電壓控制震蕩器增益測量系統(tǒng)與方法
【專利摘要】一種電壓控制震蕩器增益測量系統(tǒng)與方法，該電壓控制震蕩器增益測量系統(tǒng)包括電壓控制震蕩器、電壓偵測器以及處理器。電壓控制震蕩器設置于鎖相回路電路中，根據控制信號產生具有輸出頻率的輸出信號，控制信號由輸出信號除以除數所得到。電壓偵測器用以測量控制信號的電壓差。處理器調整除數以產生輸出信號的輸出頻率差，并利用電壓差除以輸出頻率差來得到電壓控制震蕩器的增益的倒數。本發(fā)明的增益KVCO可利用更為穩(wěn)定、準確以及省時的方法測得。
【專利說明】電壓控制震蕩器增益測量系統(tǒng)與方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明有關于測量電壓控制震蕩器增益的裝置與方法，特別是有關于在一鎖相回路電路中實地測量其中的電壓控制震蕩器的增益的方法與裝置。

【背景技術】
[0002]許多目前的電子裝置，例如手機、電腦、個人數字助理(personal digitalassistant, PDA)等等，皆需要高頻時脈信號才得以運作。通常，這些時脈信號是利用鎖相回路(phase locked loop, PLL)來產生。
[0003]一般的鎖相回路電路包括相位偵測器(phase detector)、回路濾波器(loop filter)、電荷泵(charge pump)以及電壓控制震蕩器(voltage-controlledoscillator, VC0)。雖然所有元件皆執(zhí)行重要的功能，但由于電壓控制震蕩器提供輸出的高頻信號，因此電壓控制震蕩器是鎖相回路電路的核心，并且電壓控制震蕩器允許輸出信號的頻率能夠根據控制電壓信號而進行調整。
[0004]設計鎖相回路電路時，一開始的設計重點即是選擇該電壓控制震蕩器的輸出頻率與控制電壓的比值。該增益(以下將稱之為κνα))代表在控制電壓的一既定變化下，電壓控制震蕩器的輸出頻率會變化多少。實際上，Kvaj通常會隨著控制電壓而改變，而非一常數。盡管如此，為了簡化設計流程，將一定值的增益κνω作為近似增益κνα)。在選定了增益κνα)后，即可用以選定其他鎖相回路元件的參數。增益κνω影響了鎖相回路電路的效能，如鎖相回路電路的轉移函數以及頻率響應。在此情況下，鎖相回路電路的設計以電壓控制震蕩器為依歸。
[0005]對于鎖相回路電路而言，增益Kvro的選擇是依據所使用的電壓控制震蕩器而定。增益Κνα)的變化并非來自于電壓控制震蕩器設計時的缺陷所產生，而是來自于制造電壓控制震蕩器時所發(fā)生的制程偏移。
[0006]更具體來說，電壓控制震蕩器包括多個元件，如晶體管，這些元件是經由一些制造流程所制造。理想上，制造流程必須在每次制造時皆產生相同的元件(即具有相同參數的元件)。然而，實際上卻是不可能的。因此，用來組成該電壓控制震蕩器的元件會具有一些參數變異。有些元件可能其某些參數幾乎無法達到最低規(guī)格，而有些元件的參數會落在規(guī)格內。因為這些制程偏異，不同電壓控制震蕩器的增益κνω會有些不同，即使這些電壓控制震蕩器均來自于相同的設計。此外，當設計鎖相回路電路的補償濾波器時，會需要增益Κνα)的倒數，而計算倒數會需要額外的運算資源。這也代表，我們需要一個有效率的裝置以及方法來測量鎖相回路電路的電壓控制震蕩器的增益κνα)的倒數。


【發(fā)明內容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明提出一電壓控制震蕩器增益測量系統(tǒng)，包括:一電壓控制震蕩器、一電壓偵測器以及一處理器。上述電壓控制震蕩器設置于一鎖相回路電路中，根據一控制信號產生具有一輸出頻率的一輸出信號，其中上述控制信號由上述輸出信號除以一除數所得。上述電壓偵測器用以測量上述控制信號的一電壓差。上述處理器調整上述除數以產生上述輸出信號的一輸出頻率差，并利用上述電壓差除以上述輸出頻率差來得到上述電壓控制震蕩器的一增益的倒數。
[0008]根據本發(fā)明的一實施例，上述鎖相回路電路還包括一除頻器，上述除頻器耦接至上述處理器，根據上述輸出信號產生具有一反饋頻率的一反饋信號，其中上述反饋頻率等于上述輸出頻率除以上述除數。
