频率合成器及校正装置的制作方法

专利名称：频率合成器及校正装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种频率合成器(frequency synthesizer)。
背景技术：
频率合成器是一种电子装置，用以根据一输入参考频率而提供一输出 频率。举例而言，频率合成器中的分数式合成器(fractional-N synthesizer) 较常被使用在目前的装置中，如无线电接收机(radio receiver)、行动电话 (mobile telephone)、全球定位系统(global positioning system)…等。分数式 合成器相较于其它型式的频率合成器而言，分数式合成器具有降低相位噪 声(phase noise)以及输出频谱(spur level)的优点。
图1为公知分数式合成器的示意图。分数式合成器ioo根据一输入信 号S^而产生一输出信号S。ut。输入信号S^具有一参考频率fref。参考频率 fW可由一时脉源(未显示)所产生。在一可能实施例中，时脉源可为晶体振 荡器(crystaloscillator)。输出信号S。ut具有频率f。ut。参考频率fref除以可调 整的系数D的结果约等于输出信号S。ut的频率f。ut。系数D可为整数或非 整数。
请参考图1，分数式合成器100具有，相位频率侦测器(phase/frequency detector; PFD)102、电荷泵(charge pump)l04、压控振荡器(voltage controlled oscillator; VCO)106、回路滤波器(loop filter)108以及除频器(frequency divider)110。电荷泵104耦接相位频率侦测器102。压控振荡器106耦接 电荷泵104。回路滤波器108耦接电荷泵104与压控振荡器106之间的节 点。除频器110耦接于压控振荡器106与相位频率侦测器102之间。除频 器110提供可调整的系数D，用以调整频率f。ut。
电荷泵104具有第一电流源104-1以及第二电流源104-2。第一电流 源104-1通过节点N串联第二电流源104-2。第一电流源104-1以及第二 电流源104-2可由金属氧化物半导体(MOS)晶体管所构成，并分别提供第一电流Iup及第二电流Id。wn。举例而言，第一电流源104-1可为一 PMOS 晶体管，第二电流源104-2可为一NMOS晶体管。
电荷泵104及回路滤波器108在节点N产生电压VN。压控振荡器106 根据电压VN，产生具有频率f。ut的输出信号S。ut。举例而言，当电压VN
增加时，输出信号S。ut的频率f。ut也随着增加。除频器110接收具有频率
f。w的输出信号S。ut，并产生返馈信号Sft。返馈信号Sfb具有频率ffb。频率 f化与频率f。ut之间的关系为fft=f。ut/D。
相位频率侦测器102接收具有参考频率f;ef的输入信号SKf以及具有频 率fa的返馈信号Sft，并且比较输入信号S^与返馈信号Sfb之间的相位或 频率。相位频率侦测器102根据输入信号S^与返馈信号Sft之间的相位差 或频率差，提供第一切换信号Sup及第二切换信号Sd。，，用以分别导通第 一电流源104-1以及第二电流源104-2。
举例而言，若相位频率侦测器102得知返馈信号Sfb的频率ffb小于输 入信号Sref的参考频率fref时，则相位频率侦测器102会产生第一切换信号 Sup，以导通第一电流源104-1。第一电流源104-1所提供的第一电流Iup会 对回路滤波器108进行充电，使得节点N的电压Vw增加。由于压控振荡 器106根据电压VN而产生输出信号S。ut，因此，输出信号S。ut的频率f。ut 也会增加，进而造成返馈信号Sft的频率ffb也会随着增加。
举例而言，若相位频率侦测器102得知返馈信号Sfb的频率ffb大于输 入信号Sref的参考频率f^时，则相位频率侦测器102会产生第二切换信号 Sd画，以导通第二电流源104-2。第二电流源104-2所提供的第二电流Id。wn 会对回路滤波器108进行放电，使得节点N的电压Vn減少。由于压控振 荡器106根据电压Vw而产生输出信号S。ut，因此，输出信号S。ut的频率f。ut 也会减少，进而造成返馈信号Sfb的频率ffb也会随着减少。
直到相位频率侦测器102判断出频率ffb约等于参考频率fw时，分数
式合成器100便会进入锁定状态。在锁定状态下，分数式合成器100所产
生的输出信号S。ut的频率f。ut约等于参考频率&ef除以系数D的结果。
在锁定状态下，相位频率侦测器102会同时提供第一切换信号Sup及 第二切换信号Sd。wn，使得第一电流源104-1及第二电流源104-2同时被导 通。在理想状况下，第一电流源104-1所提供的第一电流Iup应等于第二电流源104-2所提供的第二电流Id。^，因此，电荷泵104不会输出电流。然
而，在实际的应用上，第一电流Iup可能不等于第二电流Id。^。举例而言，
当PMOS晶体管的汲极与源极间的压差不同于NMOS晶体管的汲极与源
极间的压差时，第一电流Iup就有可能不会等于第二电流Id。wn。
因此，就算分数式合成器100进入锁定状态，电荷泵104仍会输出电 流Io。至于电流Io是由电荷泵104流出，或是流入电荷泵104，是由第一
电流Iup及第二电流Id，n的大小所决定。电流1。将降低分数式合成器100
