專利名稱：頻率鎖定方法及其電路、振蕩器增益預(yù)測方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于頻率鎖定方法以及頻率鎖定電路，特別有關(guān)于不斷調(diào)整歸一化系數(shù)使得該歸一化系數(shù)與該振蕩器增益的乘積逐次逼近一預(yù)定乘積的頻率鎖定方法以及頻率鎖定電路。本發(fā)明亦有關(guān)于振蕩器增益預(yù)測方法以及振蕩器增益預(yù)測電路。
背景技術(shù)：
圖I繪示了已知技術(shù)的頻率鎖定電路100。如圖I所示，頻率鎖定電路100包含了一頻率檢測器101、一低通濾波器103、一可控式振蕩器105以及一除頻器107。輸出信號Sout經(jīng)過除頻器107除頻后產(chǎn)生除頻后輸出信號Sratf,除頻后輸出信號Sratf會被傳送至頻率檢測器101。頻率檢測器101比較除頻后輸出信號Sratf的頻率以及目標頻率Ftmget的差異后，會傳送一控制信號CS，控制信號CS經(jīng)低通濾波器103濾波后，會傳送給可控式振蕩器105來調(diào)整輸出信號Swt，以將除頻后輸出信號Stjutf鎖定至目標頻率Ftawt，亦即將輸出信號Sout鎖定至N倍的Ftoget (N為除頻器107的除頻比)。若要快速地鎖定輸出信號Swt，通常的作法為增加低通濾波器103的頻寬，或利用額外的振蕩器增益校正器得到振蕩器的增益。前者的做法會使得低頻的噪聲無法得到有效的抑制，影響到輸出信號Stjut的輸出相位噪聲。后者如專利號US 6894570以及US6459253的美國專利則需要攏長的校正時間，復(fù)雜的計算方法與面積較大的電路。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一目的為提供一種不影響頻寬的頻率鎖定方法和頻率鎖定電路。本發(fā)明的另一目的為提供一種快速鎖定的頻率鎖定方法和頻率鎖定電路。本發(fā)明的另一目的為提供一種背景模式執(zhí)行的快速振蕩器增益預(yù)測方法和增益預(yù)測電路。本發(fā)明的一實施例揭露了一種頻率鎖定方法，用以將一頻率鎖定電路輸出的一輸出信號鎖定至一目標頻率，包含(a)檢測該輸出信號的一輸出頻率，其中該輸出信號是根據(jù)一可控式振蕩器的振蕩頻率所產(chǎn)生；(b)計算該輸出頻率與該目標頻率的頻率差異；(C)根據(jù)該頻率差異，利用一可控式系數(shù)調(diào)整元件提供且調(diào)整一歸一化系數(shù)來預(yù)測該可控式振蕩器的增益并提供與該歸一化系數(shù)和該頻率差異相關(guān)的一控制信號，其中該輸出頻率是跟該歸一化系數(shù)以及該可控式振蕩器的該增益的乘積有關(guān)；(d)依據(jù)該控制信號控制該可控式振蕩器，使該輸出頻率逼近該目標頻率。本發(fā)明的另一實施例揭露了一種頻率鎖定電路，包含一可控式振蕩器，用以產(chǎn)生一振蕩信號；一頻率檢測器，用以檢測根據(jù)該振蕩信號所產(chǎn)生的一輸出信號的一輸出頻率并計算該輸出頻率與一該目標頻率的一頻率差異；一可控式增益調(diào)整元件，用以提供一歸一化系數(shù)來預(yù)測該可控式振蕩器的增益，并提供與該歸一化系數(shù)和該頻率差異相關(guān)的一控制信號，其中該輸出頻率是跟該歸一化系數(shù)以及該可控式振蕩器的該增益的乘積有關(guān)；以及一控制器，根據(jù)該頻率差異調(diào)整該歸一化系數(shù)；其中該可控式振蕩器根據(jù)該控制信號調(diào)整該輸出頻率且該控制器調(diào)整該歸一化系數(shù)，使該輸出頻率逼近該目標頻率。本發(fā)明的另一實施例揭露了一種振蕩器增益預(yù)測方法，包含(a)檢測一輸出信號的一輸出頻率，其中該輸出信號是根據(jù)一可控式振蕩器的一振蕩頻率所產(chǎn)生；(b)計算該輸出頻率與該目標頻率的頻率差異；(C)利用一可控式系數(shù)調(diào)整元件提供一歸一化系數(shù)，其中該輸出頻率是跟該歸一化系數(shù)以及該可控式振蕩器的該增益的乘積有關(guān)；以及(d)調(diào)整該歸一化系數(shù)，并根據(jù)該歸一化系數(shù)以及該頻率差異的關(guān)系來預(yù)測該可控式振蕩器的增益。