【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明關(guān)于一種時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與相關(guān)頻率合成器，且特別關(guān)于一種包括時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的支援周邊機(jī)制的時(shí)間轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與相關(guān)的頻率合成器。

背景技術(shù)：

各式各樣的通信系統(tǒng)，像是射頻(rf，radiofrequency)無(wú)線通信系統(tǒng)，已被現(xiàn)代信息社會(huì)廣泛運(yùn)用，并扮演重要角色?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一是頻率(及/或時(shí)鐘)合成，其是基于一頻率參考時(shí)鐘產(chǎn)生一個(gè)具有所欲頻率的變量時(shí)鐘，以使此變量時(shí)鐘的穩(wěn)定性、精確度與頻譜純凈程度皆關(guān)聯(lián)于頻率參考時(shí)鐘的表現(xiàn)。在通信系統(tǒng)的發(fā)射器中，由一本地頻率合成器提供的變量時(shí)鐘可作為一本地振蕩載波，用以對(duì)基頻(baseband)或中頻(if，intermediate-frequency)信號(hào)進(jìn)行升轉(zhuǎn)(up-conversion)的頻率轉(zhuǎn)移，以形成對(duì)應(yīng)的射頻信號(hào)。另一方面，在接收器中，由一本地頻率合成器提供的變量時(shí)鐘可作為一本地振蕩載波，用以將射頻信號(hào)降轉(zhuǎn)(down-convert)為中頻/基頻信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要提供一種時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

本發(fā)明的一實(shí)施例提供一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包含：一頻率參考輸入端，用以接收一頻率參考時(shí)鐘；一變量時(shí)鐘輸入端，用以接收一變量時(shí)鐘，該變量時(shí)鐘的頻率高于該頻率參考時(shí)鐘的頻率；一功率管理電路，耦接該頻率參考輸入端與該變量時(shí)鐘輸入端，該功率管理電路輸出一延遲的頻率參考時(shí)鐘以及輸出僅一個(gè)該變量時(shí)鐘的單一脈沖，該單一脈沖領(lǐng)先于該延遲的頻率參考時(shí)鐘的一轉(zhuǎn)態(tài)處；一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，耦接該功率管理電路，用以產(chǎn)生一數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出。

本發(fā)明的另一實(shí)施例提供一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包含：一頻率參考輸入端，用以接收一頻率參考時(shí)鐘；一變量時(shí)鐘輸入端，用以接收一變量時(shí)鐘，該變量時(shí)鐘的頻率高于該頻率參考時(shí)鐘的頻率；一功率管理電路，耦接該頻率參考輸入端與該變量時(shí)鐘輸入端，該功率管理電路輸出一延遲的頻率參考時(shí)鐘與該變量時(shí)鐘的單一脈沖，該單一脈沖領(lǐng)先于該延遲的頻率參考時(shí)鐘的一轉(zhuǎn)態(tài)處，其中當(dāng)響應(yīng)該頻率參考時(shí)鐘與該延遲的頻率參考時(shí)鐘而產(chǎn)生一第一門閂信號(hào)時(shí)，以及當(dāng)該第一門閂信號(hào)由一第二電平轉(zhuǎn)態(tài)至一第一電平且該變量時(shí)鐘為第一電平時(shí)，產(chǎn)生一第二門閂信號(hào)以提供該變量時(shí)鐘的該單一脈沖。

上述時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可有效減少功率消耗。

【附圖說(shuō)明】

圖1示意的是對(duì)一變量時(shí)鐘與一頻率參考時(shí)鐘的相位進(jìn)行數(shù)字追蹤的實(shí)施例。

圖2示意一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例。

圖3與圖4分別示意本發(fā)明一實(shí)施例的頻率合成器及其運(yùn)作。

圖5與圖6分別示意本發(fā)明一實(shí)施例的頻率合成器及其運(yùn)作原理。

圖7與圖8分別本發(fā)明一實(shí)施例的頻率合成器及其運(yùn)作。

圖9示意的是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的頻率合成器。

圖10示意的是圖9中本發(fā)明功率管理電路的一實(shí)施例。

圖11示意的是圖9中本發(fā)明功率管理電路的一實(shí)施例。

圖12舉例示意圖11中功率管理電路依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的各種運(yùn)作。

圖13繪示的是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例實(shí)現(xiàn)圖11中電平感測(cè)電路的示意圖。

【具體實(shí)施方式】

請(qǐng)參考圖1，其所示意的是對(duì)兩時(shí)鐘ckv與fref的相位進(jìn)行數(shù)字追蹤的概念性實(shí)施例，以使得時(shí)鐘ckv的頻率為時(shí)鐘fref的頻率乘以一頻率指令字符fcw。亦即，借著設(shè)定一相應(yīng)的頻率指令字符fcw，就可基于時(shí)鐘fref而產(chǎn)生一個(gè)具有預(yù)期頻率的時(shí)鐘ckv。時(shí)鐘fref是一個(gè)周期為tr的頻率參考時(shí)鐘。時(shí)鐘ckv則是一個(gè)周期為tv的變量時(shí)鐘，其由一振蕩器10產(chǎn)生，例如一數(shù)字控制振蕩器(dco，digitallycontrolledoscillator)。為進(jìn)行頻率合成，振蕩器10會(huì)被微調(diào)以使時(shí)鐘ckv鎖定一時(shí)鐘ckr，讓時(shí)鐘ckv的頻率趨近時(shí)鐘fref與頻率指令字符fcw的乘積，也就是使平均的周期tv等于tr/fcw。頻率指令字符fcw可以泛指一實(shí)數(shù)，具有一整數(shù)部份與一小數(shù)部份；在圖1的例子中，頻率指令字符fcw為9/4，其整數(shù)部份為2，小數(shù)部份則等于1/4。

為了要數(shù)字地計(jì)量時(shí)鐘ckv的相位，可提供一信號(hào)(如一數(shù)字字符)phv[i]。信號(hào)phv[i]可視為一變量相位信號(hào)，其是在時(shí)鐘ckv的每個(gè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處(例如升緣)累計(jì)一單位計(jì)數(shù)；亦即，phv[i+1]＝phv[i]+1，下標(biāo)i為一時(shí)序標(biāo)記，代表時(shí)鐘ckv的第i個(gè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處。也就是說(shuō)，隨著時(shí)間推移，變量相位信號(hào)phv[i]會(huì)累計(jì)時(shí)鐘ckv的周期數(shù)，以周期tv為單位來(lái)反映時(shí)鐘ckv的相位。信號(hào)phv[i]的值為整數(shù)，因?yàn)槠涫怯烧麛?shù)累計(jì)而得。

為了要數(shù)字地計(jì)量時(shí)鐘fref的相位，時(shí)鐘fref的相位信息會(huì)在時(shí)鐘ckv的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處同步呈現(xiàn)，以使時(shí)鐘fref的相位信息可以和信號(hào)phv[i]相互比較，因?yàn)樾盘?hào)phv[i]亦是在時(shí)鐘ckv的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處更新。因此，時(shí)鐘fref會(huì)被一重定時(shí)器12(如一觸發(fā)器)重定時(shí)為時(shí)鐘ckr。重定時(shí)器12用以在時(shí)鐘ckv的每個(gè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處對(duì)時(shí)鐘fref進(jìn)行重定時(shí)，據(jù)以提供時(shí)鐘ckr(即一重定時(shí)參考時(shí)鐘)，使時(shí)鐘ckr的各轉(zhuǎn)態(tài)處會(huì)和時(shí)鐘ckv的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處對(duì)齊。響應(yīng)時(shí)鐘ckr的觸發(fā)，可提供一信號(hào)phr[k]以數(shù)字地反映時(shí)鐘fref的相位。信號(hào)phr[k]為一參考相位信號(hào)，其在時(shí)鐘ckr的每個(gè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處累計(jì)頻率指令字符fcw，亦即phr[k+1]＝phr[k]+fcw，下標(biāo)k為時(shí)序標(biāo)記，代表時(shí)鐘ckr的第k個(gè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處。

