CN102868362A - 温度补偿电路以及合成器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温度补偿电路以及合成器，其中，该温度补偿电路包含有：一感测电路，用来感测一温度以产生一感测信号；一运算电路，用来在一第一阶段中取样该感测信号以产生一取样信号，以及用来在一第二阶段中根据该感测信号以及该取样信号来产生一输出信号；以及一电容电路，用来提供由该输出信号所调整的一电容值。使用该技术方案，能够根据环境温度调整一电容值。

Description

温度补偿电路以及合成器

技术领域

本发明相关于一温度补偿电路以及使用该温度补偿电路的一合成器，尤指一种能够根据环境温度来调整一电容值的温度补偿电路与相关的合成器。

背景技术

在一电压控制振荡器(voltage-controlled oscillator,VCO)中，振荡输出信号由一控制电压所控制，其中该控制电压输入至该电压控制振荡器中的一电压控制电容器(voltage-controlled capacitor)以控制该电压控制电容器的电容值。然而，该电压控制电容器、电感器以及该电压控制振荡器的一些寄生电容也可能另外被温度影响，换句话说，当该电压控制振荡器的该控制电压不变但环境温度会变动的时候，该振荡输出信号的振荡频率也就可能因为环境温度而改变。当该电压控制振荡器应用于一无线通信***中的一锁相回路电路时，该电压控制振荡器的不良的抗温度变化能力可能会严重影响该锁相回路电路的锁相能力。因此，提供一机制以补偿因为该电压控制振荡器中的该电压控制电容器以及电感的变异所造成的频率飘移已成为此领域所亟需解决的问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种能够根据环境温度调整一电容值的一温度补偿电路以及相关的合成器。

根据本发明的第一实施例，提出一温度补偿电路。该温度补偿电路包含有一感测电路、一运算电路以及一电容电路。该感测电路用来感测一温度以产生一感测信号。该运算电路用来在一第一阶段中取样该感测信号以产生一取样信号，以及用来在一第二阶段中根据该感测信号以及该取样信号来产生一输出信号。该电容电路用来提供由该输出信号所调整的一电容值。

根据本发明的第二实施例，提出一合成器。该合成器包含有一锁相回路电路、一电容电路以及一温度控制电路。该锁相回路电路至少具有一可控制振荡器，该可控制振荡器由一第一控制信号以及一第二控制信号控制，其中该第一控制信号是根据该合成器的一输出振荡信号以及一参考振荡信号得到。该电容电路根据该第二控制信号提供一电容值给该可控制振荡器。该温度控制电路包含有一感测电路以及一运算电路。该感测电路用来感测一温度以产生一感测信号。该运算电路用来在一第一阶段中取样该感测信号以产生一取样信号，以及用来在一第二阶段中根据该感测信号以及该取样信号来产生该第二控制信号。

本发明的温度补偿电路以及合成器能够感测温度的变化并根据温度变化来调整电容电路的电容值。

附图说明

图1是根据本发明一实施例提供的合成器的示意图。

图2是根据本发明一实施例提供的感测电路、运算电路以及电容电路的示意图。

图3是一电容电路的一变容器增益与该电容电路在一控制端的电位之间关系的示意图。

图4是根据本发明一实施例提供的感测电路以及运算电路在一取样模式下的示意图。

图5是根据本发明一实施例提供的感测电路以及运算电路在一比较模式下的示意图。

具体实施方式

在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的组件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的请求项当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

