本發(fā)明涉及一種頻率控制系統(tǒng)，特別是涉及一種面積小、耗電低及抗電源噪聲的頻率控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

鎖相回路(phase-locked loop,PLL)普遍使用于通訊、電腦等電子裝置內(nèi)，用以偵測頻率、相位，或者用以產(chǎn)生倍頻信號。延遲回路(delay-locked loop,DLL)類似于鎖相回路，但使用延遲線(delay line)以取代壓控振蕩器，主要用以降低數(shù)字電路當(dāng)中的時脈歪斜(clock skew)。

傳統(tǒng)的鎖相回路(PLL)，其內(nèi)部的濾波電路需要使用大電容值的電容器，因此會占用相當(dāng)大的電路面積。此外，傳統(tǒng)鎖相回路(PLL)或延遲回路(DLL)的耗電流極大，因此不適于移動或手持式電子裝置。再者，傳統(tǒng)鎖相回路(PLL)或延遲回路(DLL)容易受到電源噪聲的影響，因而降低其輸出精確度。

因此亟需提出一種新穎的頻率控制系統(tǒng)，用以克服傳統(tǒng)系統(tǒng)的缺點(diǎn),使其更適用于資源較為短缺或容易受到噪聲影響的移動或手持式電子裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于于此，本發(fā)明的目的在于，提出一種電源產(chǎn)生電路、頻率產(chǎn)生電路與頻率控制系統(tǒng)，所要解決的技術(shù)問題是使其可以降低電源噪聲的影響、降低電路面積或/且減少功率消耗。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種頻率控制系統(tǒng)，其包括電源產(chǎn)生電路及頻率產(chǎn)生電路:該電源產(chǎn)生電路包括上晶體管電路、下晶體管電路及電容器，其中該上晶體管電路與該下晶體管電路串接且于兩者之間具有一節(jié)點(diǎn)，該電容器電性耦接于該節(jié)點(diǎn)與地之間，因此于該節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一穩(wěn)定電壓。該頻率產(chǎn)生電路包括數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器、電流源/漏取電路、壓控振蕩器及數(shù)字控制器。其中，該數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器接收該穩(wěn)定電壓作為電源，并輸出一模擬信號；該電流源/漏取電路接收該模擬信號，并輸出一控制電壓；該壓控振蕩器接收該控制電壓，據(jù)以產(chǎn)生一頻率信號；且該數(shù)字控制器接收該頻率信號與一參考信號，據(jù)以產(chǎn)生一數(shù)字信號，以饋至該數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的一輸入端。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。

前述的頻率控制系統(tǒng)，其中該上晶體管電路包括至少一晶體管，且該下晶體管電路包括至少一晶體管。

前述的頻率控制系統(tǒng)，其中該上晶體管電路或該下晶體管電路的晶體管為二極管連接形式或者操作于截止區(qū)。

前述的頻率控制系統(tǒng)，還包括第一單位增益緩沖器，設(shè)置于該穩(wěn)定電壓與該數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器之間，該第一單位增益緩沖器接收該穩(wěn)定電壓,并輸出提供給該數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器作為電源。

前述的頻率控制系統(tǒng)，其中該第一單位增益緩沖器包括運(yùn)算放大器,其輸出端連接至反相輸入端，非反相輸入端則接收該穩(wěn)定電壓。

前述的頻率控制系統(tǒng)，其中該電流源/漏取電路包括第二單位增益緩沖器。

前述的頻率控制系統(tǒng)，其中該第二單位增益緩沖器包括運(yùn)算放大器,其輸出端連接至反相輸入端，非反相輸入端則接收該模擬信號。

前述的頻率控制系統(tǒng)，其中該壓控振蕩器包括環(huán)式振蕩器。

前述的頻率控制系統(tǒng)，其中該壓控振蕩器包括多個串接的反相器,每一該反相器電性耦接于該控制電壓與地之間。

前述的頻率控制系統(tǒng)，其中該壓控振蕩器的反相器的個數(shù)為奇數(shù)。

前述的頻率控制系統(tǒng)，其中該數(shù)字控制器執(zhí)行以下步驟：輸入該參考信號與該頻率信號；于該參考信號的一個周期內(nèi)，計數(shù)該頻率信號的個數(shù)是否為預(yù)設(shè)的N值；如果計數(shù)的個數(shù)為預(yù)設(shè)的N值，則維持該數(shù)字信號；及如果計數(shù)的個數(shù)非為預(yù)設(shè)的N值，則調(diào)整該數(shù)字信號。

前述的頻率控制系統(tǒng)，其中如果計數(shù)的個數(shù)小于預(yù)設(shè)的N值，則提高該數(shù)字信號；如果計數(shù)的個數(shù)大于預(yù)設(shè)的N值，則降低該數(shù)字信號。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種電源產(chǎn)生電路，其包括：上晶體管電路；下晶體管電路，該上晶體管電路與該下晶體管電路串接且于兩者之間具有一節(jié)點(diǎn)；以及電容器，電性耦接于該節(jié)點(diǎn)與地之間，因此于該節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一穩(wěn)定電壓。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。

