专利名称：频率锁定方法及其电路、振荡器增益预测方法及其电路的制作方法
技术领域：
本发明有关于频率锁定方法以及频率锁定电路，特别有关于不断调整归一化系数使得该归一化系数与该振荡器增益的乘积逐次逼近一预定乘积的频率锁定方法以及频率锁定电路。本发明亦有关于振荡器增益预测方法以及振荡器增益预测电路。
背景技术：
图I绘示了已知技术的频率锁定电路100。如图I所示，频率锁定电路100包含了一频率检测器101、一低通滤波器103、一可控式振荡器105以及一除频器107。输出信号Sout经过除频器107除频后产生除频后输出信号Sratf,除频后输出信号Sratf会被传送至频率检测器101。频率检测器101比较除频后输出信号Sratf的频率以及目标频率Ftmget的差异后，会传送一控制信号CS，控制信号CS经低通滤波器103滤波后，会传送给可控式振荡器105来调整输出信号Swt，以将除频后输出信号Stjutf锁定至目标频率Ftawt，亦即将输出信号Sout锁定至N倍的Ftoget (N为除频器107的除频比)。若要快速地锁定输出信号Swt，通常的作法为增加低通滤波器103的频宽，或利用额外的振荡器增益校正器得到振荡器的增益。前者的做法会使得低频的噪声无法得到有效的抑制，影响到输出信号Stjut的输出相位噪声。后者如专利号US 6894570以及US6459253的美国专利则需要拢长的校正时间，复杂的计算方法与面积较大的电路。
发明内容
因此，本发明的一目的为提供一种不影响频宽的频率锁定方法和频率锁定电路。本发明的另一目的为提供一种快速锁定的频率锁定方法和频率锁定电路。本发明的另一目的为提供一种背景模式执行的快速振荡器增益预测方法和增益预测电路。本发明的一实施例揭露了一种频率锁定方法，用以将一频率锁定电路输出的一输出信号锁定至一目标频率，包含(a)检测该输出信号的一输出频率，其中该输出信号是根据一可控式振荡器的振荡频率所产生；(b)计算该输出频率与该目标频率的频率差异；(C)根据该频率差异，利用一可控式系数调整元件提供且调整一归一化系数来预测该可控式振荡器的增益并提供与该归一化系数和该频率差异相关的一控制信号，其中该输出频率是跟该归一化系数以及该可控式振荡器的该增益的乘积有关；(d)依据该控制信号控制该可控式振荡器，使该输出频率逼近该目标频率。本发明的另一实施例揭露了一种频率锁定电路，包含一可控式振荡器，用以产生一振荡信号；一频率检测器，用以检测根据该振荡信号所产生的一输出信号的一输出频率并计算该输出频率与一该目标频率的一频率差异；一可控式增益调整元件，用以提供一归一化系数来预测该可控式振荡器的增益，并提供与该归一化系数和该频率差异相关的一控制信号，其中该输出频率是跟该归一化系数以及该可控式振荡器的该增益的乘积有关；以及一控制器，根据该频率差异调整该归一化系数；其中该可控式振荡器根据该控制信号调整该输出频率且该控制器调整该归一化系数，使该输出频率逼近该目标频率。本发明的另一实施例揭露了一种振荡器增益预测方法，包含(a)检测一输出信号的一输出频率，其中该输出信号是根据一可控式振荡器的一振荡频率所产生；(b)计算该输出频率与该目标频率的频率差异；(C)利用一可控式系数调整元件提供一归一化系数，其中该输出频率是跟该归一化系数以及该可控式振荡器的该增益的乘积有关；以及(d)调整该归一化系数，并根据该归一化系数以及该频率差异的关系来预测该可控式振荡器的增益。本发明的又一实施例揭露了一种振荡器增益预测电路，包含一可控式振荡器， 用以产生一振荡信号；一频率检测器，用以检测根据该振荡信号所产生的一输出信号的一输出频率并计算该输出频率与该目标频率的频率差异；一可控式增益调整元件，用以提供一归一化系数，其中该输出频率是跟该归一化系数以及该可控式振荡器的该增益的乘积有关；以及一控制器，根据该频率差异调整该归一化系数，并根据该归一化系数以及该频率差异的关系来预测该可控式振荡器的增益。根据前述实施例，可在不增加事前可控式振荡器增益预测电路以及不更动频宽的情况下，快速校正输出信号的频率，同时在背景模式下得到振荡器的增益。而且，因为采用了背景模式下检测可控式振荡器增益的方式，除了使输出频率快速逼近目标频率，亦可以补偿振荡器增益因为温度改变而产生漂移的状况，并提供整个回路额外得到一回路频宽数值固定的优点，使回路频宽与制程变异的关系趋近于O。