的效能。

发明内容
本发明的目的在于提供一种频率合成器及校正装置。 为实现上述目的，本发明提供的频率合成器，包括 一分数式合成器，在一锁定状态下，该分数式合成器根据一输入信号 提供一输出信号，该输入信号具有一参考频率，该输出信号具有一输出频 率，该分数式合成器具有一电荷泵，用以输出一需要校正的电流；
一锁定侦测器，耦接该分数式合成器，用以侦测该分数式合成器是否 在该锁定状态，该锁定侦测器根据侦测结果，输出一第一信号；
一校正装置，耦接该锁定侦测器以及该分数式合成器，在接收到该第 一信号后，该校正装置提供一第二信号，用以校正该需要校正的电流，其 中该分数式合成器的一电压会被取样，而该第一信号与该被取样电压有 关；以及
一电流源数组，耦接该校正装置以及该分数式合成器，该电流源数组 根据该第二信号校正该电流。
所述的频率合成器，其中，该分数式合成器包括
一相位频率侦测器，比较该输入信号与一返馈信号的相位差或频率 差，并根据比较结果，提供一第一切换信号以及一第二切换信号，该输入 信号具有该参考频率，该返馈信号具有一第一频率；
一电荷泵，耦接该相位频率侦测器，并具有一第一电流源以及一第二 电流源，该第一电流源根据该第一切换信号提供一第一电流，该第二电流 源根据该第二切换信号提供一第二电流，该需要校正的电流约等于该第一及第二电流的差值；
一回路滤波器，耦接该电荷泵，该回路滤波器根据该第一及第二电流，
产生一电压；
一压控振荡器，耦接该回路滤波器，用以根据该电压而提供该输出信 号；以及
一除频器，耦接该压控振荡器，根据该输出信号，提供该返馈信号， 该输出信号具有该输出频率，该返馈信号具有该第一频率，该第一频率与 该输出频率呈比例。
所述的频率合成器，其中，该回路滤波器包括
一第一电容；
一第二电容；以及
一第一电阻，串联该第二电容，该第一电容并联该第二电容及该第一 电阻。
所述的频率合成器，其中，该除频器为一三角积分调变器(Ddta-Sigma modulator)。
所述的频率合成器，其中，该电荷泵为一第一电荷泵，该电流源数 组为一第一电流源数组，该校正装置包括
一时脉产生器，接收该第一信号，并提供一第一切换信号以及一第二 切换信号；
一第二电荷泵，耦接该时脉产生器，并具有一第一电流源以及一第二 电流源，该第一电流源根据该第一切换信号提供一第一电流，该第二电流 源根据该第二切换信号提供一第二电流，该第二电流源大致相似于该第一 电流源；
一第二电流源数组，耦接该第二电荷泵，并具有复数电流源，该些电 流源彼此并联，该第二电流源数组大致相似于该第一电流源数组；
一积分电路，耦接该第二电荷泵以及该第二电流源数组，该积分电路 提供一电压，该电压与该被取样电压与一总电流有关，该总电流是由该第 二电荷泵以及该第二电流源数组所提供；
一比较器，耦接该积分电路，该比较器根据该电压，决定是否需进行 校正；一计数器，耦接该比较器，当该比较器决定进行校正时，该计数器将 一计数值加l，并根据该计数值输出一计数信号；以及
一加法器，耦接该计数器，该加法器将该计数信号与一起始信号加总 在一起，用以提供一校正信号予该第二电流源数组，当该比较器决定不需 进行校正时，该加法器将该校正信号作为该第二信号输出至该第一电流源 数组。
所述的频率合成器，其中，该时脉产生器分别提供一第一时脉信号、 一第二时脉信号以及一第三时脉信号予该积分电路、该比较器以及该计数 器，该积分电路根据该第一时脉信号提供该电压，该比较器根据该第二时 脉信号决定是否需要校正，该计数器根据该第三时脉信号将该计数值加1。
所述的频率合成器，其中，该积分电路包括
一运算放大器，具有一第一及第二输入端及一第一及第二输出端； 一第一电容，耦接于该第二输入端与该第一输出端之间；以及 一第二电容，耦接于该第一输入端与该第二输出端之间。 所述的频率合成器，其中，该积分电路还包括
一第一开关，耦接于该第一输入端与该第一输出端之间； 一第二开关，耦接于该第二输入端与该第二输出端之间；以及 一第三开关，耦接于该第一及第二输入端之间。
所述的频率合成器，其中，该计数器可以一有限状态方法(Finite State Machine method)实现。
所述的频率合成器，其中，该电流源数组具有复数电流源，该些电流 源彼此并联，该电流源数组根据该校正装置所提供的第二信号提供一可调 整的电流。
所述的频率合成器，其中，该可调整的电流大约等于该需要校正的电流。
所述的频率合成器，其中，该校正装置所提供的第二信号导通该些电 流源的至少一个，用以提供该可调整的电流。
所述的频率合成器，其中，该些电流源所提供的电流是以一固定的比 例逐渐增加。
本发明提供的校正装置，用以校正一频率合成器的一电荷泵电流，该频率合成器包括一第一电荷泵，该第一电荷泵输出该电荷泵电流，该校正 装置，包括
一时脉产生器，提供一第一切换信号以及一第二切换信号； 一第二电荷泵，耦接该时脉产生器，并具有一第一电流源以及一第二 电流源，该第一电流源根据该第一切换信号提供一第一电流，该第二电流 源根据该第二切换信号提供一第二电流，该第二电流源大致相似于该第一 电流源；
一电流源数组，耦接该第二电荷泵，并具有复数电流源，该些电流源 彼此并联；
一积分电路，耦接该第二电荷泵以及该电流源数组，该积分电路提供 一电压，该频率合成器的电压被取样，该电压与该被取样电压与一总电流 有关，该总电流由该第二电荷泵以及该电流源数组所提供；