依據(jù)頻率合成的預(yù)期關(guān)系，時(shí)鐘fref的周期tr應(yīng)為時(shí)鐘ckv的周期tv乘以頻率指令字符fcw，因此，在時(shí)鐘ckr的各個(gè)周期累計(jì)頻率指令字符fcw，便是用來(lái)以周期tv為單位反映時(shí)鐘fref的相位。由于頻率指令字符fcw可以有一小數(shù)部份，信號(hào)phr[k]也可以有一小數(shù)部份。

因?yàn)闀r(shí)鐘ckr被時(shí)鐘ckv重定時(shí)，時(shí)鐘ckr的各個(gè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處會(huì)和時(shí)鐘ckv中的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處對(duì)齊，而信號(hào)phv[k]，也就是信號(hào)phv[i]在時(shí)鐘ckr的第k個(gè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處的值，即可和信號(hào)phr[k]相互比較。在圖1的例子中，信號(hào)phv[i0]與信號(hào)phr[k0]對(duì)齊，信號(hào)phv[i0+3]＝phv[k0+1]即會(huì)同步于信號(hào)phr[k0+1]，以此類推。如圖1所示，在時(shí)鐘ckv的觸發(fā)下將時(shí)鐘fref重定時(shí)為時(shí)鐘ckr會(huì)導(dǎo)致一誤差e[k]，代表時(shí)鐘fref的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處至?xí)r鐘ckv的次一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處(即在時(shí)鐘fref的該重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處之后最接近的時(shí)鐘ckv重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處)之間的時(shí)間差(相位誤差)。

在圖1的例子中，當(dāng)時(shí)鐘ckv依據(jù)預(yù)計(jì)的關(guān)系tv＝tr/fcw而鎖定時(shí)鐘fref時(shí)，每四個(gè)周期tr會(huì)對(duì)齊九個(gè)周期tv，因?yàn)閒cw＝9/4。亦即，將頻率指令字符fcw累計(jì)四次等于將單位計(jì)數(shù)累計(jì)九次，因?yàn)閒cw*4＝(9/4)*4＝1*9。假設(shè)時(shí)鐘fref與ckv的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處在時(shí)間標(biāo)記k0對(duì)齊而使信號(hào)phr[k0]與phv[i0]相等，則在時(shí)鐘ckr的四個(gè)循環(huán)后，時(shí)鐘fref與ckv的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處會(huì)再度對(duì)齊，而信號(hào)phr[k0+4]的值也會(huì)符合信號(hào)phv[i0+9](即phv[k0+4])的值，因?yàn)閜hr[k0+4]＝phr[k0]+fcw*4，且phv[i0+9]＝phv[i0]+1*9。另一方面，由于頻率指令字符fcw有小數(shù)部份，即使時(shí)鐘ckv已鎖定時(shí)鐘fref，但在時(shí)間標(biāo)記k0至(k0+4)間的每個(gè)時(shí)間標(biāo)記k下，時(shí)鐘fref的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處至?xí)r鐘ckv的次一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處間的時(shí)間差仍會(huì)是非零的；此時(shí)間差會(huì)被反映為信號(hào)phv[k]與phr[k]的數(shù)值差。舉例而言，當(dāng)時(shí)鐘ckv鎖定時(shí)鐘fref時(shí)，在時(shí)間標(biāo)記(k0+1)，時(shí)鐘fref的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處會(huì)以(3/4)*tv的時(shí)間差領(lǐng)先于時(shí)鐘ckv的次一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處，而信號(hào)phv[k0+1]與phr[k0+1]間的數(shù)值差(phv[k0+1]-phr[k0+1])＝(3-9/4)＝3/4即反映了此時(shí)間差。類似地，在時(shí)間標(biāo)記(k0+2)下，在時(shí)鐘fref與ckv的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處間未對(duì)齊的時(shí)間差(1/2)*tv會(huì)反映為(phv[k0+2]-phr[k0+2])＝(5-18/4)＝2/4＝1/2。

隨著時(shí)間標(biāo)記k與時(shí)俱進(jìn)，信號(hào)phv[k]與phr[k]的差異(phv[k]-phr[k])會(huì)周期性規(guī)律地變化，以周期tv為單位反映時(shí)鐘fref與ckv間的確定性(非隨機(jī))時(shí)間差(即兩時(shí)鐘在重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處之間的時(shí)間差)(相位誤差)。因此，差異(phv[k]-phr[k])成為誤差e[k]的確定性部份，其所反映的是由頻率指令字符fcw的小數(shù)部份所導(dǎo)致的規(guī)律相位差。亦即，當(dāng)時(shí)鐘ckv鎖定時(shí)鐘fref，誤差e[k]會(huì)等于(phv[k]-phr[k])，或等效地，phr[k]+e[k]-phv[k]＝0。

在時(shí)鐘fref的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處至?xí)r鐘ckv的次一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處間的規(guī)律性未對(duì)齊差異會(huì)落在一周期tv的范圍內(nèi)；等效而言，差異(phv[k]-phr[k])，即誤差e[k]的確定性部份，會(huì)是一個(gè)小數(shù)(或等于零)。既然信號(hào)phv[k]為整數(shù)，誤差e[k]的確定性部份會(huì)關(guān)聯(lián)于信號(hào)phr[k]的小數(shù)部份。就實(shí)際應(yīng)用而言，誤差e[k]還包括一隨機(jī)本質(zhì)的變動(dòng)部份，反映噪聲(如振蕩器10的噪聲)導(dǎo)致的隨機(jī)相位誤差。

更一般化地，假設(shè)頻率指令字符可表示為nv/nr，nv與nr均為整數(shù)但nv并非nr的整數(shù)倍，則誤差e[k]的確定性部份會(huì)在時(shí)鐘ckr的每nr個(gè)周期規(guī)律性地重復(fù)，亦即，誤差e[k]與e[k+nr]的確定性部份相等，且可依據(jù)頻率指令字符fcw的累計(jì)值(即信號(hào)phr[k])的小數(shù)部份與信號(hào)phv[k]予以預(yù)測(cè)。假設(shè)在時(shí)間標(biāo)記k0時(shí)信號(hào)phv[k0]與phr[k0]相等，若調(diào)整振蕩器10以使信號(hào)phr[k]的整數(shù)部份每間隔時(shí)鐘ckr的nr個(gè)周期(即在時(shí)間標(biāo)記k0、(k0+nr)等等)便和整數(shù)信號(hào)phv[k]相符，即暗示了頻率鎖定的達(dá)成。不過(guò)，由于時(shí)鐘ckr的nr個(gè)周期會(huì)涵蓋許多個(gè)時(shí)鐘ckv的周期，若不能在時(shí)鐘ckr的每nr個(gè)周期內(nèi)完整監(jiān)控誤差e[k]，時(shí)鐘ckv的周期tv便會(huì)浮動(dòng)漂移。為達(dá)成精細(xì)的相位鎖定，可采用一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以在時(shí)鐘ckr的每個(gè)周期數(shù)字地偵測(cè)誤差e[k]，使振蕩器10能依據(jù)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出而被調(diào)整，以確保(phr[k]+e[k]-phv[k])會(huì)在每個(gè)時(shí)間標(biāo)記k均趨近零。

