專(zhuān)利名稱：鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方法與相關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎖相回路(phase locked loop circuit,簡(jiǎn)稱PLL)，尤指一種鎖 相回路中電壓控制震蕩器(voltage controlled oscillator)的頻帶選取方法與相關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
請(qǐng)參照?qǐng)D1，其為鎖相回路示意圖，包括相位頻率偵測(cè)器(Phase FrequencyDetector) 10、電荷幫浦(Charge Pump) 20、回路濾波器(Loop Filter) 30、電壓控 制震蕩器(Voltage Controlled Oscillator)40、除頻單元(FrequencyDividing Unit)45。 具有參考頻率(Fref)的參考信號(hào)由參考震蕩器(ReferenceOscillator，未示出)所產(chǎn)生， 并且該參考信號(hào)與除頻單元45所輸出的除頻信號(hào)(Frequency Divided Signal)同時(shí)輸入 相位頻率偵測(cè)器10。相位頻率偵測(cè)器10可偵測(cè)參考信號(hào)與除頻信號(hào)之間的相位與頻率的 差異，之后，輸出一相位差信號(hào)(Phase Difference Signal)至電荷幫浦20。接著，電荷幫 浦20根據(jù)該相位差信號(hào)的大小產(chǎn)生相關(guān)于該相位差信號(hào)的一輸出電流至回路濾波器30。 回路濾波器30平緩(Smooth)該輸出電流，并轉(zhuǎn)換為一控制電壓(Vctrl)至電壓控制震蕩 器40。電壓控制震蕩器40可以根據(jù)控制電壓(Vctrl)產(chǎn)生具有一壓控頻率(Fvco)的壓 控輸出信號(hào)(voltage controlled signal)。除頻單元45接收壓控輸出信號(hào)并將其頻率 (Fvco)除以N產(chǎn)生除頻信號(hào)，其中，N為整數(shù)并且Fvco = N*Fref。 —般來(lái)說(shuō)，電壓控制震蕩器40區(qū)分為L(zhǎng)C震蕩器(LC oscillator)與環(huán)震蕩器 (ring oscillator)。而為了讓電壓控制震蕩器40具有較高的頻率調(diào)整范圍，電壓控制震 蕩器40中通常都會(huì)包括一變?nèi)輲?kù)(varactor bank)或者切換電容庫(kù)(switch c即acitance bank)用以提供可改變的電容值，使得電壓控制震蕩器40可提供復(fù)數(shù)個(gè)頻段(band)來(lái)調(diào) 整壓控輸出信號(hào)的壓控頻率(Fvco)。請(qǐng)參照?qǐng)D2，其為習(xí)知電壓控制震蕩器的控制電壓 (Vctrl)與壓控頻率(Fvco)的示意圖。 由圖2可知，電壓控制震蕩器的控制電壓(Vctrl)具有一線性控制區(qū)間，亦即VL 至VH之間。當(dāng)電壓控制震蕩器選擇頻段l來(lái)操作時(shí)，電壓控制震蕩器的壓控頻率(Fvco)變 化范圍為FIL至FIH ;當(dāng)電壓控制震蕩器選擇頻段2來(lái)操作時(shí)，電壓控制震蕩器的壓控頻率 (Fvco)變化范圍為F2L至F2H ;當(dāng)電壓控制震蕩器選擇頻段3來(lái)操作時(shí)，電壓控制震蕩器的 壓控頻率(Fvco)變化范圍為F3L至F3H;以及，當(dāng)電壓控制震蕩器選擇頻段4來(lái)操作時(shí)，電 壓控制震蕩器的壓控頻率(Fvco)變化范圍為F4L至F4H。也就是說(shuō)，圖2的電壓控制震蕩 器的壓控頻率(Fvco)變化范圍可擴(kuò)大為為F1H至F4L。同理，當(dāng)電壓控制震蕩器提供更多 的頻段時(shí)，壓控頻率(Fvco)的變化范圍更大。 —般來(lái)說(shuō)，當(dāng)鎖相回路操作在外圍溫度變化相當(dāng)大的環(huán)境時(shí)，為了要維持固定的 壓控頻率(Fvco)，控制電壓(Vctrl)就會(huì)隨著溫度改變而改變。舉例來(lái)說(shuō)，圖3 (a)、圖3 (b)、 圖3(c)為同一個(gè)鎖相回路其電壓控制震蕩器操作于不同溫度(T1、 T2、 T3)時(shí)的控制電壓 (Vctrl)與壓控頻率(Fvco)的示意圖。假設(shè)電壓控制震蕩器選擇頻段3來(lái)作為選擇的頻段，而VL = IV，VH = 2V，壓控頻率(Fvco)固定在4GHz，而Tl < T2 < T3。由圖3(a)可知，于Tl時(shí)，當(dāng)控制電壓(Vctrl)在1. 5V時(shí)，電壓控制震蕩器的壓控頻率(Fvco)可以操作在4GHz。隨著溫度的增加，電壓控制震蕩器的所有頻段會(huì)往下飄移，因此，由圖3(b)可知，于T2時(shí)，為了使電壓控制震蕩器的壓控頻率(Fvco)操作在4GHz，控制電壓(Vctrl)會(huì)自動(dòng)調(diào)整到1.9V。如果溫度再繼續(xù)上升至T3，則控制電壓(Vctrl)會(huì)繼續(xù)往上調(diào)整直到控制電壓(Vctrl)超過(guò)2V，也就是超出線性控制區(qū)間，并導(dǎo)致鎖相回路失去鎖定。
