專利名稱：多頻段壓控振蕩器模塊、相位鎖相回路以及其相關方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓控振蕩器模塊和使用此模塊的相位鎖相回路以及相關方 法，特別是涉及多頻段壓控振蕩器模塊和使用此模塊的相位鎖相回路以及相 關方法。
背景技術：
在電子系統(tǒng)中，通常都會有PLL (Phase Locked Loop，相位鎖相回路)電 路的存在以使信號同步。圖1示出了已知技術中的PLL電路100的方塊圖。 如圖1所示，PLL電路100通常會包含一相位檢測器101、 一電荷泵103、 一低通濾波器105、 一壓控振蕩器107、 一分頻器109以及一分頻器111。分 頻器111用以分頻一輸入信號IS (具有輸入頻率Fin)以形成一參考信號RS (具有參考頻率Fr)。相位檢測器101用以比較參考信號RS以及輸出信號0US (具有輸出頻率Fou)以輸出一相位檢測信號DS。電荷泵103根據(jù)相位檢測信 號DS而決定增加或減少輸出的電荷。電荷泵103輸出的電荷(或等效的電 壓)經(jīng)過低通濾波器105處理后，形成一濾波后控制電壓VCF，壓控振蕩器 107便根據(jù)控制電荷Vc決定輸出的振蕩信號OS (其具有振蕩頻率Fo)。分頻 器109分頻振蕩信號OS以形成輸出信號0US。其它詳細結構以及操作方式為 本領域技術人員所熟悉，故在此不再贅述。若希望壓控振蕩器能夠輸出具有廣范圍頻率的信號，則其須具有較高的 增益。然而，控制電壓容易受環(huán)境因素影響如電荷泵的電流或控制路徑等而 有所變動，且具有高增益的壓控振蕩器對于控制電壓的變動較為敏感。因此， 以高增益來輸出具有廣范圍頻率的信號的壓控振蕩器會有輸出信號變動的 問題(像是信號抖動，jitter )。發(fā)明內容因此，本發(fā)明的一目的為提供一種多頻段壓控振蕩器模塊以及使用此控 制模塊的PLL電路，使多頻段壓控振蕩器可在低增益的情況下操作在適當?shù)念l段以提供所須頻率本發(fā)明的一實施例提供了一種多頻段壓控振蕩器模塊，包含 一多頻段壓控振蕩器，用以根據(jù)一頻段選擇信號而操作于多個頻段中的一特定頻段，并依據(jù)一預定參考電壓與該特定頻段來輸出 一振蕩信號；以及一控制模塊， 耦接至該多頻段壓控振蕩器，用以根據(jù)一參考信號的一參考頻率以及該振蕩 信號的 一振蕩頻率來設定該頻段選擇信號。本發(fā)明的另 一實施例提供了 一種相位鎖相回路，其使用了上述的多頻段 壓控振蕩器模塊，此相位鎖相回路包含 一相位檢測器，用以根據(jù)一參考信 號的一參考頻率以及一振蕩信號的一振蕩頻率來產(chǎn)生一相位檢測信號； 一電 荷蟲，耦接至該相位檢測器，用以根據(jù)該相位檢測信號產(chǎn)生一控制電壓；—一 低通濾波器，耦接至該電荷磊，用來依據(jù)該控制電壓產(chǎn)生一濾波后控制電壓； 一開關模塊，耦接至該低通濾波器與一預定參考電壓，用來在一第一模式時 輸出該濾波后控制電壓以及在一第二模式時輸出該預定參考電壓； 一多頻段 壓控振蕩器，耦接至該開關模塊，用以根據(jù)一頻段選擇信號而操作于多個頻 段中的一特定頻段，并依據(jù)該開關模塊的一輸出電壓與該特定頻段來輸出該 振蕩信號；以及一控制模塊，耦接至該參考信號與該多頻段壓控振蕩器，用 以在該第二模式下根據(jù)該參考頻率以及該振蕩頻率來設定該頻段選擇信號。本發(fā)明的另 一 實施例也披露了 一種控制 一 多頻段壓控振蕩器的方法，該 多頻段壓控振蕩器可支持多個頻段，而該方法可使該多頻段壓控振蕩器振蕩 的頻段趨近一目標值所對應的頻率，該方法包含有將該多個頻段分成多階 層的群組，每一階層的群組中至少包含一頻段；在所有階層的群組中根據(jù)該 目標值而分別搜尋一個最接近目標值的頻段；以及從所述搜尋出的頻段中選 出該多頻段壓控振蕩器振蕩的頻段。根據(jù)上述的實施例，可使壓控振蕩器在低增益的情況下，輸出所須頻率， 且上述系統(tǒng)使用開回路(open loop)的運作方式，因此可增快鎖定的時間。