請(qǐng)參考圖2，其所示意的是一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20的實(shí)施例。時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20耦接于兩輸入端22a與22b，分別接收兩信號(hào)tdc_in與ref_in；時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20亦輸出一信號(hào)et[k]以作為一數(shù)字轉(zhuǎn)換輸出。當(dāng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20被用以偵測(cè)圖1中的誤差e[k]時(shí)，時(shí)鐘fref與ckv分別被接收為信號(hào)ref_in與tdc_in。較佳地，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20用以將信號(hào)ref_in的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處16b與信號(hào)tdc_in的次一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處16c間的時(shí)間差dt數(shù)字化(量化)，使誤差e[k]可由數(shù)字信號(hào)et[k]代表。一實(shí)施例中，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20是一符合因果(causal)的系統(tǒng)；故其不能在信號(hào)ref_in的升緣16b預(yù)見(jiàn)信號(hào)tdc_in的次一升緣16c。因此，所欲的誤差量測(cè)是從周期tv中減去時(shí)間tr而間接地達(dá)成。一實(shí)施例中，在信號(hào)tdc_in的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處16a與信號(hào)ref_in的后續(xù)重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處16b間的上升時(shí)間tr會(huì)被量測(cè)與量化；既然dt＝(tv-tr)，誤差e[k]可推導(dǎo)為：e[k]＝(dt/tv)＝(1-(tr/tv))。在此實(shí)施例中，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20并未直接產(chǎn)生誤差e[k]，而是時(shí)間tr的量化值，其會(huì)被除以周期tv，或是乘以1/tv_avg，其中，平均周期tv_avg是變量時(shí)鐘ckv的周期tv的長(zhǎng)期平均。因此，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的直接輸出即為tr/tv的量化值，對(duì)應(yīng)于誤差e[k]的負(fù)值。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員可了解的，在加法器50的輸入(于圖3中討論)中改變正負(fù)號(hào)，即可容易地達(dá)成負(fù)值運(yùn)算。如此，將兩輸入信號(hào)ref_in與tdc_in間的差異時(shí)間tr最小化，等效上就是將誤差e[k]極大化(但其值不會(huì)大于1)。在算式(1-e[k])中，由于常數(shù)1可在相位鎖定回路系統(tǒng)(pllsystem)中輕易地被吸收，故(1-e[k])可方便地記為(-e[k])。亦即，針對(duì)信號(hào)ref_in的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處16b與信號(hào)tdc_in的兩相鄰重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處16a與16c，重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處16b與后續(xù)重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處16c間的時(shí)間差異可用誤差e[k]代表，重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處16b和前一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處16a間的時(shí)間差異則可用誤差(-e[k])代表，兩者皆可用來(lái)追蹤信號(hào)ref_in與tdc_in間的時(shí)間差(相位差)，故可視應(yīng)用的方便選擇運(yùn)用。

時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20的一實(shí)施例包括有多個(gè)(l個(gè))串接的延遲單元18(例如反相器)，多個(gè)由信號(hào)ref_in觸發(fā)的觸發(fā)器24，以及一碼緣偵測(cè)器(codeedgedetector)26。各延遲單元18可在信號(hào)tdc_in中引入一單位延遲時(shí)間t_inv，并輸出至一對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器24與次一延遲單元18。當(dāng)信號(hào)ref_in的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處觸發(fā)各觸發(fā)器24而取得一個(gè)由比特q(1)、q(2)...q(l)形成的數(shù)碼時(shí)，重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處16a的發(fā)生會(huì)被反映為比特q(1)至q(l)間的碼緣(codeedge)；據(jù)此，碼緣偵測(cè)器26便會(huì)以單位延遲時(shí)間t_inv為單位而量化上升時(shí)間tr，并輸出為信號(hào)et[k]。亦即，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20的時(shí)間量化解析度取決于各延遲單元18的單位延遲時(shí)間t_inv。延遲單元18的總數(shù)l則決定了時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20的量測(cè)范圍，此時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍可估算為l*t_inv。短于此時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍的時(shí)間間隔可以被偵測(cè)，而長(zhǎng)于此時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍的時(shí)間間隔就無(wú)法被時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20偵測(cè)出來(lái)。當(dāng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20被用來(lái)偵測(cè)圖1中的誤差e[k]，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的范圍應(yīng)該完整涵蓋一個(gè)周期tv。

為了要以更精細(xì)的解析度偵測(cè)誤差e[k]以使時(shí)鐘ckv的特性更佳，單位延遲時(shí)間t_inv應(yīng)遠(yuǎn)小于周期tv。連帶地，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20需要的延遲單元18的總數(shù)l就會(huì)變的極多，以使時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍足以涵蓋周期tv。舉例而言，要以7ps(1ps為百萬(wàn)分之一秒的百萬(wàn)分之一)涵蓋2.4ghz的周期，大約需要60個(gè)延遲單元18以實(shí)現(xiàn)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20。所用的延遲單元18越多，消耗的功率越大，其所導(dǎo)致的供電干擾(例如供應(yīng)電壓的變動(dòng)及/或降低)也越嚴(yán)重。要將嚴(yán)重的供電干擾穩(wěn)定下來(lái)，就需使用大面積的去耦電容，為實(shí)現(xiàn)一有效的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器所需占用的面積也就會(huì)因而增加。再者，嚴(yán)重的供電干擾也會(huì)使時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的線性度降低，因?yàn)閱挝谎舆t時(shí)間t_inv會(huì)隨供應(yīng)電壓變動(dòng)而漂移。因此，需要有支援的周邊技術(shù)以降低所需的延遲單元數(shù)目，并增進(jìn)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的線性度。

請(qǐng)參考圖3，其所示意的是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的頻率合成器30。頻率合成器30包括有一個(gè)用以接收一頻率指令字符fcw的頻率指令字符輸入端32a、一個(gè)用以接收一頻率參考時(shí)鐘fref的頻率參考輸入端32b、一參考相位累計(jì)器34、一變量相位累計(jì)器36、一回路濾波器38、一振蕩器10、一相位平移器46、一平移控制器42、一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40、一加法器50與一重定時(shí)器12。振蕩器10用以依據(jù)一振蕩器調(diào)整字符otw而提供一變量時(shí)鐘ckv，例如一射頻時(shí)鐘，以使變量時(shí)鐘ckv的頻率會(huì)在變量時(shí)鐘ckv鎖定頻率參考時(shí)鐘fref時(shí)等于頻率指令字符fcw乘以頻率參考時(shí)鐘fref。

重定時(shí)器12耦接振蕩器10與頻率參考時(shí)鐘fref，用以在變量時(shí)鐘ckv的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處(例如升緣)對(duì)頻率參考時(shí)鐘fref重定時(shí)，以提供一重定時(shí)參考時(shí)鐘ckr。參考相位累計(jì)器34經(jīng)由頻率參考輸入端32b耦接頻率參考時(shí)鐘fref，用以依據(jù)頻率參考時(shí)鐘fref的各周期(例如說(shuō)在重定時(shí)參考時(shí)鐘ckr的各重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處)累計(jì)頻率指令字符fcw，據(jù)以提供一參考相位信號(hào)phr[k]。在圖3中，參考相位信號(hào)phr[k]可分解為一小數(shù)部份phrf[k]與一整數(shù)部份phri[k]。變量相位累計(jì)器36耦接振蕩器10，用以累計(jì)變量時(shí)鐘ckv的周期數(shù)，據(jù)以提供一變量相位信號(hào)phv[k]。