[0009]根據本發(fā)明的一實施例，上述鎖相回路電路還包括:一相位偵測器、一電荷泵以及一濾波器。上述相位偵測器耦接至上述除頻器，通過比較一參考信號以及上述反饋信號而產生一電壓升降信號。上述電荷泵耦接至上述相位偵測器，接收上述電壓升降信號而產生一電流信號。上述濾波器耦接至上述電荷泵，接收上述電流信號以產生上述控制信號。
[0010]根據本發(fā)明的一實施例，上述電壓偵測器為一差分模擬數字轉換器。
[0011]根據本發(fā)明的一實施例，還包括一開關，上述開關由上述處理器控制，將上述控制信號耦接至上述電壓偵測器的一第一節(jié)點以測量一第一電壓，并耦接上述控制信號至上述電壓偵測器的一第二節(jié)點以測量一第二電壓，其中上述電壓差為上述第一電壓以及上述第二電壓的差值。
[0012]本發(fā)明還提出一種電壓控制震蕩器增益測量方法，適用于測量一鎖相回路電路中的一電壓控制震蕩器的一增益，步驟包括:調整一除數以產生具有一輸出頻率加上一輸出頻率差而得到的頻率的一輸出信號；測量一控制信號的一第一電壓；調整上述除數以產生具有上述輸出頻率的上述輸出信號；測量上述控制信號的一第二電壓；以及將上述第一電壓以及上述第二電壓的一電壓差除以上述輸出頻率差以得到上述電壓控制震蕩器的上述增益的倒數，其中上述控制信號由上述輸出信號除以上述除數所得到，其中上述輸出信號根據上述控制信號而產生。
[0013]根據本發(fā)明的一實施例，電壓控制震蕩器增益測量方法還包括:利用一處理器，控制上述鎖相回路電路的一除頻器以調整上述除數。
[0014]根據本發(fā)明的一實施例，上述控制信號由一相位偵測器、一電荷泵以及一濾波器所產生，其中一電壓升降信號由上述相位偵測器比較一參考信號以及一反饋信號所產生，一電流信號由上述電荷泵根據上述電壓升降信號所產生，上述控制信號由上述濾波器根據上述電流信號所產生，其中上述除頻器將上述輸出信號除以上述除數而產生上述反饋信號。
[0015]根據本發(fā)明的一實施例，上述電壓差是利用一差分模擬數字轉換器來測量得到的。
[0016]根據本發(fā)明的一實施例，電壓控制震蕩器增益測量方法還包括:利用由一處理器控制的一開關，耦接上述控制信號至一電壓偵測器的一第一節(jié)點以測量上述第一電壓；以及利用上述處理器控制的上述開關，耦接上述控制信號至上述電壓偵測器的一第二節(jié)點以測量上述第二電壓。
[0017]本發(fā)明的增益Κνα)可利用更為穩(wěn)定、準確以及省時的方法測得。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是顯示根據本發(fā)明的一實施例所述的測量鎖相回路電路的電壓控制震蕩器的增益κνω的方塊圖；
[0019]圖2是顯示用以測量電壓控制震蕩器的增益Κνα)的一般裝置的方塊圖；以及
[0020]圖3是顯示根據圖1的實施例所述的測量鎖相回路電路的電壓控制震蕩器的增益Kvco的流程圖。

【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特例舉一較佳實施例，并配合所附圖式，來作詳細說明如下。
[0022]以下將介紹根據本發(fā)明所述的較佳實施例。必須要說明的是，本發(fā)明提供了許多可應用的發(fā)明概念，在此所揭露的特定實施例，僅是用于說明達成與運用本發(fā)明的特定方式，而不可用以局限本發(fā)明的范圍。
[0023]圖1是顯示根據本發(fā)明的一實施例所述的測量鎖相回路電路的電壓控制震蕩器的增益Kvra的方塊圖。如圖1所示，鎖相回路電路100包括相位偵測器101、電荷泵102、濾波器 103、電壓控制震蕩器(voltage-controlled oscillator, VC0) 104、除頻器 105、電壓偵測器106、開關107以及處理器108。相位偵測器101接收具有參考頻率Fk的參考信號Se以及具有反饋頻率Ff的反饋信號SF，以產生電壓升降信號Sim至電荷泵102。電荷泵102接收電壓升降信號Sim以產生具有電流I的電流信號I。。濾波器103將電流信號I。轉換成控制信號Sc。
