專利名稱：模擬式壓控振蕩電路及其控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種模擬式壓控振蕩器，特別涉及一種具有寬廣的頻率調變范圍的模擬式壓控振蕩電路及其控制方法。
背景技術：
圖IA示出了一已知的鎖相回路(Phase lock loop ；PLL)裝置的示意圖。鎖相回路裝置10包含有一相位偵測器(Phase detector) 11、一電荷泵(Charge pump) 12、一回路濾波器(Loop filter) 13、一壓控振蕩器(Voltage control oscillator ；VC0) 14、以及一除頻器(Divider) 15。一般的鎖相回路10的壓控振蕩器14的控制機制，往往需要較大的頻率和電壓范圍，由于較大的頻率和電壓范圍，其控制電路的控制機制較難設計的準確，且范圍越大越容易受到干擾，因此大范圍設計常導致裝置的特性不良，無法達到預期的控制效果。因此，為了縮小輸出頻率fvco與控制電壓Vc的斜率Kvco (圖未標示)常會采用區(qū)分為多個頻帶 (band)的方式設計壓控振蕩器14，如圖IB所示。該圖中區(qū)分為八個BO B7切換頻帶。每個頻帶擁有一定大小的頻率范圍，系統(tǒng)可依據(jù)需求切換頻帶而得到所需的頻率。然而，以頻率fvcoO來看，可以使用的頻帶有B0、Bi、B2，其分別對應于控制電壓 VcO、Vcl、Vc2。若系統(tǒng)選用了頻帶B2來產生頻率fvcoO，但又因為環(huán)境因素影響，使得頻帶 B2漂移至B2，、B1漂移至ΒΓ，那么鎖相回路10在頻帶B2，會無法將頻率鎖定至fvcoO，必須切換到頻帶ΒΓ才能正確鎖定頻率。因此，已知的鎖相回路10的頻帶分布設計，必須切換頻帶才可克服環(huán)境因素造成的影響，但在切換頻帶時，將會造成一段時間內壓控振蕩器 14所輸出的頻率都是不符合預期的。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種模擬式壓控振蕩電路及其控制方法，其可增加頻率調變的寬度。本發(fā)明的目的之一在于提供一種模擬式壓控振蕩電路及其控制方法，其可提高頻率鎖定的準確度。本發(fā)明的目的之一在于提供一種模擬式壓控振蕩電路及其控制方法，其可加快頻率鎖定的速度。本發(fā)明提供了一種模擬式壓控振蕩電路，包含有一模擬式壓控振蕩器和多個頻率調整單元。模擬式壓控振蕩器接收一控制電壓和一第一選擇信號，產生一鎖相頻率信號，且鎖相頻率信號的頻率與該控制電壓相關聯(lián)，該模擬式壓控振蕩器包含有一第一振蕩單元用以產生該鎖相頻率信號，依據(jù)第一選擇信號的選擇，在控制電壓提高時，提高鎖相頻率信號的頻率；以及一第二振蕩單元用以產生鎖相頻率信號，依據(jù)第一選擇信號的選擇，在控制電壓提高時，降低鎖相頻率信號的頻率。而頻率調整單元依據(jù)一第二選擇信號的選擇，決定耦接模擬式壓控振蕩器的頻率調整單元的數(shù)目，以調整鎖相頻率信號的頻率。其中，在模擬
4式壓控振蕩電路的一第一模式下，第一選擇信號選擇第一振蕩單元；而在模擬式壓控振蕩電路的一第二模式下，第一選擇信號選擇第二振蕩單元。本發(fā)明提供了一種適用于模擬式壓控振蕩器的控制方法，包含有下列步驟首先， 接收一控制電壓，并產生一鎖相頻率信號；接著，提供一模擬式壓控振蕩器的第一模式，在接收的控制電壓提高時，依據(jù)一選擇信號是否選擇第一模式，而決定是否將鎖相頻率信號的頻率提高；提供該模擬式壓控振蕩器的第二模式，在接收的控制電壓提高時，依據(jù)該選擇信號是否選擇第二模式，而決定是否將鎖相頻率信號的頻率降低。本發(fā)明實施例的模擬式壓控振蕩電路及其控制方法利用選擇信號決定模擬式壓控振蕩器的增益值與調整鎖相頻率信號的頻率高低，而可實現(xiàn)無限寬廣的頻率調變范圍， 且由于頻率的調變范圍較寬廣，所以有較多的選擇機會，相較于已知的技術更易于鎖定頻率，可解決已知技術的問題，克服環(huán)境因素造成的影響、達成快速鎖定頻率的功效。