因此，電壓控制震蕩器的頻段粗選(coarse selection)程序非常重要。也就是說(shuō)。利用頻段粗選程序可以選擇一條適當(dāng)?shù)念l段，使得電壓控制震蕩器的控制電壓(Vctrl)不容易超出線性控制區(qū)間。 一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)鎖相回路開(kāi)始操作之前，亦即電源開(kāi)啟時(shí)或者電路被重置(reset)時(shí)，電壓控制震蕩器必須先經(jīng)過(guò)一頻段粗選程序來(lái)選擇特定的一個(gè)頻段之后，鎖相回路才可以開(kāi)始動(dòng)作。 而頻段粗選程序可分為閉回路(close loop)粗選程序以及開(kāi)回路(openloop)粗選程序。對(duì)于閉回路粗選程序來(lái)說(shuō)，頻段的選擇顯得較不重要，因?yàn)樵阪i相回路操作時(shí)，會(huì)提供一監(jiān)測(cè)電路來(lái)隨時(shí)監(jiān)測(cè)控制電壓(Vctrl)，當(dāng)控制電壓(Vctrl)超過(guò)線性控制區(qū)間時(shí)，監(jiān)測(cè)電路會(huì)改變電壓控制震蕩器的頻段使得控制電壓(Vctrl)可以回到線性控制區(qū)間。
也就是說(shuō)，于溫度T3時(shí)，監(jiān)測(cè)電路監(jiān)測(cè)控制電壓(Vctrl)超過(guò)線性控制區(qū)間時(shí)，監(jiān)測(cè)電路選擇電壓控制震蕩器的頻段2來(lái)操作，如圖3(c)所示，因此，控制電壓(Vctrl)即可回到1. 45V，也就是再次進(jìn)入線性控制區(qū)間而不會(huì)失去鎖定。 然而，監(jiān)測(cè)電路必須在鎖相回路操作時(shí)持續(xù)監(jiān)測(cè)控制電壓(Vctrl)，因此，監(jiān)測(cè)電路會(huì)持續(xù)地耗電，對(duì)于低耗電需求的電路來(lái)說(shuō)，鎖相回路無(wú)法使用監(jiān)測(cè)電路來(lái)偵測(cè)控制電壓(Vctrl)。 再者，開(kāi)回路的頻段粗選程序僅需在電源開(kāi)啟時(shí)或者電路被重置(reset)時(shí)進(jìn)行頻段選擇，之后頻段就不會(huì)再改變，因此不會(huì)有持續(xù)耗電的問(wèn)題。因此，開(kāi)回路的頻段粗選程序?qū)τ阪i相回路的正常運(yùn)作非常的重要。否則很有可能在鎖相回路運(yùn)作的過(guò)程失去鎖定。 假設(shè)鎖相回路的線性控制區(qū)間在VL與VH之間，則設(shè)定1/2(VL+VH)為一開(kāi)回路控制電壓進(jìn)行頻段粗選程序。再者，開(kāi)啟(open)回路濾波器30與電壓控制震蕩器40之間的連接關(guān)系使得鎖相回路形成開(kāi)回路。接著，依序選擇電壓控制震蕩器40的不同頻段并以開(kāi)回路控制電壓輸入電壓控制震蕩器40使得電壓控制震蕩器40可以輸出相對(duì)應(yīng)不同壓控頻率(Fvco)的壓控輸出信號(hào)。不同壓控頻率(Fvco)的壓控輸出信號(hào)經(jīng)由除頻單元45將不同的壓控輸出信號(hào)進(jìn)行頻率除以N的動(dòng)作后產(chǎn)生不同的除頻信號(hào)。最后，將所有除頻信號(hào)的頻率與參考信號(hào)的參考頻率(Fref)進(jìn)行比較，并且選定最接近參考頻率(Fref)的除頻信號(hào)及其相對(duì)應(yīng)電壓控制震蕩器40的頻段作為粗調(diào)頻段。 請(qǐng)參照?qǐng)D4(a)，其為習(xí)知開(kāi)回路的頻段粗選程序示意圖。假設(shè)電壓控制震蕩器40具有四個(gè)頻段(1、2、3、4)， VL為IV、 VH為2V，參考頻率(Fref)為40MHz，除頻單元45的N為100。因此，開(kāi)回路控制電壓為1/2(VL+VH) = 1.5V。 于鎖相回路開(kāi)回路時(shí)，(I)選擇電壓控制震蕩器的第一頻段(1)后，在輸入開(kāi)回路控制電壓后產(chǎn)生第一壓控輸出信號(hào)的第一壓控頻率(Fvcol)為4.49G，并且可偵測(cè)出第一除頻信號(hào)的第一除頻頻率(FD1)為44. 9MHz。 (II)選擇電壓控制震蕩器的第二頻段(2)后，在輸入開(kāi)回路控制電壓后產(chǎn)生第二壓控輸出信號(hào)的第二壓控頻率(Fvco2)為4. 26G，并且 可偵測(cè)出第二除頻信號(hào)的第二除頻頻率(FD2)為42. 6MHz。 (III)選擇電壓控制震蕩器的第 三頻段(3)后，在輸入開(kāi)回路控制電壓后產(chǎn)生第三壓控輸出信號(hào)的第三壓控頻率(Fvco3) 為4. 03G，并且可偵測(cè)出第三除頻信號(hào)的第三除頻頻率(FD3)為40. 3MHz。 (IV)選擇電壓控 制震蕩器的第四頻段(4)后，在輸入開(kāi)回路控制電壓后產(chǎn)生第四壓控輸出信號(hào)的第四壓控 頻率(Fvco4)為3.81G，并且可偵測(cè)出第四除頻信號(hào)的第四除頻頻率(FD4)為38. lMHz。