圖1示出了已知技術中的PLL電路的方塊圖。圖2示出了使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的多頻段壓控振蕩器模塊的PLL電路。圖3示出了圖2中固定控制電壓以找出較佳頻段的示意圖。6圖4示出了圖2中以計數(shù)器計算出輸出頻率F。u2的示意圖。圖5示出了圖2中利用本發(fā)明改良的連續(xù)二分搜尋法尋找出較佳頻段的示意圖。附圖符號說明100、 200 PLL電路101、 201相位檢測器103、 203電荷泵105、 205低通濾波器206開關模塊107、 207多頻段壓控振蕩器'208控制模塊109、 111、 209、 211、 213分頻器具體實施方式
在說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定的組件。本領域技 術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個組件。本說 明書及權利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功 能上的差異來作為區(qū)分的準則。在通篇說明書及權利要求當中所提及的「包 含J為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定于」。以外，「耦接」一 詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置 耦接于一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或通 過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置,圖2示出了使用根據(jù)本發(fā)明的實施例的多頻段壓控振蕩器模塊的PLL電 路200。與圖1所示的PLL電路100相比較起來，PLL電路200除了相位檢 測器201、電荷泵203、低通濾波器205、分頻器209 (分頻比為N)以及分 頻器211 (分頻比為M)之外，還包含一開關模塊206、 一控制模塊208以及 一分頻器213 (分頻比為P)，而且在PLL電路200中，壓控振蕩器為一多頻 段壓控振蕩器207。此外，在PLL電路20Q中，控制模塊208和多頻段壓控 振蕩器2 07構成了 一多頻段壓控振蕩器模塊210,此多頻段壓控振蕩器模塊 210雖以PLL電路200作說明，但并不表示多頻段壓控振蕩器模塊210僅可使用在PLL電路200中。相位檢測器201用以根據(jù)一參考信號RS的一參考頻率F「以及一輸出信 號OUS!的一輸出頻率F。^來產(chǎn)生一相位檢測信號DS。電荷磊203用以根據(jù) 相位檢測信號DS產(chǎn)生一控制電荷Ve。低通濾波器205用來依據(jù)控制電荷Vc 產(chǎn)生一濾波后控制電壓VCF。開關模塊206用來在一第一模式(控制模塊不 操作)時輸出濾波后控制電壓VCF以及在一第二模式(控制模塊作動)時輸出 預定參考電壓V^(其可是一常數(shù)值)。多頻段壓控振蕩器207用以根據(jù)一頻 段選擇信號SS而操作于多個頻段中的一特定頻段，并依據(jù)開關模塊的輸出 電壓與特定頻段來輸出振蕩信號0S。控制模塊208用以在第二模式下根據(jù)參 考頻率Ff以及輸出頻率(F。u2)來設定頻段選擇信號SS。簡單來說，在第一模式下，控制模塊208不作用，開關模塊206輸出濾波后控制電壓VcF至多頻段壓控振蕩器207，且PLL電路200作為普通的PLL電路使用。