请参考图1，其为本发明合成器100的一实施例的示意图。合成器100包含有一锁相回路电路102、一电容电路104以及一温度控制电路106。锁相回路电路102至少具有一可控制振荡器1022，其是由一第一控制信号Sc1以及一第二控制信号Sc2所控制，其中第一控制信号Sc1是来自锁相回路电路102的一输出振荡信号Sosc以及一参考振荡信号Sr，更具体地说，锁相回路电路102可另包含有一相位侦测器1024、一电荷泵电路(a charge pump circuit)1026、一低通滤波器1028以及一除频器1030，其中可控制振荡器1022、相位侦测器1024、电荷泵电路1026、低通滤波器1028以及除频器1030的架构安排如图1所示。相位侦测器1024用来侦测参考振荡信号Sr以及一回授信号Sf的相位差以产生一侦测输出信号Sd。电荷泵电路1026用来根据侦测输出信号Sd以产生一电荷泵信号Sp。低通滤波器1028用来对电荷泵信号Sp进行低通滤波以产生第一控制信号Sc1。电容电路104用来根据第二控制信号Sc2来提供一电容值给可控制振荡器1022。换句话说，在此一较佳实施例中，电容电路104可以是电压控制电容器，且电容电路104的电容值被第二控制信号Sc2控制，因此，可控制振荡器1022便根据第一控制信号Sc1以及第二控制信号Sc2来产生输出振荡信号Sosc。除频器1030对输出振荡信号Sosc进行一除频运算来产生回授信号Sf。

温度控制电路106包含有一感测电路（sensing circuit）1062以及一运算电路1064。感测电路1062用来感测一温度以产生一感测信号Sx。运算电路1064用来在一第一阶段(first phase)取样感测信号Sx以产生一取样信号Ss，以及用来在一第二阶段(second phase)根据感测信号Sx以及取样信号Ss来产生第二控制信号Sc2。在此一较佳实施例中，该第一阶段可以是温度控制电路106的一取样模式(sample mode)，而该第二阶段可以是温度控制电路106的一比较模式(comparing mode)。

请参考图2，其为图1所示的感测电路1062、运算电路1064以及电容电路104的详细电路的示意图。感测电路1062包含有一温度控制电流源(temperature-controlled current source)1066以及一电阻器1067，其中温度控制电流源1066提供一感测电流Ix至电阻器1067。当感测电流Ix流经电阻器1067时，一感测电压(即感测信号Sx)产生在温度控制电流源1066以及电阻器1067的连接端Nx。温度控制电流源1066包含有一第一双极性接面晶体管(bipolarjunction transistor)1066a、一第二双极性接面晶体管1066b、一放大器1066c、一第一电流源1066d、一第二电流源1066e、一第三电流源1066f以及一电阻器1066g。第一双极性接面晶体管1066a以及第二双极性接面晶体管1066b的基极(base)分别被连接至第一双极性接面晶体管1066a以及第二双极性接面晶体管1066b的集极(collector)，且第一双极性接面晶体管1066a以及第二双极性接面晶体管1066b的集极被连接至接地电压Vgnd。第一双极性接面晶体管1066a以及第二双极性接面晶体管1066b的射极(emitter)分别被连接至放大器1066c的第一输入端以及第二输入端。第一电流源1066d提供一电流I1从供应电压Vdd流至第一双极性接面晶体管1066a的射极，且第二电流源1066e提供一电流I2流至第二双极性接面晶体管1066b的射极。第三电流源1066f根据电流I2产生感测电流Ix。此外，如图2所示，电阻器1066g是设置于第二电流源1066e以及第二双极性接面晶体管1066b的射极之间。应注意的是，在此一较佳实施例中，第一电流源1066d、第二电流源1066e以及第三电流源1066f被设置为一电流镜电路(current mirroring circuit)，其中第三电流源1066f会镜射(mirror)电流I2以产生感测电流Ix。根据感测电路1062的架构，由于第二双极性接面晶体管1066b的基极－射极接面电压对温度的负相依性(negative temperature dependency)以及电阻器1066g的电阻值对温度的正相依性(positive temperature dependency)，该感测电压(即感测信号Sx)可能会依据环境温度而改变，因此，电流I2以及感测电流Ix对温度可能为负相依，以及感测信号Sx的电压对温度可能为正相依。

