CN101783681B - 倍频器与倍频方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种倍频器与倍频方法，其中倍频器包含一周期-电压转换器，该周期-电压转换器依据一输入信号的周期而产生一控制信号；一振荡器，该振荡器依据控制信号产生一输出信号，控制信号的准位校准为输入信号的频率，控制信号决定输出信号的频率。

Description

倍频器与倍频方法

技术领域

本发明是有关于一种频率转换器，尤其是一种倍频器及倍频方法。

背景技术

倍频器系常用于倍增基本频率，而产生一高频频率信号，其可广泛的运用于许多电子装置，如直流无刷马达(BLDC Motor)控制器和直流/直流的降压/升压转换器的同步切换等等。然而，传统倍频器的电路较为复杂。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一电路简单且成本低廉的倍频器及其倍频方法。

为了达到上述的目的，本发明是一种倍频器，其包含一周期-电压转换器(period-to-voltageconverter)，其依据一输入信号的周期产生一控制信号；一振荡器，其依据控制信号产生一输出信号；其中，所述控制信号的准位校准为所述输入信号的频率，所述控制信号作为所述振荡器的一跳变点电压，所述跳变点电压决定所述输出信号的频率。

本发明所述的倍频器中，所述振荡器的一时间常数校准为所述周期-电压转换器的一时间常数。

本发明所述的倍频器中，所述倍频器的输出信号同步于所述倍频器的输入信号。

本发明所述的倍频器中，还包含：

一准位偏移电路，该准位偏移电路依据所述控制信号产生一差动信号；

其中，所述差动信号耦接于所述振荡器以产生所述输出信号。

本发明所述的倍频器中，其中所述准位偏移电路还接收一偏压信号，而依据所述控制信号与所述偏压信号产生所述差动信号。

本发明所述的倍频器中，所述周期-电压转换器还包含：

一电容，该电容产生一斜坡信号；

一电流源，该电流源依据所述输入信号对所述电容充电，以产生所述斜坡信号；以及

一取样保持电路，该取样保持电路依据所述输入信号取样所述斜坡信号，而产生所述控制信号；

其中，所述控制信号的准位校准为所述输入信号的周期。

本发明所述的倍频器中，所述振荡器包含：

一电容，该振荡器的电容产生一振荡信号；以及

一电流源，该振荡器的电流源依据所述控制信号对所述振荡器的电容充电，以产生所述振荡信号；

其中，所述输出信号相关联于所述振荡信号，且所述振荡器的电流源相关联于所述周期-电压转换器的电流源。

本发明还同时公开了倍频方法，包含以下步骤：

依据一输入信号的周期产生一控制信号；以及

依据所述控制信号产生一输出信号；

其中，所述控制信号的准位校准为所述输入信号的频率，所述控制信号的准位作为一跳变点电压，所述跳变点电压决定所述输出信号的频率；

所述输出信号同步于所述输入信号。

本发明所述的倍频方法中，产生所述输出信号的时间常数校准为产生所述控制信号的时间常数。

本发明所述的倍频方法中，产生该输出信号的时间常数与产生所述控制信号的时间常数决定倍频的倍数。

本发明所述的倍频方法中，还包含以下步骤：

依据所述控制信号产生一差动信号；

其中，所述差动信号用于产生所述输出信号。

本发明所述的倍频方法中，还包含以下步骤：

接收一偏压信号，而依据所述控制信号与该偏压信号产生所述差动信号。

本发明所述的倍频方法中，产生该控制信号的步骤还包含：

依据所述输入信号产生一斜坡信号；以及

依据所述输入信号取样所述斜坡信号，以产生所述控制信号。

本发明所述的倍频方法中，产生该输出信号的步骤包含：

依据所述控制信号产生一振荡信号；以及

依据所述振荡信号产生所述输出信号；

其中，该输出信号相关联于该振荡信号。

本发明具有的有益效果：本发明的倍频器电路简单且成本低廉，其包含一周期-电压转换器(period-to-voltage converter)，其依据一输入信号的周期产生一控制信号；一振荡器，其依据控制信号产生一输出信号。其中，该控制信号的准位校准为该输入信号的频率，该控制信号作为该振荡器的一跳变点电压，该跳变点电压决定该输出信号的频率。