本發(fā)明的又一實施例揭露了一種振蕩器增益預(yù)測電路，包含一可控式振蕩器， 用以產(chǎn)生一振蕩信號；一頻率檢測器，用以檢測根據(jù)該振蕩信號所產(chǎn)生的一輸出信號的一輸出頻率并計算該輸出頻率與該目標頻率的頻率差異；一可控式增益調(diào)整元件，用以提供一歸一化系數(shù)，其中該輸出頻率是跟該歸一化系數(shù)以及該可控式振蕩器的該增益的乘積有關(guān)；以及一控制器，根據(jù)該頻率差異調(diào)整該歸一化系數(shù)，并根據(jù)該歸一化系數(shù)以及該頻率差異的關(guān)系來預(yù)測該可控式振蕩器的增益。根據(jù)前述實施例，可在不增加事前可控式振蕩器增益預(yù)測電路以及不更動頻寬的情況下，快速校正輸出信號的頻率，同時在背景模式下得到振蕩器的增益。而且，因為采用了背景模式下檢測可控式振蕩器增益的方式，除了使輸出頻率快速逼近目標頻率，亦可以補償振蕩器增益因為溫度改變而產(chǎn)生漂移的狀況，并提供整個回路額外得到一回路頻寬數(shù)值固定的優(yōu)點，使回路頻寬與制程變異的關(guān)系趨近于O。


圖I繪示了已知技術(shù)的頻率鎖定電路。圖2A和圖2B繪示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的頻率鎖定電路。圖3繪示了圖2所示的歸一化系數(shù)控制操作示意圖。圖4繪示了如何調(diào)整圖2所示的歸一化系數(shù)的其中一例。圖5(a)和圖5(b)和圖6(a)和圖6(b)繪示了圖2所示的頻率鎖定電路中，頻率檢測器的實施方式。[主要元件標號說明]100、200頻率鎖定電路105、201可控式振蕩器101、203頻率檢測器103、209低通濾波器107除頻器205可控式系數(shù)調(diào)整元件207控制器208頻寬調(diào)整元件509D型觸發(fā)器501、503計數(shù)器505減法器507相位檢測器
具體實施例方式在說明書及上述的申請專利范圍當中使用了某些詞匯來指稱特定的元件。所屬領(lǐng)域中具有通常知識者應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及上述的申請專利范圍并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準則。在通篇說明書及上述的請求項當中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應(yīng)解釋成「包含但不限定于」。以外，「耦接」一詞在此是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2A繪示了根據(jù)本發(fā)明的一實施例的頻率鎖定電路200。如圖2A所示，頻率鎖定電路200包含了一可控式振蕩器201、一頻率檢測器203、一可控式系數(shù)調(diào)整元件205以及一控制器207。振蕩器201用以產(chǎn)生一輸出信號S—。頻率檢測器203用以檢測輸出信號Swt的一輸出頻率(F。)并計算輸出頻率與目標頻率Ftmgrt的頻率差異Af。須注意的是，此實施例是以可控式振蕩器201產(chǎn)生的振蕩信號直接作為輸出信號Swt做說明，但輸出信號Sout亦可將振蕩信號進行除頻后所產(chǎn)生(例如圖I中的除頻器107)。此類變化均應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。可控式系數(shù)調(diào)整元件205用以提供一歸一化系數(shù)(normalization factor) I
一、配合可控式振蕩器201(其增益為Kio)調(diào)整輸出頻率?？刂破?07則根據(jù)頻率差
(Λ DCO )
I
異Af調(diào)整歸一化系數(shù)I一于此實施例中，頻率檢測器203逐次檢測調(diào)整后的輸出頻率
j^DCO
O
與目標頻率的頻率差異，且控制器207控制可控式系數(shù)調(diào)整元件205以逐次增減歸一化系 I
數(shù)I一進而調(diào)整可控式振蕩器201的控制信號CS，使得輸出頻率F。逐漸逼近目標頻率
1^DCO
I
Ftogrt(亦即，使I一和Kira的乘積為I)。頻率鎖定電路200可還包含一低通濾波器209，
^DCO
以使傳送至振蕩器201的控制信號更為穩(wěn)定。以下將詳細說明圖2Α所示的頻率鎖定電路200的操作。圖2中的輸出頻率可表
示如下列恒等式⑴
人《 = An-I +Δ/χ -J- X Kdco
^DCO
—f ο, η-\ + (乂 argei f o,n-\ ) ^^ DCO
k DCO
