电压控制震荡器增益测量系统与方法
【专利摘要】一种电压控制震荡器增益测量系统与方法，该电压控制震荡器增益测量系统包括电压控制震荡器、电压侦测器以及处理器。电压控制震荡器设置于锁相回路电路中，根据控制信号产生具有输出频率的输出信号，控制信号由输出信号除以除数所得到。电压侦测器用以测量控制信号的电压差。处理器调整除数以产生输出信号的输出频率差，并利用电压差除以输出频率差来得到电压控制震荡器的增益的倒数。本发明的增益KVCO可利用更为稳定、准确以及省时的方法测得。
【专利说明】电压控制震荡器增益测量系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于测量电压控制震荡器增益的装置与方法，特别是有关于在一锁相回路电路中实地测量其中的电压控制震荡器的增益的方法与装置。
【背景技术】
[0002]许多目前的电子装置，例如手机、电脑、个人数字助理(personal digitalassistant, PDA)等等，皆需要高频时脉信号才得以运作。通常，这些时脉信号是利用锁相回路(phase locked loop, PLL)来产生。
[0003]一般的锁相回路电路包括相位侦测器(phase detector)、回路滤波器(loop filter)、电荷泵(charge pump)以及电压控制震荡器(voltage-controlledoscillator, VC0)。虽然所有元件皆执行重要的功能，但由于电压控制震荡器提供输出的高频信号，因此电压控制震荡器是锁相回路电路的核心，并且电压控制震荡器允许输出信号的频率能够根据控制电压信号而进行调整。
[0004]设计锁相回路电路时，一开始的设计重点即是选择该电压控制震荡器的输出频率与控制电压的比值。该增益(以下将称之为κνα))代表在控制电压的一既定变化下，电压控制震荡器的输出频率会变化多少。实际上，Kvaj通常会随着控制电压而改变，而非一常数。尽管如此，为了简化设计流程，将一定值的增益κνω作为近似增益κνα)。在选定了增益κνα)后，即可用以选定其他锁相回路元件的参数。增益κνω影响了锁相回路电路的效能，如锁相回路电路的转移函数以及频率响应。在此情况下，锁相回路电路的设计以电压控制震荡器为依归。
[0005]对于锁相回路电路而言，增益Kvro的选择是依据所使用的电压控制震荡器而定。增益Κνα)的变化并非来自于电压控制震荡器设计时的缺陷所产生，而是来自于制造电压控制震荡器时所发生的制程偏移。
[0006]更具体来说，电压控制震荡器包括多个元件，如晶体管，这些元件是经由一些制造流程所制造。理想上，制造流程必须在每次制造时皆产生相同的元件(即具有相同参数的元件)。然而，实际上却是不可能的。因此，用来组成该电压控制震荡器的元件会具有一些参数变异。有些元件可能其某些参数几乎无法达到最低规格，而有些元件的参数会落在规格内。因为这些制程偏异，不同电压控制震荡器的增益κνω会有些不同，即使这些电压控制震荡器均来自于相同的设计。此外，当设计锁相回路电路的补偿滤波器时，会需要增益Κνα)的倒数，而计算倒数会需要额外的运算资源。这也代表，我们需要一个有效率的装置以及方法来测量锁相回路电路的电压控制震荡器的增益κνα)的倒数。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，本发明提出一电压控制震荡器增益测量系统，包括:一电压控制震荡器、一电压侦测器以及一处理器。上述电压控制震荡器设置于一锁相回路电路中，根据一控制信号产生具有一输出频率的一输出信号，其中上述控制信号由上述输出信号除以一除数所得。上述电压侦测器用以测量上述控制信号的一电压差。上述处理器调整上述除数以产生上述输出信号的一输出频率差，并利用上述电压差除以上述输出频率差来得到上述电压控制震荡器的一增益的倒数。
[0008]根据本发明的一实施例，上述锁相回路电路还包括一除频器，上述除频器耦接至上述处理器，根据上述输出信号产生具有一反馈频率的一反馈信号，其中上述反馈频率等于上述输出频率除以上述除数。