附图说明

图1是倍频器的框图示意图；

图2是本发明的倍频器的一较佳实施例的框图；

图3是本发明的倍频器的周期-电压转换器的一较佳实施例的电路图；

图4是本发明的周期-电压转换器的脉波产生器的一较佳实施例的电路图；

图5是本发明的倍频器的周期-电压转换器的波形图；

图6是本发明的倍频器的准位偏移电路的一较佳实施例的电路图；

图7是本发明的倍频器的振荡器的一较佳实施例的电路图。

【图号简单说明】

10    倍频器            100    脉波产生器

20    周期-电压转换器   105    反相器

35    准位偏移电路      110    脉波产生器

50    振荡器            120    电流源

125    晶体管      345   比较器

130    电容        346   比较器

135    开关        347   与非门

150    缓冲放大器  348   与非门

160    电容        350   正反器

165    开关        370   反相器

170    电容        371   缓冲器

180    电流源      fIN   输入信号

181    反相器      fO    输出信号

182    晶体管      IN    输入信号

185    电容        I231  电流信号

187    反相器      I232  输出电流

189    与门        OUT   输出信号

200    运算放大器  S0    脉波信号

210    电阻        S1    脉波信号

230    晶体管      S2    脉波信号

231    晶体管      SC    充电信号

232    晶体管      SD    放电信号

250    缓冲放大器  ST    输出信号

270    电阻        VA    偏压信号

310    电流源      VB    差动信号

315    开关        VCC   供应电压

320    电流源      VOSC  振荡信号

325    开关        VT    控制信号

330    电容        VRMP  斜坡信号

340    反相器

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

图1所示，为本发明的倍频器的框图示意图。如图所示，输入信号f_IN耦接于倍频器10的输入端。倍频器10产生具N倍的输入信号f_IN的频率的输出信号f_O。

图2所示，为本发明的倍频器的一较佳实施例的框图。倍频器10包含周期-电压转换器(period-to-voltage converter)20及振荡器(oscillator)50。周期-电压转换器20依据输入信号f_IN的周期产生控制信号V_T。控制信号V_T的准位系校准为输入信号f_IN的频率。换言之，控制信号V_T的准位亦校准为输入信号f_IN的周期。振荡器50依据控制信号V_T产生输出信号f_O。控制信号V_T耦接于振荡器50，且运作为振荡器50的跳变点(trip-point)电压。跳变点电压决定输出信号f_O的频率。偏压信号V_A耦接于振荡器50以产生输出信号f_O。周期-电压转换器20更可产生脉波信号S_O，脉波信号S_O耦接于振荡器50。

本发明的另一较佳实施例，倍频器10还包含准位偏移电路35。准位偏移电路35耦接于周期-电压转换器20与振荡器50之间，准位偏移电路35依据控制信号V_T和偏压信号V_A产生差动信号V_B。差动信号V_B耦接于振荡器50以产生输出信号f_O。

图3所示，为本发明的倍频器10的周期-电压转换器20的一较佳实施例的电路图。如图所示，输入信号f_IN经由脉波产生器100产生脉波信号S₀。脉波信号S₀耦接于反相器105以产生脉波信号S₁。脉波信号S₁更耦接于脉波产生器110以产生脉波信号S₂。因此，脉波信号S₀、S₁和S₂皆校准为输入信号f_IN的周期。

如图3所示，电流源120连接于供应电压V_CC与晶体管125之间。晶体管125连接于电流源120与接地端之间。电容130的第一端连接于电流源120及晶体管125。电容130的第二端连接于接地端。晶体管125受控于脉波信号S₂。当脉波信号S₂禁能时，电流源120对电容130进行充电，使电容130的电压逐渐增加。当脉波信号S₂致能且晶体管125导通时，电容130便会放电。

因此，当脉波信号S₂禁能时，跨于电容130的斜坡信号V_RMP会以一斜率而开始增加，电流源120的电流的振幅和电容130的电容量系决定斜坡信号V_RMP。换言之，电流源120和电容130用于依据脉波信号S₂产生斜坡信号V_RMP。因为脉波信号S₂系经由脉波产生器100、110和反相器105依据输入信号f_IN所产生，所以电流源120和电容130系用于依据输入信号f_IN产生斜坡信号V_RMP。