一比较器，耦接该积分电路，该比较器根据该电压，决定是否需进行 校正；
一计数器，耦接该比较器，当该比较器决定进行校正时，该计数器将 一计数值加l，并根据该计数值输出一计数信号；以及
一加法器，耦接该计数器，该加法器将该计数信号与一起始信号加总 在一起，用以提供一校正信号予该电流源数组，当该比较器决定不需进行 校正时，该加法器将该校正信号输出至该频率合成器。
所述的校正装置，其中，该时脉产生器分别提供一第一时脉信号、一 第二时脉信号以及一第三时脉信号予该积分电路、该比较器以及该计数 器，该积分电路根据该第一时脉信号提供该电压，该比较器根据该第二时 脉信号决定是否需要校正，该计数器根据该第三时脉信号将该计数值加1。
所述的校正装置，其中，该积分电路包括
一运算放大器，具有一第一及第二输入端及一第一及第二输出端； 一第一电容，耦接于该第二输入端与该第一输出端之间；以及 一第二电容，耦接于该第一输入端与该第二输出端之间。 所述的校正装置，其中，该计数器可以一有限状态方法(Finite State Machine method)实现。
所述的校正装置，其中，该电流源数组根据该校正信号，提供一可调整的电流。
所述的校正装置，其中，该校正信号导通该些电流源的至少一个，用 以提供该可调整的电流。
所述的校正装置，其中，该些电流源所提供的电流是以一固定的比例 逐渐增加。
换言之，根据本发明的一范例提供一种频率合成器，包括一分数式合 成器、 一锁定侦测器、 一校正装置以及一电流源数组。在一锁定状态下， 分数式合成器根据一输入信号提供一输出信号。输入信号具有一参考频 率。输出信号具有一输出频率。分数式合成器具有一电荷泵，用以输出一 需要校正的电流。锁定侦测器耦接分数式合成器，用以侦测锁定状态。锁 定侦测器根据侦测结果，输出一第一信号。校正装置耦接锁定侦测器以及 分数式合成器。在接收到第一信号后，校正装置提供一第二信号，用以校 正需要校正的电流，其中分数式合成器的一电压会被取样，而第一信号与 该被取样电压有关。电流源数组耦接校正装置以及分数式合成器。电流源 数组根据第二信号校正电流。
本发明的另一范例提供一种校正装置，用以校正一频率合成器的一电 荷泵电流。频率合成器包括一第一电荷泵。第一电荷泵输出电荷泵电流。 校正装置包括， 一时脉产生器、 一第二电荷泵、 一电流源数组、 一积分电 路、 一比较器、 一计数器以及一加法器。时脉产生器提供一第一切换信号 以及一第二切换信号。第二电荷泵耦接时脉产生器，并具有一第一电流源 以及一第二电流源。第一电流源根据第一切换信号提供一第一电流。第二 电流源根据第二切换信号提供一第二电流。第二电流源大致相似于第一电 流源。电流源数组耦接第二电荷泵，并具有复数电流源。该些电流源彼此 并联。积分电路耦接第二电荷泵以及电流源数组。频率合成器的电压被取 样。积分电路提供一电压，其中该电压与被取样电压以及一总电流有关。 总电流系由第二电荷泵以及电流源数组所提供。比较器耦接积分电路。比 较器根据积分电路所提供的电压，决定是否需进行校正。计数器耦接比较 器。当比较器决定进行校正时，计数器将一计数值加1，并根据计数值输 出一计数信号。加法器耦接计数器。加法器将计数信号与一起始信号加总 在一起，用以提供一校正信号予电流源数组。当比较器决定不需进行校苹时，加法器将校正信号输出至频率合成器。


图1为公知分数式合成器的示意图。 图2为本发明的频率合成器的示意图。 图3为校正装置的一可能实施例。
图4为频率合成器的校正方法的一可能流程图。
附图中主要组件符号说明
100、 202:分数式合成器；
110、 218:除频器;
102、 210:相位频率侦测器； 200:频率合成器；
104、 212、 304:电荷泵；
204:锁定侦测器；
106、 214:压控振荡器；
224:电阻；
108、 216:回路滤波器；
302:时脉产生器；
206、 300:校正装置；
308:积分电路；
208、 306:电流源数组；
310:比较器；
312:计数器；
314:加法器；
320:运算放大器；
401 416:步骤；
220、 222、 330、 334:电容；
332、 336、 338、 S广Sk:开关；
104-1、 104-2、 212-1、 212-2、 208-l~208-K、 304-1、 304-2、 306-l 306匿K:
电流源。
具体实施例方式
为让本发明的特征和优点能更明显易懂，下文特举出实施例，并配合 附图作详细说明。
图2为本发明的一范例的频率合成器的示意图。如图所示，频率合成
器200具有一分数式合成器202、 一锁定侦测器204、 一校正装置206以 及一电流源数组208。
分数式合成器202根据一输入信号Sref而产生一输出信号S。ut。输入信
号sref具有一参考频率fref。参考频率f;ef可由一时脉源(未显示)所产生。在
一可能实施例中，时脉源可为晶体振荡器(crystaloscillator)。输出信号S。ut
具有频率f。ut。参考频率fref除以可调整的系数D的结果约等于输出信号
S。ut的频率f。ut。系数D可为整数或非整数。
在一可能实施例中，分数式合成器202具有一相位频率侦测器210、 一电荷泵212、压控振荡器214、 一回路滤波器216以及一除频器218。电 荷泵212耦接相位频率侦测器210。压控振荡器214耦接电荷泵212。回 路滤波器216耦接电荷泵212与压控振荡器214之间的节点N。除频器218 耦接于压控振荡器214与相位频率侦测器210之间。除频器218提供可调 整的系数D，用以调整频率f。ut。