相位平移器46耦接于振蕩器10與平移控制器42，用以依據(jù)一平移控制信號(hào)sel而改變變量時(shí)鐘ckv的相位，據(jù)以提供一平移變量時(shí)鐘ckv’?；蛘?，相位平移器46可由變量時(shí)鐘ckv的多個(gè)相位中選擇其一以進(jìn)行相位改變。該多個(gè)相位可于相位平移器46內(nèi)部產(chǎn)生。時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40的功能類似于圖2所示的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器20；時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40耦接相位平移器46與頻率參考輸入端32b，用以將頻率參考時(shí)鐘fref與平移變量時(shí)鐘ckv’分別接收為信號(hào)ref_in與tdc_in，并依據(jù)頻率參考時(shí)鐘fref與平移變量時(shí)鐘ckv’間的時(shí)間差提供一小數(shù)誤差修正信號(hào)phf1[k]。亦即，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40是用以偵測(cè)(量化)頻率參考時(shí)鐘fref的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處與平移變量時(shí)鐘ckv’的前一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處間的時(shí)間差，并以一信號(hào)et[k]反映偵測(cè)到的時(shí)間差；而小數(shù)誤差修正信號(hào)phf1[k]則是以變量時(shí)鐘ckv的周期tv為單位計(jì)量該時(shí)間差，其是將信號(hào)et[k]正規(guī)化至一平均周期tv_avg而得；其中，平均周期tv_avg是變量時(shí)鐘ckv的周期tv的長(zhǎng)期平均，因?yàn)橹芷趖v可泛指一時(shí)變量。

為和相位平移器46協(xié)同運(yùn)作，平移控制器42耦接相位平移器46，用以提供平移控制信號(hào)sel與另一小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]。加法器50耦接變量相位累計(jì)器36、參考相位累計(jì)器34、平移控制器42與時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40，用以依據(jù)參考相位信號(hào)phr[k]、變量相位信號(hào)phv[k]及小數(shù)誤差修正信號(hào)phf1[k]與phf2[k]的數(shù)值組合(phr[k]+phf1[k]+phf2[k]-phv[k])提供一信號(hào)phe[k]?；芈窞V波器38耦接于振蕩器10與加法器50之間，用以依據(jù)信號(hào)phe[k]提供振蕩器調(diào)整字符otw。經(jīng)由振蕩器調(diào)整字符otw，振蕩器10等效上即是依據(jù)參考相位信號(hào)phr[k]、變量相位信號(hào)phv[k]及小數(shù)誤差修正信號(hào)phf1[k]與phf2[k]而調(diào)整變量時(shí)鐘ckv的周期長(zhǎng)短。

請(qǐng)參考圖4，其所示意的是頻率合成器30依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換運(yùn)作。相位平移器46(圖3)用以在變量時(shí)鐘ckv與平移變量時(shí)鐘ckv’之間引入一相位平移量phoffset。由于此相位平移量phoffset，頻率參考時(shí)鐘fref與前一變量時(shí)鐘ckv間的誤差(1-e[k])會(huì)縮減為較小的誤差(1-e’[k])，也就是減小頻率參考時(shí)鐘fref與平移變量時(shí)鐘ckv’間的差異時(shí)間；其中，-e[k]＝-e’[k]+phoffset。換言之，相位平移量phoffset是用以使頻率參考時(shí)鐘fref的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處與平移變量時(shí)鐘ckv’的前一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處間的時(shí)間差遠(yuǎn)小于變量時(shí)鐘ckv的一個(gè)周期tv；亦即，使誤差-e’[k]不會(huì)大于周期tv的一部分。由于平移變量時(shí)鐘ckv’與頻率參考時(shí)鐘fref分別被接收為信號(hào)tdc_in與ref_in，故時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器只需量化一個(gè)明顯小于周期tv的誤差-e’[k]。亦即，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍只需涵蓋單一周期tv的一部份，不需完整涵蓋整個(gè)周期tv。等效而言，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40是當(dāng)平移變量時(shí)鐘ckv’的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處與頻率參考時(shí)鐘fref的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處均發(fā)生于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍的近接處時(shí)才進(jìn)行響應(yīng)；當(dāng)平移變量時(shí)鐘ckv’的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處與頻率參考時(shí)鐘fref的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處未發(fā)生于時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍的近接處時(shí)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器不需進(jìn)行響應(yīng)。既然時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍可被縮減，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40只需數(shù)目較少的延遲單元；因此，不需犧牲時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的解析度，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40的硬件復(fù)雜度、功率消耗、占用的布局面積、供電干擾與非線性度亦可被有效降低。

如圖1所討論，誤差e[k]包括一時(shí)變但可預(yù)測(cè)的確定性部份，對(duì)應(yīng)于(phr[k]-phv[k])?；谡`差-e[k]中規(guī)律變化的確定性部份，平移控制器42會(huì)動(dòng)態(tài)地以平移控制信號(hào)sel設(shè)定相位平移量phoffset，使相位平移量可從誤差-e[k]的確定性部份中減除而形成誤差-e’[k]。舉例而言，當(dāng)誤差-e[k]的確定性部份預(yù)計(jì)將落在1/4(等效于90度的相位)至1/2(180度)的范圍內(nèi)時(shí)，相位平移量phoffset可被設(shè)定為90度(等效于1/4)，使誤差-e’[k]會(huì)維持在0至1/4的范圍內(nèi)。類似地，隨時(shí)間推移，當(dāng)誤差-e[k]的確定性部份將進(jìn)入1/2至3/4的范圍內(nèi)時(shí)，相位平移量phoffset也隨之被設(shè)定為180度(也就是周期tv的1/2)，使誤差-e’[k]仍維持在0至1/4的范圍中。為補(bǔ)償被減除的相位平移量phoffset，平移控制器42會(huì)向加法器50注入小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]，以反映相位平移量phoffset；由于小數(shù)誤差修正信號(hào)phf1[k]代表量化的誤差-e’[k]，故誤差-e[k]可計(jì)算為：-e[k]＝(phf1[k]+phf2[k])，對(duì)應(yīng)于-e[k]＝(-e’[k]+phoffset)。如此，當(dāng)振蕩器10調(diào)整變量時(shí)鐘ckv的周期以將信號(hào)phe[k]最小化時(shí)(也就是將(phr[k]-phv[k]+e[k])＝(phr[k]-phv[k]+phf1[k]+phf2[k])最小化時(shí)，此處假設(shè)為第二類相位鎖定回路)，即可達(dá)成頻率合成。換言之，頻率合成器30可比擬為一全數(shù)字相位鎖定回路(adpll，all-digitalphaselockloop)。

一實(shí)施例中，整數(shù)的變量相位信號(hào)phv[k]為一定點(diǎn)(fixedpoint)數(shù)字字符，由wi個(gè)比特形成。參考相位信號(hào)phr[k]亦為一定點(diǎn)數(shù)字字符，由(wi+wf)個(gè)比特形成，包括一wi個(gè)比特的整數(shù)部份與一wf個(gè)比特的小數(shù)部份。兩小數(shù)誤差修正信號(hào)phf1[k]與phf2[k]可分別用wf個(gè)比特的定點(diǎn)數(shù)字字符來(lái)代表小數(shù)。信號(hào)phe[k]為一個(gè)帶有正負(fù)號(hào)(signed)的定點(diǎn)數(shù)字字符，具有(wi+wf)個(gè)比特，包括一wi個(gè)比特的整數(shù)部份與一wf個(gè)比特的小數(shù)部份。