圖IA是示出了已知的鎖相回路裝置的示意圖。
圖IB是示出了已知的頻帶配置方式的波形圖。
圖2A是示出了本發(fā)明一實施例的模擬式壓控振蕩器的示意圖。
圖2B是示出了本發(fā)明一實施例的頻帶配置的波形圖。
圖3A是示出了本發(fā)明一實施例的鎖相回路裝置的示意圖。
圖3B是示出了本發(fā)明一實施例的模擬式壓控振蕩電路的示意圖。
圖3C是示出了本發(fā)明另一實施例的鎖相回路裝置的示意圖。
圖3D是示出了本發(fā)明另一實施例的鎖相回路裝置的示意圖。
圖3E是示出了本發(fā)明另一實施例的鎖相回路裝置的示意圖。
圖4是示出了本發(fā)明一實施例的一種適用于壓控振蕩器的控制方法的流程圖,主要組件符號說明
10,30鎖相回路裝置
11,31相位偵測器
12,32電荷泵
13,33回路濾波器
14已知的壓控振蕩器
VCO模擬式壓控振蕩器
34模擬式壓控振蕩電路
Con控制單元
341頻率調整電路
341u頻率調整單元
15,35除頻器
0sl、0s2振蕩單元
Sa、Sb、Sc開關
C電容器
具體實施例方式圖2A是示出了本發(fā)明一實施例的一種模擬式壓控振蕩器VCO的示意圖。該模擬式壓控振蕩器VCO接收一控制電壓Vc，以產生一鎖相頻率信號fvco，且鎖相頻率信號fvco 的頻率與控制電壓Vc相關聯(lián)。該模擬式壓控振蕩器VCO在運作時，至少包含第一模式和第二模式。在第一模式下，當控制電壓Vc提高時，鎖相頻率信號fvco的頻率提高；而當控制電壓Vc降低時，鎖相頻率信號fvco的頻率降低。在第二模式下，當控制電壓Vc提高時，鎖相頻率信號fvco的頻率降低；而當控制電壓Vc降低時，鎖相頻率信號fvco的頻率提高。須注意，如圖2B所示，本發(fā)明的模擬式壓控振蕩器VCO其運作的頻率范圍可包含有多個頻帶(band)。例如，第一模式包含有多個第一頻帶肌、82』4、86...等，而第二模式則包含有多個第二頻帶附、83、85、87...等。一實施例中，這些第一頻帶和第二頻帶采取交互分布方式配置，及/或可以采取連續(xù)分布方式配置，例如第一頻帶肌、82、84』6...之后緊接著第二頻帶Bi、B3、B5、B7...。本發(fā)明實施例的模擬式壓控振蕩器VCO的頻帶設計，采用具有正增益值與負增益值的方式，其中控制電壓與該鎖相頻率信號的比值定義為此增益值。如圖2B所示，若以頻率fvco來看，其可使用的頻帶為B0，對應的控制電壓為Vc。而當環(huán)境因素影響使頻帶BO漂移(例如漂移至頻帶Bi)時，由于本發(fā)明的頻帶分布方式包含到較多的頻率范圍，所以模擬式壓控振蕩器VCO可調整控制電壓使Vc至Vc’快速地在頻帶Bl鎖定頻率至fvco’。因此， 本發(fā)明的模擬式壓控振蕩器的頻帶分布設計相較于已知的技術更易于鎖定頻率，在切換頻帶期間，模擬式壓控振蕩器VCO輸出的頻率均可得到預期的結果，可解決已知的技術的問題，克服環(huán)境因素造成的影響。圖3A是示出了本發(fā)明一實施例的鎖相回路裝置30的示意圖。鎖相回路裝置30包含有一相位偵測器(Phase detector) 31、一電荷泵(Charge pump) 32、一回路濾波器(Loop filter) 33、一模擬式壓控振蕩電路(Analog voltage control oscillating circuit) 34、 以及一除頻器35。