[0024]電壓控制震蕩器104接收控制信號S。以產生具有輸出頻率Ftj的輸出信號Sy除頻器105接收輸出信號Stj以產生反饋信號Sf，其中除頻器105將輸出頻率Ftj除上由處理器108透過除法信號Sd而控制的除數。除了設定除頻器105的除數以外，處理器108還切換控制信號S。至電壓偵測器106的正極端或是負極端，電壓偵測器106隨后發(fā)送正極端與負極端間的電壓差Vd回到處理器108。
[0025]根據本發(fā)明的一實施例，當相位偵測器101偵測到參考頻率Fk大于反饋頻率Ff時，相位偵測器101發(fā)送電壓升降信號Sud至電荷泵102以降低電流信號I。的電流值。當相位偵測器101偵測到參考頻率Fk小于反饋頻率Ff時，相位偵測器101發(fā)送電壓升降信號Sim至電荷泵102以增加電流信號Ic的電流值。根據本發(fā)明的一實施例，濾波器103包括當電流信號L流經時，將電流信號L轉換成具有電壓電平的控制信號S。的電阻。亦即，鎖相回路電路100的目的是用以維持反饋頻率Ff等于參考頻率Fk，輸出頻率Ftj為反饋頻率Ff乘上由處理器108提供至除頻器105的除數。本領域技術人員能夠根據熟知的鎖相回路電路而使用本發(fā)明的相位偵測器101、電荷泵102、濾波器103、電壓控制震蕩器104以及除頻器105。
[0026]當處理器108提供不同的除數時，將產生不同的控制信號Sc以及不同的輸出頻率F。。為了精準測量電壓控制震蕩器104的增益Κνω，處理器108利用除法信號Sd提供除頻器105的第一除數，而產生具有第一電壓值V1的控制信號S。以及具有第一輸出頻率Ftjl的輸出頻率匕。在鎖相回路電路100穩(wěn)定之后，也就是鎖定至穩(wěn)定狀態(tài)后，處理器108利用切換信號Sw切換開關107,將控制信號S。的第一電壓V1傳送至電壓偵測器106的正極端。
[0027]隨后，處理器108還提供除頻器105的第二除數，因而產生具有第二電壓V2的控制信號S。以及具有第二輸出頻率Ftj2的輸出頻率Fy在鎖相回路電路100穩(wěn)定之后，處理器108利用切換信號Sw切換開關107,將控制信號S。的第二電壓V2傳送至電壓偵測器106的負極端。電壓偵測器106測量第一電壓V1以及第二電壓V2的電壓差VD，并將電壓差Vd傳送至處理器108。第二輸出頻率Ftj2與第一輸出頻率Fra相差既定頻率差AFtj，既定頻率差Λ匕是根據第二除數以及第一除數的差而決定。根據本發(fā)明的一實施例，第二輸出頻率Fre可設計為鎖相回路電路所需的輸出頻率Ftj，使得在增益測量之后，鎖相回路電路可以立即提供穩(wěn)定狀態(tài)的輸出頻率，而不需要額外時間來鎖定所需的輸出頻率。
[0028]因為輸出頻率F。隨著由處理器108所控制的除頻器105的第一除數以及第二除數而改變，處理器108能夠在得到電壓差Vd之后，輕易地得知增益Κνω。
[0029]根據本發(fā)明的一實施例，處理器108推導出增益倒數丨/^通過^/八匕^曾益倒數1/κνω可輕易用于鎖相回路電路的補償濾波器的設計。因為測量數值(即電壓差Vd)位于分子，而分母為一既定數值(即頻率差Λ Fy可視為乘上一既定數值的l/Λ^)，使得針對測量的數值不需額外的除法動作，此舉將有助于簡化系統(tǒng)的設計。根據本發(fā)明的一實施例，電壓偵測器106為一差分模擬數字轉換器(differential analog-to-digitalconverter, differential ADC)。一般差分模擬數字轉換器與正規(guī)單端模擬數字轉換器的差別在于，差分模擬數字轉換器測量兩個針腳(正極端以及負極端)間的電壓差，而正規(guī)單端模擬數字轉換器測量一針腳與接地間的電壓差(亦即負極端耦接至接地)。本領域技術人員能夠使用眾所皆知的模擬數字轉換器電路來作為差分模擬數字轉換電路。
[0030]圖2是顯示用以測量電壓控制震蕩器的增益Κνα)的一般裝置的方塊圖。如圖2所示，一般裝置200包括數字模擬轉換器(digital-to-analog converter, DAC) 201、測量的電壓控制震蕩器202以及頻率計數器203。