在一可能实施例中，电荷泵212具有第一电流源212-1以及第二电流 源212-2。第一电流源212-1通过节点N串联第二电流源212-2。第一电流 源212-1以及第二电流源212-2分别提供第一电流Iup及第二电流Id。，。举 例而言，第一电流源212-1可为一PMOS晶体管，第二电流源212-2可为 一 NMOS晶体管。理想状况下，第一电流源212-1所提供的第一电流Iup 应大约等于第二电流源212-2所提供的第二电流Id。wn。但在实际状况下， 第一电流源212-1所提供的第一电流Iup可能不等于第二电流源212-2所提
供的第二电流Id。wn。因此，电荷泵212可能会输出电流I()，其中电流10为 第一电流Iup与第二电流Id。w。之间的差值。
在一可能实施例中，回路滤波器216可能具有第一电容220、第二电 容222以及电阻224。第一电容220并联第二电容222与电阻224。第二 电容222串联电阻224。电荷泵212及回路滤波器216在节点N产生电压Vcp—。utQ压控振荡器214接收电压Vep—。ut。
在一可能实施例中，压控振荡器214根据电压Vcp。ut，产生具有频率
f。ut的输出信号S。ut。举例而言，当电压Vcp。ut增加时，输出信号S。ut的频
率f。ut也随着增加。除频器218接收具有频率f。ut的输出信号S。ut，并产生 返馈信号Sft。返馈信号Sft具有频率fft。频率ffb与频率f。ut之间的关系为 fft-f。ut/D。在一可能实施例中，除频器218具有三角积分调变器(Delta-Sigma modulator)。
在一可能实施例中，相位频率侦测器210接收具有参考频率fW的输
入信号Sref以及具有频率ffb的返馈信号Sft，并且比较输入信号Sw与返馈 信号Sfb之间的相位或频率。相位频率侦测器210根据输入信号S,ef与返馈 信号Sft之间的相位差或频率差，提供第一切换信号S—及第二切换信号
Sd。wnl，用以分别导通第一电流源212-1以及第二电流源212-2。
在一可能实施例中，电流源数组208具有电流源208-l 208-K，其中 K为电流源的总数。电流源208-l 208-K彼此并联，并耦接节点N。电流 源208-l 208-K可被开关S广SK所导通。藉由电流源208-l~208-K，电流
源数组208便可提供一充电或放电的电流Ia^ayP其中电流Iarrayl可被调整。 在一可能实施例中，电流Iarr—可能同时小于第一电流源21tl以及第二电 流源212-2所提供第一电流Iup及第二电流Id。，。举例而言，当电流Iarr— 由电流源数组208流出时，则电流Iarr一为一充电电流；当电流Iarmyl流入 电流源数组208时，则电流U一为一放电电流。另外，举例而言，电流
源208-l 208-K所提供的电流是以一固定的比例A增加，因此，第i个电 流源208-i所提供的电流I,可由下式表示
其中，Ii为电流源208-1所提供的电流。
图3为校正装置的一可能实施例。如图所示，校正装置300包括，时 脉产生器302、电荷泵304、电流源数组306、积分电路308、比较器310、 计数器312以及加法器314。
在一可能实施例中，时脉产生器302接收信号LOCK、 STOP以及输 入信号Sref。信号LOCK是由一锁定侦测器(如图2所示的锁定侦测器204) 所产生。信号STOP是由比较器310所产生。时脉产生器302产生第一时脉信号Ts、第二时脉信号Tp、第三时脉信号Tc、第一切换信号S^及第
二切换信号Sd。wn2。时脉产生器302将第一时脉信号Ts、第二时脉信号TP、 第三时脉信号Tc分别提供予积分电路308、比较器310以及计数器312。 时脉产生器302将第一切换信号Sup2及第二切换信号Sd。^2提供予电荷泵 304。
电荷泵304大致相似于图2所示的电荷泵212。举例而言，电荷泵304 具有第一电流源304-1以及第二电流源304-2。第一电流源304-1通过节点 M，耦接第二电流源304-2。第一电流源304-1以及第二电流源304-2与图 2所示的第一电流源212-1以及第二电流源212-2相同，第一电流源304-1 所提供的第一电流Iup约等于第二电流源304-2所提供的第二电流Id。wn。因 此，电荷泵304所产生的电流Io也与电荷泵212所产生的电流I()相同。电 荷泵304耦接时脉产生器302，用以接收时脉产生器302所产生的第一切
换信号Sup2及第二切换信号Sd画2。第一切换信号Sup2及第二切换信号Sd。wn2
可分别导通第一电流源304-1以及第二电流源304-2。
电流源数组306与图2所示的电流源数组208相似。举例而言，电流 源数组306具有电流源306-l~306-K。电流源306-l~306-K并联在一起， 并耦接到节点M。另外，举例而言，若图2所示的电流源208-l 208-K所 提供的电流是以一固定的比例A增加，使得第i个电流源208-i所提供的 电流Ii为A"x h，其中，1,为电流源208-l所提供的电流时，则图3所示 的电流源306-1 306-K所提供的电流亦以相同的固定比例A增加，使得第 i个电流源306-i所提供的电流Ii为A"x I,，其中，I,为电流源208-1或306-1 所提供的电流。电流源306-l 306-K可被开关S广SK所导通。由电流源 306-l 306-K，电流源数组306便可提供一充电或放电的电流Iarray2，其中