而在第二模式下，開關模塊206使多頻段壓控振蕩器207的控制電壓保持在預定參考電壓Vcal (在此例中為VoD/2, V加可以是PLL電路200的偏壓電壓)，控制模塊208輸出選擇信號SS至多頻段壓控振蕩器207,以自多頻段壓控振蕩器207提供的多頻段中選擇一較佳頻段。圖3示出了圖2中固定控制電壓以找出較佳頻段的示意圖。如圖3所示，多頻段壓控振蕩器207在控制電壓固定的情況下，在不同的頻段會產(chǎn)生不同的頻率。因此，即使控制電壓固定，只要選擇出適當?shù)念l段，多頻段壓控振蕩器207便可提供出所須的頻率。下面將更詳細說明頻段選擇的方法以及其它相關細節(jié)。如上所述，控制模塊208根據(jù)參考頻率F,以及輸出頻率Fw的決定選擇 信號，但因參考頻率Ff為已知的頻率，而輸出頻率F。u2為未知的頻率，因此 須先計算出輸出頻率F。u2。其中一種作法為在控制模塊208中設置一計數(shù)器， 并利用此計數(shù)器根據(jù)參考頻率Fr計算出輸出頻率F。u2。須注意的是，此處所 舉的方法僅用以舉例，并非用以限定本發(fā)明。圖4示出了圖2中以計數(shù)器計 算出輸出頻率F。w的示意圖。如圖4所示，統(tǒng)計參考信號RS的一固定周期內有多少計數(shù)值以得知輸出頻率F。u2與參考頻率&的對應關系。若在參考信號RS的一周期內有B個計數(shù)值，則表示參考頻率Ff為輸出頻率F。a的B倍。 而且，在此實施例中，F(xiàn)。u2=-xFr=BFr,因此當PLL電路200鎖定時，B理應等于豆。故通過判斷計數(shù)值B是否等于！，便可得知多頻段壓控振蕩器 尸 尸207是否運作在適當?shù)念l段。須注意的是，上述的分頻器201, 209, 213因為系統(tǒng)的設計需求或組件的限制而將高頻的信號分頻成低頻信號以利運作，但并不表示PLL電路200 一定需要分頻器，分頻器201， 209, 213當可視系統(tǒng)需求而在PLL電路200移除。在本發(fā)明提供的實施例中，控制模塊208可利用基本二分搜尋法或本發(fā) 明獨具的連續(xù)二分搜尋法(successive binary search)尋找出多頻段壓控振 蕩器207的較佳頻段。圖5示出了圖2中利用各種二分搜尋法尋找出較佳頻 段的示意圖。在此實施例中，使用5位的多頻段壓控振蕩器，因此會有32 個頻段，分別以編號0-31表示的。在圖5所示的實施例中， 一開始先選擇 編號16的頻段(即中間的頻—歐)，再比較前述計數(shù)值B與目標值T (在此實 施例中為N/P)的大小。若B小于T，則往頻率較快的頻段移動1/4總頻段 數(shù)量(在此實施例中為頻段24)。若B大于T，則往頻率較慢的頻段移動1/4 總頻段數(shù)量(在此實施例中為頻段8)。同樣的，在頻段24,若B小于T，則 往頻率較快的頻段移動1/8總頻段數(shù)量(在此實施例中為頻段28)，若B大 于T,則往頻率較慢的頻段移動1/8總頻段數(shù)量(在此實施例中為頻段20)。 類似的步驟會不斷進行，直到計數(shù)值B趨近(或等于)目標值T為止。本發(fā) 明還披露了一種連續(xù)二分搜尋法以尋找出多頻段壓控振蕩器207的較佳頻 段，其跟上述基本二分搜尋法不一樣的地方在于上述基本二分搜尋法尋找到 一樣的值或在某個范圍內便停止，而改良式的二分搜尋法將所有的值都搜尋 一次，再根據(jù)搜尋的結果找出較佳頻段。其中一種作法為，將搜尋后最佳的 頻段地址記錄下來。基本二分搜尋法與本發(fā)明連續(xù)二分搜尋法的運作情形可進一 步以圖5說 明如下。假設，目標值T對應的頻率與頻段5相符。若利用基本二分搜尋法， 可能會由頻段16、頻段8再搜尋到頻段4即停止，因為頻段4對應的頻率范 圍已經(jīng)和目標值T相近。