数字频率合成器及其数字频率合成方法技术

直接数字频率合成是指利用一数字频率合成器输出稳定、精准、且频率范围广泛的时脉信号，供同一集成电路芯片中的多个电路使用。本发明专利技术提出的数字频率合成器包含一控制器、一频率产生器及一可变分频器。该控制器接收一频率控制字，并据此产生一第一频率控制子字与一第二频率控制子字。该频率产生器根据该第一频率控制子字产生一第一预定频率范围内的一原始频率。该可变分频器根据该第二频率控制子字及该原始频率产生一第二预定频率范围内的一输出频率。

【技术实现步骤摘要】
数字频率合成器及其数字频率合成方法
本专利技术与数字频率合成器相关。
技术介绍
直接数字频率合成是指利用一数字频率合成器输出稳定、精准、且频率范围广泛的时脉信号，供同一集成电路芯片中的多个电路使用。在过去，效能良好的模拟-数字集成电路非常昂贵。近年来随着各种半导体技术，例如互补金属氧化物半导体(CMOS)、双极互补金属氧化物半导体(BiCMOS)、于绝缘体上制作硅晶体管、硅锗材料等制程的大幅跃进，高品质混合信号电路逐渐普及。深亚微米互补式金属氧化物半导体技术更促成在单一芯片中整合射频、模拟、应用处理器、存储器、周边接口等多种电路的可能性。基于对相位噪声、频率调整范围、频带宽度等特性的高度要求，第二代移动通讯及其后续标准(尤其是通称LTE的第四代移动通讯标准)非常需要高品质的数字频率合成器。现行频率合成器的瓶颈之一是难以在采用低电压互补金属氧化物半导体制程时达到良好的相位噪声特性。因此，目前存在对于新设计的需求，期待达到较低的相位噪声，以增进数字频率合成器的输出信号品质，并希望能令可调频宽增加、跨越多个频段。
技术实现思路
数字频率合成是现代无线通讯系统中非常重要的一环；作为成本低却可靠性高的可变频率信号源，其应用范围广及移动电话、无线数字装置(例如路由器和数据机)、全球定位系统接收器，甚至是通讯卫星。本专利技术的目标之一在于提供高品质的数字频率合成器，以产生低噪声且频率可调范围宽广的频率输出。具有高品质因数、低噪声、窄调整范围(例如5％左右)的一频率产生器被用以配合具有宽调整范围的一分数型可变分频器，组合出符合期望的低噪声宽频数字频率合成器。实现此“双元件”构想的难处之一在于如何与现行架构整合。典型的频率合成器受控于单一频率控制字。相对地，于根据本专利技术的实施例中，频率产生器和可变分频器可被独立控制。为此，原始频率控制字被分析及/或拆解，以产生多个各自对应于不同元件的频率控制子字。因此，此架构包含一控制器，用以根据原始频率控制字产生频率控制子字。在某些情况下，频率控制子字可能是原始频率控制字的一部分。控制器可直接将原始频率控制字拆解为两个或更多个部分，并指定其中的一个或多个部分作为频率控制子字。在另外某些情况中，控制器可首先对原始频率控制字执行数学及/或逻辑运算，以决定数字频率合成器的目标输出频率。一旦决定了输出频率，控制器可进一步将频率控制子字编码，以符合后续需要。在某些情况下，控制器可针对各个频率产生器和可变分频器采用不同的编码方案。举例而言，原始频率控制字可被表示为一数值范围，例如0～2N，其中0表示最低频率输出，而2N表示最高频率输出。一旦确认了频率控制字的数值代表的输出频率，便可针对频率产生器和可变分频器产生频率控制子字。这些频率控制子字亦可各自对应于不同的数值范围。此外，另有其他编码方案可指示相关电路产生适当的频率。举例而言，一频率控制子字可直接为输出频率的数值(十六进位制)，而其他频率控制子字可为一连串的改变状态/延迟字，例如设定(0，0，1，0，0，1…)对应于(延迟，延迟，改变状态，延迟，延迟，改变状态)。控制器会用以根据原始频率控制字产生适合于相关电路的频率控制子字。附图说明为让本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明，其中：图1为根据本专利技术的一实施例中的数字频率合成器的功能方块图。图2进一步绘示频率产生器210的实施细节。图3(A)～图3(C)呈现可变分频器320三种详细度不同的功能方块图。图4呈现控制器430的一功能方块图范例。图5呈现一数字频率合成器的输出频谱范例。图6为根据本专利技术的一实施例中的数字信号合成程序的流程图。图中元件标号说明如下：100：数字频率合成器105、205：数据源110、210：频率产生器120、220：可变分频器130、230：控制器FCW：频率控制字FCW1、FCW2：频率控制子字fsrc：原始频率fout：输出频率200：数字频率合成器212：锁相回路控制器214：可调式压控振荡器320：可变分频器321：逻辑单元322：N-相位信号源430：控制器431：非易失性存储器432：运算引擎600：数字信号合成程序S601～S699：流程步骤具体实施方式图1为根据本专利技术的一实施例中的数字频率合成器100的功能方块图。如图1所示，数字频率合成器100包含一频率产生器110、一可变分频器120及一控制器130。此外，数据源105将数据(例如一频率控制字FCW)提供至控制器130的输入端。控制器130的两个输出端分别耦接至频率产生器110和可变分频器120。频率产生器110的输出端是耦接至可变分频器120的输入端。可变分频器120的输出信号即为数字频率合成器100的输出信号。控制器130将频率控制字FCW转换为第一和第二频率控制子字FCW1、FCW2。如图1所示，控制器130接收数据源105产生的频率控制字FCW，并对输入频率控制字FCW施以一处理程序，以产生第一、第二频率控制子字FCW1、FCW2。控制器130随后分别将第一、第二频率控制子字FCW1、FCW2传送至频率产生器110和可变分频器120。频率产生器110根据第一频率控制子字FCW1产生一源频率(以下称为原始频率)fsrc。于一实施例中，频率产生器110为具有合理品质因数的一锁相回路，以确保其输出信号的相位噪声能符合需求。频率产生器110的相位噪声相当低。相对应地，频率产生器110的频率可调范围较有限。举例而言，其频率可调范围可能限定在压控振荡器的中央频率的±2.5％之间。以压控振荡器中央频率等于1千兆赫为例，频率产生器110产生的频率fsrc的范围可能在0.975千兆赫到1.025千兆赫间。原始频率fsrc的精确值是由第一频率控制子字FCW1控制。选择高品质因数会导致调整范围缩小。使用组合电路中的可程序化电容(例如一电容组合中的可切换式电容)能扩大调整范围。然而，该组合电路的有效品质因数会受其中的电容影响而下降。根据第二频率控制子字FCW2和原始频率fsrc，可变分频器120产生输出频率fout。相较于调整范围有限的频率产生器110，可变分频器120被设计为具有较广的频率调整范围。于一实施例中，可变分频器120依一特定顺序自一信号源选择信号，使得原始频率fsrc首先被虚拟地(而非实体)乘上一整数N(与可变分频器120的硬件设计有关)，随后再被除以一可调整的整数D。第二频率控制子字FCW2是用以自可变分频器120提供的频率调整范围中选出输出频率fout。易言之，FCW2决定了D的数值。于此实施例中，可变分频器120的输出频率fout等于将原始频率fsrc乘上N/D，亦即fout＝fsrc*N/D。实现该关系式中的fsrc*N可借由令原始频率fsrc通过一延迟链并自其中选择一适当的延迟结果。于一实施例中，N等于64而D为24到N(＝64)间的任何整数。数值D的大范围能提供相当宽的输出频率调整范围。如此一来，数字频率合成器100能兼具低相位噪声(通过频率产生器110的高品质因数)与宽输出频率范围(通过数值D的大范围)。举例而言，原始频率fsrc的范围可被限定于0.975千兆赫至1.025千兆赫。以N＝64为例，数字频率合成器100的整体输出频率范围将等于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字频率合成器，包含：一控制器，用以接收一频率控制字，并根据该频率控制字产生一第一频率控制子字与一第二频率控制子字；一频率产生器，用以根据该第一频率控制子字产生一第一预定频率范围内的一源频率；以及一可变分频器，用以根据该第二频率控制子字及该源频率产生一第二预定频率范围内的一输出频率。