运算电路1064包含有一运算放大器1064a、一回授电路1064b、一第一电阻器1064c、一第一电容器1064d以及一滤波电路1064e。回授电路1064b耦接于运算放大器1064a的一第一输入端(即负输入端“-”)以及运算放大器1064a的一输出端N1之间，其中该第一输入端用来接收感测信号Sx，而输出端N1用来输出一输出信号So。第一电阻器1064c耦接于运算放大器1064a的该负输入端以及感测电路1062的连接端Nx之间。第一电容器1064d被耦接至运算放大器1064a的一第二输入端(即正输入端“+”)。滤波电路1064e耦接于运算放大器1064a的输出端N1以及电容电路104的一控制端Nc之间，其中滤波电路1064e用来在温度控制电路106的该第二阶段对输出信号So进行一滤波操作，以在控制端Nc产生一经过滤波的输出信号(即第二控制信号Sc2)来控制电容电路104。

应注意的是，在该第一阶段中，第一电容器1064d被耦接至运算放大器1064a的该第一输入端以及该第二输入端(即负输入端“-”以及正输入端“+”)，而运算放大器1064a的输出端N1被耦接至一预定电压Vr。在该第二阶段中，第一电容器1064d尚未耦接至运算放大器1064a的该第一输入端(即负输入端“-”)，且运算放大器1064a的输出端N1亦尚未耦接至预定电压Vr，因此，在此一较佳实施例中，一第一切换装置S1另被纳入来选择性地将负输入端“-”耦接至正输入端“+”，且一第二切换装置S2另被纳入来选择性地将输出端N1耦接至预定电压Vr。

此外，回授电路1064b包含有一第二电阻器1064f以及一第二电容器1064g，其中第二电阻器1064f是一可调式电阻器。第二电阻器1064f耦接于负输入端“-”以及运算放大器1064a的输出端N1之间。第二电容器1064g耦接于负输入端“-”以及运算放大器1064a的该输出端之间。

滤波电路1064e包含有一第二电阻器1064h以及一第二电容器1064i。第二电阻器1064h耦接于运算放大器1064a的输出端N1以及电容电路104的控制端Nc之间。第二电容器1064i耦接于控制端Nc以及接地电压Vgnd之间，其中输出端So在该第一阶段是直接耦接至控制端Nc，因此，在此一较佳实施例中，一第三切换装置S3另被纳入来选择性地将输出端So耦接至控制端Nc。

此外，电容电路104包含有一第一电阻器104a、一第二电阻器104b、一第一电容器104c、一第二电容器104d、一第一电压控制电容器104e以及一第二电压控制电容器104f。第一电阻器104a与第二电阻器104b的第一端均被耦接至控制端Nc来接收第二控制信号Sc2。第一电压控制电容器104e具有一第一端耦接至一固定电压Vf以及一第二端耦接至第一电阻器104a的第二端。应注意的是，固定电压Vf并非低通滤波器1028产生的调整电压(tuning voltage)(比如，第一控制信号Sc1)。第二电压控制电容器104f具有一第一端耦接至固定电压Vf以及一第二端耦接至第二电阻器104b的第二端。

应注意的是，第一电压控制电容器104e以及第二电压控制电容器104f于实作上可采用变容器(varactor)。第一电容器104c具有一第一端耦接至可控制振荡器1022的一第一输出端No1以及一第二端耦接至第一电阻器104a的第二端。第二电容器104d具有一第一端耦接至可控制振荡器1022的一第二输出端No2以及一第二端耦接至第二电阻器104b的第二端。应注意的是，第一输出端No1以及第二输出端No2可作为可控制振荡器1022的差动输出端(differential outputterminal)，其中该差动输出端是用来输出前述的输出振荡信号Sosc。

当合成器100正在操作时，感测电路1062根据温度来产生感测信号Sx，其中感测信号Sx的电位Vx可由以下方程序(1)来表示：

$\mathrm{Vx}=\frac{k\·T}{q}\·\frac{R2\·\ln \left(N\right)}{R1},---\left(1\right)$

