TWI403091B - 洋蔥波形產生器與使用洋蔥波形產生器的展頻時脈產生器 - Google Patents
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Description
本揭露是有關於一種波形產生器，且特別是有關於一種洋蔥波形產生器(onion waveform generator)以及使用此洋蔥波形產生器的展頻時脈產生器(spread spectrum clock generator)。
展頻時脈產生器(spread spectrum clock generator,SSCG)是將系統時脈緩慢小幅度的調變，使工作頻率在一定的範圍內不斷的變動，讓系統時脈產生的輻射能量平均分配到一小段頻譜中，不至於形成單一頻率的能量高峰。所以，利用展頻技術將可以將電磁輻射能量分散，以達到降低電磁干擾(electro-magnetic interference,EMI)輻射值之目的。
圖1A~1B說明使用不同調變波形所獲得的輸出頻譜。目前常用的展頻時脈產生器為集和微分調變(Delta-Sigma modulation,ΔΣ modulation)形式，其特色為不易因製程溫度電壓影響而影響展頻效果。請參照圖1A，利用正弦波形(sine waveform)進行展頻調變所獲得的輸出頻譜，會在輸出頻譜上產生一凹陷的功率衰減，而形成頻譜的兩側發生凸起的問題，如圖1A所示。也就是說，因為在頻譜能量上並非平均分布在延展的頻率上，所以並未能達到其能量衰減最大值，因而降低展頻的效果。
請參照圖1B，另一傳統技術是使用三角波進行集和微分調變。現今的展頻電路中三角波調變是非常熱門的方式。然而，從圖1B中可以看到利用三角波作調變波形的展頻時脈產生器，在延展的頻率帶中間的功率還是會有些微的凹陷。因此，在其輸出頻譜的兩側依然發生凸起，降低了展頻的效果。
本揭露提供一種洋蔥波形產生器(onion waveform generator)，利用數值產生單元(value generation unit)與累計單元(accumulating unit)產生非線性的洋蔥調變波形(onion modulation waveform)。
本揭露提供一種展頻時脈產生器，利用非線性的洋蔥調變波形調變方式，在頻譜上能產生最佳的展頻效果。
本揭露的實施例提出一種洋蔥波形產生器，包括數值產生單元以及累計單元。數值產生單元輸出計數值。累計單元耦接至數值產生單元，以累計所述計數值而輸出波形值。若累計單元操作於遞增模式，且波形值為第三邊界值，則累計單元改操作於遞減模式。若累計單元操作於遞減模式，且波形值為第四邊界值，則累計單元改操作於遞增模式。
本揭露的實施例提出一種展頻時脈產生器，包括相位頻率偵測器(phase frequency detector,PFD)、濾波器(filter)、受控振盪器(controlled oscillator)、可程式除頻器(programmable divider)、調變器(modulator)以及洋蔥波形產生器。相位頻率偵測器接收並檢測參考時脈與回授時脈二者之相差而獲得檢測結果。濾波器的輸入端耦接至相位頻率偵測器，以接收該檢測結果。受控振盪器的控制端耦接至濾波器的輸出端，而受控振盪器的輸出端提供展頻時脈。可程式除頻器的輸入端耦接至受控振盪器的輸出端，而可程式除頻器的輸出端提供回授時脈給相位頻率偵測器。其中，可程式除頻器受控於調變器所輸出的調變控制信號，而動態決定該回授時脈的頻率。調變器依據洋蔥波形產生器所輸出的波形值產生調變控制信號，以控制可程式除頻器。洋蔥波形產生器包括數值產生單元以及累計單元。數值產生單元輸出計數值。累計單元耦接至數值產生單元，以累計該計數值而輸出波形值給該調變器。若累計單元操作於遞增模式且波形值為第三邊界值，則累計單元改操作於遞減模式。若累計單元操作於遞減模式且波形值為第四邊界值，則累計單元改操作於遞增模式。
基於上述，本揭露的實施例使用數值產生單元以及累計單元實現非線性的洋蔥調變波形產生器。利用此洋蔥波形產生器進行調變之展頻時脈產生器，在頻譜能量上可以更均勻分布在延展的頻率上，且有效降低頻譜兩側凸起問題，因而產生較佳之展頻效果。
為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
下述多個實施例將使用洋蔥波形(onion waveform)進行集和微分調變，如圖1C所示。洋蔥波形可以在頻譜上產生最佳的展頻效果。由於洋蔥波形為非線性的，傳統技術對於洋蔥波形產生器的實現是有困難的。在某些實施例中，洋蔥波形產生器是以查找表(look-up table)的方式，利用唯讀記憶體(read-only memory,ROM)儲存大量的洋蔥波形值，以提供集和微分調變(Delta-Sigma modulation,ΔΣ modulation)所需的波形值。此做法在電路上實現複雜，且晶片面積和消耗功率都相對較高。以下另舉洋蔥波形產生器的實施範例，可解決上述ROM電路設計複雜的作法，達到節省功率、節省硬體面積之目的。
