[发明专利]数字频率合成器及其数字频率合成方法

说明书

技术领域

本发明与数字频率合成器相关。

背景技术

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。

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。

发明内容

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。本发明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，于根据本发明的实施例中，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

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1为根据本发明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为根据本发明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f_src：原始频率

f_out：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