如图3所示，开关135、165、缓冲放大器150及电容160、170构成一取样保持电路。开关135连接于电容130和缓冲放大器150的正输入端。开关165连接于电容160与电容170之间。缓冲放大器150的正输入端经由开关135连接于电容130的输出，用以接收斜坡信号V_RMP。缓冲放大器150的负输入端连接于缓冲放大器150的输出端。缓冲放大器150的输出端更连接于电容160。电容160经由开关165连接于电容170。电容160和170用于依据斜坡信号V_RMP以产生控制信号V_T。当脉波信号S₁致能时，电容160经由开关135而保持位于电容130的斜坡信号V_RMP。

承接上述，当脉波信号S₂致能时，电容170经由开关165而保持电容160的输出。开关135受控于脉波信号S₁。开关165受控于脉波信号S₂。因此，当脉波信号S₁致能时，取样保持电路接收斜坡信号V_RMP。当脉波信号S₂致能时，取样保持电路取样斜坡信号V_RMP的预定峰值以产生控制信号V_T。换言之，取样保持电路依据输入信号f_IN取样斜坡信号V_RMP以产生控制信号V_T，且控制信号V_T的准位校准为输入信号f_IN的周期。

在本发明的周期-电压转换器20的另一实施例中，周期-电压转换器20的大部份电路与图3所示的第一实施例相同，所以于此便不再赘述。本实施例与第一实施例主要的不同之处在于：本实施例的取样保持电路由开关135和电容160所构成，不需要开关165、缓冲放大器150和电容170。当脉波信号S₁致能时，电容160经由开关135保持斜坡信号V_RMP以产生控制信号V_T。本实施例的取样保持电路依据输入信号f_IN撷取斜坡信号V_RMP以产生控制信号V_T，且控制信号V_T的准位校准为输入信号f_IN的周期。

图4所示，为本发明的周期-电压转换器20的脉波产生器100、110的一较佳实施例的电路图。如4图所示，电流源180连接于供应电压V_CC与晶体管182之间。晶体管182连接于电流源180与接地端之间。电容185的第一端连接于电流源180及晶体管182。电容185的第二端连接于接地端。晶体管182经由反相器181受控于输入信号IN(输入信号f_IN或是脉波信号S₁)。当输入信号IN致能时，电流源180对电容185进行充电，且电容185的电压将会逐渐增加。当输入信号IN禁能且晶体管182导通时，电容185便会经由接地端而放电。因此，电流源180用以对电容185进行充电。输入信号IN经由反相器181和晶体管182用以使电容185放电。

承接上述，输入信号IN更耦接于与门189的输入端。与门189的另一输入端经反相器187耦接于电容185，以产生输出信号OUT(脉波信号S₀、脉波信号S₁或脉波信号S₂)。因此，脉波产生器的输出端会依据输入信号IN的上升缘产生脉波输出信号OUT。

如图5所示，其显示输入信号f_IN、斜坡信号V_RMP、脉波信号S₀、S₁、S₂及控制信号V_T(如图3所示)的波形。如图3、5所示，因脉波产生器的输出端会依据输入信号IN的上升缘，而产生脉波输出信号OUT。因此，周期-电压转换器20的脉波产生器100的输出端会依据输入信号f_IN的上升缘产生脉波信号S₀。另外，周期-电压转换器20的反相器105的输出端会依据脉波信号S₀的上升缘产生与脉波信号S₀反相的脉波信号S₁。脉波产生器110的输出端会依据脉波信号S₁的上升缘产生脉波信号S₂。再者，跨于电容130的斜坡信号V_RMP会依据脉波信号S₂的下降缘而以一斜率开始上升。取样保持电路依据脉波信号S₁、S₂的上升缘产生控制信号V_T。

如上所述，周期-电压转换器20依据输入信号f_IN(如图3所示)产生脉波信号S₀、S₁、S₂。再者，周期-电压转换器20依据脉波信号S₁、S₂产生控制信号V_T。因此，控制信号V_T关联于输入信号f_IN。