图I绘示了已知技术的频率锁定电路。图2A和图2B绘示了根据本发明的一实施例的频率锁定电路。图3绘示了图2所示的归一化系数控制操作示意图。图4绘示了如何调整图2所示的归一化系数的其中一例。图5(a)和图5(b)和图6(a)和图6(b)绘示了图2所示的频率锁定电路中，频率检测器的实施方式。[主要元件标号说明]100、200频率锁定电路105、201可控式振荡器101、203频率检测器103、209低通滤波器107除频器205可控式系数调整元件207控制器208频宽调整元件509D型触发器501、503计数器505减法器507相位检测器
具体实施例方式在说明书及上述的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及上述的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及上述的请求项当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。以外，「耦接」一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。图2A绘示了根据本发明的一实施例的频率锁定电路200。如图2A所示，频率锁定电路200包含了一可控式振荡器201、一频率检测器203、一可控式系数调整元件205以及一控制器207。振荡器201用以产生一输出信号S—。频率检测器203用以检测输出信号Swt的一输出频率(F。)并计算输出频率与目标频率Ftmgrt的频率差异Af。须注意的是，此实施例是以可控式振荡器201产生的振荡信号直接作为输出信号Swt做说明，但输出信号Sout亦可将振荡信号进行除频后所产生(例如图I中的除频器107)。此类变化均应在本发明的范围之内。可控式系数调整元件205用以提供一归一化系数(normalization factor) I
一、配合可控式振荡器201(其增益为Kio)调整输出频率。控制器207则根据频率差
(Λ DCO )
I
异Af调整归一化系数I一于此实施例中，频率检测器203逐次检测调整后的输出频率
j^DCO
O
与目标频率的频率差异，且控制器207控制可控式系数调整元件205以逐次增减归一化系 I
数I一进而调整可控式振荡器201的控制信号CS，使得输出频率F。逐渐逼近目标频率
1^DCO
I
Ftogrt(亦即，使I一和Kira的乘积为I)。频率锁定电路200可还包含一低通滤波器209，
^DCO
以使传送至振荡器201的控制信号更为稳定。以下将详细说明图2Α所示的频率锁定电路200的操作。图2中的输出频率可表
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。, 是表示本周期的输出频率，U是表示前一周期的输出频率，ftarget是指目标频率。是表示可控式系数调整元件205的系数，而Kio为可控式振荡器201的
k DCO
增益。由恒等式(I)可知，若能调整使其为Kio的倒数，则可在一个比较周期后将
k DCO
输出频率f；,n锁定至目标频率ftogrt。图3绘示了图2A所示的频率锁定电路的操作示意图。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根据图3，当检测到最初的输出频率与目标频率ftogrt有频率差异erri时，便会
I
将归一化系数调整成I一来产生新的输出频率f2，此输出频率f2与目标频率ftawt的
DCO,\ ,
差异会比输出频率与目标频率ftogrt的差异来得少。而若输出频率f2与目标频率ftogrt
I
仍有频率差异61^2时，会将归一化系数调整成I一来产生新的输出频率f3，此输出频
JV DCO ,2，