_0] = Ziargei (^foco =尺鮮)恒等式⑴其中，f。, 是表示本周期的輸出頻率，U是表示前一周期的輸出頻率，ftarget是指目標頻率。是表示可控式系數(shù)調(diào)整元件205的系數(shù)，而Kio為可控式振蕩器201的
k DCO
增益。由恒等式(I)可知，若能調(diào)整使其為Kio的倒數(shù)，則可在一個比較周期后將
k DCO
輸出頻率f；,n鎖定至目標頻率ftogrt。圖3繪示了圖2A所示的頻率鎖定電路的操作示意圖。由恒等式(I)可知
(ftarget_fl) = ΘΓΓ1 ~ + XX^DCO
^DCO,I(ftarget-f2) = err2 /3=/2+ erri xx Kdco
k dco，2(ftarget-fn-i) = errn_! /, = Λ-1 +^7VixKdco
lvDCO^n-I根據(jù)圖3，當檢測到最初的輸出頻率與目標頻率ftogrt有頻率差異erri時，便會
I
將歸一化系數(shù)調(diào)整成I一來產(chǎn)生新的輸出頻率f2，此輸出頻率f2與目標頻率ftawt的
DCO,\ ,
差異會比輸出頻率與目標頻率ftogrt的差異來得少。而若輸出頻率f2與目標頻率ftogrt
I
仍有頻率差異61^2時，會將歸一化系數(shù)調(diào)整成I一來產(chǎn)生新的輸出頻率f3，此輸出頻
JV DCO ,2，
率f3與目標頻率ftawt的差異會比輸出頻率f2與目標頻率ftogrt的差異來得少。以此類推， I
會一直調(diào)整J一直到輸出頻率跟目標頻率ftogrt相同或之間的差異少于一預(yù)定值(可控
j^DCO
振蕩器可改變的最小頻率差)為止。也就是說，是逐次地調(diào)整輸出頻率，使其逐漸地逼近目標頻率值并將鎖定成為I。在實施例中亦可持續(xù)不斷地調(diào)整來修正操
jvDCO,2j^DCO
作過程中振蕩器增益的變動。須注意的是，此例中雖然是將鎖定成I，但亦可
^DCO,2
設(shè)定成將其鎖定成其它預(yù)定乘積，本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解，如此一樣可以達到逼近目標頻率的功能。而在一實施例中，是根據(jù)極性是否改變(亦即輸出頻率是大于或小于目標頻率)，
I
來決定I 的量要如何調(diào)整，如以下圖4所示。
^DCO圖4繪示了如何調(diào)整圖2A和圖2B所示的可控系數(shù)調(diào)整元件的其中一例，其包含了以下步驟步驟401檢測輸出頻率和目標頻率的差異。步驟403判斷頻率差異是否小于或等于一預(yù)定值，若是則表示輸出頻率已鎖定至目標頻率，因此到步驟413。若否則進入步驟405進行后續(xù)程序。步驟405判斷極性是否改變？若是，即表示調(diào)整過頭，因此到步驟407將其調(diào)降。若
[DCO
否，則表示還可再增加以接近目標頻率，因此到步驟409將其調(diào)升。
^DCO步驟407
將
權(quán)利要求
1.一種頻率鎖定方法，用以將一頻率鎖定電路輸出的一輸出信號鎖定至一目標頻率，包含 (a)檢測該輸出信號的一輸出頻率，其中該輸出信號是根據(jù)一可控式振蕩器的振蕩頻率所產(chǎn)生； (b)計算該輸出頻率與該目標頻率的頻率差異； (C)根據(jù)該頻率差異，利用一可控式系數(shù)調(diào)整元件提供且調(diào)整一歸一化系數(shù)來預(yù)測該可控式振蕩器的增益并提供與該歸一化系數(shù)和該頻率差異相關(guān)的一控制信號，其中該輸出頻率是跟該歸一化系數(shù)以及該可控式振蕩器的該增益的乘積有關(guān)； (d)依據(jù)該控制信號控制該可控式振蕩器，使該輸出頻率逼近該目標頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頻率鎖定方法，其中該步驟(b)逐次判斷調(diào)整后的該輸出頻率與該目標頻率的頻率差異，且該(c)步驟逐次增減該歸一化系數(shù)，使得該歸一化系數(shù)與 該振蕩器增益的乘積逐次逼近一預(yù)定乘積，依據(jù)該(C)與(d)步驟逐次調(diào)整，使得該輸出頻率逐漸逼近該目標頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頻率鎖定方法，其中該步驟(c)包含 以一預(yù)定值增加或減少該歸一化系數(shù)，以使該歸一化系數(shù)逐漸與該振蕩器增益的乘積逐次逼近該預(yù)定乘積。