图6所示，为本发明的倍频器10的准位偏移电路35的一较佳实施例的电路图。控制信号V_T耦接于缓冲放大器250的正输入端。缓冲放大器250的负输入端连接于缓冲放大器250的输出端。缓冲放大器250的输出端经由电阻270产生差动信号V_B。运算放大器200、电阻210及晶体管230、231、232形成一电压-电流转换器(voltage-to-current converter)，以依据偏压信号V_A产生输出电流I₂₃₂。

如图6所示，偏压信号V_A供应于运算放大器200的正输入端。电阻210连接于运算放大器200的负输入端与接地端之间。晶体管230的闸极连接于运算放大器200的输出端。晶体管230的源极连接于电阻210。电压-电流转换器经由电阻210将偏压信号V_A转换成电流信号I₂₃₁。晶体管231及晶体管232形成电流镜。晶体管231及晶体管232的源极耦接于供应电压V_CC。晶体管231的汲极连接于晶体管230的汲极以及晶体管231与晶体管232的闸极。电流信号I₂₃₁产生于晶体管231的汲极。电流镜接收电流信号I₂₃₁以产生输出电流I₂₃₂。输出电流I₂₃₂产生于晶体管232的汲极。

输出电流I₂₃₂用以在电阻270产生准位偏移电压。差动信号V_B可被设计为下列方程式(1)：

V_B＝V_A+V_T-------------------------------------------------(1)

图7所示，为本发明的倍频器10的振荡器50的一较佳实施例的电路图。如图7所示，振荡器50包含电流源310、320、开关315、325、电容330、比较器345、346、与非门347、348、反相器340、370、正反器350及缓冲器371。电流源310、320、开关315、325及电容330系用于依据跳变点电压，以产生振荡信号V_OSC。

如图7所示，开关315连接于电流源310及电容330之间。电流源310耦接于供应电压V_CC以对电容330进行充电。开关325连接于电容330与电流源320之间。电流源320耦接于接地端以对电容330放电。电容330的负端连接于接地端。振荡信号V_OSC产生于电容330的正端。

差动信号V_B及偏压信号V_A耦接于比较器345、346以作为跳变点电压。差动信号V_B耦接于比较器345的正输入端。偏压信号V_A耦接于比较器346的负输入端。比较器345的负输入端与比较器346的正输入端耦接于电容330，以接收振荡信号V_OSC。如图2所示，差动信号V_B系藉由控制信号V_T与偏压信号V_A所产生。比较器345、346的输出端耦接于闩锁电路，闩锁电路包含与非门347、348。比较器345的输出端耦接于与非门347的第一输入端。比较器346的输出端耦接于与非门348的第一输入端。与非门348的输出端耦接于与非门347的第二输入端。与非门347的输出端耦接于与非门348的第二输入端。

当振荡信号V_OSC的电压大于跳变点电压(差动信号V_B)时，闩锁电路的输出端产生放电信号S_D，放电信号S_D用于控制开关325以对电容330放电。放电信号S_D更连接于反相器370以产生充电信号S_C，充电信号S_C用于控制开关315。一旦，振荡信号V_OSC的电压小于跳变点电压(偏压信号V_A)时，开关315致能以对电容330充电。充电信号S_C连接于缓冲器371的输入端以产生输出信号f_O。因此，输出信号f_O系关联于振荡信号V_OSC。

再者，脉波信号S₀耦接于正反器350的频率输入端ck，以触发正反器350。正反器350的输入端D接收供应电压V_CC。正反器350的输出端Q产生输出信号S_T。正反器350的输出信号S_T透过反相器340与与非门347致能放电信号S_D。比较器346的输出端耦接于正反器350的重置输入端R以重置正反器350。因此，倍频器10的输出信号f_O同步于倍频器10的输入信号f_IN。

如图7所示，电流源310的电流相关联于图3所示的电流源120的电流。振荡器50产生输出信号f_O的时间常数校准为周期-电压转换器20产生控制信号V_T的时间常数。请参照方程式(2)～(5)

$V_{\mathrm{RMP}}=\frac{I_{120}\×{\mathrm{Tf}}_{\mathrm{IN}}}{C_{130}}---\left(2\right)$