【技术特征摘要】
2013.05.02 US 13/875,8291.一种数字频率合成器，包含：一控制器，用以接收一频率控制字，并根据该频率控制字产生一第一频率控制子字与一第二频率控制子字；一频率产生器，用以根据该第一频率控制子字产生一第一预定频率范围内的一源频率；以及一可变分频器，用以根据该第二频率控制子字及该源频率产生一第二预定频率范围内的一输出频率；其中该第一预定频率范围被定义为该源频率fsrc的±X％；该第二预定频率范围被定义为fsrc到64*fsrc之间；该第二预定频率范围相对于该第一预定频率范围的调整范围比例为(64*fsrc-fsrc)/(2*fsrc*X％)＝31.5/X％。2.如权利要求1所述的数字频率合成器，其特征在于，该频率产生器包含一锁相回路控制器与一可调式振荡器。3.如权利要求1所述的数字频率合成器，其特征在于，该第一预定频率范围不超过该频率产生器所提供的一中央频率的5％。4.如权利要求3所述的数字频率合成器，其特征在于，该频率产生器的一品质因数高于20。5.如权利要求2所述的数字频率合成器，其特征在于，该频率产生器根据一外部振荡器提供的一输入产生该源频率。6.如权利要求1所述的数字频率合成器，其特征在于，该可变分频器包含一逻辑模块与一N-相位信号源，该N-相位信号源包含一多工器与N个相位延迟元件，该逻辑模块包含一升缘触发单位延迟元件与一降缘触发单位延迟元件。7.如权利要求6所述的数字频率合成器，其特征在于，该输出频率被定义为fout＝N*fsrc/D，其中N为由该N-相位信号源决定的一整数，D为范围在1到N间的一整数，fsrc代表该源频率。8.如权利要求1所述的数字频率合成器，其特征在于，该控制器包含一存储器，用以储存该频率控制子字的产生指令，以及一处理器，用以执行该频率控制子字的产生指令。9.如权利要求1所述的数字频率合成器，其特征在于，至少一频率控制子字是借由针对该频率控制字执行一数学运算、一逻辑运算或一查找步骤而决定。10.一种数字频率合成方法，包含：接收一频率控制字；根据该频率控制字，产生至少两个频率控制子字；根据一第一频率控制子字，指示一频率产生器产生一第一预定频率范围内的一源频率；以及根据一第二频率控制子字及该...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡拉姆·穆罕默德，洪志铭，
申请(专利权)人：晨星半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71