不過，在本發(fā)明的連續(xù)二分搜尋法中，會強制搜尋 到「二分」群組的最后一層(也就是頻段l、 3、 5、 7、 9...、 31的那一層)， 因此本發(fā)明會經(jīng)由頻段16、頻段8、頻段4、頻段6的搜尋過程而搜尋到更 符合目標值T的頻段5，以實現(xiàn)更佳的頻率鎖定。再舉一例，假設目標值T 對應的頻率與頻段12相符，若使用基本二分搜尋法，'會由頻段16、頻段8 而搜尋到頻段12，并停止搜尋。若使用本發(fā)明連續(xù)二分搜尋法，會強制搜尋 到頻段16、頻段8、頻段12、頻段14至頻段13,然后再從中選出較佳(誤 差最小)的頻段12。由此可知，本發(fā)明的改良式連續(xù)二分搜尋法會搜尋至二分群組中的最后一層，可真正地在各頻段中選出最佳(誤差最小)的頻段，不 會像基本二分搜尋法那樣會在搜尋中途停止而錯失真正的最佳頻段。將本發(fā)明改良式連續(xù)二分搜尋法的技術推廣后，本發(fā)明搜尋法的技術精神可描述如下。在利用多頻段壓控振蕩器模塊210的控制模塊208而在第二 模式下進行頻段選擇時，本發(fā)明可將多頻段壓控振蕩器所支持的所有頻段分 成多階層的群組，并在所有階層的群組中都搜尋一個最接近目標值的頻段， 再從搜尋出的頻段中選出最佳(偏離目標值最少)的頻段。更具體地說，本 發(fā)明在由一個群組中選出一個頻段后，可根據(jù)此一頻段而在次一群組中選出 另一個頻段。套用至圖5的實施例中，頻段16為一群組，頻段8及24為次 一階層的群組，頻段4、 12、 20、 28又為次一階層的群組，頻段2、 6、 10、 14、 18、 22、 26、 30再成為次一階層的群組，最后一階層的群組則由頻段1、 3、 5、 7、 9、 11、 13、 15、 17、 19、 21、 23、 25、 27、 29、 31形成。如前面 討論過的，本發(fā)明的改良式二分搜尋法會強制在各階層中分別搜尋一個頻 段，再由各個階層搜尋到的頻段中找出最佳的頻段。而圖5中的箭頭(如由 頻段8指向至頻段4與頻段12的箭頭)，就可代表本發(fā)明在一個群組中選出 一個頻段后如何根據(jù)此一頻段而在次一群組中選出另一個頻段。也就是說， 每一階層的群組中，每一頻段可對應于次一群組中的多個頻段。當本發(fā)明在 某一群組中選出 一個頻段后，就可根據(jù)該頻段在次一群組中所對應的多個頻 段而在次一群組中搜尋出另一個頻段。譬如說，在圖5中，頻段16對應次 一階層群組中的頻段8與頻段24。頻段8又對應次一階層群組中的頻段4 與頻段12,頻段4又對應次一階層群組中的頻段2與頻段6，以此類推。因 此，在進行搜尋時，本發(fā)明就可依據(jù)這種對應關系來進行改良式的連續(xù)二分 搜尋法。當本發(fā)明PLL電路200要開始運作時，可先運作于第二模式，進行上述 的改良式二分搜尋法搜尋出一個最佳的頻段，完成初步的粗調。然后，PLL 電路200就可切換至第一模式，讓相位檢測器201、電荷泵203、低通濾波 器205、多頻鍛壓控振蕩器207此一鎖相回路能進行細調，完成精確的鎖相。 當然，本發(fā)明的運用不限于這種流程。譬如說，本發(fā)明也可周期性地(或在 某條件成立時)重新由第一模式切換為第二模式進行粗調，再切換回第一模 式。在本發(fā)明中，每一階段移動的頻段數(shù)量也不受限于此實施例，當可視需求而有所不同。此外，此實施例雖以比較B和T作為判斷準則，但若前述的 控制模塊208并非以計數(shù)器計數(shù)出輸出信號0US2的輸出頻率F。u2,則可視為 本發(fā)明比較參考頻率Ff與輸出頻率F。u2 (若無分頻器時則為振蕩頻率F。)， 其也在本發(fā)明的范圍之內。