$m\×{\mathrm{Tf}}_O=\frac{C_{330}\×V_{\mathrm{RMP}}}{I_{310}}---\left(3\right)$

$m\×T{f}_O=\frac{C_{330}}{I_{310}}\×\frac{I_{120}}{C_{130}}\×T{f}_{\mathrm{IN}}---\left(4\right)$

$\frac{T{f}_O}{T{f}_{\mathrm{IN}}}=1/m\×\frac{C_{330}}{C_{130}}\×\frac{I_{120}}{I_{310}}---\left(5\right)$

其中，I₁₂₀为电流源120的电流；I₃₁₀为电流源310的电流；C₁₃₀为图3所示的电容130的电容量；C₃₃₀为电容330的电容量；Tf_IN为输入信号f_IN的周期；Tf_O为输出信号f_O的周期；m为振荡器50的最大工作周期，例如0.9，其决定于电流源310、320的比例。

方程式(5)显示产生输出信号f_O的时间常数与产生控制信号V_T的时间常数决定倍频的倍数。

综上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (13)

1.一种倍频器，其特征在于，包含：

一周期-电压转换器，该周期-电压转换器依据一输入信号的周期产生一控制信号；以及

一振荡器，该振荡器依据该控制信号产生一输出信号；

其中，所述控制信号的准位校准为所述输入信号的频率，所述控制信号的准位作为所述振荡器的跳变点电压，所述跳变点电压决定所述输出信号的频率；

所述倍频器的输出信号同步于所述倍频器的输入信号。

2.根据权利要求1所述的倍频器，其特征在于，所述振荡器的时间常数校准为所述周期-电压转换器的时间常数。

3.根据权利要求1所述的倍频器，其特征在于，还包含：

一准位偏移电路，该准位偏移电路依据该控制信号产生一差动信号；

其中，所述差动信号耦接于该振荡器以产生所述输出信号。

4.根据权利要求3所述的倍频器，其特征在于，所述准位偏移电路还接收一偏压信号，而依据所述控制信号与该偏压信号产生所述差动信号。

5.根据权利要求1所述的倍频器，其特征在于，所述周期-电压转换器还包含：

一电容，该电容产生一斜坡信号；

一电流源，该电流源依据所述输入信号对所述电容充电，以产生所述斜坡信号；以及

一取样保持电路，该取样保持电路依据所述输入信号取样所述斜坡信号，而产生所述控制信号。

6.根据权利要求1所述的倍频器，其特征在于，所述振荡器包含：

一电容，所述振荡器的该电容产生一振荡信号；以及

一电流源，所述振荡器的该电流源依据所述控制信号对所述振荡器的电容充电，以产生所述振荡信号；

其中，所述输出信号相关联于所述振荡信号，且所述振荡器的电流源相关联于所述周期-电压转换器的一电流源。

7.一种倍频方法，其特征在于，包含以下步骤：

依据一输入信号的周期产生一控制信号；以及

依据该控制信号产生一输出信号；

其中，所述控制信号的准位校准为所述输入信号的频率，所述控制信号的准位作为一跳变点电压，所述跳变点电压决定所述输出信号的频率；

所述输出信号同步于所述输入信号。

8.根据权利要求7所述的倍频方法，其特征在于，产生所述输出信号的时间常数校准为产生所述控制信号的时间常数。

9.根据权利要求8所述的倍频方法，其特征在于，产生所述输出信号的时间常数与产生所述控制信号的时间常数决定倍频的倍数。

10.根据权利要求7所述的倍频方法，其特征在于，还包含步骤：依据所述控制信号产生一差动信号；

其中，所述差动信号用于产生所述输出信号。

11.根据权利要求10所述的倍频方法，其特征在于，还包含步骤：

接收一偏压信号，而依据所述控制信号与所述偏压信号产生所述差动信号。

12.根据权利要求7所述的倍频方法，其特征在于，产生所述控制信号的步骤中还包含：

依据所述输入信号产生一斜坡信号；以及

依据所述输入信号取样所述斜坡信号，以产生所述控制信号。

13.根据权利要求7所述的倍频方法，其特征在于，产生所述输出信号的步骤包含：

依据所述控制信号产生一振荡信号；以及

依据所述振荡信号产生所述输出信号；

其中，所述输出信号相关联于所述振荡信号。

Images