前述的電源產(chǎn)生電路，其中該穩(wěn)定電壓饋至數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器，作為其電源。

前述的電源產(chǎn)生電路，其中該上晶體管電路包括至少一晶體管，且該下晶體管電路包括至少一晶體管。

前述的電源產(chǎn)生電路，其中該上晶體管電路或該下晶體管電路的晶體管為二極管連接形式或者操作于截止區(qū)。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題另外再采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種頻率產(chǎn)生電路,其包括：數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器，其接收一穩(wěn)定電壓作為電源，并輸出一模擬信 號；電流源/漏取電路，其接收該模擬信號，并輸出一控制電壓；壓控振蕩器，接收該控制電壓，據(jù)以產(chǎn)生一頻率信號；以及數(shù)字控制器，其接收該頻率信號與一參考信號，據(jù)以產(chǎn)生一數(shù)字信號，以饋至該數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器的一輸入端。

本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。

前述的頻率產(chǎn)生電路，還包括第一單位增益緩沖器，設(shè)置于該穩(wěn)定電壓與該數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器之間，該第一單位增益緩沖器接收該穩(wěn)定電壓,并輸出提供給該數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器作為電源。

前述的頻率產(chǎn)生電路，其中該第一單位增益緩沖器包括運(yùn)算放大器,其輸出端連接至反相輸入端，非反相輸入端則接收該穩(wěn)定電壓。

前述的頻率產(chǎn)生電路，其中該電流源/漏取電路包括第二單位增益緩沖器。

前述的頻率產(chǎn)生電路，其中該第二單位增益緩沖器包括運(yùn)算放大器,其輸出端連接至反相輸入端，非反相輸入端則接收該模擬信號。

前述的頻率產(chǎn)生電路，其中該壓控振蕩器包括環(huán)式振蕩器。

前述的頻率產(chǎn)生電路，其中該壓控振蕩器包括多個串接的反相器,每一該反相器電性耦接于該控制電壓與地之間。

前述的頻率產(chǎn)生電路，其中該壓控振蕩器的反相器的個數(shù)為奇數(shù)。

前述的頻率產(chǎn)生電路，其中該數(shù)字控制器執(zhí)行以下步驟：輸入該參考信號與該頻率信號；于該參考信號的一個周期內(nèi)，計數(shù)該頻率信號的個數(shù)是否為預(yù)設(shè)的N值；如果計數(shù)的個數(shù)為預(yù)設(shè)的N值，則維持該數(shù)字信號；及如果計數(shù)的個數(shù)非為預(yù)設(shè)的N值，則調(diào)整該數(shù)字信號。

前述的頻率產(chǎn)生電路，其中如果計數(shù)的個數(shù)小于預(yù)設(shè)的N值，則提高該數(shù)字信號；如果計數(shù)的個數(shù)大于預(yù)設(shè)的N值，則降低該數(shù)字信號。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明電源產(chǎn)生電路、頻率產(chǎn)生電路與頻率控制系統(tǒng)至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果：本發(fā)明可以降低電源噪聲的影響、降低電路面積或/且減少功率消耗。

綜上所述，本發(fā)明是有關(guān)于一種電源產(chǎn)生電路、頻率產(chǎn)生電路與頻率控制系統(tǒng)。該頻率控制系統(tǒng)，包括電源產(chǎn)生電路及頻率產(chǎn)生電路。電源產(chǎn)生電路包括上晶體管電路、下晶體管電路及電容器,用以產(chǎn)生穩(wěn)定電壓。頻率產(chǎn)生電路包括數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器、電流源/漏取電路、壓控振蕩器及數(shù)字控制器。其中數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器接收穩(wěn)定電壓作為電源，電流源/漏取電路接收數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號，壓控振蕩器接收電流源/漏取電路輸出的控制電壓，且數(shù)字控制器接收壓控振蕩器所產(chǎn)生的頻率信號與一參考信號，據(jù)以產(chǎn)生數(shù)字信號，以饋至數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明在技術(shù)上 有顯著的進(jìn)步,具有明顯的積極效果,誠為一新穎、進(jìn)步、實用的新設(shè)計。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，并配合附圖,詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1是顯示本發(fā)明實施例的頻率控制系統(tǒng)的功能方框圖。