根據(jù)上述的實施例，可使壓控振蕩器在低增益的情況下輸出所須頻率， 且上述系統(tǒng)使用開回路(open loop)的運作方式，因此可增快鎖定的時間。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的均等變 化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種多頻段壓控振蕩器模塊，包含一多頻段壓控振蕩器，用以根據(jù)一頻段選擇信號而操作于多個頻段中的一特定頻段，并依據(jù)一預定參考電壓與該特定頻段來輸出一振蕩信號；以及一控制模塊，耦接至該多頻段壓控振蕩器，用以根據(jù)一參考信號的一參考頻率以及該振蕩信號的一振蕩頻率來設定該頻段選擇信號。
2. 如權利要求1所述的多頻段壓控振蕩器模塊，其中該控制模塊根據(jù)該 參考信號計數(shù)該振蕩信號，并依據(jù)一計數(shù)結果來調整該頻段選擇信號。
3. 如權利要求2所述的多頻段壓控振蕩器模塊，其中該控制模塊比較該 計數(shù)結果與 一預定值，并利用連續(xù)二分搜尋法來調整該頻段選擇信號。
4. 如權利要求2所述的多頻段壓控振蕩器模塊，其中該控制模塊比較該 計數(shù)結果與一預定值，并利用一基本二分搜尋法搜尋完所有的該頻段之后， 根據(jù)搜尋結果調整該頻段選擇信號。
5. 如權利要求1所述的多頻段壓控振蕩器模塊，其中該控制模塊比較該 參考頻率與該振蕩頻率，并利用一連續(xù)二分搜尋法來調整該頻段選擇信號。
6. 如權利要求1所述的多頻段壓控振蕩器模塊，其中該控制模塊比較該 參考頻率與該振蕩頻率，并利用 一基本二分搜尋法搜尋完所有的該頻段之后，根據(jù)搜尋結果調整該頻段選擇信號。
7. —種相位鎖相回^f各，包含一相位檢測器，用以根據(jù)一參考信號的一參考頻率以及一振蕩信號的一 振蕩頻率來產(chǎn)生一相位檢測信號；一電荷磊，耦接至該相位檢測器，用以根據(jù)該相位檢測信號產(chǎn)生一控制 電壓；一低通濾波器，耦接至該電荷磊，用來依據(jù)該控制電壓產(chǎn)生一濾波后控 制電壓；一開關模塊，耦接至該低通濾波器與一預定參考電壓，用來在一第一模 式時輸出該濾波后控制電壓以及在一第二模式時輸出該預定參考電壓；一多頻段壓控振蕩器，耦接至該開關模塊，用以根據(jù)一頻段選擇信號而 操作于多個頻段中的一特定頻段，并依據(jù)該開關模塊的一輸出電壓與該特定 頻段來輸出該振蕩信號；以及一控制模塊，耦接至該參考信號與該多頻段壓控振蕩器，用以在該第二 模式下根據(jù)該參考頻率以及該振蕩頻率來設定該頻段選擇信號。
8. 如權利要求7所述的相位鎖相回路，其中該控制模塊比較該參考頻率與該振蕩頻率，并利用連續(xù)二分搜尋法來調整該頻段選擇信號。
9. 如權利要求7所述的相位鎖相回路，其中該控制模塊比較該參考頻率 與該振蕩頻率，并利用一基本二分搜尋法搜尋完所有的該頻段之后，根據(jù)搜 尋結果調整該頻段選擇信號。
10. 如權利要求7所述的相位鎖相回路，還包含一分頻器耦接于該控制 模塊以及該多頻段壓控振蕩器之間，用以分頻該振蕩信號產(chǎn)生一輸出信號， 且該控制模塊根據(jù)該輸出信號的 一輸出頻率與該參考頻率來設定該頻段選 擇信號。
11. 如權利要求7所述的相位鎖相回路，還包含一分頻器耦接于該多頻 段壓控振蕩器以及該相位檢測器，用以分頻該振蕩信號以形成一輸出信號， 且該相位檢測器根據(jù)該參考信號的該參考頻率以及該輸出信號的 一輸出頻 率來產(chǎn)生該相位檢測信號。
12. 如權利要求7所述的相位鎖相回路，還包含一分頻器耦接于該多頻 段壓控振蕩器以及該相位檢測器，用以分頻該振蕩信號以形成一輸出信號， 且該相位檢測器根據(jù)該參考信號的該參考頻率以及該輸出信號的一輸出頻 率來產(chǎn)生該相位檢測信號。 .