电流Uay2可被调整。
积分电路308耦接时脉产生器302、电荷泵304以及电流源数组306。 在一可能实施例中，积分电路308具有一运算放大器320。运算放大器320 具有第一输入端322、第二输入端324、第一输出端326以及第二输出端 328。积分电路308还包括第一电容330、第一开关332、第二电容334、 第二开关336以及第三开关338。第一开关332并联第一电容330，并耦 接在第二输入端324与第一输出端326之间。第二开关336并联第二电容334，并耦接在第一输入端322与第二输出端328之间。第三开关338耦 接在第一输入端322与第二输入端324之间。第一开关332、第二开关336 以及第三开关338是由时脉产生器302所提供的第一时脉信号Ts所控制。 举例而言，当第一时脉信号Ts为第一状态时，可关闭第一开关332、第二 开关336以及第三开关338，用以重置积分电路308;当第一时脉信号Ts 为第二状态时，可打开第一开关332、第二开关336以及第三开关338。 另外，积分电路308可由第一输入端322接收一取样信号(如电压Vep。ut)。 在图2中，电压Vcp—。ut被传送至压控振荡器214。积分电路308在第一输 出端326及第二输出端328之间提供输出电压Vc。
在一可能实施例中，比较器310耦接积分电路308以及时脉产生器 302，用以接收电压Vc及第二时脉信号Tp。另外，比较器310根据积分电 路308所产生的电压Vc，输出信号STOP予时脉产生器302及计数器312。
在一可能实施例中，计数器312耦接比较器310以及时脉产生器302， 用以接收信号STOP以及第三时脉信号Tc。计数器312根据计数的结果， 输出信号COUNT予加法器314。举例而言，信号COUNT的位数目为K， 其中K可为电流源数组306的电流源数量(也就是图2所示的电流源数组 208的电流源数量)。在一可能实施例中，可利用有限状态方法(Finite State Machine method)实现计数器312。
加法器314接收计数器312所产生的信号COUNT,并将信号COUNT 与一起始信号Sinit加总在一起，用以提供一校正信号Out_CP予电流源数 组306。起始信号Sinit的位数目也是K。举例而言，起始信号S她可由集 成电路(IC)之间的总线(inter-integrated circuit; 12C)所提供，但图3并未显 示。校正信号Out—CP可具有K位，或是与电流源阵306的电流源数量(也 就是图2所示的电流源阵208的电流源数量)一样。在一可能实施例中，校 正信号Out—CP可暂时储存在加法器314。当计数器312更新信号COUNT 时，加法器314便将更新后的信号COUNT与起始信号Sinit加总在一起。 校正信号Out—CP可控制开关S广Sk，用以导通或不导通相对应的电流源 数组306内的电流源306-l 306-K。
举例而言，若信号Out—CP的K位系为"OOOOOOOl"时，则信号Out—CP 可导通电流源306-1的开关，但不导通电流源306-2~306-K的开关S2 SK。同样地，若信号Out—CP的K位为"00000011"时，则信号Out—CP可导通 电流源306-1及306-2的开关S,及S2，但不导通电流源306-3 306-K的开
失S广Sk。由控制开关S广SK的导通与否，便可使电流源数组306提供可 调整的电流U^。
以下将说明动作流程。请参考图2，当频率合成器200开始动作时， 除频器218所提供的系数D便会被调整。系数D的调整是根据一所需的 输出频率f。uto以及返馈信号Sft的频率ffb所决定的，其中返馈信号Sft的频 率ffb不等于输入信号S^的参考频率fref。因此，返馈信号Sft与输入信号 S^的相位差或频率差便会被侦测。相位频率侦测器210比较返馈信号Sft 与输入信号S^的相位或频率，并输出第一切换信号Sup,及第二切换信号 Sd。wnl予电荷泵212。第一切换信号Supl及第二切换信号Sd。wnl可分别导通 第一电流源212-1及第二电流源212-2。
举例而言，若相位频率侦测器210侦测出返馈信号Sft的频率fe小于 输入信号S^的参考频率f^时，相位频率侦测器210可能会产生第一切换 信号S一，以导通第一电流源212-1。第一电流源212-1所产生的第一电流 Iup会对回路滤波器216进行充电，使得传送至压控振荡器214的电压
V-cp—。ut会被增加。因此，输出信号S。ut的频率f。ut以及返馈信号S化的频率
ffb都会被增加。
举例而言，若相位频率侦测器210侦测出返馈信号Sfb的频率fft大于 输入信号Sref的参考频率fref时，相位频率侦测器210可能会产生第二切换 信号Sd。^，以导通第二电流源212-2。第二电流源212-2所产生的第二电 流Id。^会对回路滤波器216进行放电，使得传送至压控振荡器214的电压
V-ep—。ut会被减少。因此，输出信号S。ut的频率f。ut以及返馈信号S化的频率
fft都会被减少。
直到相位频率侦测器210侦测出返馈信号Sft的频率fft大致等于输入
信号Sref的参考频率&ef时，分数式合成器202便会进入锁定状态。在锁定