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可控式振蕩器增益檢測與頻率鎖定方法，其中減少該歸一化系數(shù)系減少上一次歸一化系數(shù)改變量的一預(yù)定比例，且增加該歸一化系數(shù)系增加上一次歸一 化系數(shù)改變量的一預(yù)定比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的頻率鎖定方法，其中該預(yù)定比例為1/2。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的頻率鎖定方法，其中該(c)步驟是讓該歸一化系數(shù)與該振蕩器 增益的乘積逐次逼近I。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的頻率鎖定方法，還包含 在頻率鎖定過程當中，提供一動態(tài)的頻寬。
8.—種頻率鎖定電路，包含 一可控式振蕩器，用以產(chǎn)生一振蕩信號； 一頻率檢測器，用以檢測根據(jù)該振蕩信號所產(chǎn)生的一輸出信號的一輸出頻率并計算該輸出頻率與一目標頻率的一頻率差異； 一可控式增益調(diào)整元件，用以提供一歸一化系數(shù)來預(yù)測該可控式振蕩器的增益，并提供與該歸一化系數(shù)和該頻率差異相關(guān)的一控制信號，其中該輸出頻率是跟該歸一化系數(shù)以及該可控式振蕩器的該增益的乘積有關(guān)；以及 一控制器，根據(jù)該頻率差異調(diào)整該歸一化系數(shù)； 其中該可控式振蕩器根據(jù)該控制信號調(diào)整該輸出頻率且該控制器調(diào)整該歸一化系數(shù)，使該輸出頻率逼近該目標頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的頻率鎖定電路，其中該頻率檢測器逐次判斷調(diào)整后的該輸出頻率與該目標頻率的該頻率差異，且該控制器控制該可控式系數(shù)調(diào)整元件以逐次增減該歸一化系數(shù)，使得該歸一化系數(shù)與該振蕩器增益的乘積逐次逼近一預(yù)定乘積，使得該輸出頻率逐漸逼近該目標頻率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的頻率鎖定電路，其中該可控式增益調(diào)整元件以一預(yù)定值增加或減少該歸一化系數(shù)，以使該歸一化系數(shù)與該振蕩器增益的乘積逐次逼近一預(yù)定乘積。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的頻率鎖定電路，其中減少該歸一化系數(shù)是減少上一次歸一化系數(shù)改變量的一預(yù)定比例，且增加該歸一化系數(shù)是增加上一次歸一化系數(shù)改變量的一預(yù)定比例。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的頻率鎖定電路，其中該預(yù)定比例為1/2。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的頻率鎖定方法，其中該控制器讓該歸一化系數(shù)與該振蕩器增益的乘積逐次逼近I。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的頻率鎖定電路，還包含 一頻寬調(diào)整元件，用以在頻率鎖定過程當中，提供一動態(tài)的頻寬。
15.一種振蕩器增益預(yù)測方法，包含 (a)檢測一輸出信號的一輸出頻率,其中該輸出信號是根據(jù)一可控式振蕩器的一振蕩頻率所產(chǎn)生； (b)計算該輸出頻率與該目標頻率的頻率差異； (C)利用一可控式系數(shù)調(diào)整元件提供一歸一化系數(shù)，其中該輸出頻率是跟該歸一化系數(shù)以及該可控式振蕩器的該增益的乘積有關(guān)；以及 (d)調(diào)整該歸一化系數(shù)，并根據(jù)該歸一化系數(shù)以及該頻率差異的關(guān)系來預(yù)測該可控式振蕩器的增益。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的振蕩器增益預(yù)測方法，其中該步驟(b)逐次判斷調(diào)整后的該輸出頻率與該目標頻率的頻率差異，且該(d)步驟逐次增減該歸一化系數(shù)，使得該歸一化系數(shù)與該振蕩器增益的乘積逐次逼近一預(yù)定乘積，來預(yù)測該可控式振蕩器的增益。