(pulse frequency modulation, PFM)方法，包含：將至少一充電訊號分別轉換為對應之一充電調頻電流；將該充電調頻電流，轉換為一充電電流；根據一充電訊號而操作一充電開關，以決定該充電電流流經該充電開關；接收該充電電流而對一電力儲存電路充電；將至少一放電訊號分別轉換為對應之一放電調頻電流；將該放電調頻電流，轉換為一放電電流；根據一放電訊號而操作一放電開關，以決定該放電電流自該電力儲存電路流經該放電開關，而對該電力儲存電路放電；以及根據對該電力儲存電路充放電而產生之一脈頻調變訊號，產生該充電訊號與該放電訊號。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。

請參閱第2圖，第2圖顯示本發明之脈頻調變電路（脈頻調變電路2000）之一種實施例方塊圖。在一實施例中，脈頻調變電路2000包含：至少一充電調頻電流產生電路100；充電電流源電路110，與充電調頻電流產生電路100耦接；充電開關SW1，與充電電流源電路110耦接；電力儲存電路300，與充電開關SW1耦接；至少一放電調頻電流產生電路200；放電電流源電路210，與放電調頻電流產生電路200耦接；放電開關SW2，與放電電流源電路210及電力儲存電路300耦接；以及充放電控制訊號產生電路400，與充電開關SW1及放電開關SW2耦接。

在一實施例中，如第2圖所示，各充電調頻電流產生電路100用以將對應之充電訊號IN1轉換為充電調頻電流CS1；充電電流源電路110用以接收充電調頻電流CS1，而產生充電電流CS3；充電開關SW1用以根據充電控制訊號Vhigh而操作，以決定充電電流CS3是否流經充電開關SW1；電力儲存電路300用以接收充電電流CS3而充電；各放電調頻電流產生電路200用以將對應之放電訊號IN2轉換為放電調頻電流DS6；放電電流源電路210用以接收放電調頻電流DS6，而產生放電電流DS5；放電開關SW2用以根據放電控制訊號Vlow而操作，以決定放電電流DS5是否自電力儲存電路300流經放電開關SW2，而對電力儲存電路300放電；以及充放電控制訊號產生電路400用以根據對電力儲存電路300充放電而產生之脈頻調變訊號S1，產生充電控制訊號Vhigh與放電控制訊號Vlow。

本發明優於先前技術之處，其中的一點在於，在本發明中，脈頻調變訊號S1並非僅根據相關於充電電流CS3之輸入訊號IN1以調變頻率，而更根據相關於放電電流DS5之輸入訊號IN2而調變頻率。此外，藉由多組輸入訊號，及其彼此間的運算，而控制電力儲存電路300的充、放電時間，進而產生脈頻調變訊號S1。本發明可藉由多組參數，視其應用需要而產生脈頻調變訊號S1，以大幅減少原本電壓傳輸處理的雜訊誤動作，並且可以依據複雜系統電路的精確度需求，增加複數個輸入電壓參數，完成多組參數輸入的電壓轉換方波頻率調變訊號。

請參閱第3A圖，第3A圖顯示本發明之脈頻調變電路之一種較具體之實施例示意圖（脈頻調變電路3000）。在本實施例中，電力儲存電路為電容C1。在一實施例中，充電調頻電流產生電路100包括電壓電流轉換電路，用以將對應之充電訊號IN1轉換為充電調頻電流CS1。在一實施例中，充電電流源電路111包括電流鏡電路（如第3A圖所示，包括電流源CM1、CM2及CM3），用以接收充電調頻電流CS1，而鏡像產生充電電流CS2及CS3。

在一實施例中，放電調頻電流產生電路200包括電壓電流轉換電路，用以將對應之放電訊號IN2轉換為放電調頻電流DS6。在一實施例中，放電電流源電路211包括電流鏡電路（如第3A圖，包括電流源CM4及CM5），用以接收放電調頻電流DS6，而產生放電電流DS4及DS5。

請繼續參閱第3A圖，在一實施例中，放電電流源電路211更根據基於充電調頻電流CS1而產生之充電電流CS3，以產生放電電流DS4及DS5。詳言之，在本實施例中，由於放電電流源電路211包括電流鏡電路，在一較佳實施例中，放電電流DS4為充電電流CS3減去放電調頻電流DS6之結果，而放電電流DS4經由電流鏡電路產生放電電流DS5，故放電電流DS5與充電調頻電流CS1相關。

請同時參閱第3A圖及第3B圖，第3B圖顯示對應於第3A圖之一種操作訊號波形圖。在一實施例中，充電訊號IN1固定不變，例如但不限於為固定位準的電壓訊號。充電調頻電流產生電路100將固定電壓位準之充電訊號IN1，轉換為固定電流位準之充電調頻電流CS1。充電電流源電路111例如將充電調頻電流CS1鏡射為固定電流位準之充電調頻電流CS2與CS3。