状态下，分数式合成器202将产生具有所需频率f。uto的输出信号S。ut。频
率f。ut。约等于参考频率fref与系数D相除的结果。
在实际应用上，电荷泵212里的第一电流源212-1所产生的第一电流
^并不会等于第二电流源212-2所产生的第二电流Id。wn。因此，在锁定状态下，电荷泵212可能会输出电流I()。电流Io代表一需要校正的电流。锁 定侦测器204、校正装置206以及电流源数组208再对电荷泵212里的第 一电流Iup及第二电流Id。wn进行校正。
图4为频率合成器200的校正方法的一可能流程图。假设，在频率合 成器200开始动作前，电流源数组208的电流源208-l 208-K均不导通。
另外，再假设，电荷泵212里的第一电流Iup小于第二电流Id，n，并且在
校正过后，电流源数组208所提供的电流Iarrayl是由电流源数组208所流 出的充电电流。
如上所述，图3所示的电荷泵304以及电流源数组306分别相同于图 2所示的电荷泵212以及电流源数组208。举例而言，第一电流源304-1 所产生的第一电流Iup大约等于第一电流源212-1所产生的第一电流Iup， 并且第二电流源304-2所产生的第一电流Id。柳大约等于第二电流源212-2 所产生的第二电流Id。wn。同样地，举例而言，在频率合成器200开始动作 前，电流源数组306的电流源306-l 306-K均不导通。由图可知，在校正 过后，电流源数组306所提供的电流Uay2是由电流源数组306所流出的 充电电流。
请参考图2及图4，除频器218所提供的系数D会被调整，使得分数 式合成器202在锁定状态下，产生具有所需频率f。ut。的输出信号S她(步骤 401)。锁定侦测器204侦测出分数式合成器202是在锁定状态下，便开始 校正(步骤402)。举例而言，锁定侦测器204接收除频器218的返馈信号 Sft以及输入信号Sref，并比较返馈信号Sft的频率fft以及输入信号Sref的参
考频率fw。若锁定侦测器204侦测出频率fft大约等于参考频率f;ef时，则
锁定侦测器204可得知分数式合成器202是在锁定状态下。在一可能实施 例中，在每次比较后，KC可输出一重置信号RST，用以重置锁定侦测器 204。
锁定侦测器204输出信号LOCK予校正装置206，其中信号LOCK表 示分数式合成器202是在锁定状态下。在接收到信号LOCK时，校正装置 206会对压控振荡器214所接收到的电压Vep。ut进行取样。
请参考图3及图4，时脉产生器302接收锁定侦测器204(如图2所示) 所输出的信号LOCK、输入信号Sref，并且积分电路308的第一输入端322接收被取样的电压Vep—。ut。另外，比较器310及计数器312均接收锁定侦
测器204(如图2所示)所输出的信号LOCK，并且均会被信号LOCK所重 置。时脉产生器302所输出的第一时脉信号Ts具有第一状态，用以重置 积分电路308，使得第一开关330、第二开关334及第三开关338均被关 闭(步骤406)。举例而言，计数器312在每次重置后，是由零开始计数。
时脉产生器302还输出第一切换信号Sup2及第二切换信号Sd。wn2予电
荷泵304，并输出具有第二状态的第一时脉信号Ts予积分电路308，用以 打开第一开关330、第二开关334及第三开关338。举例而言，在相同的 周期T。，第一切换信号Sup2及第二切换信号Sd。wn2同时导通第一电流源 304-1及第二电流源304-2(步骤408)。
在周期T。中，当第一电流源304-1及第二电流源304-2被导通时，总 电流It2可能是由电荷泵304及电流源数组306所提供。总电流k可在积 分电路308的第二输入端324产生电压VN。在此例中，在频率合成器200 开始动作前，电流源数组306的电流源306-l 306-K均不导通。因此，一 开始的电压VN是由电荷泵304的电流Io所产生的。
积分电路308根据第一输入端322的取样电压Vf以及第二输入端 324的电压VN，输出电压Vc(步骤410)。取样电压Vcp—她和电压Vn之同 的差值与电压Vc是成比例的。如上所述，电压VN是由电荷泵304及电流 源数组306的总电流It2所产生的。因此，积分电路308所输出的电压Vc 会随着总电流It2而改变。在一可能实施例中， 一开始时，当总鬼流It2仅 由电荷泵304所产生，并且总电流It2被增加时，积分电路308所输出的电
压Vc可能会增加。当总电流It2因电流源数组306所提供的电流Iarray2增加
而减少时，积分电路308所输出的电压Vc会随着减少的比例而增加。当 总电流It2减少至零，并且因而改变电流方向时，积分电路308所输出的电 压Ve的极性可能会被改变。
在输出具有第二状态的第一时脉信号Ts后，时脉产生器302也会输 出第一时脉信号Tp予比较器310。当比较器310接收到时脉产生器302所 输出的第二时脉信号Tp时，比较器310得知是否需要校正电荷泵212内 的电流，并且输出信号STOP予时脉产生器302以及计数器312(步骤412)。 信号STOP可能为第一或第二状态。举例而言，比较器310可能得知是否电压VC的极性被改变。若比较器310得知是否电压VC的极性未被改变时，
比较器310输出具有第一状态(如O)的信号STOP予时脉产生器302以及 计数器312，表示需要校正。若比较器310得知否电压Vc的极性被改变时， 比较器310输出具有第二状态(如l)的信号STOP予时脉产生器302以及 计数器312，表示不需要校正。