圖2是依據本揭露的實施例說明一種洋蔥波形產生器200的功能模塊示意圖。請參照圖2，洋蔥波形產生器200包括數值產生單元210以及累計單元220。數值產生單元210可以持續輸出一連串的數值，以下將數值產生單元210所產生的數值稱為計數值Twv。本領域之技術人員可以任何方式實現數值產生單元210。例如，數值產生單元210可以是亂數(隨機數)產生器。又例如，數值產生單元210可以是計數器，而此計數器可以是線性計數器或非線性計數器或循序狀態機(finite state machine,FSM)。
在一些實施例中，數值產生單元210可以用累計器(accumulator)來實現，而此累計器是由時脈信號CLK所觸發(trigger)，以便累計一預定值(predefined value) PV而輸出計數值(counting value) Twv。此預定值PV可以是常數(constant，例如邏輯值「1」或是其他邏輯值)，或者是變數(variability value，例如隨機值，random value)。在其他實施例中，將以計數器實現數值產生單元210。此計數器計數時脈信號CLK以輸出一計數值Twv。其中，此計數器可以動態地操作於上數模式或下數模式。若此計數器操作於上數模式且計數值Twv為第一邊界值，則此計數器改操作於下數模式。若此計數器操作於下數模式且計數值Twv為第二邊界值，則此計數器改操作於上數模式。
於上數模式中，數值產生單元210會以遞增的方式計數時脈信號CLK而輸出計數值Twv。例如，依據計數結果，數值產生單元210輸出計數值Twv依序為0、1、2、3、...，或是依序為0、3、6、9、...，或是其他線性計數值。依據設計需求，數值產生單元210也可以被設計為非線性地輸出計數值Twv，例如依序輸出2、3、3、4、4、4、5、...，或是依序輸出1、1、1、2、3、3、...，或是其他非線性計數值。相對地，於下數模式中，數值產生單元210會以遞減的方式計數時脈信號CLK而輸出計數值Twv。例如，依據計數結果，數值產生單元210輸出計數值Twv依序為...、9、8、7、6、...，或是依序為...、9、6、3、0、...，或是其他線性計數值。當然，計數值Twv也可以是非線性值，例如...、4、4、4、3、3、2、...，或是...、3、3、2、1、1、1、...，或是其他非線性計數值。
數值產生單元210亦可由循序邏輯(sequential logic)與組合邏輯(combinational logic)產生的狀態機(FSM)組成，使其連續輸出任意設計值(狀態值)而產生數列，例如...1、2、1、2、2、3、2、3、...，或是...、3、2、3、2、2、1、2、1、...等，可使累計單元220輸出展頻調變波型之任何數列。上述數值產生單元210所輸出的計數值Twv是介於第一邊界值與第二邊界值之間。
累計單元220耦接至數值產生單元210，以累計前述計數值Twv而輸出一波形值Owv。其中，累計單元220可以動態地操作於遞增模式或遞減模式。於遞增模式中，數值產生單元210會以加法累積計數值Twv而輸出波形值Owv。於遞減模式中，數值產生單元210會以減法累積計數值Twv而輸出波形值Owv。若累計單元220操作於遞增模式且波形值Owv為第三邊界值，則累計單元220改操作於遞減模式。若累計單元220操作於遞減模式且波形值Owv為第四邊界值，則累計單元220改操作於遞增模式。
在某些實施例中，當計數值Twv達該第一邊界值時，累計單元220的累計模式被改變。例如，上述第一邊界值為7，第二邊界值為0，第三邊界值為56，而第四邊界值為0。圖3是依據本揭露的實施例說明圖2中計數值Twv與波形值Owv的波形示意圖。於下數模式中(例如圖3所示的期間T1)，數值產生單元210會以遞減的方式計數時脈信號CLK而輸出計數值Twv，其依序為7、6、5、4、3、2、1、0。在此期間T1，累計單元220操作於遞增模式而累計前述計數值Twv，因而輸出波形值Owv依序為7、13、18、22、25、27、28、28。由於計數值Twv為第二邊界值(即0)，則數值產生單元210改操作於上數模式。
於上數模式中(例如圖3所示的期間T2)，數值產生單元210會以遞增的方式計數時脈信號CLK而輸出計數值Twv，其依序為1、2、3、4、5、6、7。在此期間T2，由於波形值Owv尚未達到第三邊界值(即56)，因此累計單元220依然操作於遞增模式而累計前述計數值Twv。累計單元220所輸出波形值Owv依序為29、31、54、38、43、49、56。由於計數值Twv已達第一邊界值(即7)，因此數值產生單元210改操作於下數模式。另外，由於波形值Owv已達第三邊界值(即56)，因此累計單元220改操作於遞減模式。