如圖3A所示，相位偵測器31用以偵測輸入信號fref與除頻后的鎖相頻率信號 fdiv的相位差值，并依據(jù)相位差值輸出控制信號Co來控制電荷泵32。例如，當除頻后的鎖相頻率信號fdiv的相位超前(leading)輸入信號fref的相位時，相位偵測器31將產生控制信號Co讓電荷泵32產生負值(negative)的控制電流。此時，回路濾波器33根據(jù)負值控制電流將控制電壓Vc減小，以降低模擬式壓控振蕩電路34輸出的鎖相頻率信號fvco的頻率。反之，當除頻后的鎖相頻率信號fdiv的相位滯后(lagging)輸入信號fref的相位時，相位偵測器31將產生控制信號Co讓電荷泵32產生正值(positive)的控制電流。而回路濾波器33則根據(jù)正值控制電流增加控制電壓Vc，使模擬式壓控振蕩電路34輸出的鎖相頻率信號fvco的頻率提升。依此方式，鎖相回路裝置30可實現(xiàn)鎖定頻率的功能。該鎖相回路裝置30依據(jù)控制電壓Vc提供一穩(wěn)定頻率的鎖相頻率信號fvco。須注意，本實施例的相位偵測器31、電荷泵32、回路濾波器33、除頻器35可為目前現(xiàn)有或未來發(fā)展出的相近功能的技術，熟悉本領域的技術者應能理解這些裝置的架構與運作方式，為避免模糊焦點而不再重復贅述其細節(jié)。而其中的除頻器35用以對鎖相頻率信號fvco進行降頻處理，且在不須使用除頻功能的環(huán)境下可省略該裝置。因此，不再重復贅述其細節(jié)。
在本實施例中，模擬式壓控振蕩電路34包含有一模擬式壓控振蕩器VCO和頻率調整電路341。模擬式壓控振蕩器VCO依據(jù)控制電壓Vc以及第一選擇信號Sl和第二選擇信號所決定的頻帶，產生鎖相頻率信號fvco，該控制電壓Vc與鎖相頻率信號fvco的比值定義為上述增益值。頻率調整電路341中包含有至少一個頻率調整單元341u。第一選擇信號Sl及第二選擇信號S2可由外部提供，或由控制單元Con產生，以決定模擬式壓控振蕩電路34的頻
市ο圖:3B是示出了圖3A模擬式壓控振蕩電路34 —實施例的示意圖。模擬式壓控振蕩電路34包含有第一振蕩單元Osl、第二振蕩單元0s2、多個頻率調整單元341u、以及模擬式壓控振蕩器VC0。在本實施例中，每一頻率調整單元341u包含有一開關&和一電容器 C。參照圖3A，運作時，頻率調整電路341依據(jù)第二選擇信號S2，選擇性地將頻率調整單元 341u耦接至模擬式壓控振蕩器VC0，以調整模擬式壓控振蕩電路34的增益值。例如，依據(jù)第二選擇信號S2，決定耦接模擬式壓控振蕩器VCO的頻率調整單元341u的數(shù)目，以調整增益值。第一選擇信號Sl控制開關M和Sb的切換，以選擇耦接不同的振蕩單元。如圖:3B 所示，第一振蕩單元Osl用以產生鎖相頻率信號fvco，受第一選擇信號Sl的選擇，在控制電壓Vc提高時，提高鎖相頻率信號fVco的頻率。第二振蕩單元0s2亦用以產生鎖相頻率信號fvco，受第一選擇信號Sl的選擇，在控制電壓Vc提高時，降低鎖相頻率信號fVco的頻率。模擬式壓控振蕩電路34在運作時，包含有至少兩種模式-第一模式和第二模式。在第一模式下時，該第一選擇信號Sl選擇連接第一振蕩單元Osl，以產生如圖2B所示的具有正增益值的第一頻帶80』2、84』6...等；而在第二模式下時，該第一選擇信號選擇耦接第二振蕩單元0s2，以產生如圖2B所示的具有負增益值的第二頻帶Bi、B3、B5、B7...等。