高頻時脈產生器的製作方法
2024-03-06 00:28:15 1
專利名稱：高頻時脈產生器的製作方法
技術領域：
本實用新型有關一種高頻時脈產生器，尤其有關一種低功率消耗的高頻時脈產生器。
(2)背景技術時脈產生器應用於各種領域的電路裝置中，在某些需要高頻時脈的電路應用中，高頻時脈產生器需要提供高頻時脈信號，以驅動電路於高頻下工作。
請參閱圖1，它是本實用新型現有技術的高頻時脈產生器的電路方塊圖，由一鎖相迴路(phase-locked loop)所組成。讓迴路中的壓控振蕩器直接振蕩於高頻，以產生高頻的輸出時脈信號。該鎖相迴路是由一相位檢測器(phasedetector)12、一電荷泵(charge pump)13、一迴路濾波器14、一壓控振蕩器(voltagecontrolled oscillator)15、以及一除頻器16所組成。壓控振蕩器15設定為產生一頻率為輸入頻率11的N倍的輸出時脈信號17，且該輸出時脈信號17的相位與輸入頻率fi同步。然而，當鎖相迴路直接振蕩於高頻時，壓控振蕩器15將會消耗極大的功率，且其消耗的功率與其工作頻率的平方幾乎是成正比的關係。因此，當壓控振蕩器15的工作頻率提高時，鎖相迴路所消耗的功率幾乎呈現平方型的成長。因此，此種設計是一種相當消耗功率的做法。
請參閱圖2，它是本實用新型另一種現有技術的高頻時脈產生器的電路方塊圖，由一鎖相迴路(phase-locked loop)25、一延遲鎖定迴路(delayed lock loop)26以及一邏輯電路27所組成。它是利用鎖相迴路25產生的低頻輸出時脈信號21，再經過延遲鎖定迴路26對該低頻輸出時脈信號21進行相位延遲，而產生多個具不同相位的低頻時脈信號23。該多個具不同相位的低頻時脈信號23作為邏輯電路27的輸入，而受控制時脈信號24控制以產生高頻的時脈信號22輸出。與圖1相較，圖2的高頻時脈產生器雖然不需讓鎖相迴路25於高頻下工作，但是卻多出一個延遲鎖定迴路26，且需要另外再產生一個控制時脈信號24。另外，該控制時脈信號24與該多個具不同相位的低頻時脈信號23的關係，如彎曲度(skew)、任務周期(duty cycle)、設定時間(setup time)、保持時間(hold time)等參數之間的關係亦相當難以控制。因此，圖2的高頻時脈產生器在電路設計上會變得較為複雜，同時延遲鎖定迴路26中各個時脈信號間的相對關係也較難控制。
(3)實用新型內容本實用新型的主要目的是提供一種功率消耗小且電路設計簡單的高頻時脈產生器。
為實現上述目的，本實用新型的高頻時脈產生器，其特點是，包括一同頻時脈源，用於提供不同相位的數個基頻信號，其中部份該數個基頻信號是用作選擇信號；以及一倍頻電路，耦接至該同頻時脈源，其由至少一級的倍頻器所組成，其中每一級倍頻器至少包括一倍頻單元，且第一級的各該倍頻單元接收二個基頻信號作為輸入信號以及一個基頻信號作為該選擇信號，其中該選擇信號的相位差為該兩個輸入信號相位差的平均值；以及該選擇信號對該兩個輸入信號進行取樣，以產生一具有該輸入信號二倍的一時脈信號，且輸出至下一級倍頻器的倍頻單元作為該倍頻單元的一輸入信號或一選擇信號，藉以產生具有為該第一頻率2n倍數頻率的一輸出信號，而n為該倍頻器的級數。
根據上述構想，當n大於或等於2時，各該倍頻單元的輸入信號為該基頻信號或該輸出信號。
根據上述構想，其中該數個基頻信號平均分布於一360度的周期內。
根據上述構想，其中該同頻時脈源為一鎖相迴路。
根據上述構想，其中該鎖相迴路包括一電壓控制振蕩器，用於提供這些基頻信號。
根據上述構想，其中該電壓控制振蕩器是組態設定為由數個延遲單一單元胞所組成的一多級差動環狀振蕩器。
根據上述構想，其中該倍頻電路由n級的倍頻器所組成，它包括m個倍頻單元，且m為(3n-1)/2。
根據上述構想，其中該倍頻單元為一個2對1多路轉換器。
根據上述構想，其中該倍頻單元是根據該選擇信號高低準位來選取該兩個輸入信號其中之一以輸出，而產生該二倍頻信號。
為進一步說明本實用新型的目的、結構特點和效果，以下將結合附圖對本實用新型進行詳細的描述。
(4)
圖1是一種現有技術的高頻時脈產生器的電路方塊圖。
圖2是另一種現有技術的高頻時脈產生器的電路方塊圖。
圖3是本實用新型的電路方塊圖。