由于第三除頻信號(hào)的第三除頻頻率(FD3)為40. 3MHz，最接近40MHz的參考頻率 (Fref)，因此，鎖相回路可以粗選電壓控制震蕩器的第三頻段(3)來(lái)操作。并且，如圖4(b) 所示，當(dāng)鎖相回路關(guān)閉(close)回路濾波器30與電壓控制震蕩器40之間的連接關(guān)系使得 鎖相回路形成閉回路時(shí)，第三頻段(3)即為操作頻段而控制電壓(Vctrl)就會(huì)自行調(diào)整至 1. 4V，使得鎖相回路穩(wěn)定地輸出4GHz的壓控頻率(Fvco)。 習(xí)知鎖相回路的開(kāi)回路的頻段粗選程序主要的目的是希望找出一特定頻段，當(dāng)鎖 相回路進(jìn)入閉回路時(shí)控制電壓(Vctrl)可以維持在線性控制區(qū)間中央附近。然而，習(xí)知開(kāi) 回路的頻段粗選程序運(yùn)用于操作溫度變化太大的環(huán)境時(shí)會(huì)造成鎖相回路失去鎖定。以圖 4(a)與圖4(b)的頻段粗選程序來(lái)作說(shuō)明，假設(shè)鎖相回路在低溫(例如0tO時(shí)進(jìn)行開(kāi)回路 的頻段粗選程序，并且完成第三頻段的粗選。很明顯地，當(dāng)鎖相回路閉回路開(kāi)始操作時(shí)，由 于溫度持續(xù)上升，鎖相回路為了要持續(xù)鎖定在4GHz，控制電壓(Vctrl)會(huì)由1. 4V開(kāi)始遞增。 由于控制電壓(Vctrl)距離線性控制區(qū)間邊界僅有0.6V，因此，當(dāng)鎖相回路在高溫(例如 IO(TC)時(shí)，就會(huì)造成控制電壓(Vctrl)離開(kāi)線性控制區(qū)間而使得鎖相回路失去鎖定。
反之，假設(shè)鎖相回路在高溫(例如125°C )時(shí)進(jìn)行開(kāi)回路的頻段粗選程序，并且完 成第三頻段的粗選。很明顯地，當(dāng)鎖相回路閉回路操作于低溫時(shí)，鎖相回路為了要持續(xù)鎖 定在4GHz，控制電壓(Vctrl)會(huì)由1. 4V開(kāi)始遞減。由于控制電壓(Vctrl)距離線性控制 區(qū)間邊界僅有0.4V，因此，當(dāng)鎖相回路在低溫(例如ot:，高山區(qū))時(shí)，就會(huì)造成控制電壓 (Vctrl)離開(kāi)線性控制區(qū)間進(jìn)而使得鎖相回路失去鎖定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取 方法與相關(guān)裝置，使得鎖相回路運(yùn)用于操作溫度變化太大的環(huán)境時(shí)不會(huì)失去鎖定。
為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案 本發(fā)明提供一種鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方法，運(yùn)用于該鎖相回路 的開(kāi)回路狀態(tài)且該電壓控制震蕩器中有復(fù)數(shù)個(gè)頻段可供選擇，包括根據(jù)溫度信號(hào)產(chǎn)生開(kāi) 回路控制電壓；輸入開(kāi)回路控制電壓至電壓控制震蕩器；依序切換該電壓控制震蕩器中的 該些頻段，使得該電壓控制震蕩器依序產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)壓控信號(hào)且該些壓控信號(hào)具有相異的壓 控頻率；以及，由該些壓控信號(hào)中選擇一較佳壓控信號(hào)及其相對(duì)應(yīng)的頻段作為該鎖相回路 的閉回路狀態(tài)時(shí)的操作頻段。 本發(fā)明提供一種鎖相回路，包括回路濾波器，可輸出第一控制電壓；開(kāi)回路控制 電壓產(chǎn)生電路，可輸出相關(guān)于環(huán)境溫度的第二控制電壓；多任務(wù)器，可根據(jù)一開(kāi)回路控制信 號(hào)將第一控制電壓及第二控制電壓二者擇一地輸出第三控制電壓；電壓控制震蕩器，根據(jù) 第三控制電壓產(chǎn)生壓控輸出信號(hào)；除頻單元，接收壓控輸出信號(hào)并進(jìn)行除頻以產(chǎn)生除頻信
6號(hào)；相位頻率偵測(cè)器，根據(jù)除頻信號(hào)與參考信號(hào)產(chǎn)生相位差信號(hào)；電荷幫浦，用以根據(jù)相位 差信號(hào)產(chǎn)生輸出電流至該回路濾波器以產(chǎn)生第一控制電壓；頻率比較器，根據(jù)除頻信號(hào)以 及參考信號(hào)產(chǎn)生頻率差信號(hào)；以及頻帶選擇邏輯，于開(kāi)回路控制信號(hào)主張時(shí)，切換電壓控制 震蕩器中的多個(gè)頻段，并根據(jù)頻率比較器輸出的多個(gè)頻率差信號(hào)而選擇電壓控制震蕩器中 的該些頻段的一工作頻段，而于該開(kāi)回路控制信號(hào)解主張時(shí)，控制電壓控制震蕩器根據(jù)工 作頻段以及第三控制電壓產(chǎn)生壓控輸出信號(hào)。舉例而言，開(kāi)回路控制電壓產(chǎn)生電路包括溫 度偵測(cè)電路用以提供溫度信號(hào)，并使得第二控制電壓相關(guān)于溫度信號(hào)，或者，溫度偵測(cè)電路 為絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn)生電路且溫度信號(hào)為絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的電流信號(hào)， 或者，溫度偵測(cè)電路為絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn)生電路且溫度信號(hào)為絕對(duì)溫度比例電流流經(jīng)一 電阻所產(chǎn)生。 本發(fā)明采用的鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方法與相關(guān)裝置能使得鎖 相回路運(yùn)用于操作溫度變化太大的環(huán)境時(shí)不會(huì)失去鎖定。


圖1為鎖相回路示意圖。 圖2為習(xí)知電壓控制震蕩器的控制電壓(Vctrl)與壓控頻率(Fvco)的示意圖。
圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)為同一個(gè)鎖相回路其電壓控制震蕩器操作于不同溫度 (T1、T2、T3)時(shí)的控制電壓(Vctrl)與壓控頻率(Fvco)的示意圖。