在输出第二时脉信号Tp后，时脉产生器302更会输出第三时脉信号 Tc予计数器312。若计数器312所接收到的信号STOP为0时，则计数器 根据第三时脉信号Tc，增加计数值，并根据增加后的计数值，输出信号 COUNT予加法器314。加法器314将信号COUNT与起始信号S^加总在 一起，以产生校正信号Out—CP予电流源数组306(步骤414)，举例而言， 在频率合成器200开始动作前，电流源数组306内的电流源306-1-306-K
不导通。因此，具有K位的起始信号Sinit可能为"OO...O"。另外，时脉产
生器302输出具有第一状态的第一时脉信号Ts，用以重置积分电路308， 进而关闭第一开关330、第二开关334以及第三开关338。
校正信号Out—CP导通或不导通电流源数组306内的相对应的电流源 306-l 306-K(步骤416)。在一可能实施例中，当计数器312的计数值被增 加时，电流源数组306所提供的电流Uay2也会增加。因此，电荷泵304 及电流源数组306所提供的总电流It2会减少。
校正装置300所执行的校正动作如步骤408所述。在每次的校正动作 后，校正信号Out一CP会被更新，直到比较器310判断出不需再校正为止， 并且比较器310会输出状态为1的信号STOP。举例而言，当电压Vc的极 性因校正信号Out—CP而被改变时，比较器310便可判断出不需再校正。 因此，对应于校正信号Out一CP的总电流It2具有一电流值。该电流值为最 小值或为零。校正装置300然后输出具有电流值的校正信号Out—CP予第 2图的电流源数组208(步骤418)。
请参考图2，具有电流值的校正信号Out_CP导通及不导通电流源数 组208内的相对应电流源208-l~208-K。电荷泵212及电流源数组208所 提供的总电流Itl大致等于电荷泵304及电流源数组306所提供的总电流 It2。如上所述，对应于校正信号Out一CP的总电流It2具有一电流值，其中 该电流值为最小值或为零。因此，应于校正信号Out—CP的总电流Iu亦具有一电流值，该电流值亦可为最小值或为零。因此，便可达到校正分数式 合成器202的电荷泵里的电流。
在一实施例中，可在校正动作完成后，再调整频率合成器218所提供 的系数D，使得分数式合成器202可产生具有所需频率f。^的输出信号S。ut。 因此，分数式合成器202可进入一新的锁定状态。由重复步骤402 418， 锁定侦测器204、校正装置206以及电流源数组208便可继续进行校正动 作。
由以上叙述，本领域技术人员可轻易地连想出其它的实施例，并据以 实施。在不违反上文内容的情况下，本发明应用包括任何的变更、使用或 是调整。
虽然本发明已以实施例描述如上，然其并非用以限定本发明，本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因 此本发明的保护范围当视申请的权利要求范围所界定的内容为准。
权利要求
1、一种频率合成器，包括一分数式合成器，在一锁定状态下，该分数式合成器根据一输入信号提供一输出信号，该输入信号具有一参考频率，该输出信号具有一输出频率，该分数式合成器具有一电荷泵，用以输出一需要校正的电流；一锁定侦测器，耦接该分数式合成器，用以侦测该分数式合成器是否在该锁定状态，该锁定侦测器根据侦测结果，输出一第一信号；一校正装置，耦接该锁定侦测器以及该分数式合成器，在接收到该第一信号后，该校正装置提供一第二信号，用以校正该需要校正的电流，其中该分数式合成器的一电压会被取样，而该第一信号与该被取样电压有关；以及一电流源数组，耦接该校正装置以及该分数式合成器，该电流源数组根据该第二信号校正该电流。
2、 如权利要求1所述的频率合成器，其中，该分数式合成器包括 一相位频率侦测器，比较该输入信号与一返馈信号的相位差或频率差，并根据比较结果，提供一第一切换信号以及一第二切换信号，该输入 信号具有该参考频率，该返馈信号具有一第一频率；一电荷泵，耦接该相位频率侦测器，并具有一第一电流源以及一第二 电流源，该第一电流源根据该第一切换信号提供一第一电流，该第二电流 源根据该第二切换信号提供一第二电流，该需要校正的电流约等于该第一 及第二电流的差值；一回路滤波器，耦接该电荷泵，该回路滤波器根据该第一及第二电流， 产生一电压；一压控振荡器，耦接该回路滤波器，用以根据该电压而提供该输出信 号；以及一除频器，耦接该压控振荡器，根据该输出信号，提供该返馈信号， 该输出信号具有该输出频率，该返馈信号具有该第一频率，该第一频率与 该输出频率呈比例。
3、如权利要求2所述的频率合成器，其中，该回路滤波器包括-一第一电容； 一第二电容；以及一第一电阻，串联该第二电容，该第一电容并联该第二电容及该第一 电阻。
4、 如权利要求2所述的频率合成器，其中，该除频器为一三角积分调变器。