率f3与目标频率ftawt的差异会比输出频率f2与目标频率ftogrt的差异来得少。以此类推， I
会一直调整J一直到输出频率跟目标频率ftogrt相同或之间的差异少于一预定值(可控
j^DCO
振荡器可改变的最小频率差)为止。也就是说，是逐次地调整输出频率，使其逐渐地逼近目标频率值并将锁定成为I。在实施例中亦可持续不断地调整来修正操
jvDCO,2j^DCO
作过程中振荡器增益的变动。须注意的是，此例中虽然是将锁定成I，但亦可
^DCO,2
设定成将其锁定成其它预定乘积，本领域技术人员可了解，如此一样可以达到逼近目标频率的功能。而在一实施例中，是根据极性是否改变(亦即输出频率是大于或小于目标频率)，
I
来决定I 的量要如何调整，如以下图4所示。
^DCO图4绘示了如何调整图2A和图2B所示的可控系数调整元件的其中一例，其包含了以下步骤步骤401检测输出频率和目标频率的差异。步骤403判断频率差异是否小于或等于一预定值，若是则表示输出频率已锁定至目标频率，因此到步骤413。若否则进入步骤405进行后续程序。步骤405判断极性是否改变？若是，即表示调整过头，因此到步骤407将其调降。若
[DCO
否，则表示还可再增加以接近目标频率，因此到步骤409将其调升。
^DCO步骤407
将
权利要求
1.一种频率锁定方法，用以将一频率锁定电路输出的一输出信号锁定至一目标频率，包含 (a)检测该输出信号的一输出频率，其中该输出信号是根据一可控式振荡器的振荡频率所产生； (b)计算该输出频率与该目标频率的频率差异； (C)根据该频率差异，利用一可控式系数调整元件提供且调整一归一化系数来预测该可控式振荡器的增益并提供与该归一化系数和该频率差异相关的一控制信号，其中该输出频率是跟该归一化系数以及该可控式振荡器的该增益的乘积有关； (d)依据该控制信号控制该可控式振荡器，使该输出频率逼近该目标频率。
2.根据权利要求I所述的频率锁定方法，其中该步骤(b)逐次判断调整后的该输出频率与该目标频率的频率差异，且该(c)步骤逐次增减该归一化系数，使得该归一化系数与 该振荡器增益的乘积逐次逼近一预定乘积，依据该(C)与(d)步骤逐次调整，使得该输出频率逐渐逼近该目标频率。
3.根据权利要求2所述的频率锁定方法，其中该步骤(c)包含 以一预定值增加或减少该归一化系数，以使该归一化系数逐渐与该振荡器增益的乘积逐次逼近该预定乘积。
4.根据权利要求3所述的可控式振荡器增益检测与频率锁定方法，其中减少该归一化系数系减少上一次归一化系数改变量的一预定比例，且增加该归一化系数系增加上一次归一 化系数改变量的一预定比例。
5.根据权利要求4所述的频率锁定方法，其中该预定比例为1/2。
6.根据权利要求2所述的频率锁定方法，其中该(c)步骤是让该归一化系数与该振荡器 增益的乘积逐次逼近I。
7.根据权利要求I所述的频率锁定方法，还包含 在频率锁定过程当中，提供一动态的频宽。
8.—种频率锁定电路，包含 一可控式振荡器，用以产生一振荡信号； 一频率检测器，用以检测根据该振荡信号所产生的一输出信号的一输出频率并计算该输出频率与一目标频率的一频率差异； 一可控式增益调整元件，用以提供一归一化系数来预测该可控式振荡器的增益，并提供与该归一化系数和该频率差异相关的一控制信号，其中该输出频率是跟该归一化系数以及该可控式振荡器的该增益的乘积有关；以及 一控制器，根据该频率差异调整该归一化系数； 其中该可控式振荡器根据该控制信号调整该输出频率且该控制器调整该归一化系数，使该输出频率逼近该目标频率。
9.根据权利要求8所述的频率锁定电路，其中该频率检测器逐次判断调整后的该输出频率与该目标频率的该频率差异，且该控制器控制该可控式系数调整元件以逐次增减该归一化系数，使得该归一化系数与该振荡器增益的乘积逐次逼近一预定乘积，使得该输出频率逐渐逼近该目标频率。
10.根据权利要求9所述的频率锁定电路，其中该可控式增益调整元件以一预定值增加或减少该归一化系数，以使该归一化系数与该振荡器增益的乘积逐次逼近一预定乘积。
11.根据权利要求10所述的频率锁定电路，其中减少该归一化系数是减少上一次归一化系数改变量的一预定比例，且增加该归一化系数是增加上一次归一化系数改变量的一预定比例。