[0009]根据本发明的一实施例，上述锁相回路电路还包括:一相位侦测器、一电荷泵以及一滤波器。上述相位侦测器耦接至上述除频器，通过比较一参考信号以及上述反馈信号而产生一电压升降信号。上述电荷泵耦接至上述相位侦测器，接收上述电压升降信号而产生一电流信号。上述滤波器耦接至上述电荷泵，接收上述电流信号以产生上述控制信号。
[0010]根据本发明的一实施例，上述电压侦测器为一差分模拟数字转换器。
[0011]根据本发明的一实施例，还包括一开关，上述开关由上述处理器控制，将上述控制信号耦接至上述电压侦测器的一第一节点以测量一第一电压，并耦接上述控制信号至上述电压侦测器的一第二节点以测量一第二电压，其中上述电压差为上述第一电压以及上述第二电压的差值。
[0012]本发明还提出一种电压控制震荡器增益测量方法，适用于测量一锁相回路电路中的一电压控制震荡器的一增益，步骤包括:调整一除数以产生具有一输出频率加上一输出频率差而得到的频率的一输出信号；测量一控制信号的一第一电压；调整上述除数以产生具有上述输出频率的上述输出信号；测量上述控制信号的一第二电压；以及将上述第一电压以及上述第二电压的一电压差除以上述输出频率差以得到上述电压控制震荡器的上述增益的倒数，其中上述控制信号由上述输出信号除以上述除数所得到，其中上述输出信号根据上述控制信号而产生。
[0013]根据本发明的一实施例，电压控制震荡器增益测量方法还包括:利用一处理器，控制上述锁相回路电路的一除频器以调整上述除数。
[0014]根据本发明的一实施例，上述控制信号由一相位侦测器、一电荷泵以及一滤波器所产生，其中一电压升降信号由上述相位侦测器比较一参考信号以及一反馈信号所产生，一电流信号由上述电荷泵根据上述电压升降信号所产生，上述控制信号由上述滤波器根据上述电流信号所产生，其中上述除频器将上述输出信号除以上述除数而产生上述反馈信号。
[0015]根据本发明的一实施例，上述电压差是利用一差分模拟数字转换器来测量得到的。
[0016]根据本发明的一实施例，电压控制震荡器增益测量方法还包括:利用由一处理器控制的一开关，耦接上述控制信号至一电压侦测器的一第一节点以测量上述第一电压；以及利用上述处理器控制的上述开关，耦接上述控制信号至上述电压侦测器的一第二节点以测量上述第二电压。
[0017]本发明的增益Κνα)可利用更为稳定、准确以及省时的方法测得。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是显示根据本发明的一实施例所述的测量锁相回路电路的电压控制震荡器的增益κνω的方块图；
[0019]图2是显示用以测量电压控制震荡器的增益Κνα)的一般装置的方块图；以及
[0020]图3是显示根据图1的实施例所述的测量锁相回路电路的电压控制震荡器的增益Kvco的流程图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特例举一较佳实施例，并配合所附图式，来作详细说明如下。
[0022]以下将介绍根据本发明所述的较佳实施例。必须要说明的是，本发明提供了许多可应用的发明概念，在此所揭露的特定实施例，仅是用于说明达成与运用本发明的特定方式，而不可用以局限本发明的范围。
[0023]图1是显示根据本发明的一实施例所述的测量锁相回路电路的电压控制震荡器的增益Kvra的方块图。如图1所示，锁相回路电路100包括相位侦测器101、电荷泵102、滤波器 103、电压控制震荡器(voltage-controlled oscillator, VC0) 104、除频器 105、电压侦测器106、开关107以及处理器108。相位侦测器101接收具有参考频率Fk的参考信号Se以及具有反馈频率Ff的反馈信号SF，以产生电压升降信号Sim至电荷泵102。电荷泵102接收电压升降信号Sim以产生具有电流I的电流信号I。。滤波器103将电流信号I。转换成控制信号Sc。