圖4(a)與圖4(b)為習(xí)知頻段粗選程序示意圖。
圖5為絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn)生電路示意圖。 圖6(a)、圖6(b)、圖6(c)為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例頻段粗選程序示意圖。
圖7(a)、圖7(b)、圖7(c)為根據(jù)本發(fā)明較佳實(shí)施例頻段粗選程序示意圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明較佳具體實(shí)施例的鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方 法流程圖。 圖9為根據(jù)本發(fā)明較佳具體實(shí)施例的鎖相回路。主要組件符號(hào)說(shuō)明
本案圖式中所包含的各組件列示如下









10相位頻率偵測(cè)器 30回路濾波器 45除頻單元 65運(yùn)算放大器 910相位頻率偵測(cè)器 930回路濾波器 933溫度偵測(cè)電路 940電壓控制震蕩器 950頻率比較器
20電荷幫浦
40電壓控制震蕩器
60鏡射電路
70輸入電路
920電荷幫浦
932開(kāi)回路控制電壓產(chǎn)生電路 935多任務(wù)器 945除頻單元 960頻帶選擇邏輯
具體實(shí)施例方式
于介紹本發(fā)明的頻帶選取方法之前，先介紹絕對(duì)溫度比例(ProportionalToAbsolute Temperature,簡(jiǎn)稱PTAT)電流產(chǎn)生電路。請(qǐng)參照?qǐng)D5，其為由PM0S場(chǎng)效晶體管、PNP雙載子晶體管、與運(yùn)算放大器所組成的絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn)生電路示意圖。 一般來(lái)說(shuō)，PTAT電流產(chǎn)生電路包括鏡射電路(MirroringCircuit)60、運(yùn)算放大器(OperationAmplifier) 65、以及輸入電路(InputCircuit) 70。鏡射電路60中包括三個(gè)PMOS場(chǎng)效晶體管M1、M2、M3，在此例中，M1、M2與M3具有相同的長(zhǎng)寬比(W/L)。其中，M1、M2與M3的閘極(Gate)相互連接，Ml、 M2與M3的源極(Source)連接至供應(yīng)電源(Vss) ， Ml、 M2與M3的汲極(Drain)可分別輸出Ix、Iy與Iptat的電流。另外，運(yùn)算放大器65的輸出端可連接至Ml與M2的閘極(Gate)，運(yùn)算放大器65的正極輸入端連接至Ml的汲極，而運(yùn)算放大器65的負(fù)極輸入端與M2的汲極連接。 輸入電路70包括第一電阻(Rl)與兩個(gè)PNP雙載子晶體管Ql、 Q2 ;其中，Ql面積為Q2面積的m倍，Ql與Q2的基極(Base)與集極(Collector)連接至接地端使得Ql與Q2形成二極管連接，Q2的射極(Emitter)連接至運(yùn)算放大器65的負(fù)極輸入端，Q1的射極與運(yùn)算放大器65的正極輸入端之間連接第一電阻(R1)，而在實(shí)際的應(yīng)用上，輸入電路70除了可以用雙載子晶體管搭配電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)之外，也可以利用場(chǎng)效晶體管搭配電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。
由圖5的PTAT電流產(chǎn)生電路可知。由于M1、 M2、 M3具有相同的長(zhǎng)寬比，因此，M3汲極的輸出電流Iptat、 M2汲極的輸出電流Iy與Ml汲極的輸出電流Ix相同，也就是
Ix = Iy = Ptat—(1) 在運(yùn)算放大器65具有無(wú)限大的增益下，運(yùn)算放大器65的負(fù)極輸入端電壓(Vy)與正極輸入端電壓(Vx)會(huì)相等。因此
R山+V咖=VEB2—-(2) 由于Ql與Q2形成二極管連接且Ql面積為Q2面積的m倍，所以，/《="/^^與』
=/,;，進(jìn)而推導(dǎo)出 VBE1 = VTln(Ix/m Is)—_(3)
VBE2 = VTln(Iy/Is)—_(4)其中，Is為Q2的飽禾口電流(Saturation Current)，為熱電壓(ThermalVoltage)。
結(jié)合(1) 、 (2) 、 (3) 、 (4)，最終可以獲得:
Iptat = (1/R》Vt In m—-(5) 由(5)式可知，由于熱電壓會(huì)隨著溫度改變而變化，因此，PTAT電流(Iptat)僅會(huì)隨著溫度的變化而改變，也就是說(shuō)，PTAT電流(Iptat)的大小可視為一溫度信號(hào)用以得知電路操作的溫度。或者，將該P(yáng)TAT電流(Iptat)流經(jīng)一電阻后根據(jù)電阻上的電壓大小也可以得知電路操作的溫度。 因此，本發(fā)明的頻帶選取方法利用溫度偵測(cè)電路，例如PTAT電流產(chǎn)生電路，輸出的溫度信號(hào)來(lái)進(jìn)行電壓控制震蕩器的頻帶選取程序。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，開(kāi)回路控制電壓的選擇系根據(jù)溫度偵測(cè)電路提供的溫度信號(hào)來(lái)決定。也就是說(shuō)，當(dāng)鎖相回路要進(jìn)行開(kāi)回路的頻段粗選程序時(shí)，利用溫度信號(hào)可以得知鎖相回路現(xiàn)在的環(huán)境溫度，并且根據(jù)鎖相回路操作時(shí)，溫度的變化趨勢(shì)來(lái)決定開(kāi)回路控制電壓。 舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)鎖相回路在低溫時(shí)進(jìn)行開(kāi)回路的頻段粗選程序。鎖相回路閉回路操作時(shí)溫度會(huì)遞增，較佳地，開(kāi)回路控制電壓選擇線性控制區(qū)間接近VL的電壓。因此，當(dāng)鎖 相回路閉回路時(shí)，控制電壓(Vctrl)在線性控制區(qū)間內(nèi)往上遞增的范圍就會(huì)增加。