13. 如權利要求7所述的相位鎖相回路，還包含一分頻器耦接于該相位 檢測器，用以分頻一輸入信號以形成該參考信號。
14. 如權利要求7所述的相位鎖相回路，其中該控制模塊根據(jù)該參考信 號計數(shù)該振蕩信號，并依據(jù)一計數(shù)結果來調整該頻段選擇信號。
15. 如權利要求14所述的相位鎖相回路，其中該控制模塊比較該計數(shù) 結果與一預定值，并利用連續(xù)二分搜尋法來調整該頻段選擇信號。
16. 如權利要求14所述的相位鎖相回路，其中該控制模塊比較該計數(shù)結 果與一預定值，并利用基本二分搜尋法搜尋完所有的該頻段之后，根據(jù)搜尋 結果調整該頻段選擇信號。
17. 如權利要求14所述的相位鎖相回路，還包含一第 一分頻器，耦接于該多頻段壓控振蕩器以及該相位檢測器并具有一 第一分頻比，用以分頻該振蕩信號以形成一第一輸出信號；以及一第二分頻器，耦接于該多頻段壓控振蕩器以及該控制模塊并具有一第 二分頻比，用以分頻該振蕩信號以形成 一 第二輸出信號；其中該相位鎖相回路鎖定時，該第 一分頻比與該第二分頻比的比值等于 該計數(shù)值。
18. —種控制一多頻段壓控振蕩器的方法，該多頻段壓控振蕩器可支持 多個頻段，而該方法可使該多頻段壓控振蕩器振蕩的頻段趨近一 目標值所對 應的頻率，該方法包含有將該多個頻段分成多階層的群組，每一階層的群組中至少包含一頻段； 在所有階層的群組中根據(jù)該目標值而分別搜尋一個最接近目標值的頻 段；以及從所述搜尋出的頻段中選出該多頻段壓控振蕩器振蕩的頻段。
19. 如權利要求18的方法，其中，當在所有階層的群組中搜尋時，包含 有由一個群組中搜尋出一個頻段后，根據(jù)該搜尋出的頻段而在次一群組中 搜尋出另一個頻段。
20. 如權利要求19的方法，其中，在將該多個頻段分成多階層的群組時， 使一群組中的一個頻段對應于次一群組中的多個頻段；而在根據(jù)搜尋出的頻 段而在次一群組中搜尋另 一個頻段時，在該搜尋出的頻段所對應的多個頻段 中搜尋出該另一頻段。
全文摘要
一種多頻段壓控振蕩器模塊，包含一多頻段壓控振蕩器，用以根據(jù)一頻段選擇信號而操作于多個頻段中的一特定頻段，并依據(jù)一預定參考電壓與該特定頻段來輸出一振蕩信號；以及一控制模塊，耦接至多頻段壓控振蕩器，用以根據(jù)一參考信號的一參考頻率以及振蕩信號的一振蕩頻率來設定頻段選擇信號。也披露了使用此多頻段壓控振蕩器模塊的鎖相回路電路以及相關方法。
文檔編號H03L7/197GK101330289SQ200710110189
公開日2008年12月24日 申請日期2007年6月18日 優(yōu)先權日2007年6月18日
發(fā)明者彭彥華, 鐘維哲, 陳美秀 申請人:智原科技股份有限公司