圖2A至圖2C是例示圖1當(dāng)中串接的上晶體管電路與下晶體管電路的電路圖。

圖3是顯示圖1的電源產(chǎn)生電路的等效電路圖。

圖4是顯示圖1的壓控振蕩器的電路圖。

圖5A是顯示圖1的數(shù)字控制器的操作流程圖。

圖5B是例示參考信號與頻率信號的時序圖。

100：頻率控制系統(tǒng) 11：電源產(chǎn)生電路

111：上晶體管電路 112：下晶體管電路

12：頻率產(chǎn)生電路 121：第一單位增益緩沖

122：數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器 123：電流源/漏取電路

124：壓控振蕩器 1241:反相器

125：數(shù)字控制器 51：輸入F_IN與F_OUT

52：于F_IN周期內(nèi)計算F_OUT個數(shù)是否為 N53：維持V_C

54：調(diào)整V_C VDD：原始電源

P：節(jié)點(diǎn) V_LPF：穩(wěn)定電壓

C_LPF：電容器 A：模擬信號

V_C：控制電壓 F_IN：參考信號

F_OUT：頻率信號 D：數(shù)字信號

R_U：上等效電阻器 R_D：下等效電阻器

具體實施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效,以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的電源產(chǎn)生電路、頻率產(chǎn)生電路與頻率控制系統(tǒng)其具體實施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。

圖1是顯示本發(fā)明實施例的頻率控制系統(tǒng)100的功能方框圖。在本實施例中，頻率控制系統(tǒng)100包括電源產(chǎn)生電路11與頻率產(chǎn)生電路12。其中，電源產(chǎn)生電路11產(chǎn)生穩(wěn)定電壓V_LPF，提供給頻率產(chǎn)生電路12當(dāng)中部分電路 作為電源之用。頻率產(chǎn)生電路12，也可稱為倍頻電路(frequency multiplication circuit)，則是用以產(chǎn)生頻率信號F_OUT。

本實施例的電源產(chǎn)生電路11包括串接的上晶體管電路111與下晶體管電路112，電性耦接于原始電源VDD與地之間。上晶體管電路111與下晶體管電路112之間具有一節(jié)點(diǎn)P。上晶體管電路111與下晶體管電路112形成分壓電路(voltage divider)，于節(jié)點(diǎn)P得到穩(wěn)定電壓V_LPF。上晶體管電路111包括至少一晶體管，例如P型金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管，下晶體管電路112包括至少一晶體管，例如N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。電源產(chǎn)生電路11還包括電容器C_LPF，電性耦接于節(jié)點(diǎn)P與地之間。

在本實施例中，上晶體管電路111與下晶體管電路112所包括的晶體管為二極管連接形式，或者操作于截止區(qū)(cut-off region)或次臨界區(qū)(sub-threshold region)。在本說明書中，二極管連接形式是指將晶體管的漏極與柵極連接起來。操作于截止區(qū)或次臨界區(qū)是指將晶體管的源極與柵極連接起來。圖A是例示圖1當(dāng)中串接的上晶體管電路111與下晶體管電路112的電路圖。在此例子中，上晶體管電路111與下晶體管電路112各包括一晶體管，其為二極管連接形式。圖2B是例示圖1當(dāng)中串接的上晶體管電路111與下晶體管電路112的另一電路圖。在此例子中，上晶體管電路111與下晶體管電路112各包括一晶體管，其操作于截止區(qū)。圖2C是例示圖1當(dāng)中串接的上晶體管電路111與下晶體管電路112的又一電路圖。在此例子中，上晶體管電路111串接有二晶體管，其為二極管連接形式；下晶體管電路112串接有二晶體管，其中一晶體管操作于截止區(qū)，另一晶體管為二極管連接形式。

如圖3所示，是圖1的電源產(chǎn)生電路11的等效電路圖，二極管連接形式或操作于截止區(qū)、次臨界區(qū)的上晶體管電路111可等效為大電阻值(例如百萬至兆歐姆)的上等效電阻器R_U。同樣地，下晶體管電路112也可等效為大電阻值的下等效電阻器R_D。上等效電阻器R_U與電容器C_LPF構(gòu)成低通濾波器(LPF)，可過濾來自原始電源VDD的噪聲，使得產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓V_LPF具有極低噪聲或甚至無噪聲。

一般來說，原始電源VDD的噪聲頻率從高頻至低頻皆有，因此在本實施例中可選擇一較低的截止頻率f_C。根據(jù)截止頻率的關(guān)系式f_C＝1/(2πRC)，上等效電阻器R_U的電阻值R與電容器C_LPF的電容值C必須很大。由于電容器在集成電路當(dāng)中是一種很耗費(fèi)電路面積的元件,因此電容值不適于太大。如前所述，本實施例的上等效電阻器R_U具有大電阻值，電容器C_LPF不需太大電容值，即可得到很低的截止頻率f_C。