請(qǐng)參考圖5，其舉例示意本發(fā)明一實(shí)施例的相位平移器46。在圖5中，相位平移器46包括一分頻器44與一相位選擇器48。分頻器44耦接振蕩器10，用以對(duì)變量時(shí)鐘ckv進(jìn)行分頻，以依據(jù)變量時(shí)鐘ckv提供多個(gè)相位相異的候選平移時(shí)鐘ckvp(1)、ckvp(2)、...、ckvp(n)至ckvp(np)。舉例而言，候選平移時(shí)鐘ckvp(n)的相位與候選平移時(shí)鐘ckvp(1)的相位可相差(n-1)*360/np度。相位選擇器48耦接分頻器44與平移控制器42，用以依據(jù)平移控制器42的平移控制信號(hào)sel而從候選平移時(shí)鐘ckvp(1)至ckvp(np)中選出其一以作為平移變量時(shí)鐘ckv’。

一實(shí)施例中，分頻器44用以將變量時(shí)鐘ckv的頻率除以二，據(jù)以提供四個(gè)正交相位(quadraturephase)的候選平移時(shí)鐘ckvp(1)至ckvp(4)；亦即，候選平移時(shí)鐘ckvp(n)與變量時(shí)鐘ckv間相差90*(n-1)度的相位平移量，對(duì)于n＝1至4。請(qǐng)參考圖6，其所示意的是基于正交相位的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換運(yùn)作。原本，誤差-e[k]的完整分布范圍為360度(即變量時(shí)鐘ckv的一個(gè)周期tv)，但由于四正交相位的其中之一會(huì)被選為平移變量時(shí)鐘ckv’，故誤差-e[k]的范圍會(huì)被映射至誤差-e’[k]的較小范圍，其僅為90度，即周期tv的四分之一。

舉例而言，在依據(jù)參考相位信號(hào)phr[k]的小數(shù)部份phrf[k]預(yù)測(cè)到誤差-e[k]將進(jìn)入由0至90度的范圍s0時(shí)，平移控制器42會(huì)將候選平移時(shí)鐘ckvp(1)選為平移變量時(shí)鐘，使誤差-e’[k]亦會(huì)在0至90度的范圍中；平移控制器42也會(huì)將等效于0度的小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]注入至加法器50。當(dāng)誤差-e[k]預(yù)計(jì)進(jìn)入90度至180度的范圍s1時(shí)，平移控制器42會(huì)改將90度相位的候選平移時(shí)鐘ckvp(2)選為平移變量時(shí)鐘ckv’，使誤差-e’[k]仍被限制于0至90度的范圍內(nèi)。對(duì)應(yīng)地，平移控制器42亦會(huì)將一等效于90度(以周期tv為單位時(shí)即1/4)的小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]注入至加法器50。

類似地，當(dāng)誤差-e[k]將要進(jìn)入至180度至270度的范圍s2時(shí)，和候選平移時(shí)鐘ckvp(1)相差180度的候選平移時(shí)鐘ckvp(3)會(huì)被選出，使誤差-e’[k]仍維持于0至90度的范圍；等效于180度(數(shù)值1/2)的小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]亦會(huì)被注入至加法器50。當(dāng)誤差-e[k]預(yù)計(jì)將要進(jìn)入至270度至360度的范圍s3時(shí)，與候選平移時(shí)鐘ckvp(1)相差270度的候選平移時(shí)鐘ckvp(4)會(huì)被選出，讓誤差-e’[k]仍可維持于0至90度的范圍；為補(bǔ)償從誤差-e[k]中被減除的270度相位平移量，等效于270度的小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]會(huì)被注入至加法器50。

如圖5所示，因?yàn)闀r(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40用以偵測(cè)誤差-e’[k]而非誤差-e[k]，故時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍僅需涵蓋0至90度，即變量時(shí)鐘ckv的周期tv的四分之一，而非完整的一個(gè)周期tv。

由圖3至圖6的實(shí)施例可知，本發(fā)明可為時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40提供支援周邊，包括相位平移器46與平移控制器42。由于誤差-e[k]中規(guī)律時(shí)變的確定性部份可基于參考相位信號(hào)phr[k]的小數(shù)部份而予以預(yù)測(cè)，故可動(dòng)態(tài)地設(shè)定一對(duì)應(yīng)的相位平移量phoffset，并將其從誤差-e[k]中減除以提供另一誤差-e’[k]，使誤差-e’[k]的分布范圍小于一個(gè)完整的周期tv。因此，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40所需的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍便可縮小，使時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40可受益于較低的硬件復(fù)雜度(例如較少的延遲單元及/或去耦電容)、較低的功率消耗、較小的布局面積、較低的供電干擾，并可增進(jìn)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的線性度，而不需犧牲時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的解析度。平移控制器42可用數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)。

請(qǐng)參考圖7，其所示意的是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的頻率合成器60。類似于圖3所示的頻率合成器30，圖7中的頻率合成器60包括有一個(gè)用以接收一頻率指令字符fcw的頻率指令字符輸入端32a、一個(gè)用以接收一頻率參考時(shí)鐘fref的頻率參考輸入端32b、一參考相位累計(jì)器34、一變量相位累計(jì)器36、一回路濾波器38、一振蕩器10、一平移控制器62、一相位平移器66、一時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40、一加法器50與一重定時(shí)器12。振蕩器10依據(jù)一振蕩器調(diào)整字符otw提供一變量時(shí)鐘ckv，例如一射頻時(shí)鐘，以在變量時(shí)鐘ckv鎖定頻率參考時(shí)鐘fref時(shí)使變量時(shí)鐘ckv的頻率等于頻率指令字符fcw乘以頻率參考時(shí)鐘fref的頻率。在頻率合成器60中，參考相位累計(jì)器34、變量相位累計(jì)器36、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40、加法器50與重定時(shí)器12的運(yùn)作與功能可由圖3頻率合成器30中的相同元件推論得知。變量相位累計(jì)器36耦接振蕩器10，用以在變量時(shí)鐘ckv的各重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處累計(jì)一單位計(jì)數(shù)，據(jù)以提供一變量相位信號(hào)phv[k]。依據(jù)重定時(shí)器12的重定時(shí)參考時(shí)鐘ckr，參考相位累計(jì)器34響應(yīng)重定時(shí)參考時(shí)鐘ckr的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處而累計(jì)頻率指令字符fcw，以提供一參考相位信號(hào)phr[k]。