[0024]电压控制震荡器104接收控制信号S。以产生具有输出频率Ftj的输出信号Sy除频器105接收输出信号Stj以产生反馈信号Sf，其中除频器105将输出频率Ftj除上由处理器108透过除法信号Sd而控制的除数。除了设定除频器105的除数以外，处理器108还切换控制信号S。至电压侦测器106的正极端或是负极端，电压侦测器106随后发送正极端与负极端间的电压差Vd回到处理器108。
[0025]根据本发明的一实施例，当相位侦测器101侦测到参考频率Fk大于反馈频率Ff时，相位侦测器101发送电压升降信号Sud至电荷泵102以降低电流信号I。的电流值。当相位侦测器101侦测到参考频率Fk小于反馈频率Ff时，相位侦测器101发送电压升降信号Sim至电荷泵102以增加电流信号Ic的电流值。根据本发明的一实施例，滤波器103包括当电流信号L流经时，将电流信号L转换成具有电压电平的控制信号S。的电阻。亦即，锁相回路电路100的目的是用以维持反馈频率Ff等于参考频率Fk，输出频率Ftj为反馈频率Ff乘上由处理器108提供至除频器105的除数。本领域技术人员能够根据熟知的锁相回路电路而使用本发明的相位侦测器101、电荷泵102、滤波器103、电压控制震荡器104以及除频器105。
[0026]当处理器108提供不同的除数时，将产生不同的控制信号Sc以及不同的输出频率F。。为了精准测量电压控制震荡器104的增益Κνω，处理器108利用除法信号Sd提供除频器105的第一除数，而产生具有第一电压值V1的控制信号S。以及具有第一输出频率Ftjl的输出频率匕。在锁相回路电路100稳定之后，也就是锁定至稳定状态后，处理器108利用切换信号Sw切换开关107,将控制信号S。的第一电压V1传送至电压侦测器106的正极端。
[0027]随后，处理器108还提供除频器105的第二除数，因而产生具有第二电压V2的控制信号S。以及具有第二输出频率Ftj2的输出频率Fy在锁相回路电路100稳定之后，处理器108利用切换信号Sw切换开关107,将控制信号S。的第二电压V2传送至电压侦测器106的负极端。电压侦测器106测量第一电压V1以及第二电压V2的电压差VD，并将电压差Vd传送至处理器108。第二输出频率Ftj2与第一输出频率Fra相差既定频率差AFtj，既定频率差Λ匕是根据第二除数以及第一除数的差而决定。根据本发明的一实施例，第二输出频率Fre可设计为锁相回路电路所需的输出频率Ftj，使得在增益测量之后，锁相回路电路可以立即提供稳定状态的输出频率，而不需要额外时间来锁定所需的输出频率。
[0028]因为输出频率F。随着由处理器108所控制的除频器105的第一除数以及第二除数而改变，处理器108能够在得到电压差Vd之后，轻易地得知增益Κνω。
[0029]根据本发明的一实施例，处理器108推导出增益倒数丨/^通过^/八匕^曾益倒数1/κνω可轻易用于锁相回路电路的补偿滤波器的设计。因为测量数值(即电压差Vd)位于分子，而分母为一既定数值(即频率差Λ Fy可视为乘上一既定数值的l/Λ^)，使得针对测量的数值不需额外的除法动作，此举将有助于简化系统的设计。根据本发明的一实施例，电压侦测器106为一差分模拟数字转换器(differential analog-to-digitalconverter, differential ADC)。一般差分模拟数字转换器与正规单端模拟数字转换器的差别在于，差分模拟数字转换器测量两个针脚(正极端以及负极端)间的电压差，而正规单端模拟数字转换器测量一针脚与接地间的电压差(亦即负极端耦接至接地)。本领域技术人员能够使用众所皆知的模拟数字转换器电路来作为差分模拟数字转换电路。
[0030]图2是显示用以测量电压控制震荡器的增益Κνα)的一般装置的方块图。如图2所示，一般装置200包括数字模拟转换器(digital-to-analog converter, DAC) 201、测量的电压控制震荡器202以及频率计数器203。