如前所述，本實施例的上等效電阻器R_U是由晶體管所組成，因此所需電路面積極為微小。反觀一般的電阻器，以0.18um(微米)互補(bǔ)金屬氧化 物半導(dǎo)體(CMOS)制造的多晶硅(poly)電阻器為例，要得到25M(百萬)歐姆的電阻器需要100000um²的電路面積。對于同樣的制造工藝，二極管連接形式或操作于截止區(qū)、次臨界區(qū)的晶體管的寬度W＝0.3um，長度＝10um,即可等效形成數(shù)十M(百萬)歐姆的電阻值。

請參閱圖1所示，頻率產(chǎn)生電路12包括第一單位增益緩沖器(unity-gain buffer)121，又稱為電壓隨耦器(voltage follower)，其接收電源產(chǎn)生電路11所產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓V_LPF，并輸出提供給數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)122作為電源。在本實施例中,第一單位增益緩沖器121包括運(yùn)算(operational,OP)放大器，其輸出端連接至反相輸入端,而其非反相輸入端則接收穩(wěn)定電壓V_LPF。運(yùn)算放大器可使用原始電源VDD作為電源。在另一實施例中，電源產(chǎn)生電路11所產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓V_LPF直接提供給數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器122作為電源，也即，不使用第一單位增益緩沖器121。

頻率產(chǎn)生電路12還包括電流源/漏取電路(current source/sink circuit)123，其接收數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)122所輸出的模擬信號A，并輸出控制電壓V_C以控制壓控振蕩器(voltage-controlled oscillator,VCO)124。在本實施例中，電流源/漏取電路123包括第二單位增益緩沖器，其結(jié)構(gòu)可同于第一單位增益緩沖器121，因此細(xì)節(jié)不予贅述。

壓控振蕩器124接收電流源/漏取電路123所輸出的控制電壓V_C，據(jù)以產(chǎn)生頻率信號F_OUT。圖4是顯示圖1的壓控振蕩器124的電路圖。本實施例的壓控振蕩器124包含多個(例如奇數(shù)個)反相器1241經(jīng)串接而成的環(huán)式振蕩器(ring oscillator)。每一反相器1241包括串接的P型晶體管與N型晶體管，其再電性耦接于控制電壓V_C與地之間。提高控制電壓V_C可提高頻率信號F_OUT的頻率；相反地，降低控制電壓V_C可降低頻率信號F_OUT的頻率。

頻率產(chǎn)生電路12還包括數(shù)字控制器125，其接收回饋的頻率信號F_OUT與參考信號F_IN，例如高頻的F_OUT與低頻的F_IN，據(jù)以產(chǎn)生數(shù)字信號D，經(jīng)饋至數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器122的輸入端，可控制數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器122以提高或降低模擬信號A(或控制電壓V_C)，因而達(dá)到控制頻率信號F_OUT的頻率的目的。在一實施例中，參考信號F_IN可由石英晶體振蕩器(crystal oscillator,未顯示于圖式)或其他參考頻率產(chǎn)生器來提供。數(shù)字控制器125可使用原始電源VDD作為電源。

圖5A是顯示圖1的數(shù)字控制器125的操作流程圖。首先，在步驟51，輸入?yún)⒖夹盘朏_IN與頻率信號F_OUT。圖5B是例示低頻的參考信號F_IN與高頻的頻率信號F_OUT的時序圖。接著，在步驟52，于參考信號F_IN的一個周期內(nèi),計數(shù)頻率信號F_OUT的個數(shù)是否為預(yù)設(shè)的N值。如果步驟52的結(jié)果為是，則進(jìn)入步驟53，維持?jǐn)?shù)字信號D(或控制電壓V_C)。如果步驟52的結(jié)果為非，則進(jìn)入步驟54，改變數(shù)字信號D以調(diào)整控制電壓V_C。例如，如果計數(shù)的個 數(shù)小于預(yù)設(shè)的N值，則提高數(shù)字信號D；如果計數(shù)的個數(shù)大于預(yù)設(shè)的N值，則降低數(shù)字信號D。

根據(jù)上述實施例，電源產(chǎn)生電路11可產(chǎn)生抗電源噪聲的穩(wěn)定電壓V_LPF，使得頻率產(chǎn)生電路12(特別是數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器122)的操作不會受到電源噪聲的影響。此外，具有高電阻值的上晶體管電路111與下晶體管電路112是由晶體管組成，因此其電路面積非常小。反觀傳統(tǒng)的鎖相回路(PLL)，其內(nèi)部的濾波電路需要使用大電路面積的大電容器。再者，本實施例的頻率控制系統(tǒng)100的各組成方框的功率消耗很低。以72M(百萬)Hz輸出頻率的0.18um工藝為例，每一組成方框耗費(fèi)的電流可在10uA(微安培)左右，總耗電流可小于100uA。反觀相同輸出頻率與工藝的傳統(tǒng)鎖相回路(PLL)或延遲回路(DLL)，其耗電流約為1mA(毫安培)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明,任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi),當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例,但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。