相位平移器66，例如一數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換器(dtc，digital-to-timeconverter)，耦接于頻率參考輸入端32b與時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40，用以依據(jù)一平移控制信號(hào)sel延遲頻率參考時(shí)鐘fref(或改變其相位)，據(jù)以提供一平移參考時(shí)鐘fref’。變量時(shí)鐘ckv與平移參考時(shí)鐘fref’分別作為信號(hào)tdc_in與ref_in而輸入至?xí)r間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40，故時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40偵測(cè)(量化)的是介于平移參考時(shí)鐘fref’的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處與變量時(shí)鐘ckv的前一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處之間的誤差-e’[k](時(shí)間差)，并據(jù)以提供一小數(shù)誤差修正信號(hào)phf1[k]作為響應(yīng)。為與相位平移器66協(xié)同運(yùn)作，平移控制器62(例如一數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換補(bǔ)償器)耦接于相位平移器66與加法器50，用以依據(jù)參考相位信號(hào)phr[k]的小數(shù)部份phrf[k]而提供一平移控制信號(hào)(如一轉(zhuǎn)換數(shù)字控制)sel與另一小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]。在平移控制器62與相位平移器66的支援下，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍會(huì)小于變量時(shí)鐘ckv周期tv的一部分。

請(qǐng)參考圖8，其所示意的是相位平移器66、平移控制器62與時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40的協(xié)同運(yùn)作情形。在頻率參考時(shí)鐘fref的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處與變量時(shí)鐘ckv的前一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處間有誤差-e[k]，而相位鎖定即需要此誤差-e[k]的相關(guān)信息；對(duì)此，平移控制器62會(huì)依據(jù)參考相位信號(hào)phr[k]的小數(shù)部份動(dòng)態(tài)地調(diào)整平移控制信號(hào)sel與小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]，使平移控制信號(hào)sel與小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]可追隨誤差-e[k]的確定性部份而更新。相位平移器66用以使頻率參考時(shí)鐘fref的相位改變(等效上即延遲)一相位平移量phdelay；此相位平移量phdelay是依據(jù)平移控制信號(hào)sel所設(shè)定，其是用以使平移參考時(shí)鐘fref’的一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處與變量時(shí)鐘ckv的前一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處之間的誤差-e’[k]小于周期tv的一部分，亦小于等于誤差-e[k]。等效地，相位平移量phdelay會(huì)誤差-e[k]中被減除而形成誤差-e’[k]。因?yàn)闀r(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40僅需量化較小的誤差-e’[k]而非誤差-e[k]，故時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40可受益于較小的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍。小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]用以補(bǔ)償減除的相位平移量phdelay，如圖7與圖8所示。

舉例而言，當(dāng)誤差-e[k]在1/4至1/2的范圍中，平移控制器62可將相位平移量phdelay較佳地設(shè)定為(1/4)*tv，使時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40所需量測(cè)的誤差-e’[k]會(huì)介于0至1/4的范圍。當(dāng)誤差-e[k]在1/2至3/4的范圍中，平移控制器62可改將相位平移量phdelay較佳地設(shè)定為(1/2)*tv，使時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40所需量測(cè)的誤差-e’[k]仍維持在0至1/4的范圍，而非0至1的完整范圍。因?yàn)闀r(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40是在變量時(shí)鐘ckv的一轉(zhuǎn)態(tài)處與平移參考時(shí)鐘fref’的一轉(zhuǎn)態(tài)處發(fā)生在時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍的近接處時(shí)進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)變量時(shí)鐘ckv的一轉(zhuǎn)態(tài)處與平移參考時(shí)鐘fref’的一轉(zhuǎn)態(tài)處未發(fā)生在時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍的近接處時(shí)則不進(jìn)行響應(yīng)，故時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40的硬件復(fù)雜度(如所需的延遲單元數(shù)目)可有效降低，有助于功率消耗的減少、供電干擾的降低與線性度的改進(jìn)。

一實(shí)施例中，頻率參考時(shí)鐘fref的頻率遠(yuǎn)低于射頻變量時(shí)鐘ckv的頻率，故相位平移器66僅需于低速運(yùn)作。一實(shí)施例中，相位平移器66以一數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)，用以將數(shù)字的平移控制信號(hào)sel(即轉(zhuǎn)換數(shù)字控制)轉(zhuǎn)換為相位平移量phdelay(即一延遲時(shí)間)。此數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換器可用數(shù)字可編程延遲線(digitallyprogrammabledelayline)實(shí)現(xiàn)。為確保適當(dāng)抗擾性(immunity)以對(duì)抗制程、供電電壓與溫度變異，頻率合成器60可包括數(shù)字時(shí)間轉(zhuǎn)換器的相關(guān)校正機(jī)制及/或程序。

在圖3、圖5與圖7的實(shí)施例中，振蕩器10是經(jīng)微調(diào)的振蕩器；其經(jīng)調(diào)整以使變量時(shí)鐘ckv得以追蹤頻率參考時(shí)鐘fref。由加法器50提供的信號(hào)phe[k]會(huì)經(jīng)由回路濾波器38回授至振蕩器10，使變量時(shí)鐘ckv得以被進(jìn)一步更好地微調(diào)。一實(shí)施例中，回路濾波器38是一數(shù)字低通濾波器?；芈窞V波器38可用有限脈沖響應(yīng)(fir，finiteimpulseresponse)濾波器與無(wú)限脈沖響應(yīng)(iir，infiniteimpulseresponse)濾波器組合架構(gòu)而成。舉例而言，一實(shí)施例中，回路濾波器38線性地組合信號(hào)phe與信號(hào)phe的累計(jì)值而提供振蕩器調(diào)整字符，使頻率合成器為第二類回路。

在圖3、圖5與圖7的實(shí)施例中，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40接收高速的平移變量時(shí)鐘ckv’(圖3與圖5)或變量時(shí)鐘ckv(圖7)作為信號(hào)tdc_in，并接收低速的頻率參考時(shí)鐘fref(圖3與圖5)或平移參考時(shí)鐘fref’(圖7)作為信號(hào)ref_in。時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40量化信號(hào)tdc_in與ref_in的間的時(shí)間差，并在信號(hào)ref_in的各重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處更新小數(shù)誤差修正信號(hào)phf1[k]。然而，不論小數(shù)誤差修正信號(hào)phf1[k]是否被觸發(fā)更新，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器40都會(huì)持續(xù)地接收高速觸變(toggling)的信號(hào)tdc_in。高速觸變會(huì)消耗許多功率，導(dǎo)致嚴(yán)重的供電干擾，并連帶使時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的線性度劣化。為解決此難點(diǎn)，本發(fā)明以一功率管理機(jī)制來(lái)抑制信號(hào)tdc_in中非必要的脈沖，僅保留領(lǐng)先于信號(hào)ref_in的次一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處最接近的單一脈沖，據(jù)此降低功率消耗與供電干擾，而正常的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換也不會(huì)受到影響。

請(qǐng)參考圖9，其所示意的是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的頻率合成器70。類似于頻率合成器30與60，頻率合成器70包括用以接收一頻率指令字符fcw的頻率指令字符輸入端32a、用以接收一頻率參考時(shí)鐘fref的頻率參考輸入端32b、用以產(chǎn)生一變量時(shí)鐘ckv的振蕩器10、用以在變量時(shí)鐘ckv的各重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處對(duì)頻率參考時(shí)鐘fref進(jìn)行重定時(shí)以提供一重定時(shí)參考時(shí)鐘ckr的重定時(shí)器12、依據(jù)重定時(shí)參考時(shí)鐘ckr累計(jì)頻率指令字符fcw以提供一參考相位信號(hào)phr[k]的參考相位累計(jì)器34、在變量時(shí)鐘ckv的各重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處累計(jì)單位計(jì)數(shù)以提供一變量相位信號(hào)phv[k]的變量相位累計(jì)器36、用以量化信號(hào)tdc_in與ref_in間的時(shí)間差并據(jù)以提供一小數(shù)誤差修正信號(hào)phf1[k]的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器80、用以提供信號(hào)phe[k]的加法器50，以及回路濾波器38，用以響應(yīng)信號(hào)phe[k]而向振蕩器10提供一振蕩器調(diào)整字符otw。