其中k是波兹曼常数(Boltzmann's constant)、T是绝对温度、q是一电子的电量(thecharge of an electron)、R1是电阻器1066g的电阻值、R2是电阻器1067的电阻值，而N是一整数（其代表第一双极性接面晶体管1066a以及第二双极性接面晶体管1066b之间的接面面积比）。

当运算电路1064需要取样感测信号Sx时，第一切换装置S1是被控制来将负输入端“-”耦接至正输入端“+”，且第二切换装置S2是被控制来将输出端N1耦接至预定电压Vr，因此，在该取样模式下，感测信号Sx以及预定电压Vr对第一电容器1064d以及第二电容器1064g充电，故储存在第一电容器1064d的电荷(即取样信号Ss)便可代表温度信息。

另一方面，当温度控制电路106操作在该取样模式下，预定电压Vr经过第三切换装置S3而直接耦接至控制端Nc，因此，电容电路104的电容值是由固定电压Vf以及预定电压Vr间的一预定压降来决定，换句话说，在该取样模式下，电容电路104的变容器增益(即该压降造成的电容值差异)可被设定至一最佳值，即最大电容增益。应注意的是，对合成器100来说，该变容器增益亦可被称作输出振荡信号Sosc在该压降下的振荡频率的差异，因为该电容值差异是对应于输出振荡信号Sosc的振荡频率的差异。图3是电容电路104的变容器增益Ac与控制端Nc的电位间的关系示意图。应注意的是，曲线300亦代表第一电压控制电容器104e(或第二电压控制电容器104f)的该变容器增益与第一电压控制电容器104e(或第二电压控制电容器104f)的该压降间的关系。更具体地说，当电容电路104操作在该最佳变容器增益时，该变容器增益具有最大值，且相较于其他的变容器增益，位于该最佳变容器增益的周遭的变异相对较小。

请参考图4，其为根据本发明的一实施例所绘示的感测电路1062以及运算电路1064在该取样模式下的示意图。因此，感测信号Sx的电位Vx可以由以下方程序(2)表示：

$\mathrm{Vx}=\mathrm{Ix}\·[R2//(R3+R4)]=0.95\·\frac{R2}{R1}\·\frac{k\·\ln \left(N\right)}{q}\·T,---\left(2\right)$

其中R3是第一电阻器1064c的电阻值，R2是第二电阻器1064f的电阻值，R4=4*R3，且R3=4*R2。

接着，当温度控制电路106运作在该比较模式下，第一电容器1064d上的感测信号Sx的电位Vx提供至运算放大器1064a的正输入端“+”，且假若温度保持不变，则输出信号So的电位会大致相等于预定电压Vr。请参考图5，其为根据本发明的一实施例所绘示的感测电路1062以及运算电路1064在该比较模式下的示意图。因此，感测信号Sx的电位Vx可以由以下方程序(3)表示：

$\mathrm{Vx}=\mathrm{Ix}\·(R2//R3)=0.8\·\frac{R2}{R1}\·\frac{k\·\ln \left(N\right)}{q}\·T,$ (3)

而输出信号So的电位Vout可以由以下方程序(4)表示：

$\mathrm{Vout}=\mathrm{Vx}\·\frac{R4}{R3}.$ (4)

因此，当温度在该比较模式下产生变化时，电位Vx会被增益R4/R3所放大而产生输出信号So，接着，输出信号So经由滤波电路1064e的低通滤波处理而产生第二控制信号Sc2来控制电容电路104的电容值。

更具体地说，在此一较佳实施例中，当温度变化时，输出振荡信号Sosc的振荡频率也跟着变化，于是温度控制电路106应该改变电容电路104的电容值以补偿输出振荡信号Sosc的变异。例如，若输出振荡信号Sosc的振荡频率每摄氏度(Celsius degree，oC)增加X KHz，感测电路1062的感测增益是Y mV/oC，运算电路1064的增益是R4/R3，且电容电路104的变容器增益是Z MHz/V(即Ac=Z MHz/V)，则X KHz/°C=(Y mV/oC)*(R4/R3)*(Z MHz/V)，因此，输出振荡信号Sosc的振荡频率仍可在大范围的温度变化下保持不变。