請同時參考圖2B、圖3A、以及圖3B，當模擬式壓控振蕩電路34以第一模式運作于頻帶BO時，控制單元Con產生的第一選擇信號S 1使兩個開關Μ導通(On)和兩個開關Sb 截止(Off)，以選擇耦接第一振蕩單元Osl，與此同時，控制單元Con產生的第二選擇信號S2 驅動開關&選擇預設數(shù)目的頻率調整單元341u來耦接模擬式壓控振蕩器VC0，而得到頻帶 B0。此時，如圖2B所示，頻帶BO中的鎖相頻率信號fvco與控制電壓Vc的比值-即增益值 (Kvco)為正值。而當模擬式壓控振蕩電路34需要切換頻帶或是系統(tǒng)要求切換頻帶時，例如要求切換至頻帶Bi，模擬式壓控振蕩電路34將運作在第二模式的頻帶Bi。此時，第一選擇信號 Sl使兩個開關M截止(Off)和兩個開關Sb導通(0η)，以選擇耦接第二振蕩單元0s2，同時第二選擇信號S2驅動開關&選擇適當數(shù)目的頻率調整單元341u耦接模擬式壓控振蕩器 VC0,而得到頻帶Bi。此時，如圖2B所示，頻帶Bl中的鎖相頻率信號fvco與控制電壓Vc的比值，即其增益值，為負值。由于模擬式壓控振蕩電路34利用控制單元Con的選擇信號Si、S2來決定模擬式壓控振蕩器VCO的增益值和調整鎖相頻率信號fvco的頻率高低，因此本發(fā)明實施例的鎖相回路裝置30可實現(xiàn)圖2B示出的類似彈簧型態(tài)的頻帶波形。依此方式，當本發(fā)明實施例的模擬式壓控振蕩電路34應用于各種目前現(xiàn)有或未來發(fā)展出的鎖相回路裝置時，控制電壓Vc可以達到無限寬廣的范圍，只須要配合頻帶的相應變化，則可實現(xiàn)無限寬廣的頻率調變范圍。由于頻率的調變范圍較寬廣，所以本發(fā)明的模擬式壓控振蕩器亦有較多的選擇機會，且相較于已知的技術更易于鎖定頻率，可解決已知的技術的問題，克服環(huán)境因素造成的影響、實現(xiàn)準確與快速鎖定頻率的功效。在一實施例中，參照圖3A，控制單元Con包含有一模擬/數(shù)字轉換器(Analog to digital convertor，ADC)，用以判斷何時切換頻帶或是否要切換頻帶。在另一實施例中，參照圖:3B，第一與第二振蕩單元0sl、0s2可由兩個變容器構成，或由目前現(xiàn)有或未來發(fā)展出的各種振蕩組件構成。在圖3C的實施例中，控制單元Con還偵測控制電壓Vc，將控制電壓 Vc作為其控制或產生選擇信號的參考依據(jù)。而在圖3D的實施例中，控制單元Con切換頻帶時，電荷泵32還配合控制單元Con的電路設計，由控制單元Con產生一控制信號Cl使電荷泵32以電壓控制的方式與切換頻帶的動作進行相對應的變化。當然，圖3C、圖3D的控制方式亦可合并使用，如圖3E所示。熟悉本領域的技術者應可理解如何實施，不在此贅述其細節(jié)。須注意，前述的模擬式壓控振蕩電路是采用電容器來實施；而在其它實施例中亦可采用其它組件來實施，例如電感、或由半導體組件構成的電容性組件...等。另外，本發(fā)明實施例的頻帶配置方式是如圖2B中的方式將奇數(shù)頻帶B1、B3、B5...設計為隨控制電壓上升而頻率下降(上述第二模式)、或是將偶數(shù)頻帶BO、B2、B4...設計為隨控制電壓上升而頻率上升(上述第一模式)。當然，亦可將奇數(shù)頻帶附』3、85...設計為第一模式、或將偶數(shù)頻帶肌』2、84...設計為第二模式。頻帶的配置方式可以交換，或可依據(jù)設計者的需求任意設計，例如每N(N為大于1，小于無限大)個頻帶采用第一模式形成的波形，且每M(M 大于1，不等于N，且小于無限大)個頻帶采用第二模式形成的波形。在其它實施例中，模擬式壓控振蕩器可采用現(xiàn)有或未來發(fā)展出的各種包含至少兩組具不同振蕩特性的振蕩單元的壓控振蕩器來實現(xiàn)。