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的振蕩器增益預(yù)測方法，其中該步驟(d)包含 以一預(yù)定值增加或減少該歸一化系數(shù)，以使該歸一化系數(shù)逐漸與該振蕩器增益的乘積逐次逼近一預(yù)定乘積。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的振蕩器增益預(yù)測方法，其中減少該歸一化系數(shù)是減少上一次歸一化系數(shù)改變量的一預(yù)定比例，且增加該歸一化系數(shù)是增加上一次歸一化系數(shù)改變量的一預(yù)定比例。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的振蕩器增益預(yù)測方法，其中該預(yù)定比例為1/2。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的振蕩器增益預(yù)測方法，其中該(d)步驟是讓歸一化系數(shù)逐漸與該振蕩器增益的乘積逐次逼近I。
21.一種振蕩器增益預(yù)測電路，包含 一可控式振蕩器，用以產(chǎn)生一振蕩信號； 一頻率檢測器，用以檢測根據(jù)該振蕩信號所產(chǎn)生的一輸出信號的一輸出頻率并計算該輸出頻率與該目標頻率的頻率差異； 一可控式增益調(diào)整元件，用以提供一歸一化系數(shù)，其中該輸出頻率是跟該歸一化系數(shù)以及該可控式振蕩器的該增益的乘積有關(guān)；以及 一控制器，根據(jù)該頻率差異調(diào)整該歸一化系數(shù)，并根據(jù)該歸一化系數(shù)以及該頻率差異的關(guān)系來預(yù)測該可控式振蕩器的增益。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的振蕩器增益預(yù)測電路，其中該頻率檢測器逐次判斷調(diào)整后的該輸出頻率與該目標頻率的頻率差異，且該控制器控制該可控式系數(shù)調(diào)整元件以逐次增減該歸一化系數(shù)，使得該歸一化系數(shù)與該振蕩器增益的乘積逐次逼近一預(yù)定乘積，來預(yù)測該可控式振蕩器的增益。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的振蕩器增益預(yù)測電路，其中該可控式增益調(diào)整元件以一預(yù)定值增加或減少該歸一化系數(shù)，以使該系數(shù)逐次逼近該可控式振蕩器增益的倒數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的振蕩器增益預(yù)測電路，其中減少該歸一化系數(shù)是減少上一次歸一化系數(shù)改變量的一預(yù)定比例，且增加該歸一化系數(shù)是增加上一次歸一化系數(shù)改變量的一預(yù)定比例。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的振蕩器增益預(yù)測電路，其中該預(yù)定比例為1/2。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的振蕩器增益預(yù)測方法，其中該控制器讓歸一化系數(shù)逐漸與 該振蕩器增益的乘積逐次逼近I。
全文摘要
一種頻率鎖定方法，用以將一頻率鎖定電路輸出的一輸出信號鎖定至一目標頻率，包含(a)檢測該輸出信號的一輸出頻率，其中該輸出信號是根據(jù)一可控式振蕩器的振蕩頻率所產(chǎn)生；(b)計算該輸出頻率與該目標頻率的頻率差異；(c)根據(jù)該頻率差異，利用一可控式系數(shù)調(diào)整元件提供且調(diào)整一歸一化系數(shù)來預(yù)測該可控式振蕩器的增益并提供與該歸一化系數(shù)和該頻率差異相關(guān)的一控制信號，其中該輸出頻率是跟該歸一化系數(shù)以及該可控式振蕩器的該增益的乘積有關(guān)；(d)依據(jù)該控制信號控制該可控式振蕩器，使該輸出頻率逼近該目標頻率。
文檔編號H03L7/099GK102857219SQ201110179838
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者黃彥穎, 潘耿儀, 余明士 申請人:智原科技股份有限公司