再者，頻率合成器70更包括一個(gè)用以接收一信號(hào)tdc_in0的變量時(shí)鐘輸入端78a、一個(gè)用以接收一信號(hào)ref_in0的頻率參考輸入端78b、一平移控制器72、一相位平移器76與一功率管理電路74。平移控制器72用以依據(jù)參考相位信號(hào)phr[k]的小數(shù)部份phrf[k]而提供另一小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]與一平移控制信號(hào)sel，使加法器50能將數(shù)值差(phr[k]-phv[k])與數(shù)值和(phf1[k]+phf2[k])相加而提供信號(hào)phe[k]。相位平移器76耦接平移控制器72，用以改變變量時(shí)鐘ckv或頻率參考時(shí)鐘fref的相位，而信號(hào)tdc_in0與ref_in0就分別依據(jù)變量時(shí)鐘ckv與頻率參考時(shí)鐘fref而提供。功率管理電路74耦接變量時(shí)鐘輸入端78a與頻率參考輸入端78b，并輸出信號(hào)ref_in與tdc_in；其中，信號(hào)tdc_in被提供為信號(hào)tdc_in0中的單一脈沖，其領(lǐng)先于信號(hào)ref_in的次一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處。

一實(shí)施例中，平移控制器72與相位平移器76的協(xié)同運(yùn)作類似于平移控制器42與相位平移器46(圖3)的協(xié)同運(yùn)作；相位平移器76響應(yīng)平移控制信號(hào)sel而將變量時(shí)鐘ckv的相位改變一相位平移量phoffset，并據(jù)此提供平移變量時(shí)鐘ckv’作為信號(hào)tdc_in0。平移控制器72注入小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]以補(bǔ)償相位平移量phoffset，而頻率參考時(shí)鐘fref則被供應(yīng)至功率管理電路74以作為信號(hào)ref_in0。

另一實(shí)施例中，平移控制器72與相位平移器76的協(xié)同運(yùn)作則類似于平移控制器62與相位平移器66(圖7)的協(xié)同運(yùn)作；相位平移器76依據(jù)平移控制信號(hào)sel而將頻率參考時(shí)鐘fref延遲一相位平移量phdelay，據(jù)此提供一平移參考時(shí)鐘fref’以作為信號(hào)ref_in0。平移控制器72注入小數(shù)誤差修正信號(hào)phf2[k]以補(bǔ)償相位平移量phdelay，而變量時(shí)鐘ckv則被提供至功率管理電路74以作為信號(hào)tdc_in0。

經(jīng)由平移控制器72與相位平移器76的協(xié)同運(yùn)作，信號(hào)tdc_in0與ref_in0間的時(shí)間差(即誤差-e’[k])便會(huì)分布在一個(gè)小于完整周期tv的范圍內(nèi)。

請(qǐng)參考圖10，其所示意的是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的功率管理電路74a，其可用以實(shí)現(xiàn)圖9所示的功率管理電路74。功率管理電路74a包括兩邏輯門82a與82b，以及一延遲器(延遲元件)82c。邏輯門82a于兩輸入端耦接信號(hào)ref_in0與ref_in，用以依據(jù)信號(hào)ref_in0與ref_in間邏輯運(yùn)算(如對(duì)信號(hào)ref_in0與信號(hào)ref_in的反相作及運(yùn)算)的結(jié)果提供一門閂(gating)信號(hào)con。延遲器82c耦接信號(hào)ref_in0與邏輯門82a，用以將信號(hào)ref_in0延遲一延遲時(shí)間tdelay而提供信號(hào)ref_in。邏輯門82b于其兩輸入端分別耦接門閂信號(hào)con與信號(hào)tdc_in0，用以依據(jù)信號(hào)tdc_in0與門閂信號(hào)con間及運(yùn)算的結(jié)果而提供信號(hào)tdc_in。

當(dāng)信號(hào)ref_in0在一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84a由邏輯0轉(zhuǎn)態(tài)至邏輯1，邏輯門82a用以將門閂信號(hào)con設(shè)定為邏輯1；當(dāng)信號(hào)ref_in在重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84b由邏輯0轉(zhuǎn)態(tài)至邏輯1，邏輯門82a用以將門閂信號(hào)con設(shè)定回邏輯0。如此，門閂信號(hào)con就會(huì)在重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84a與84b之間的延遲時(shí)間tdelay中維持一邏輯1的窗口。當(dāng)門閂信號(hào)con為邏輯0時(shí)，邏輯門82b用以抑制信號(hào)tdc_in0中的脈沖；當(dāng)門閂信號(hào)con為邏輯1時(shí)，邏輯門82b用以追隨信號(hào)tdc_in0而為信號(hào)tdc_in提供單一脈沖86a，其會(huì)領(lǐng)先于次一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84b。換言之，當(dāng)依據(jù)信號(hào)tdc_in0提供信號(hào)tdc_in時(shí)，只有單一脈沖86a會(huì)保留在信號(hào)tdc_in中，信號(hào)tdc_in0中的其他非必要脈沖，例如脈沖86b與86c，均會(huì)被門閂信號(hào)con抑制。信號(hào)ref_in與tdc_in會(huì)被傳輸至?xí)r間數(shù)字轉(zhuǎn)換器80，而當(dāng)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器80針對(duì)脈沖86a的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84c與信號(hào)ref_in的次一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84b間的時(shí)間間隔tha偵測(cè)(量化)對(duì)應(yīng)的時(shí)間差時(shí)，即可取得誤差-e’[k]。

借著抑制非必要脈沖并在信號(hào)ref_in的次一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處之前保留單一脈沖，即可避免對(duì)時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器80的高速觸變，亦不會(huì)影響時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器80的正常功能；因此，功率消耗可以有效降低，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的線性度也會(huì)因供電干擾被抑制而隨之提高。在信號(hào)ref_in的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84b之后，不論信號(hào)tdc_in中是否出現(xiàn)另一(或數(shù)個(gè))其他脈沖(例如脈沖86d)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器80的正確運(yùn)作都不會(huì)受影響，因?yàn)闀r(shí)間間隔tha會(huì)在重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處86d之前就被測(cè)量(更新)。不過(guò)，信號(hào)tdc_in中的其他脈沖，會(huì)對(duì)電壓供應(yīng)網(wǎng)路的運(yùn)作造成負(fù)面影響，故這些脈沖是非理想而應(yīng)盡量閘除的。

由于平移控制器72與相位平移器76的協(xié)同運(yùn)作，信號(hào)tdc_in0與ref_in0間誤差-e’[k]的長(zhǎng)短會(huì)落在比一周期tv還短的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，而延遲時(shí)間tdelay可被設(shè)定為小于周期tv。反之，若誤差-e’[k]的長(zhǎng)短分布在一個(gè)完整周期tv中，延遲時(shí)間tdelay就必須比周期tv還長(zhǎng)，以確保延遲時(shí)間tdelay的窗口能在誤差-e’[k]較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間狀況下仍可在信號(hào)tdc_in中捕捉到至少一個(gè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處。然而，若延遲時(shí)間tdelay長(zhǎng)于周期tv，其窗口會(huì)傾向于在信號(hào)tdc_in中捕捉多個(gè)脈沖，而時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的線性度也就因此而降低，因?yàn)橹攸c(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84b之前的多余脈沖會(huì)在測(cè)量時(shí)間間隔tha時(shí)導(dǎo)致較高的供電干擾。