应注意的是，通过应用具有高于1的增益(即R4/R3>1)的运算电路1064，电容电路104的变容器增益Ac可以设计为一较小值，换句话说，电容电路104的尺寸可以缩小。

此外，因为电容电路104的控制端Nc的电位于每次进行该取样模式时都会被调整为预定电压Vr，因此，电容电路104的变容器增益Ac在该比较模式一开始时永远会是该最佳变容器增益，所以，温度控制电路106的该变容器增益也拥有高线性度的特性。

此外，电容电路104与温度控制电路106的结合架构不局限于使用在一锁相回路电路，任何其他有温度感测以及电容值调整需求的电路也可嵌入电容电路104以及温度控制电路106，其中包含温度控制电路106以及电容电路104的电路可被视为一温度补偿电路，因此，根据本发明的其他较佳实施例，提出了温度补偿电路，其包含有一感测电路、一运算电路以及一电容电路。该感测电路用来感测一温度来产生一感测信号。该运算电路用来在一第一阶段取样该感测信号来产生一取样信号，以及用来在一第二阶段根据该感测信号以及该取样信号来产生一输出信号。该电容电路用来提供一电容值，其是被该输出信号所调整。应注意的是，该温度补偿电路的操作可以参照以上温度控制电路106以及电容电路104的相关说明，在此为求简明便省略其详细说明。

本发明所揭示的温度补偿电路用来感测温度的变化并经过运算之后发出一控制信号给可控制振荡器，如此一来，补偿了电压控制振荡器原本会因温度改变而产生的频率飘移现象，尤其增加了例如电压控制振荡器运用于锁相回路电路时的***稳定性。

简单地说，本发明所揭示的实施例是在该取样模式下取样环境温度来周期性地产生一更新取样信号给具有一增益高于1的运算电路，以及设定一电压控制电容电路的一控制电压为一预定电压，以使该电压控制电容电路在每次比较模式一开始时会具有最大电容增益。于是，该运算电路便根据环境温度来调整该电压控制电容电路的该控制电压，以补偿该比较模式下的温度飘移所造成的影响，尤其增加了例如电压控制振荡器运用于锁相回路电路时的***稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明核心思想所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (19)

1.一种温度补偿电路，包含有：

一感测电路，用来感测一温度以产生一感测信号；

一运算电路，用来在一第一阶段中取样该感测信号以产生一取样信号，以及用来在一第二阶段中根据该感测信号以及该取样信号来产生一输出信号；以及

一电容电路，用来提供由该输出信号所调整的一电容值。

2.如权利要求1所述的温度补偿电路，其中该运算电路在该第二阶段中提供高于1的一增益予该感测信号，以产生该输出信号。

3.如权利要求1所述的温度补偿电路，其中该电容电路包含有：

一电压控制电容器，具有一第一端耦接至一固定电压以及一第二端耦接至该输出信号。

4.如权利要求1所述的温度补偿电路，其中该运算电路包含有：

一运算放大器；

一回授电路，耦接于该运算放大器的一第一输入端以及一输出端之间，其中该第一输入端用来接收该感测信号，以及该输出端用来输出该输出信号；

一第一电阻器，耦接于该第一输入端以及该感测电路之间；以及

一第一电容器，耦接至该运算放大器的一第二输入端；

其中在该第一阶段中，该第一电容器用来耦接至该运算放大器的该第一输入端以及该第二输入端，且该运算放大器的该输出端用来耦接至一预定电压。

5.如权利要求4所述的温度补偿电路，其中在该第二阶段中，该第一电容器与该运算放大器的该第一输入端断开，以及该运算放大器的该输出端与该预定电压断开。

6.如权利要求4所述的温度补偿电路，其中该预定电压用来使该电容电路的变容器具有一最大电容增益，其中该变容器，具有一第一端耦接至一固定电压以及一第二端耦接至该输出信号。