請(qǐng)參照?qǐng)D6(a)，其為本發(fā)明開(kāi)回路的頻段粗選程序示意圖。假設(shè)電壓控制震蕩器 具有四個(gè)頻段(1、2、3、4)， VL為IV、 VH為2V，參考頻率(Fref)為40MHz，除頻單元45的N 為100。假設(shè)于開(kāi)回路頻段粗選程序時(shí)，根據(jù)溫度信號(hào)得知現(xiàn)在的溫度在低溫(T4)，例如 l(TC以下，則選擇線性控制區(qū)間邊界(boundary)靠近VL的電壓值作為開(kāi)回路控制電壓，例 如1. IV。 于鎖相回路開(kāi)回路時(shí)，如圖6(a)所示(I)選擇電壓控制震蕩器的第一頻段(1) 后，在輸入開(kāi)回路控制電壓后產(chǎn)生第一壓控輸出信號(hào)的第一壓控頻率(Fvcol)為4. 25GHz， 并且可偵測(cè)出第一除頻信號(hào)的第一除頻頻率(FD1)為42.5MHz。 (II)選擇電壓控制震蕩 器的第二頻段(2)后，在輸入開(kāi)回路控制電壓后產(chǎn)生第二壓控輸出信號(hào)的第二壓控頻率 (Fvco2)為4.01GHz，并且可偵測(cè)出第二除頻信號(hào)的第二除頻頻率(FD2)為40. lMHz。 (III) 選擇電壓控制震蕩器的第三頻段(3)后，在輸入開(kāi)回路控制電壓后產(chǎn)生第三壓控輸出信號(hào) 的第三壓控頻率(Fvco3)為3. 80GHz，并且可偵測(cè)出第三除頻信號(hào)的第三除頻頻率(FD3)為 38.0MHz。 (IV)選擇電壓控制震蕩器的第四頻段(4)后，在輸入開(kāi)回路控制電壓后產(chǎn)生第四 壓控輸出信號(hào)的第四壓控頻率(Fvco4)為3. 59GHz，并且可偵測(cè)出第四除頻信號(hào)的第四除 頻頻率(FD4)為35. 9MHz。 由于第二除頻信號(hào)的第二除頻頻率(FD2)為40. l腿z，最接近40腿z的參考頻率 (Fref)，因此，鎖相回路可以粗選電壓控制震蕩器的第二頻段(2)來(lái)操作。并且，當(dāng)鎖相回 路關(guān)閉(close)回路濾波器30與電壓控制震蕩器40之間的連接關(guān)系使得鎖相回路形成閉 回路時(shí)，如圖6(b)所示，第二頻段(2)即為操作頻段而控制電壓(Vctrl)就會(huì)自行調(diào)整至 1. 05V，使得鎖相回路穩(wěn)定的輸出4GHz的壓控頻率(Fvco)。 于鎖相回路正常操作時(shí)，當(dāng)溫度由低溫的T4漸增，并且為了讓鎖相回路穩(wěn)定的輸 出4GHz的壓控頻率(Fvco)，控制電壓(Vctrl)會(huì)由1.05V漸增。由于本發(fā)明的開(kāi)回路的 頻段粗選程序選擇開(kāi)回路控制電壓接近VL，因此漸增的控制電壓(Vctrl)距離線性控制區(qū) 間的另一邊界(VH)還有0.95V，使得控制電壓(Vctrl)不容易離開(kāi)線性控制區(qū)間。如圖 6(c)所示，當(dāng)鎖相回路的溫度由T4增加到T5(例如125tO時(shí)，電壓控制震蕩器的控制電 壓(Vctrl)還在線性控制區(qū)間的內(nèi)并且不會(huì)發(fā)生失去鎖定。 請(qǐng)參照?qǐng)D7(a)，其為本發(fā)明開(kāi)回路的頻段粗選程序示意圖。假設(shè)電壓控制震蕩器 具有四個(gè)頻段(1、2、3、4)， VL為IV、 VH為2V，參考頻率(Fref)為40MHz，除頻單元45的N 為100。假設(shè)于開(kāi)回路頻段粗選程序時(shí)，根據(jù)溫度信號(hào)得知現(xiàn)在的溫度在高溫(T6)，例如 125t:以上，則選擇線性控制區(qū)間邊界(boundary)靠近VH的電壓值作為開(kāi)回路控制電壓， 例如1. 95V。 于鎖相回路開(kāi)回路時(shí)，如圖7(a)所示，依序切換運(yùn)作頻段(I)選擇電壓控制震 蕩器的第一頻段(1)后，在輸入開(kāi)回路控制電壓后產(chǎn)生第一壓控輸出信號(hào)的第一壓控頻率 (Fvcol)為4.70G，并且可偵測(cè)出第一除頻信號(hào)的第一除頻頻率(FD1)為47.0MHz。 (II) 選擇電壓控制震蕩器的第二頻段(2)后，在輸入開(kāi)回路控制電壓后產(chǎn)生第二壓控輸出信號(hào) 的第二壓控頻率(Fvco2)為4.48G，并且可偵測(cè)出第二除頻信號(hào)的第二除頻頻率(FD2)為 44.8MHz。 (III)選擇電壓控制震蕩器的第三頻段(3)后，在輸入開(kāi)回路控制電壓后產(chǎn)生第三壓控輸出信號(hào)的第三壓控頻率(Fvco3)為4. 25G，并且可偵測(cè)出第三除頻信號(hào)的第三除 頻頻率(FD3)為42. 5MHz。 (IV)選擇電壓控制震蕩器的第四頻段(4)后，在輸入開(kāi)回路控 制電壓后產(chǎn)生第四壓控輸出信號(hào)的第四壓控頻率(Fvco4)為4.04G，并且可偵測(cè)出第四除 頻信號(hào)的第四除頻頻率(FD4)為40. 4MHz。 由于第四除頻信號(hào)的第四除頻頻率(FD4)為40. 4MHz，最接近40腿z的參考頻率 (Fref)，因此，鎖相回路可以粗選電壓控制震蕩器的第四頻段(4)來(lái)操作。并且，當(dāng)鎖相回 路關(guān)閉(close)回路濾波器30與電壓控制震蕩器40之間的連接關(guān)系使得鎖相回路形成閉 回路時(shí)，如圖7(b)所示，第四頻段(4)即為操作頻段而控制電壓(Vctrl)就會(huì)自行調(diào)整至 1. 9V，使得鎖相回路穩(wěn)定地輸出4GHz的壓控頻率(Fvco)。 于鎖相回路正常操作時(shí)，當(dāng)溫度由高溫的T6漸減，并且為了使鎖相回路穩(wěn)定地輸 出4GHz的壓控頻率(Fvco)，控制電壓(Vctrl)會(huì)由1. 9V漸減。由于本發(fā)明的開(kāi)回路的頻段 粗選程序選擇開(kāi)回路控制電壓接近VH，因此漸減的控制電壓(Vctrl)距離線性控制區(qū)間的 另一邊界(VL)還有0.9V，使得控制電壓(Vctrl)不容易離開(kāi)線性控制區(qū)間。如圖7(c)所 示，當(dāng)鎖相回路的溫度由T6減少到T7(例如l(TC )時(shí)，電壓控制震蕩器的控制電壓(Vctrl) 還在線性控制區(qū)間之內(nèi)并且不會(huì)發(fā)生失去鎖定。 因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于鎖相回路進(jìn)行開(kāi)回路的頻段粗選程序時(shí)，系根據(jù)溫度偵 測(cè)電路提供的溫度信號(hào)來(lái)決定開(kāi)回路控制電壓。當(dāng)電壓控制震蕩器的頻段選擇完成后，控 制電壓(Vctrl)不容易超出線性控制區(qū)間并且降低失去鎖定發(fā)生的機(jī)會(huì)。
圖8顯示根據(jù)本發(fā)明較佳具體實(shí)施例的鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取 方法流程圖，運(yùn)用于鎖相回路的開(kāi)回路狀態(tài)。本流程自步驟800開(kāi)始；在步驟820，根據(jù)溫度 信號(hào)產(chǎn)生開(kāi)回路控制電壓，位于線性控制區(qū)間，舉例而言，溫度信號(hào)是由絕對(duì)溫度比例電流 產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的電流信號(hào)，或者，開(kāi)回路控制電壓是由絕對(duì)溫度比例電流流經(jīng)一電阻所 產(chǎn)生；在步驟840，輸入開(kāi)回路控制電壓至電壓控制震蕩器；在步驟860，電壓控制震蕩器于
復(fù)數(shù)個(gè)頻段分別產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)壓控信號(hào)，舉例而言，電壓控制震蕩器依序切換頻段，使得電壓 控制震蕩器依序產(chǎn)生壓控信號(hào)，各壓控信號(hào)具有一壓控頻率；在步驟880，由該些壓控信號(hào) 中選擇一壓控信號(hào)及其相對(duì)應(yīng)的頻段作為該鎖相回路的一閉回路狀態(tài)時(shí)的操作頻段，舉例 而言，將壓控信號(hào)依序輸入除頻單元將壓控信號(hào)進(jìn)行除頻后以產(chǎn)生除頻信號(hào)，比較該些除 頻信號(hào)與一參考信號(hào)后，從該些除頻信號(hào)中選擇最佳除頻信號(hào)，最佳除頻信號(hào)的頻率系最 接近該參考信號(hào)的參考頻率，且最佳除頻信號(hào)相對(duì)應(yīng)的壓控信號(hào)即為所選擇的壓控信號(hào)。
請(qǐng)參照?qǐng)D9，其為根據(jù)本發(fā)明較佳具體實(shí)施例的鎖相回路，包括相位頻率偵測(cè)器 910、電荷幫浦920、回路濾波器930、電壓控制震蕩器940、除頻單元945、多任務(wù)器935、開(kāi)回 路控制電壓產(chǎn)生電路932、頻率比較器950、與頻帶選擇邏輯960。 多任務(wù)器935可根據(jù)開(kāi)回路控制信號(hào)(open loop control signal)將回路濾波 器930或者開(kāi)回路控制電壓產(chǎn)生電路932所產(chǎn)生的控制電壓(Vctrl)輸入電壓控制振蕩器 940，多任務(wù)器935可以利用例如開(kāi)關(guān)組件等選擇器取代。頻率比較器950接收除頻信號(hào)以 及參考信號(hào)并產(chǎn)生一頻率差信號(hào)至頻帶選擇邏輯960。而頻帶選擇邏輯960于開(kāi)回路控制 信號(hào)主張時(shí)，可切換電壓控制震蕩器940中的多個(gè)頻段，使得頻帶選擇邏輯960可根據(jù)頻率 比較器950輸出的多個(gè)頻率差信號(hào)而選擇電壓控制震蕩器940中的較佳頻段，以供使用于 閉回路的鎖相回路。