圖4是本實用新型同頻時脈源內的壓控振蕩器的電路組態示意圖。
圖5是本實用新型用於產生四倍頻時脈信號的多級倍頻電路的多路轉換器邏輯示意圖。
圖6是本實用新型圖5中的各個多路轉換器的各個時脈信號的時脈圖。
(5)具體實施方式
請參閱圖3，它是本實用新型的高頻時脈產生器的電路方塊圖。它包括一同頻時脈源33及一倍頻電路34。其中該同頻時脈源33為一鎖相迴路，而該倍頻電路34是由至少一級的倍頻器所組成，每一級的倍頻器至少包括一倍頻單元。因為鎖相迴路為一包括壓控振蕩器的模擬電路，其中壓控振蕩器的輸出相位及頻率是與所接收的輸入參考信號同步，所以本實用新型利用該鎖相迴路來產生不同相位的壓控振蕩時脈信號(低頻信號)，再將該壓控振蕩時脈信號輸入該倍頻電路34中。將具有相同頻率但不同相位的兩個壓控振蕩時脈信號輸入至倍頻單元，且將另一個壓控振蕩時脈信號作為選擇信號，該選擇信號的頻率與該兩個壓控振蕩時脈信號頻率相同，但相位差為該兩個壓控振蕩時脈信號相位差的平均值。通過利用選擇信號的高低兩種準位，分別對該兩個壓控震蕩時脈信號進行取樣，可以得到一個頻率為該壓控震蕩時脈信號二倍的時脈信號，它可直接輸出或是輸入至該倍頻電路34的下一級倍頻器，以產生更高倍數頻率的時脈信號。
請參閱圖4，它是本實用新型同頻時脈源內的壓控振蕩器的電路組態示意圖。其中該同頻時脈源為一鎖相迴路。包括於該鎖相迴路的壓控振蕩器為由延遲單一單元胞(Unit Delay Cell)41、42、43、44所組成的一個四級差動環狀振蕩器，其相位延遲的控制是通過改變每一級的偏壓所完成，藉以決定每個延遲單一單元胞的相位延遲，而每個延遲單一單元胞提供二個反相的相位延遲時脈信號作為下一級延遲單一單元胞的輸入時脈信號。在本實用新型的較佳實施例中，鎖相迴路中的壓控振蕩器是設計為圖4所示的四級差動環狀振蕩器，而其組態能夠提供各種相位相差45度的壓控震蕩時脈信號平均分布於一個周期的內。
請參閱圖5及圖6，它們分別是本實用新型用於產生四倍頻時脈信號的多級倍頻電路的多路轉換器邏輯示意圖及各個多路轉換器的各個時脈信號的時脈圖。在本實用新型的較佳實施例中，該倍頻電路乃是由四個二對一多路轉換器51、52、53、54所組成，其被設定用來產生一四倍頻的時脈信號。多路轉換器51、52、53形成一第一級倍頻器，而多路轉換器54形成一第二級倍頻器。
多路轉換器51以A(圖4的四級差動環狀振蕩器所產生具有0度相位的時脈信號)及C(圖4的四級差動環狀振蕩器所產生具有180度相位的時脈信號)為其輸入信號，而以B(圖4的四級差動環狀振蕩器所產生具有90度相位的時脈信號)為其選擇信號。依據取樣原理，當選擇信號B為低準位時，選取信號A為其輸出；當選擇信號B為高準位時，選取信號C為其輸出，所得到的輸出為Y1，其為一個二倍頻時脈信號且具有0度的相位。依此類推，多路轉換器52所得到的輸出為Y2，其為一個二倍頻時脈信號且具有90度的相位。多路轉換器53所得到的輸出為YS，其為一個二倍頻時脈信號且具有45度的相位。
多路轉換器54以Y1及Y2為其輸入，而以YS為其選擇信號，以信號YS的高低兩種準位作為選取信號Y1或Y2以產生多路轉換器的輸出，所得到的輸出為Y0，它為一個四倍頻時脈信號且具有0度的相位。
倘若需要更高倍頻的時脈信號輸出，只需增加壓控振蕩器的級數以產生更多不同相位的壓控振蕩時脈信號，並在圖5的二對一多路轉換器後再串接由二對一多路轉換器所組成的多級倍頻器，便可得到更高倍頻的時脈信號輸出。
由上可知，假設m為倍頻電路的二對一多路轉換器總數，而所想要的頻率為2n倍頻，一個簡單的公式將可由以下的驗算推導出當n＝1時，倍頻電路是由一二對一多路轉換器所組成的一級倍頻器，則m＝1；當n＝2時，倍頻電路是由二級倍頻器所組成，而第一級倍頻器的二對一多路轉換器數目為3，第二級倍頻器的二對一多路轉換器數目為1，則m＝3×1+1＝31+30＝4；當n＝3時，倍頻電路是由三級倍頻器所組成，而第一級倍頻器的二對一多路轉換器數目為3×3，第二級倍頻器的二對一多路轉換器數目為3×1，第三級的二對一多路轉換器數目為1，則m＝3×3+3×1+1＝32+31+30＝13；當n＝4時，倍頻電路是由四級倍頻器所組成，而第一級倍頻器的二對一多路轉換器數目為3×3×3，第二級倍頻器的二對一多路轉換器數目為3×3，第三級的二對一多路轉換器數目為3×1，第四級的二對一多路轉換器數目為1，則m＝3×3×3+3×3+3×1+1＝33+32+31+30＝40。當倍頻電路是由n級倍頻器所組成時，其中第一級倍頻器的二對一多路轉換器數目為3n-1，第二級倍頻器的二對一多路轉換器數目為3n＝2，第三級倍頻器的二對一多路轉換器數目為3n-3，…，第n級倍頻器的二對一多路轉換器數目為30，則m＝3n-1+3n-2+3n-3+…+30＝(3n-1)/2。