[0031]數字模擬轉換器201用以設定控制電壓V。。電壓控制震蕩器202根據接收的控制電壓\產生輸出頻率Ftj的輸出信號Sy頻率計數器203通過與參考頻率Fk相比較，而測量輸出頻率匕。增益Κνω可由處理器利用公式I而得，其中V1以及V2為控制電壓\的既定數值，而F1以及F2為分別對應V1以及V2的測量頻率。

【權利要求】
1.一種電壓控制震蕩器增益測量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 一電壓控制震蕩器，設置于一鎖相回路電路中，根據一控制信號產生具有一輸出頻率的一輸出信號，其中上述控制信號由上述輸出信號除以一除數所得到； 一電壓偵測器，用以測量上述控制信號的一電壓差；以及 一處理器，調整上述除數以產生上述輸出信號的一輸出頻率差，并利用上述電壓差除以上述輸出頻率差得到上述電壓控制震蕩器的一增益的倒數。
2.根據權利要求1所述的電壓控制震蕩器增益測量系統(tǒng)，其特征在于，上述鎖相回路電路還包括: 一除頻器，耦接至上述處理器，根據上述輸出信號產生具有一反饋頻率的一反饋信號，其中上述反饋頻率等于上述輸出頻率除以上述除數。
3.根據權利要求2所述的電壓控制震蕩器增益測量系統(tǒng)，其特征在于，上述鎖相回路電路還包括: 一相位偵測器，耦接至上述除頻器，通過比較一參考信號以及上述反饋信號而產生一電壓升降信號； 一電荷泵，耦接至上述相位偵測器，接收上述電壓升降信號而產生一電流信號；以及 一濾波器，耦接至上述電荷泵，接收上述電流信號以產生上述控制信號。
4.根據權利要求1所述的電壓控制震蕩器增益測量系統(tǒng)，其特征在于，上述電壓偵測器為一差分模擬數字轉換器。
5.根據權利要求1所述的電壓控制震蕩器增益測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 一開關，由上述處理器控制，將上述控制信號耦接至上述電壓偵測器的一第一節(jié)點以測量一第一電壓，并耦接上述控制信號至上述電壓偵測器的一第二節(jié)點以測量一第二電壓，其中上述電壓差為上述第一電壓以及上述第二電壓的差值。
6.一種電壓控制震蕩器增益測量方法，其特征在于，適用于測量一鎖相回路電路中的一電壓控制震蕩器的一增益，步驟包括: 調整一除數以產生具有一輸出頻率加上一輸出頻率差而得到的頻率的一輸出信號； 測量一控制信號的一第一電壓； 調整上述除數以產生具有上述輸出頻率的上述輸出信號； 測量上述控制信號的一第二電壓；以及 將上述第一電壓以及上述第二電壓的一電壓差除以上述輸出頻率差以得到上述電壓控制震蕩器的上述增益的倒數， 其中上述控制信號由上述輸出信號除以上述除數所得到， 其中上述輸出信號根據上述控制信號而產生。
7.根據權利要求6所述的電壓控制震蕩器增益測量方法，其特征在于，還包括: 利用一處理器，控制上述鎖相回路電路的一除頻器以調整上述除數。
8.根據權利要求7所述的電壓控制震蕩器增益測量方法，其特征在于，上述控制信號由一相位偵測器、一電荷泵以及一濾波器所產生，其中一電壓升降信號由上述相位偵測器比較一參考信號以及一反饋信號所產生，一電流信號由上述電荷泵根據上述電壓升降信號所產生，上述控制信號由上述濾波器根據上述電流信號所產生，其中上述除頻器將上述輸出信號除以上述除數而產生上述反饋信號。
9.根據權利要求6所述的電壓控制震蕩器增益測量方法，其特征在于，上述電壓差是利用一差分模擬數字轉換器測量得到。
10.根據權利要求6所述的電壓控制震蕩器增益測量方法，其特征在于，還包括: 利用由一處理器控制的一開關，耦接上述控制信號至一電壓偵測器的一第一節(jié)點以測量上述第一電壓；以及 利用上述處理器控制的上述開關，耦接上述控制信號至上述電壓偵測器的一第二節(jié)點以測量上述第二電壓。
【文檔編號】H03L7/085GK104135278SQ201410352653
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權日:2014年5月27日
【發(fā)明者】游世安, 林育弘, 劉先佑, 廖芳仁 申請人:英屬開曼群島威睿電通股份有限公司