[0031]数字模拟转换器201用以设定控制电压V。。电压控制震荡器202根据接收的控制电压\产生输出频率Ftj的输出信号Sy频率计数器203通过与参考频率Fk相比较，而测量输出频率匕。增益Κνω可由处理器利用公式I而得，其中V1以及V2为控制电压\的既定数值，而F1以及F2为分别对应V1以及V2的测量频率。
【权利要求】
1.一种电压控制震荡器增益测量系统，其特征在于，包括: 一电压控制震荡器，设置于一锁相回路电路中，根据一控制信号产生具有一输出频率的一输出信号，其中上述控制信号由上述输出信号除以一除数所得到； 一电压侦测器，用以测量上述控制信号的一电压差；以及 一处理器，调整上述除数以产生上述输出信号的一输出频率差，并利用上述电压差除以上述输出频率差得到上述电压控制震荡器的一增益的倒数。
2.根据权利要求1所述的电压控制震荡器增益测量系统，其特征在于，上述锁相回路电路还包括: 一除频器，耦接至上述处理器，根据上述输出信号产生具有一反馈频率的一反馈信号，其中上述反馈频率等于上述输出频率除以上述除数。
3.根据权利要求2所述的电压控制震荡器增益测量系统，其特征在于，上述锁相回路电路还包括: 一相位侦测器，耦接至上述除频器，通过比较一参考信号以及上述反馈信号而产生一电压升降信号； 一电荷泵，耦接至上述相位侦测器，接收上述电压升降信号而产生一电流信号；以及 一滤波器，耦接至上述电荷泵，接收上述电流信号以产生上述控制信号。
4.根据权利要求1所述的电压控制震荡器增益测量系统，其特征在于，上述电压侦测器为一差分模拟数字转换器。
5.根据权利要求1所述的电压控制震荡器增益测量系统，其特征在于，还包括: 一开关，由上述处理器控制，将上述控制信号耦接至上述电压侦测器的一第一节点以测量一第一电压，并耦接上述控制信号至上述电压侦测器的一第二节点以测量一第二电压，其中上述电压差为上述第一电压以及上述第二电压的差值。
6.一种电压控制震荡器增益测量方法，其特征在于，适用于测量一锁相回路电路中的一电压控制震荡器的一增益，步骤包括: 调整一除数以产生具有一输出频率加上一输出频率差而得到的频率的一输出信号； 测量一控制信号的一第一电压； 调整上述除数以产生具有上述输出频率的上述输出信号； 测量上述控制信号的一第二电压；以及 将上述第一电压以及上述第二电压的一电压差除以上述输出频率差以得到上述电压控制震荡器的上述增益的倒数， 其中上述控制信号由上述输出信号除以上述除数所得到， 其中上述输出信号根据上述控制信号而产生。
7.根据权利要求6所述的电压控制震荡器增益测量方法，其特征在于，还包括: 利用一处理器，控制上述锁相回路电路的一除频器以调整上述除数。
8.根据权利要求7所述的电压控制震荡器增益测量方法，其特征在于，上述控制信号由一相位侦测器、一电荷泵以及一滤波器所产生，其中一电压升降信号由上述相位侦测器比较一参考信号以及一反馈信号所产生，一电流信号由上述电荷泵根据上述电压升降信号所产生，上述控制信号由上述滤波器根据上述电流信号所产生，其中上述除频器将上述输出信号除以上述除数而产生上述反馈信号。
9.根据权利要求6所述的电压控制震荡器增益测量方法，其特征在于，上述电压差是利用一差分模拟数字转换器测量得到。
10.根据权利要求6所述的电压控制震荡器增益测量方法，其特征在于，还包括: 利用由一处理器控制的一开关，耦接上述控制信号至一电压侦测器的一第一节点以测量上述第一电压；以及 利用上述处理器控制的上述开关，耦接上述控制信号至上述电压侦测器的一第二节点以测量上述第二电压。
【文档编号】H03L7/085GK104135278SQ201410352653
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】游世安, 林育弘, 刘先佑, 廖芳仁 申请人:英属开曼群岛威睿电通股份有限公司