綜上所述，本實用新型只需使用一個鎖相迴路以產生低頻時脈信號，其後再耦接由多路轉換器組成的多級倍頻電路以產生高頻時脈信號，本實用新型不需使用延遲鎖定迴路以產生各種相位的時脈信號，亦不需讓鎖相迴路工作在高頻下，可節省許多的功率消耗，另外，由於各種不同相位的時脈信號皆是來自鎖相迴路中的壓控振蕩器，因此不需要任何外加的控制時脈信號來源。在本實用新型的較佳實施例中，僅需要一個壓控振蕩器工作在所需輸出時脈頻率的四分之一即可，所以相當省電。另外，由於本實用新型是利用選擇信號的高低準位取樣的方式對兩個壓控振蕩時脈信號進行選取，以產生高頻時脈信號，其對壓控振蕩器的輸出時脈信號的任務周期不甚敏感，且每一個選擇信號皆是來自壓控振蕩器，只要電路布局的控制適當，電壓的抖動(jitter)可以控制的很小，經過長時間下來的平均頻率也會變得很穩定。本實用新型不僅簡化高頻時脈產生器的電路設計複雜度，同時節省許多功率消耗，有效改善現有技術的缺失，因此具有產業價值。
當然，本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型，而並非用作為對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質精神範圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本實用新型權利要求書的範圍內。
權利要求1.一種高頻時脈產生器，其特徵在於，包括一同頻時脈源，用於提供不同相位的數個基頻信號，其中部份該數個基頻信號是用作選擇信號；以及一倍頻電路，耦接至該同頻時脈源，其由至少一級的倍頻器所組成，其中每一級倍頻器至少包括一倍頻單元，且第一級的各該倍頻單元接收二個基頻信號作為輸入信號以及一個基頻信號作為該選擇信號，其中該選擇信號的相位差為該兩個輸入信號相位差的平均值；以及該選擇信號對該兩個輸入信號進行取樣，以產生一具有該輸入信號二倍的一時脈信號，且輸出至下一級倍頻器的倍頻單元作為該倍頻單元的一輸入信號或一選擇信號，藉以產生具有為該第一頻率2n倍數頻率的一輸出信號，而n為該倍頻器的級數。
2.如權利要求1所述的高頻時脈產生器，其特徵在於，該同頻時脈源為一鎖相迴路。
3.如權利要求2所述的高頻時脈產生器，其特徵在於，該鎖相迴路包括一電壓控制振蕩器，用於提供這些基頻信號。
4.如權利要求3所述的高頻時脈產生器，其特徵在於，該電壓控制振蕩器是組態設定為由數個延遲單一單元胞所組成的一多級差動環狀振蕩器。
5.如權利要求1所述的高頻時脈產生器，其特徵在於，該倍頻電路由n級的倍頻器所組成，它包括m個倍頻單元，且m為(3n-1)/2。
6.如權利要求1所述的高頻時脈產生器，其特徵在於，該倍頻單元為一個2對1多路轉換器。
專利摘要本實用新型為一種高頻時脈產生器，它包括一同頻時脈源，用於提供不同相位的數個基頻信號，其中部分該數個基頻信號是用作選擇信號，以及一倍頻電路，耦接至該同頻時脈源，它由至少一級的倍頻器所組成，其中每一級倍頻器至少包括一倍頻單元，且第一級的各該倍頻單元接收二個基頻信號作為輸入信號以及一個基頻信號作為該選擇信號，其中該選擇信號的相位差為該兩個輸入信號相位差的平均值，以及該選擇信號對該兩個輸入信號進行取樣，以產生一具該輸入信號二倍的一時脈信號，且輸出至下一級倍頻器的倍頻單元作為該倍頻單元的一輸入信號或一選擇信號，藉以產生具有為該第一頻率2n倍數頻率的一輸出信號，而n為該取樣器的級數。
文檔編號H03L7/06GK2540066SQ02204400
公開日2003年3月12日 申請日期2002年1月30日 優先權日2002年1月30日
發明者林小琪 申請人:威盛電子股份有限公司