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于鎖相回路為開(kāi)回路時(shí)，主張開(kāi)回路控制信號(hào)，因此，多任務(wù)器935輸出開(kāi)回路控 制電壓產(chǎn)生電路932所產(chǎn)生的控制電壓(Vctrl)。開(kāi)回路控制電壓產(chǎn)生電路932更包括一 溫度偵測(cè)電路933，例如是絕對(duì)溫度比例(PTAT)電流產(chǎn)生電路，使得開(kāi)回路控制電壓產(chǎn)生 電路932產(chǎn)生的控制電壓(Vctrl)相關(guān)于溫度偵測(cè)電路933所提供的溫度信號(hào)，舉例而言， 可以利用絕對(duì)溫度比例電流流經(jīng)一電阻產(chǎn)生跨壓而施用為控制電壓(Vctrl)。頻帶選擇邏 輯960根據(jù)開(kāi)回路控制信號(hào)而控制電壓控制振蕩器940依序切換多個(gè)頻段，使得頻帶選擇 邏輯960根據(jù)多個(gè)的頻率差信號(hào)而選擇電壓控制震蕩器940中的較佳頻段，例如是頻率差 最小的頻段。 于鎖相回路為閉回路時(shí)，解主張開(kāi)回路控制信號(hào)。由于電壓控制振蕩器940已經(jīng) 選定一頻段，電壓控制振蕩器940根據(jù)選定的頻段以及回路濾波器930輸出的控制電壓 (Vctrl)來(lái)產(chǎn)生壓控輸出信號(hào)，于此實(shí)施例中，鎖相回路中的控制電壓(Vctrl)考慮了環(huán)境 溫度的變化而不容易超出線性控制區(qū)間，降低失去鎖定發(fā)生的機(jī)會(huì)，大幅提高鎖相回路的
可靠度。 本發(fā)明揭露一種鎖相回路，包括回路濾波器，可輸出第一控制電壓；開(kāi)回路控制 電壓產(chǎn)生電路，可輸出相關(guān)于環(huán)境溫度的第二控制電壓；選擇器，例如多任務(wù)器或開(kāi)關(guān)，可 根據(jù)一開(kāi)回路控制信號(hào)將第一控制電壓及第二控制電壓二者擇一地輸出第三控制電壓；電 壓控制震蕩器，根據(jù)第三控制電壓產(chǎn)生壓控輸出信號(hào)；除頻單元，接收壓控輸出信號(hào)并進(jìn) 行除頻以產(chǎn)生除頻信號(hào)；相位頻率偵測(cè)器，根據(jù)除頻信號(hào)與參考信號(hào)產(chǎn)生相位差信號(hào)；電 荷幫浦，用以根據(jù)相位差信號(hào)產(chǎn)生輸出電流至該回路濾波器以產(chǎn)生第一控制電壓；頻率比 較器，根據(jù)除頻信號(hào)以及參考信號(hào)產(chǎn)生頻率差信號(hào)；以及頻帶選擇邏輯，于開(kāi)回路控制信號(hào) 主張時(shí)，切換電壓控制震蕩器中的多個(gè)頻段，并根據(jù)頻率比較器輸出的多個(gè)頻率差信號(hào)而 選擇電壓控制震蕩器中的該些頻段的一工作頻段，而于該開(kāi)回路控制信號(hào)解主張時(shí)，控制 電壓控制震蕩器根據(jù)工作頻段以及第三控制電壓產(chǎn)生壓控輸出信號(hào)。舉例而言，開(kāi)回路控 制電壓產(chǎn)生電路包括溫度偵測(cè)電路用以提供溫度信號(hào)，并使得第二控制電壓相關(guān)于溫度信 號(hào)，或者，溫度偵測(cè)電路為絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn)生電路且溫度信號(hào)為絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn) 生電路產(chǎn)生的電流信號(hào)，或者，溫度偵測(cè)電路為絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn)生電路且溫度信號(hào)為 絕對(duì)溫度比例電流流經(jīng)一 電阻所產(chǎn)生。 綜上所述，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 熟習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保 護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方法，運(yùn)用于該鎖相回路的開(kāi)回路狀態(tài)，其特征在于，其包括根據(jù)一溫度信號(hào)產(chǎn)生一開(kāi)回路控制電壓；輸入該開(kāi)回路控制電壓至該電壓控制震蕩器；該電壓控制震蕩器于復(fù)數(shù)個(gè)頻段分別產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)壓控信號(hào)；以及由該些壓控信號(hào)中選擇一壓控信號(hào)及其相對(duì)應(yīng)的頻段作為該鎖相回路于一閉回路狀態(tài)時(shí)的操作頻段。
2. 如權(quán)利要求1所述的鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方法，其特征在于，該產(chǎn)生壓控信號(hào)的步驟系為該電壓控制震蕩器中依序切換該些頻段，使得該電壓控制震蕩器依序產(chǎn)生該些壓控信號(hào)，各壓控信號(hào)具有一壓控頻率。
3. 如權(quán)利要求1所述的鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方法，其特征在于，其中該選擇壓控信號(hào)的步驟更包括將該些壓控信號(hào)依序輸入一除頻單元將該些壓控信號(hào)進(jìn)行除頻后，產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)除頻信號(hào)；以及比較該些除頻信號(hào)與一參考信號(hào)后產(chǎn)生一最佳除頻信號(hào)；其中，該最佳除頻信號(hào)的頻率系最接近該參考信號(hào)的參考頻率，且該最佳除頻信號(hào)相對(duì)應(yīng)的壓控信號(hào)即為所選擇的壓控信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求1所述的鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方法，其特征在于，該溫度信號(hào)是由 一絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的一 電流信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求1所述的鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方法，其特征在于，該開(kāi)回路控制電壓是由一絕對(duì)溫度比例電流流經(jīng)一電阻所產(chǎn)生。
