[发明专利]基于充电泵的频率调变器

说明书

技术领域

本发明是关于一种基于充电泵的频率调变器，特别关于一种具有基于充电泵的频率调变器的锁相回路。

背景技术

在频率/相位调变中最常被使用的架构为具有数字预先加强(pre-emphasis)滤波器的一闭回路调变器。虽然大部分的锁相回路(phase locked loop，PLL)电路工作于数字领域，但仍然需要由模拟成份所组成的锁相回路的转移函数(transfer function)，用以设计预先加强的滤波器，以获得更高的调变频宽。预先加强滤波器与PLL闭回路转移函数之间的不匹配包括相位错误。为了使相位错误达到最小，需要取得精确的PLL动态区域以及使用额外的可适性电路用以校正以及控制相关的回路参数。在许多研究文献中已揭露一些电路结构，用以减缓不匹配的问题，例如，使用具有主动元件与第一型回路滤波器的切换电容电路、自动校正结构、以及鉴频器(frequency discriminator)。虽然不匹配可通过这些设计达到最小，仍需要校正回路滤波器用以将相位错误最小化。因此，增加了电路实施的复杂度。此外，自三角积分调变器(Sigma-Delta Modulator，SDM)提升调变信号会产生大量的抖动噪声(jitter)至PLL输入端。对于这种情况，需要大动态范围的充电泵电路。因此，因为较大变异所产生较大的时脉回馈(clock feed through)会导致噪声的增加。

另一个直接频率调变器(Direct Frequency Modulator，DFM)的架构为双点调变，其通过同时调变三角积分调变器与压控振荡(voltage-controlled oscillator，VCO)可达到高数据速率。为了达到精确的调变，需要大线性范围的VCO增益。然而，由于必须取决于线性度与增益，VCO设计的复杂度会因此增加。对于双点调变，精确VCO增益校正为不可避免的，并且由VCO增益变异所产生的相位错误会比数字预先加强的结构所产生的相位错误更为敏感。因此，意味着需要更高的调整精确度。在这些文献中，并没有明显提出在没有调整的情况下的解决方法。

本发明提出并经由硅验证一种混合时间/数字的分数N的锁相回路(PLL)架构，其相位错误可使用不需运算放大器(operational amplifier)，而使用被动伪差动电路结构被线性修正。精确的VCO增益，其具有1KHz的解析度，可通过数字校正闭回路增益而达成。利用简单的架构与PLL的校正精确度，结合可编程的充电泵于原始的架构，用以在没有上述的任何缺点之下，产生可达到高数据速率调变的全新的直接频率调变器(DFM)。尤其是，相位可直接使用可编程的充电泵进行调变，其中充电泵实质上具有宽频与高解析度。不仅电路复杂度大幅减低，充电泵的电路，例如数字电路，也有相当程度的缩小。通过自三角积分调变器与可编程的充电泵调变PLL，可达到PLL理论限值的数据速率。本发明所揭露的架构的强度可同时被分析与模拟结果所支持。

发明内容

根据本发明的一实施例，提供一种基于充电泵的频率调变器，所述频率调变器包括：一模拟相位修正路径，所述模拟相位修正路径包括一变容二极管耦接至所述基于充电泵的频率调变器的一输出端；以及一可编程的充电泵，耦接至所述变容二极管与所述输出端之间的一端点，并接收包括调变数据的一信号。该可编程的充电泵包括：一逻辑电路用于接收一包括调变数据的信号以产生控制信号，以及多个上拉电流源与多个下拉电流源，所述上拉电流源与下拉电流源根据所述控制信号选择性耦接至所述端点。

本发明提出一种基于充电泵的直接频率调变器(Direct Frequency Modulator，DFM)。根据一混合式时间/数字分数N锁相回路，本发明的架构具有许多优点。首先，数据速率与锁相回路的频宽无关。由于调变信号不需被提升，可移除数字预先加强滤波器。因此，不需要锁相回路的反转移函数的信息。这同时也排除了为了降低由预先加强滤波器与锁相回路转移函数间的不匹配所产生的相位错误所需使用的复杂校正电路。由于仅需要一个额外的可编程的充电泵，电路复杂度可大幅度降低。使用GMSK调变器的模拟结果显示本发明所提出的架构可达到高达回路频宽14倍的数据速率。

附图说明

图1是显示混合式锁相回路示意图。

图2是显示根据本发明的一实施例所述的线性相位修正单元的详细结构。

图3是显示VCO/DCO增益校正方法示意图。

图4是显示根据本发明的一实施例所述的基于充电泵的直接频率调变器。

图5是显示根据本发明的一实施例所述的可编程的充电泵的详细电路图。