圖4是示出了本發(fā)明的一種模擬式壓控振蕩器的控制方法一實施例的流程圖。該方法包含有下列步驟在開始S402后進入步驟S404，首先接收一控制電壓，以產生位于一預設頻帶的一鎖相頻率信號；接著，在步驟S406，判斷選擇以第一模式或第二模式工作。兩種模式的選擇方式與時機，可以由設計者依據(jù)其需求而設計當模擬式壓控振蕩器選擇第一模式時，進入步驟S408，此模式的運作是在接收的控制電壓提高時，依據(jù)一選擇信號將鎖相頻率信號的頻率提高，由此將該鎖相頻率信號的頻率調整到一默認值。當模擬式壓控振蕩器選擇第二模式時，進入步驟S410此模式的運作是在接收的控制電壓提高時，依據(jù)一選擇信號將鎖相頻率信號的頻率降低，以達到該默認值。之后，進入步驟S412 結束。以上雖以實施例說明本發(fā)明，但并不因此限定本發(fā)明的范圍，各種根據(jù)本發(fā)明的變化亦屬于本發(fā)明的范疇。
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權利要求
1.一種模擬式壓控振蕩電路，包含有一模擬式壓控振蕩器，接收一控制電壓與一第一選擇信號，產生一鎖相頻率信號，且所述鎖相頻率信號的頻率與所述控制電壓相關聯(lián)，所述模擬式壓控振蕩器包含有一第一振蕩單元，用以產生所述鎖相頻率信號，依據(jù)所述第一選擇信號的選擇，在所述控制電壓提高時，提高所述鎖相頻率信號的頻率；以及一第二振蕩單元，用以產生所述鎖相頻率信號，依據(jù)所述第一選擇信號的選擇，在所述控制電壓提高時，降低所述鎖相頻率信號的頻率；以及多個頻率調整單元，依據(jù)一第二選擇信號的選擇，決定耦接所述模擬式壓控振蕩器的頻率調整單元的數(shù)目，以調整所述鎖相頻率信號的頻率；其中，在所述模擬式壓控振蕩電路的一第一模式下，所述第一選擇信號選擇所述第一振蕩單元；而在所述模擬式壓控振蕩電路的一第二模式下，所述第一選擇信號選擇所述第二振蕩單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的模擬式壓控振蕩電路，還包含一控制單元，所述控制單元用以產生所述第一選擇信號和所述第二選擇信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的模擬式壓控振蕩電路，其中所述第一模式包含有多個第一頻帶，所述第二模式包含有多個第二頻帶，且所述多個第一頻帶與所述多個第二頻帶采取交互分布方式配置。
4.根據(jù)權利要求1所述的模擬式壓控振蕩電路，其中每一所述振蕩單元包含有兩個變容器。
5.根據(jù)權利要求1所述的模擬式壓控振蕩電路，其中每一所述頻率調整單元包含有一電容器。
6.一種模擬式壓控振蕩電路，包含有一模擬式壓控振蕩器，接收一控制電壓和一第一選擇信號，依據(jù)所述控制電壓和所述第一選擇信號決定如何產生一鎖相頻率信號，且所述控制電壓與所述鎖相頻率信號的比值定義為一增益值，所述模擬式壓控振蕩器包含有一第一振蕩單元，用以產生所述鎖相頻率信號，依據(jù)所述第一選擇信號的選擇，在所述控制電壓提高時，提高所述鎖相頻率信號的頻率，以產生為正值的所述增益值；以及一第二振蕩單元，用以產生所述鎖相頻率信號，依據(jù)所述第一選擇信號的選擇，在所述控制電壓提高時，降低所述鎖相頻率信號的頻率，以產生為負值的所述增益值；以及多個頻率調整單元，其依據(jù)一第二選擇信號決定耦接所述模擬式壓控振蕩器的頻率調整單元的數(shù)目，以配合所述第一振蕩單元或所述第二振蕩單元調整所述鎖相頻率信號的頻率。
7.根據(jù)權利要求6所述的模擬式壓控振蕩電路，還包含一控制單元，所述控制單元用以產生所述第一選擇信號，決定選擇所述第一振蕩單元或所述第二振蕩單元，以及產生所述第二選擇信號，以決定如何選擇所述多個頻率調整單元。