6. 如權(quán)利要求1所述的鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方法，其特征在于，該開(kāi)回路控制電壓系位于一線性控制區(qū)間。
7. 如權(quán)利要求6所述的鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方法，其特征在于，當(dāng)該溫度信號(hào)指示的溫度在一高溫范圍或者一低溫范圍時(shí)，該開(kāi)回路控制電壓系位于該線性控制區(qū)間的邊界附近。
8. —種鎖相回路，其特征在于，其包括一回路濾波器，可輸出一第一控制電壓；一開(kāi)回路控制電壓產(chǎn)生電路，可輸出一相關(guān)于環(huán)境溫度的第二控制電壓；一選擇器，可根據(jù)一開(kāi)回路控制信號(hào)將該第一控制電壓及該第二控制電壓二者擇一地輸出為一第三控制電壓；一電壓控制震蕩器，根據(jù)該第三控制電壓產(chǎn)生一壓控輸出信號(hào)；一除頻單元，接收該壓控輸出信號(hào)并進(jìn)行除頻以產(chǎn)生一除頻信號(hào)；一相位頻率偵測(cè)器，根據(jù)該除頻信號(hào)與一參考信號(hào)產(chǎn)生一相位差信號(hào)；以及一電荷幫浦，用以根據(jù)該相位差信號(hào)產(chǎn)生一輸出電流至該回路濾波器以產(chǎn)生該第一控制電壓。
9. 如權(quán)利要求8所述的鎖相回路，其特征在于，更包含一頻率比較器，根據(jù)該除頻信號(hào)以及該參考信號(hào)產(chǎn)生一頻率差信號(hào)；以及一頻帶選擇邏輯，于該開(kāi)回路控制信號(hào)主張時(shí)，切換該電壓控制震蕩器中的多個(gè)頻段，并根據(jù)該頻率比較器輸出的多個(gè)頻率差信號(hào)而選擇電壓控制震蕩器中的該些頻段的一工作頻段；以及，于該開(kāi)回路控制信號(hào)解主張時(shí)，控制該電壓控制震蕩器根據(jù)該工作頻段以及該第三控制電壓產(chǎn)生該壓控輸出信號(hào)。
10. 如權(quán)利要求9所述的鎖相回路，其特征在于，該第三控制電壓系位于該工作頻段的一線性控制區(qū)間內(nèi)。
11. 如權(quán)利要求9所述的鎖相回路，其特征在于，該些頻段皆有一線性控制區(qū)間，且該溫度信號(hào)指示的溫度在一高溫范圍或者一低溫范圍時(shí)，該第二控制電壓系位于該線性控制區(qū)間的邊界附近。
12. 如權(quán)利要求8所述的鎖相回路，其特征在于，該選擇器系為一多任務(wù)器。
13. 如權(quán)利要求8所述的鎖相回路，其特征在于，該選擇器系為一開(kāi)關(guān)。
14. 如權(quán)利要求8所述的鎖相回路，其特征在于，該開(kāi)回路控制電壓產(chǎn)生電路包括一溫度偵測(cè)電路用以提供一溫度信號(hào)并使得該第二控制電壓相關(guān)于該溫度信號(hào)。
15. 如權(quán)利要求14所述的鎖相回路，其特征在于，該溫度偵測(cè)電路為一絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn)生電路且該溫度信號(hào)為該絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的一電流信號(hào)。
16. 如權(quán)利要求14所述的鎖相回路，其特征在于，該溫度偵測(cè)電路為一絕對(duì)溫度比例電流產(chǎn)生電路且該溫度信號(hào)為一絕對(duì)溫度比例電流流經(jīng)一電阻所產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鎖相回路中電壓控制震蕩器的頻帶選取方法與相關(guān)裝置，使得鎖相回路運(yùn)用于操作溫度變化太大的環(huán)境時(shí)不會(huì)失去鎖定。運(yùn)用于鎖相回路的開(kāi)回路狀態(tài)且電壓控制震蕩器中有復(fù)數(shù)個(gè)頻段可供選擇，頻帶選取方法包括根據(jù)溫度信號(hào)產(chǎn)生開(kāi)回路控制電壓；輸入開(kāi)回路控制電壓至電壓控制震蕩器；依序切換電壓控制震蕩器中的該些頻段，使得電壓控制震蕩器依序產(chǎn)生復(fù)數(shù)個(gè)壓控信號(hào)且該些壓控信號(hào)具有相異的壓控頻率；以及，由該些壓控信號(hào)中選擇一較佳壓控信號(hào)及其相對(duì)應(yīng)的頻段作為鎖相回路于閉回路狀態(tài)時(shí)的操作頻段。
文檔編號(hào)H03L7/08GK101753135SQ20081018341
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月16日
發(fā)明者丁建裕, 孫圣景, 王耀祺, 蕭碩源 申請(qǐng)人:晨星軟件研發(fā)(深圳)有限公司;晨星半導(dǎo)體股份有限公司