专利名称：以适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定方法与架构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定方法与架构。
背景技术：
在电路设计及制造技术精进的今日，电子电路的处理速度亦随的增快，因此要求一快速锁定及具有短暂锁定期间及回复期间的锁相电路，而设计此一快速锁定锁相电路时，必须考量到快速锁定及低噪声的二相对立的问题，当锁相回路的频率锁定处理变得较为快速时，其滤波器频宽亦随的增加，相对地，电路中所产生的噪声亦随的增加；反之，若为解决前述缺失，将滤波器的频宽变窄以求减少噪声，便使得锁相回路的处理速度相对地变慢。
如图1所示的传统电荷泵电路，包括一对频率相依的主电流源、一电压控制振荡器、一阻抗、一取样频率、一固定频率及一相位检测器等组件所构成的电路，提供一充电电流源，并与放电电流源为相同的大小，如此便可使一压控振荡器(VCO)的控制电压能够在控制电压过高且输出频率过快时，提供一有效的放电的管道，如此便可使控制电压减小，并使频率降低，于电路整体的频率锁定的过程中，产生锁定过程的瞬时现象，该频率将上上下下来回交替，于一段时间后方达到一稳定值。此即为一般传统电荷泵电路的动作原理。若假设频率的变化大小为一未知状态，为获得一最佳锁频效态，因而必须设定充电电流与放电电流为相等的大小，如此便可于频率于向上调升时不至过快，而频率于向下调降时不至过慢。但，以此一传统锁频结构中，因电路于锁频的过程中仍产生部份的漏电流，该漏电流亦对该电路产生了干扰噪声，而使锁频的过程所需时间加长。
发明内容
本发明的目的是提供一种以适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定方法与架构，利用一数字频率升降判断电路及一由定电流源加上一组频率快、慢改变其数值的辅助电流源；这个辅助电流源由一上充辅助电流源及一下充辅助电流源所组成，于原先的集成电路构件未大幅增加的情况下，以减少频率的锁定时间。
下面结合附图以具体实例对本发明进行详细说明，以便对本发明有更深入的了解。
图1是传统的电荷泵电路的组成架构图；图2是本发明的电荷泵电路的组成架构图；图3是本发明的数字控制电路的控制流程图；图4是本发明的时钟控制信号由零转换成致能信号的状态示意图；图5是本发明的主电源及辅助电流源的动作与时钟控制变化的关系图。
附图标记说明10～电流源；11～固定频率；12～相位检测器；13～阻抗；14～电压控制振荡器；15～取样频率；20～主电流源；21～辅助电流源；211～上辅助电流源；212～下辅助电流源；22～固定频率；23～相位检测器；231～上信号线；232～下信号线；24～数字控制电路；25～阻抗；26～电压控制振荡器；27～取样频率；31～电路致能；32～上升触发信号是否产生；33～储存分配器的M/N比值A；34～储存(t-1)时间时的M/N比值B；35～比较A、B值是否相等；36a～达到预设时间否？；36b～关闭上下辅助电流源(UAFDCS&DAFDCS)并重置计数器；37～比较A＞B或A＜B；38～开启电流源I(UAFDCS)的控制权给予上信号线，并将电流源I(UAFDCS)的开关关闭；39～开启电流源I(UAFDCS)的控制权给予下信号线，并将电流源I(UAFDCS)的开关关闭；40～当定时器计时至预定时间后，保持定时器于该预定时间。
具体实施例方式
图2是本发明的电荷泵电路的组成架构图。该电路包括一对频率相依的主电流源20、一对(上升、下降)频率相依的辅助电流源21(包括一上辅助电流源211及一下辅助电流源212)、一数字控制电路24、一电压控制振荡器26、一阻抗25、一取样频率27、一固定频率22及一相位检测器23，与传统电荷泵电路不同之处在于至少增加了至少一对以上的频率相依的辅助电流源21(本实施例为一组)，并利用该辅助电流源21使电流加大(通常为主电流源的数倍或数十倍之多)，以达到电源快速上升或下降至使用者所预定的频率，然后再利用本发明所设置的数字控制电路24来达到快速锁定的目的。且本发明的架构包括一电压控制振荡器26，用以产生一交流信号，其频率通常正比于其输入控制信号的电压值；一主电流源20，该主电流源20是一对频率相依的主电流源；一辅助电流源21，该辅助电流源21的可供应电流量至少大于主电流源20；一阻抗25，该阻抗的阻抗值根据电流源的大小设置；一数字控制电路24，对输入频率及电路致能做一判断，并控制频率的锁定动作；以及一相位检测器23，可针对一固定频率22与一取样频率27值进行比较，得到一比较值，并将该比较值传送至一数字控制电路24作动作的参数值。