對(duì)于延遲時(shí)間tdelay的適當(dāng)設(shè)定值，延遲時(shí)間tdelay的下限是時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍，而其上限的設(shè)定則是要在重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84b之前避免過(guò)多脈沖。因此，延遲時(shí)間tdelay的可容許變異是正負(fù)(tv/2-tc)/2，其中tc即代表時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍。

請(qǐng)參考圖11與圖12；圖11示意的是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的另一功率管理電路74b，而圖12示意的則是功率管理電路74b在兩種不同狀況下的運(yùn)作。功率管理電路74b可用以實(shí)現(xiàn)圖9所示的功率管理電路74。功率管理電路74b包括兩個(gè)邏輯門82a與82b、一延遲器82c與一電平感測(cè)電路82d。邏輯門82a的兩輸入端分別耦接信號(hào)ref_in0與ref_in，用以依據(jù)信號(hào)ref_in0與ref_in間邏輯運(yùn)算的結(jié)果提供一門閂信號(hào)con。延遲器82c耦接信號(hào)ref_in0與邏輯門82a，用以將信號(hào)ref_in0延遲一延遲時(shí)間tdelay而提供信號(hào)ref_in。電平感測(cè)電路82d的兩輸入端耦接信號(hào)tdc_in0與門閂信號(hào)con，用以依據(jù)信號(hào)tdc_in0與門閂信號(hào)con而提供另一門閂信號(hào)con’。邏輯門82b的兩輸入端耦接門閂信號(hào)con’與信號(hào)tdc_in0，用以依據(jù)信號(hào)tdc_in0與門閂信號(hào)con’間與運(yùn)算的結(jié)果提供信號(hào)tdc_in。

如圖12所示，當(dāng)信號(hào)ref_in0在重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84a由邏輯0轉(zhuǎn)態(tài)為邏輯1，邏輯門82a用以將門閂信號(hào)con設(shè)定為邏輯1；當(dāng)信號(hào)ref_in在重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84b由邏輯0轉(zhuǎn)態(tài)為邏輯1，邏輯門82a用以將門閂信號(hào)con設(shè)定回邏輯0。如圖12的狀況1所示，當(dāng)門閂信號(hào)con在轉(zhuǎn)態(tài)處90a由邏輯0轉(zhuǎn)態(tài)為邏輯1時(shí)，若信號(hào)tdc_in0為邏輯0，則電平感測(cè)電路82d用以在轉(zhuǎn)態(tài)處90b將門閂信號(hào)con’設(shè)定為邏輯1。另一方面，如圖12的狀況2所示，當(dāng)門閂信號(hào)con在轉(zhuǎn)態(tài)處90a由邏輯0轉(zhuǎn)態(tài)為邏輯1時(shí)，若信號(hào)tdc_in0為邏輯1，則電平感測(cè)電路82d會(huì)等信號(hào)tdc_in0在稍后轉(zhuǎn)態(tài)回邏輯0時(shí)才在轉(zhuǎn)態(tài)處90c將門閂信號(hào)con’設(shè)定為邏輯1。電平感測(cè)電路82d更用以在門閂信號(hào)con轉(zhuǎn)態(tài)回邏輯0時(shí)將門閂信號(hào)con’設(shè)定回邏輯0。換言之，在門閂信號(hào)con在延遲時(shí)間tdelay開(kāi)通的窗口中，當(dāng)信號(hào)tdc_in0為邏輯0時(shí)，電平感測(cè)電路82d會(huì)在門閂信號(hào)con’中開(kāi)通一第二窗口。

當(dāng)門閂信號(hào)con’為邏輯0，邏輯門82b用以抑制信號(hào)tdc_in0中的脈沖，如脈沖88a與88b。當(dāng)門閂信號(hào)con’為邏輯1，邏輯門82b則用以追隨信號(hào)tdc_in0而為信號(hào)tdc_in提供一單一脈沖86a，使信號(hào)tdc_in在信號(hào)ref_in的重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84b之前只會(huì)有脈沖86a的單一重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84c。時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器80可測(cè)量重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84c與84b間的時(shí)段而偵測(cè)出誤差-e’[k]。在信號(hào)tdc_in中，因?yàn)橹攸c(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84b之前只有單一脈沖86a，故可避免時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器80的非必要觸變，并提升時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器80的線性度。

如圖12的狀況2所示，若以門閂信號(hào)con柵除(gate)信號(hào)tdc_in0中的脈沖，在重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處90a與降緣轉(zhuǎn)態(tài)處90d之間會(huì)有一多余脈沖被包括在信號(hào)tdc_in中，而此多余脈沖就會(huì)降低時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器80的線性度。然而，由于電平感測(cè)電路82d會(huì)適應(yīng)性地避開(kāi)信號(hào)tdc_in0為邏輯1的時(shí)段，故可用門閂信號(hào)con’的較窄窗口排除多余脈沖；如此，便可確保重點(diǎn)轉(zhuǎn)態(tài)處84b之前只有單一脈沖，以維護(hù)線性度。在電平感測(cè)電路82d的運(yùn)作下，功率管理電路74b會(huì)更強(qiáng)健，對(duì)延遲器82c的延遲時(shí)間變異有較佳的抗擾性，因?yàn)檠舆t時(shí)間tdelay的可容許延遲變異會(huì)被擴(kuò)大為正負(fù)(tv-tc)/2。

請(qǐng)參考圖13，其所示意的是電平感測(cè)電路82d的一個(gè)例子，其包括有一反相器94與一sr鎖存器，該sr鎖存器由兩個(gè)與非門92a與92b形成。與非門92a的兩輸入端與一輸出端分別耦接信號(hào)tdc_in0、節(jié)點(diǎn)n0與節(jié)點(diǎn)n1。與非門92b的兩輸入端與一輸出端則分別耦接門閂信號(hào)con、節(jié)點(diǎn)n1與節(jié)點(diǎn)n0。反相器94耦接于與非門92b與邏輯門82b之間。當(dāng)信號(hào)tdc_in0為邏輯1時(shí)，門閂信號(hào)con’會(huì)被鎖存為邏輯0，而當(dāng)信號(hào)tdc_in0為邏輯0時(shí)，門閂信號(hào)con’便會(huì)被釋放而得以追隨門閂信號(hào)con。

總結(jié)而言，本發(fā)明為數(shù)字頻率合成器中的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供了相關(guān)的支援周邊。當(dāng)在以數(shù)字頻率合成器監(jiān)控變量時(shí)鐘與頻率參考時(shí)鐘間的時(shí)間差(相位誤差)時(shí)，變量時(shí)鐘與頻率參考時(shí)鐘其中之一的相位會(huì)依據(jù)頻率指令字符的累計(jì)值適應(yīng)性地平移，以使所述時(shí)間差可被維持在變量時(shí)鐘的部分周期之內(nèi)，時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍也就能設(shè)定成短于變量時(shí)鐘的完整周期。再者，饋向至?xí)r間數(shù)字轉(zhuǎn)換器的非必要高頻觸變脈沖也能被閘除，而不影響時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的正常功能。較小的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換范圍與觸變的閘除可為頻率合成器帶來(lái)許多優(yōu)點(diǎn)，例如使時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換的線性度改善、降低硬件復(fù)雜度、減少功率消耗、縮減布局面積、降低去耦電容的需求，并可抑制供電干擾。