7.如权利要求4所述的温度补偿电路，其中该回授电路包含有：

一第二电阻器，耦接于该运算放大器的该第一输入端以及该输出端之间，以及

一第二电容器，耦接于该运算放大器的该第一输入端以及该输出端之间。

8.如权利要求4所述的温度补偿电路，其中该运算电路另包含有：

一滤波电路，耦接于该运算放大器的该输出端以及该电容电路的一控制端之间，其中该滤波电路用来在该第二阶段中对该输出信号进行一滤波操作，以在该控制端产生一经过滤波的输出信号来控制该电容电路。

9.如权利要求8所述的温度补偿电路，其中该滤波电路包含有：

一第二电阻器，耦接于该运算放大器的该输出端以及该电容电路的该控制端之间；以及

一第二电容器，耦接至该控制端；

其中该运算放大器的该输出端用来在该第一阶段中直接耦接至该控制端。

10.一种合成器，包含有：

一锁相回路电路，其至少具有一可控制振荡器，该可控制振荡器由一第

一控制信号以及一第二控制信号所控制，其中该第一控制信号是根据该合成器的一输出振荡信号以及一参考振荡信号得到；

一电容电路，用来根据该第二控制信号提供一电容值给该可控制振荡器；以及

一温度控制电路，包含有：

一感测电路，用来感测一温度以产生一感测信号；以及

一运算电路，用来在一第一阶段中取样该感测信号以产生一取样信号，以及用来在一第二阶段中根据该感测信号以及该取样信号来产生该第二控制信号。

11.如权利要求10所述的合成器，其中该电容值是用来补偿因该合成器的一温度变异所导致的该输出振荡信号的一频率飘移。

12.如权利要求10所述的合成器，其中该运算电路在该第二阶段中提供高于1的一增益予该感测信号以产生该第二控制信号。

13.如权利要求10所述的合成器，其中该电容电路包含有：

一电压控制电容器，其具有一第一端耦接至一固定电压以及一第二端耦接至该第二控制信号。

14.如权利要求10所述的合成器，其中该运算电路包含有：

一运算放大器；

一回授电路，耦接于该运算放大器的一第一输入端以及一输出端之间，其中该第一输入端用来接收该感测信号，以及该输出端耦接至该第二控制信号；

一第一电阻器，耦接于该第一输入端以及该感测电路之间；以及

一第一电容器，耦接至该运算放大器的一第二输入端；

其中在该第一阶段中，该第一电容器用来耦接至该运算放大器的该第一输入端以及该第二输入端，以及该运算放大器的该输出端用来耦接至一预定电压。

15.如权利要求14所述的合成器，其中在该第二阶段中，该第一电容器与该运算放大器的该第一输入端断开，以及该运算放大器的该输出端与该预定电压断开。

16.如权利要求14所述的合成器，其中该预定电压用来使该电容电路的变容器具有一最大电容增益，其中该变容器，具有一第一端耦接至一固定电压以及一第二端耦接至该第二控制信号。

17.如权利要求14所述的合成器，其中该回授电路包含有：

一第二电阻器，耦接于该运算放大器的该第一输入端以及该输出端之间，以及

一第二电容器，耦接于该运算放大器的该第一输入端以及该输出端之间。

18.如权利要求14所述的合成器，其中该运算电路另包含有：

一滤波电路，耦接于该运算放大器的该输出端以及该电容电路的一控制端之间，其中该滤波电路用于在该第二阶段中对该第二控制信号进行一滤波操作，以在该控制端产生一经过滤波的控制信号来控制该电容电路。

19.如权利要求18所述的合成器，其中该滤波电路包含有：

一第二电阻器，耦接于该运算放大器的该输出端以及该电容电路的该控制端之间；以及

一第二电容器，耦接至该控制端；

其中该运算放大器的该输出端用来在该第一阶段中直接耦接至该控制端。

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