请同时参阅图2及图3所示，图3是为本发明的数字控制电路的控制流程图，其中一数字控制电路24控制上升与下降的两个辅助电流源21，使频率不论在电路启动时，或于频率间的切换皆可藉由判断出频率变化后，再针对于频率变化所需要的电流，而快速地锁定预设的频率值，再于达到预定频率时，关闭该辅助电流源21，以达到稳定频率的作用，且该数字控制电路24包括有下列的处理步骤31～电路致能；32～上升触发信号是否产生；33～储存相位检测器的M/N比值A；34～储存(t-1)时间时的M/N比值B；35～比较A、B值是否相等？若相等时，则执行步骤36；反之，不相等时，执行步骤37；36～是否达到预设时间，若否，重新比较直到达到预设时间；若是，则关闭上、下辅助电流源(UAFDCS & DAFDCS)，并重置计数器；37～比较A＞B或A＜B，若A＞B时，则执行步骤38；若A＜B时，执行步骤39；38～开启上辅助电流源I(UAFDCS)的控制权给予上信号线，并将上辅助电流源I(UAFDCS)的开关关闭；
39～开启上辅助电流源I(UAFDCS)的控制权给予下信号线，并将上辅助电流源I(UAFDCS)的开关关闭；40～当定时器计时至预定时间后，保持定时器于该预定时间。
藉由上述的步骤，该数字控制电路的处理详细步骤分述如下(1)当时钟(Clock)持续传送至电路后，于固定频率(N)22与取样频率(M)27的二比较数值为固定值的状态下，电路由关机的状态到致能状态，数字控制电路24检测到此一致能信号，因而判断频率数值由0上升，数字控制电路24因而将上辅助电流源I(UAFDCS)211的开关控制权交给上信号线231，并将上辅助电流源I(UAFDCS)211的开关关闭(Turn On)，此时，频率开始快速锁定；待上辅助电流源I(UAFDCS)211作用到预设时间结束后，数字控制电路24便把电流源I(UAFDCS)211的开关开启(Turn Off)，使频率更加地稳定。
(2)当频率稳定时，若该频率值为F1，我们欲选择一新频率值F2，而F2＞F1时，必须去改变固定频率(N)22与取样频率(M)27，而使取样频率(F2)/固定频率(F2)的数值大于取样频率(F1)/固定频率(F1)，数字控制电路24由固定频率(N)22与取样频率(M)27的比较数值判断频率是否已上升，而开启上辅助电流源I(UAFDCS)211的控制权给予上信号线231，并将上辅助电流源I(UAFDCS)211的开关关闭。此时，频率开始快速锁定，待上辅助电流源I(UAFDCS)211作用至预定时间结束后，数字控制电路24即将上辅助电流源I(UAFDCS)211的开关开启(Turn Off)，使频率更加地稳定。
(3)当频率稳定时，若该频率值为F1，我们欲选择一新频率值F3，而F1＞F3时，必须去改变固定频率(N)22与取样频率(M)27，而使取样频率(F3)/固定频率(F3)的数值小于取样频率(F1)/固定频率(F1)，数字控制电路24由固定频率(N)22与取样频率(M)27的比较数值判断频率是否已下降，而开启上辅助电流源I(UAFDCS)211的控制权给予下信号线232，并将上辅助电流源I(UAFDCS)211的开关关闭。此时，频率开始快速锁定，待上辅助电流源I(UAFDCS)211作用至预定时间结束后，数字控制电路即将上辅助电流源I(UAFDCS)211的开关开启(Turn Off)，使频率更加地稳定。