5、 如权利要求1所述的频率合成器，其中，该电荷泵为一第一电荷泵，该电流源数组为一第一电流源数组，该校正装置包括一时脉产生器，接收该第一信号，并提供一第一切换信号以及一第二 切换信号；一第二电荷泵，耦接该时脉产生器，并具有一第一电流源以及一第二 电流源，该第一电流源根据该第一切换信号提供一第一电流，该第二电流 源根据该第二切换信号提供一第二电流，该第二电流源相似于该第一电流 源；一第二电流源数组，耦接该第二电荷泵，并具有复数电流源，该些电 流源彼此并联，该第二电流源数组相似于该第一电流源数组；一积分电路，耦接该第二电荷泵以及该第二电流源数组，该积分电路 提供一电压，该电压与该被取样电压与一总电流有关，该总电流是由该第 二电荷泵以及该第二电流源数组所提供；一比较器，耦接该积分电路，该比较器根据该电压，决定是否需进行 校正；一计数器，耦接该比较器，当该比较器决定进行校正时，该计数器将 一计数值加l，并根据该计数值输出一计数信号；以及一加法器，耦接该计数器，该加法器将该计数信号与一起始信号加总 在一起，用以提供一校正信号予该第二电流源数组，当该比较器决定不需 进行校正时，该加法器将该校正信号作为该第二信号输出至该第一电流源 数组。
6、如权利要求5所述的频率合成器，其中，该时脉产生器分别提供 一第一时脉信号、 一第二时脉信号以及一第三时脉信号予该积分电路、该 比较器以及该计数器，该积分电路根据该第一时脉信号提供该电压，该比较器根据该第二时脉信号决定是否需要校正，该计数器根据该第三时脉信 号将该计数值加l。
7、 如权利要求5所述的频率合成器，其中，该积分电路包括 一运算放大器，具有一第一及第二输入端及一第一及第二输出端； 一第一电容，耦接于该第二输入端与该第一输出端之间；以及 一第二电容，耦接于该第一输入端与该第二输出端之间。
8、 如权利要求7所述的频率合成器，其中，该积分电路还包括 一第一开关，耦接于该第二输入端与该第一输出端之间； 一第二开关，耦接于该第一输入端与该第二输出端之间；以及 一第三开关，耦接于该第一及第二输入端之间。
9、 如权利要求5所述的频率合成器，其中，该计数器以一有限状态 方法实现。
10、 如权利要求1所述的频率合成器，其中，该电流源数组具有复数 电流源，该些电流源彼此并联，该电流源数组根据该校正装置所提供的第 二信号提供一可调整的电流。
11、 如权利要求IO所述的频率合成器，其中，该可调整的电流约等 于该需要校正的电流。
12、 如权利要求IO所述的频率合成器，其中，该校正装置所提供的 第二信号导通该些电流源的至少一个，用以提供该可调整的电流。
13、 如权利要求IO所述的频率合成器，其中，该些电流源所提供的 电流是以一固定的比例逐渐增加。
14、 一种校正装置，用以校正一频率合成器的一电荷泵电流，该频率 合成器包括一第一电荷泵，该第一电荷泵输出该电荷泵电流，该校正装置， 包括一时脉产生器，提供一第一切换信号以及一第二切换信号； 一第二电荷泵，耦接该时脉产生器，并具有一第一电流源以及一第二 电流源，该第一电流源根据该第一切换信号提供一第一电流，该第二电流 源根据该第二切换信号提供一第二电流，该第二电流源相似于该第一电流 源；一电流源数组，耦接该第二电荷泵，并具有复数电流源，该些电流源彼此并联；一积分电路，耦接该第二电荷泵以及该电流源数组，该积分电路提供 一电压，该频率合成器的电压被取样，该电压与该被取样电压与一总电流有关，该总电流由该第二电荷泵以及该电流源数组所提供；一比较器，耦接该积分电路，该比较器根据该电压，决定是否需进行 校正；.一计数器，耦接该比较器，当该比较器决定进行校正时，该计数器将 一计数值加l，并根据该计数值输出一计数信号；以及一加法器，耦接该计数器，该加法器将该计数信号与一起始信号加总 在一起，用以提供一校正信号予该电流源数组，当该比较器决定不需进行 校正时，该加法器将该校正信号输出至该频率合成器。
15、 如权利要求14所述的校正装置，其中，该时脉产生器分别提供 一第一时脉信号、 一第二时脉信号以及一第三时脉信号予该积分电路、该 比较器以及该计数器，该积分电路根据该第一时脉信号提供该电压，该比 较器根据该第二时脉信号决定是否需要校正，该计数器根据该第三时脉信 号将该计数值加1。
16、 如权利要求14所述的校正装置，其中，该积分电路包括 一运算放大器，具有一第一及第二输入端及一第一及第二输出端； 一第一电容，耦接于该第二输入端与该第一输出端之间；以及 一第二电容，耦接于该第一输入端与该第二输出端之间。
17、 如权利要求14所述的校正装置，其中，该计数器以一有限状态 方法实现。
18、 如权利要求14所述的校正装置，其中，该电流源数组根据该校 正信号，提供一可调整的电流。
19、 如权利要求18所述的校正装置，其中，该校正信号导通该些电 流源的至少一个，用以提供该可调整的电流。
20、 如权利要求14所述的校正装置，其中，该些电流源所提供的电流是以一固定的比例逐渐增加。
全文摘要
一种频率合成器包括，一分数式合成器、一锁定侦测器、一校正装置以及一电流源数组。在一锁定状态下，分数式合成器根据具有一参考频率的一输入信号，提供具有一输出频率的一输出信号。分数式合成器具有一电荷泵，用以输出一需要校正的电流。锁定侦测器侦测该锁定状态，并根据侦测结果，输出一第一信号。在接收到第一信号后，校正装置提供一第二信号，用以校正该需要校正的电流，其中该分数式合成器的一电压会被取样，而该第一信号与该被取样电压有关。电流源数组耦接校正装置以及分数式合成器，用以根据第二信号校正电流。
文档编号H03K19/02GK101420136SQ20081017097
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月21日 优先权日2007年10月24日
发明者郭明清, 陈志宏, 高小文 申请人:财团法人工业技术研究院