8.根據(jù)權利要求6所述的模擬式壓控振蕩電路，其中每一所述振蕩單元包含有兩個變容器。
9.根據(jù)權利要求6所述的模擬式壓控振蕩電路，其中每一所述頻率調整單元包含有一電容器。
10.一種鎖相回路裝置，包含有一相位偵測器，偵測一輸入信號與一鎖相頻率信號的相位差值，依據(jù)所述相位差值產生一控制信號；一電荷泵，依據(jù)所述控制信號產生一控制電流； 一回路濾波器，依據(jù)所述控制電流產生一控制電壓；以及一模擬式壓控振蕩電路，接收所述控制電壓，產生一鎖相頻率信號，且所述鎖相頻率信號的頻率與所述控制電壓相關聯(lián)，其中所述模擬式壓控振蕩電路包含有一模擬式壓控振蕩器，接收所述控制電壓和一第一選擇信號，依據(jù)所述控制電壓和所述第一選擇信號決定如何產生所述鎖相頻率信號，且所述控制電壓與所述鎖相頻率信號的比值定義為一增益值；一第一振蕩單元，用以產生所述鎖相頻率信號，依據(jù)所述第一選擇信號的選擇，在所述控制電壓提高時，提高所述鎖相頻率信號的頻率；以及一第二振蕩單元，用以產生所述鎖相頻率信號，依據(jù)所述第一選擇信號的選擇，在所述控制電壓提高時，降低所述鎖相頻率信號的頻率；以及多個頻率調整單元，其選擇性地耦接所述模擬式壓控振蕩器； 其中，在一第一模式下，所述控制電壓提高時，所述第一選擇信號選擇所述第一振蕩單元；而在一第二模式下，所述控制電壓提高時，所述第一選擇信號選擇所述第二振蕩單元。
11.根據(jù)權利要求10所述的鎖相回路裝置，其中所述模擬式壓控振蕩電路還包含一控制單元，產生所述第一選擇信號，以決定所述增益值為正值或負值。
12.根據(jù)權利要求11所述的鎖相回路裝置，其中所述控制單元產生一第二選擇信號， 以決定耦接所述模擬式壓控振蕩器的頻率調整單元的數(shù)目，以調整所述鎖相頻率信號的頻率。
13.根據(jù)權利要求10所述的鎖相回路裝置，其中所述第一模式包含有多個第一頻帶， 所述第二模式包含有多個第二頻帶，且所述多個第一頻帶與所述多個第二頻帶采取交互分布方式配置。
14.根據(jù)權利要求10所述的鎖相回路裝置，其中所述第一模式包含有多個第一頻帶， 所述第二模式包含有多個第二頻帶，且所述多個第一頻帶與所述多個第二頻帶采取連續(xù)分布方式配置。
15.根據(jù)權利要求10所述的鎖相回路裝置，其中，所述第一選擇信號選擇所述第一振蕩單元時，所述增益值為正值；所述第一選擇信號選擇所述第二振蕩單元時，所述增益值為負值。
16.根據(jù)權利要求11所述的鎖相回路裝置，其中所述控制單元還產生另一控制信號至所述電荷泵，以配合所述第一模式和所述第二模式調整所述電荷泵產生的控制電流的大
17.根據(jù)權利要求10所述的鎖相回路裝置，其中每一所述振蕩單元包含有兩個變容器。
18.根據(jù)權利要求10所述的鎖相回路裝置，其中每一所述頻率調整單元包含有一電容器。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種模擬式壓控振蕩電路及其控制方法。該模擬式壓控振蕩電路的控制方法是在一第一模式下，且控制電壓提高時，將鎖相頻率信號的頻率提高；而在一第二模式下，且控制電壓提高時，將鎖相頻率信號的頻率降低。
文檔編號H03L7/099GK102315848SQ201010225008
公開日2012年1月11日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權日2010年7月7日
發(fā)明者吳佩憙 申請人:瑞昱半導體股份有限公司