图4及图5是本发明的时钟控制信号由零转换成致能信号的状态示意图，以及本发明的主电源及辅助电流源的动作与时钟控制变化的关系图，于各项关系比较图中，电路在高逻辑时做信号触发，于定时器的预定时间内，藉由主电流源与辅助电流源的双重动作下，而使频率可快速爬升或下降至预定频率点附近，再藉由数字控制电路控制上辅助电流源I(UAFDCS)，而达到快速锁定预定频率的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，当不能来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定的架构，包括一电压控制振荡器，用以产生一交流信号；一主电流源，该主电流源是一对频率相依的主电流源；至少一辅助电流源，该辅助电流源的可供应电流量至少大于主电流源；一阻抗，该阻抗的阻抗值根据电流源的大小设置；一数字控制电路，对输入频率及电路致能进行判断，并控制频率的锁定动作；以及一相位检测器，针对一固定频率与一取样频率值进行比较，得到一比较值，并将该比较值传送至一数字控制电路作为动作的参数值。
2.如权利要求1所述的适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定的架构，其中该相位检测器的固定频率与取样频率的比值关系式为(取样频率)/(固定频率)并以上述的关系式取得数字控制电路动作的参数值。
3.如权利要求1所述的适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定的架构，其中该相位检测器还包含一上信号线与一下信号线，用以控制频率的上升及下降动作。
4.如权利要求1所述的适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定的架构，其中该辅助电流源包括一上辅助电流源及一下辅助电流源。
5.如权利要求1所述的适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定的架构，其中该辅助电流源大小是主电流源的数倍至数十倍。
6.一种适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定的方法，其中该数字控制电路是包括下列步骤(a)电路致能；(b)上升触发信号是否产生；(c)储存分配器的固定频率(N)/取样频率(M)比值；(d)储存(t-1)时间时的固定频率(N)/取样频率(M)比值；(e)比较步骤(c)中的比值与步骤(d)中的比值是否相等？(f)是否达到预设时间，若否，重新比较直到达到预设时间；若是，则关闭上、下辅助电流源(UAFDCS & DAFDCS)，并重置计数器；(g)比较步骤(c)中的比值＞步骤(d)中的比值或步骤(c)中的比值＜步骤(d)中的比值；(h)开启上辅助电流源I(UAFDCS)的控制权给予上信号线，并将上辅助电流源I(UAFDCS)的开关关闭；(i)开启上辅助电流源I(UAFDCS)的控制权给予下信号线，并将上辅助电流源I(UAFDCS)的开关关闭；以及(j)当定时器计时至预定时间后，保持定时器于该预定时间。
7.如权利要求6所述的适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定的方法，其中该步骤(e)的执行结果判断，若结果相等时，则执行步骤(f)；反之，结果为不相等时，执行步骤(g)。
8.如权利要求6所述的适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定的方法，其中该步骤(g)的执行结果判断，若结果相等时，则执行步骤(h)；反之，结果为不相等时，执行步骤(i)。
全文摘要
本发明公开了一种以适应性非对称电荷泵电流机制实现的快速频率锁定方法与架构，包括有一对频率相依的主电流源、一对(上升、下降)频率相依的辅助电流源、一数字控制电路、一电压控制振荡器、一阻抗、一取样自电压控制振荡器输出的频率、一固定参考频率及一相位检测器等组件所构成的电路。与传统电荷泵电路不同之处在于至少增加了至少一对以上的频率相依的辅助电流源，并利用该辅助电源使电流源加大，以达到在不同电源电压下，快速将电压控制振荡器的控制电压上升或下降至使用者所预定的频率，然后再利用发明的数字控制电路来达到快速频率锁定的目的。
文档编号H03L7/08GK1549451SQ0312345
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月17日 优先权日2003年5月17日
发明者梁逢烈 申请人:盛群半导体股份有限公司