另一方面，放電訊號IN2例如為如第3B圖所示之步階訊號，其例如為隨時間改變位準的電壓訊號，放電調頻電流產生電路200轉換放電訊號IN2為放電調頻電流DS6。其中，放電調頻電流DS6亦為隨時間改變電流位準之電流訊號，且放電電流DS4為充電電流CS3減去放電調頻電流DS6之結果。放電電流源電路211鏡射放電電流DS4，產生放電電流DS5。而改變了電容C1放電的電流位準，因此改變了電容C1的放電時間，使得電容C1所產生的脈頻調變訊號S1之頻率隨之調變。在本實施例中，如第3B圖所示之具有調變頻率之脈波訊號波形圖。也就是說，當放電訊號IN2之電壓位準隨著時間改變時，電容C1所產生的脈頻調變訊號S1之頻率隨之調變（如第3B圖之頻率f1、f2、f3及f4），頻率變化波形之下降斜率亦隨之改變，因此本發明之脈頻調變電路可藉由對頻率之調變而控制直流馬達、喇叭等外部裝置。

請參閱第4圖，第4圖顯示本發明之脈頻調變電路之一種較具體之實施例示意圖（脈頻調變電路4000）。在本實施例中，充電調頻電流產生電路101具有複數個電壓電流轉換電路。如第4圖所示，充電調頻電流產生電路101包括電流源CM11至CM1n，對應複數充電訊號IN11、IN12至IN1n，因此可處理多組充電訊號（如第4圖所示之充電訊號IN11、IN12至IN1n），以產生其各自對應之充電調頻電流（如第4圖所示之充電調頻電流CS11至CS1n）。在本實施例中，總和充電調頻電流CS1’相關於複數個充電調頻電流CS11至CS1n之總和。

在本實施例中，放電調頻電流產生電路201具有複數個電壓電流轉換電路，如第4圖所示，放電調頻電流產生電路201包括電流源CM61至CM6n，對應複數放電訊號IN21、IN22至IN2n，因此可處理多組放電訊號（如第4圖所示之放電訊號IN21、IN22至IN2n），以產生其各自對應之放電調頻電流（如第4圖所示之放電調頻電流DS61至DS6n）。在本實施例中，總和放電調頻電流DS6’相關於複數個放電調頻電流DS61至DS6n之總和。

在本實施例中，充電電流源電路112例如包括電流鏡電路（如第4圖所示，電流鏡電路包括電流源CM1及CM2 ）， 總和充電調頻電流CS1’經由電流鏡電路鏡像產生充電電流CS2。放電電流源電路212包括電流鏡電路（如第4圖所示，電流鏡電路包括電流源CM5、CM6 、CM7及CM8 ），總和放電調頻電流DS6’經由電流鏡電路鏡像產生電流DS8，電流DS8再經由電流鏡電路鏡像產生放電電流DS5。

充放電控制訊號產生電路400根據對電力儲存電路(在本實施例中為電容C1)充放電而產生之脈頻調變訊號S1，產生充電控制訊號Vhigh與放電控制訊號Vlow，分別控制充電開關SW1與放電開關SW2，而產生脈頻調變訊號S1。充電控制訊號Vhigh與放電控制訊號Vlow大致上為彼此反相之訊號，以避免同時導通。舉例而言，當脈頻調變訊號S1降低至一預設第一閾值，例如但不限於為0V或接地電位，導通充電開關SW1，不導通放電開關SW2，以對電容C1充電；而在脈頻調變訊號S1上升至一預設第二閾值，不導通充電開關SW1，導通放電開關SW2，以對電容C1放電，並以電容C1之跨壓，作為脈頻調變訊號S1。

在一實施例中，脈頻調變訊號S1係具有調變頻率之脈波訊號，脈波訊號之調變頻率相關於充電訊號IN11至IN1n以及放電訊號IN21至IN2n。舉例而言，當總和充電調頻電流CS1’增加，則充電電流CS2增加，使得電容C1之輸出頻率變快；當總和充電調頻電流CS1’減小，則充電電流CS2減小，使得電容C1之輸出頻率變慢。當總和放電調頻電流DS6’減小，則放電電流DS5減小，使得電容C1之輸出頻率變慢；當總和放電調頻電流DS6’增加，則放電電流DS5增加，使得電容C1之輸出頻率變快。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及／或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。

10:充放電控制訊號產生電路 100, 101:充電調頻電流產生電路 1000:脈頻調變電路 110, 111, 112:充電電流源電路 200, 201:放電調頻電流產生電路 2000:脈頻調變電路 210, 211, 212:放電電流源電路 300:電力儲存電路 3000:脈頻調變電路 400:充放電控制訊號產生電路 4000:脈頻調變電路 C1, C1’:電容 CM1-CM8:電流源 CM11-CM1n:電流源 CM61-CM6n:電流源 CS1:充電調頻電流 CS11-CS1n:充電調頻電流 CS1’:總和充電調頻電流 CS2, CS3:充電電流 DS4, DS5:放電電流 DS6:放電調頻電流 DS8:電流 DS61-DS6n:放電調頻電流 DS6’:總和放電調頻電流 f1, f2, f3, f4:頻率 IN1:充電訊號 IN11-IN1n:充電訊號 IN1’:輸入電壓訊號 IN2:放電訊號 IN21-IN2n:放電訊號 S1:脈頻調變訊號 S1’:脈波訊號 SW1:充電開關 SW1’:開關 SW2:放電開關 SW2’:開關 Vhigh:充電控制訊號 Vlow:放電控制訊號