12.根据权利要求11所述的频率锁定电路，其中该预定比例为1/2。
13.根据权利要求9所述的频率锁定方法，其中该控制器让该归一化系数与该振荡器增益的乘积逐次逼近I。
14.根据权利要求8所述的频率锁定电路，还包含 一频宽调整元件，用以在频率锁定过程当中，提供一动态的频宽。
15.一种振荡器增益预测方法，包含 (a)检测一输出信号的一输出频率,其中该输出信号是根据一可控式振荡器的一振荡频率所产生； (b)计算该输出频率与该目标频率的频率差异； (C)利用一可控式系数调整元件提供一归一化系数，其中该输出频率是跟该归一化系数以及该可控式振荡器的该增益的乘积有关；以及 (d)调整该归一化系数，并根据该归一化系数以及该频率差异的关系来预测该可控式振荡器的增益。
16.根据权利要求15所述的振荡器增益预测方法，其中该步骤(b)逐次判断调整后的该输出频率与该目标频率的频率差异，且该(d)步骤逐次增减该归一化系数，使得该归一化系数与该振荡器增益的乘积逐次逼近一预定乘积，来预测该可控式振荡器的增益。
17.根据权利要求16所述的振荡器增益预测方法，其中该步骤(d)包含 以一预定值增加或减少该归一化系数，以使该归一化系数逐渐与该振荡器增益的乘积逐次逼近一预定乘积。
18.根据权利要求17所述的振荡器增益预测方法，其中减少该归一化系数是减少上一次归一化系数改变量的一预定比例，且增加该归一化系数是增加上一次归一化系数改变量的一预定比例。
19.根据权利要求18所述的振荡器增益预测方法，其中该预定比例为1/2。
20.根据权利要求16所述的振荡器增益预测方法，其中该(d)步骤是让归一化系数逐渐与该振荡器增益的乘积逐次逼近I。
21.一种振荡器增益预测电路，包含 一可控式振荡器，用以产生一振荡信号； 一频率检测器，用以检测根据该振荡信号所产生的一输出信号的一输出频率并计算该输出频率与该目标频率的频率差异； 一可控式增益调整元件，用以提供一归一化系数，其中该输出频率是跟该归一化系数以及该可控式振荡器的该增益的乘积有关；以及 一控制器，根据该频率差异调整该归一化系数，并根据该归一化系数以及该频率差异的关系来预测该可控式振荡器的增益。
22.根据权利要求21所述的振荡器增益预测电路，其中该频率检测器逐次判断调整后的该输出频率与该目标频率的频率差异，且该控制器控制该可控式系数调整元件以逐次增减该归一化系数，使得该归一化系数与该振荡器增益的乘积逐次逼近一预定乘积，来预测该可控式振荡器的增益。
23.根据权利要求22所述的振荡器增益预测电路，其中该可控式增益调整元件以一预定值增加或减少该归一化系数，以使该系数逐次逼近该可控式振荡器增益的倒数。
24.根据权利要求23所述的振荡器增益预测电路，其中减少该归一化系数是减少上一次归一化系数改变量的一预定比例，且增加该归一化系数是增加上一次归一化系数改变量的一预定比例。
25.根据权利要求24所述的振荡器增益预测电路，其中该预定比例为1/2。
26.根据权利要求21所述的振荡器增益预测方法，其中该控制器让归一化系数逐渐与 该振荡器增益的乘积逐次逼近I。
全文摘要
一种频率锁定方法，用以将一频率锁定电路输出的一输出信号锁定至一目标频率，包含(a)检测该输出信号的一输出频率，其中该输出信号是根据一可控式振荡器的振荡频率所产生；(b)计算该输出频率与该目标频率的频率差异；(c)根据该频率差异，利用一可控式系数调整元件提供且调整一归一化系数来预测该可控式振荡器的增益并提供与该归一化系数和该频率差异相关的一控制信号，其中该输出频率是跟该归一化系数以及该可控式振荡器的该增益的乘积有关；(d)依据该控制信号控制该可控式振荡器，使该输出频率逼近该目标频率。
文档编号H03L7/099GK102857219SQ201110179838
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月29日 优先权日2011年6月29日
发明者黄彦颖, 潘耿仪, 余明士 申请人:智原科技股份有限公司