第1圖顯示一種先前技術之脈頻調變電路示意圖。

第2圖顯示本發明之脈頻調變電路之一種實施例方塊圖。

第3A圖顯示本發明之脈頻調變電路之一種較具體之實施例示意圖。

第3B圖顯示對應於第3A圖之一種操作訊號波形圖。

第4圖顯示本發明之脈頻調變電路之一種較具體之實施例示意圖。

100:充電調頻電流產生電路

110:充電電流源電路

200:放電調頻電流產生電路

210:放電電流源電路

2000:脈頻調變電路

300:電力儲存電路

400:充放電控制訊號產生電路

CS1:充電調頻電流

CS3:充電電流

DS5:放電電流

DS6:放電調頻電流

IN1:充電訊號

IN2:放電訊號

S1:脈頻調變訊號

SW1:充電開關

SW2:放電開關

Vhigh:充電控制訊號

Vlow:放電控制訊號

Claims (12)

1. 一種脈頻調變(pulse frequency modulation,PFM)電路，包含：至少一充電調頻電流產生電路，各充電調頻電流產生電路用以將對應之一充電訊號轉換為一充電調頻電流；一充電電流源電路，與該充電調頻電流產生電路耦接，用以接收該充電調頻電流，而產生一充電電流；一充電開關，與該充電電流源電路耦接，用以根據一充電控制訊號而操作，以決定該充電電流流經該充電開關；一電力儲存電路，與該充電開關耦接，用以接收該充電電流而充電；至少一放電調頻電流產生電路，各放電調頻電流產生電路用以將對應之一放電訊號轉換為一放電調頻電流；一放電電流源電路，與該放電調頻電流產生電路耦接，用以接收該放電調頻電流，而產生一放電電流；一放電開關，與該放電電流源電路及該電力儲存元件耦接，用以根據一放電控制訊號而操作，以決定該放電電流自該電力儲存電路流經該放電開關，而對該電力儲存電路放電；以及一充放電控制訊號產生電路，與該充電開關及該放電開關耦接，用以根據對該電力儲存電路充放電而產生之一脈頻調變訊號，產生該充電控制訊號與該放電控制訊號；其中該充電調頻電流產生電路包括一電壓電流轉換電路，用以將對應之該充電訊號轉換為該充電調頻電流。
2. 如申請專利範圍第1項所述之脈頻調變電路，其中該充電電流源電路包括一電流鏡電路，用以接收該充電調頻電流，而產生該充電電流。
3. 如申請專利範圍第1項所述之脈頻調變電路，其中該放電調頻電流產生電路包括一電壓電流轉換電路，用以將對應之該放電訊號轉換為該放電調頻電流。
4. 如申請專利範圍第1項所述之脈頻調變電路，其中該放電電流源電路包括一電流鏡電路，用以接收該放電調頻電流，而產生該放電電流。
5. 如申請專利範圍第1項所述之脈頻調變電路，其中該放電電流源電路更根據該充電調頻電流，產生該放電電流。
6. 如申請專利範圍第1項所述之脈頻調變電路，其中該充電調頻電流產生電路之數量為複數，且該充電電流相關於複數該充電調頻電流之總和。
7. 如申請專利範圍第1項所述之脈頻調變電路，其中該放電調頻電流產生電路之數量為複數，且該放電電流相關於複數該放電調頻電流之總和。
8. 如申請專利範圍第1項所述之脈頻調變電路，其中該脈頻調變訊號係具有調變頻率之脈波訊號，該脈波訊號之調變頻率相關於該充電訊號與該放電訊號。
9. 一種脈頻調變(pulse frequency modulation,PFM)方法，包含：將至少一充電訊號分別轉換為對應之一充電調頻電流；將該充電調頻電流，轉換為一充電電流；根據一充電訊號而操作一充電開關，以決定該充電電流流經該充電開關；接收該充電電流而對一電力儲存電路充電； 將至少一放電訊號分別轉換為對應之一放電調頻電流；將該放電調頻電流，轉換為一放電電流；根據一放電訊號而操作一放電開關，以決定該放電電流自該電力儲存電路流經該放電開關，而對該電力儲存電路放電；以及根據對該電力儲存電路充放電而產生之一脈頻調變訊號，產生該充電訊號與該放電訊號；其中該放電電流更相關於該充電調頻電流。
10. 如申請專利範圍第9項所述之脈頻調變方法，其中該充電調頻電流之數量為複數，且該充電電流相關於複數該充電調頻電流之總和。
11. 如申請專利範圍第9項所述之脈頻調變方法，其中該放電調頻電流之數量為複數，且該放電電流相關於複數該充電調頻電流之總和。
12. 如申請專利範圍第9項所述之脈頻調變方法，其中該脈頻調變訊號係具有調變頻率之脈波訊號，該脈波訊號之調變頻率相關於該充電訊號與該放電訊號。

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