於下數模式中(例如圖3所示的期間T3)，數值產生單元210計數時脈信號CLK而輸出計數值Twv依序為7、6、5、4、3、2、1、0。在此期間T3，累計單元220操作於遞減模式而累計前述計數值Twv，因而輸出波形值Owv依序為49、43、38、34、31、29、28、28。由於計數值Twv已達第二邊界值(即0)，因此數值產生單元210改操作於上數模式。
於上數模式中(例如圖3所示的期間T4)，數值產生單元210計數時脈信號CLK而輸出計數值Twv依序為1、2、3、4、5、6、7。在此期間T4，由於波形值Owv尚未達到第四邊界值(即0)，因此累計單元220依然操作於遞減模式而累計前述計數值Twv。累計單元220所輸出波形值Owv依序為27、25、22、18、13、7、0。由於計數值Twv已達第一邊界值(即7)，因此數值產生單元210改操作於下數模式。另外，由於波形值Owv已達第四邊界值(即0)，因此累計單元220改操作於遞減模式。接下來的操作過程可以依據上述說明類推之。上述計數值Twv與波形值Owv整理於下列表1中。
所屬技術領域具有通常知識者可以依據上述教示而以任何方式實現數值產生單元210以及累計單元220。例如，圖4是說明圖2所示洋蔥波形產生器200的實施範例示意圖。數值產生單元210包括第一累計器211以及第一控制器212。第一累計器211被時脈信號CLK所觸發，以累計該預定值PV而輸出計數值Twv。該預定值PV可以是1、2或是其他邏輯值。第一控制器212耦接至第一累計器211以檢查計數值Twv，並依據檢查結果輸出控制信號con1給第一累計器211，以控制第一累計器211的累計模式。若第一累計器211的累計模式為遞增，且計數值Twv為第一邊界值，則第一控制器212改變第一累計器211的累計模式為遞減。若第一累計器211的累計模式為遞減，且計數值Twv為第二邊界值，則第一控制器212改變第一累計器211的累計模式為遞增。
如圖4所示，本實施例的第一累計器211包括第一加法器410以及第一暫存器420。第一暫存器420耦接至第一加法器410。第一暫存器420接收時脈信號CLK。第一暫存器420依據時脈信號CLK的觸發而記錄第一加法器410所輸出的計數值Twv，並提供先前累計值Twv’給第一加法器410。第一加法器410接收預定值PV與先前累計值Twv’，並依據第一控制器212的控制而選擇性地進行加法運算或減法運算，以輸出計數值Twv。也就是說，依據第一控制器212的控制，計數值Twv可以是Twv’+PV或是Twv’-PV。
所屬技術領域具有通常知識者可以依據設計需求而任意決定第一邊界值與第二邊界值，並且將第一邊界值與第二邊界值設定於第一控制器212。第一控制器212可以任何方式實現，例如比較器、微控制器、循序電路與邏輯電路等，或前述各種電路的組合。圖5是說明圖4所示第一控制器212的實施範例示意圖。圖中Twv[2:0]表示計數值Twv具有3位元，分別是Twv[2]、Twv[1]與Twv[0]。第一控制器212包括第一及閘510、第二及閘520、第一或閘530以及第一正反器540。第一及閘510具有第一非反相輸入端、第二非反相輸入端與第三非反相輸入端，以分別接收計數值Twv[2:0]的第一位元Twv[0]、第二位元Twv[1]與第三位元Twv[2]。第二及閘520具有第一反相輸入端、第二反相輸入端與第三反相輸入端，以分別接收計數值Twv[2:0]的第一位元Twv[0]、第二位元Twv[1]與第三位元Twv[2]。
第一或閘530具有第一輸入端與第二輸入端，以分別耦接至第一及閘510的輸出端與第二及閘520的輸出端。第一正反器540的觸發端耦接至第一或閘530的輸出端。第一正反器540的輸入端D耦接至第一正反器540的反相輸出端QB。第一正反器540的反相輸出端QB輸出控制信號con1給第一累計器211，以控制第一累計器211的累計模式。
請參照圖4，累計單元220包括第二累計器221以及第二控制器222。第二累計器221累計數值產生單元210所輸出的計數值Twv以輸出波形值Owv。第二控制器222耦接至第二累計器221以檢查波形值Owv，並依據檢查結果輸出控制信號con2給第二累計器221，以控制第二累計器221的累計模式。若第二累計器221的累計模式為遞增，且波形值Owv為第三邊界值，則第二控制器222改變第二累計器221的累計模式為遞減。若第二累計器221的累計模式為遞減，且波形值Owv為第四邊界值，則第二控制器222改變第二累計器221的累計模式為遞增。
如圖4所示，本實施例的第二累計器221包括第二加法器430以及第二暫存器440。第二暫存器440耦接至第二加法器430，以記錄波形值Owv並提供先前累計值Owv’給第二加法器430。第二加法器430接收計數值Twv與先前累計值Owv’，並依據第二控制器222的控制而選擇性地進行加法運算或減法運算，以輸出波形值Owv。也就是說，依據第二控制器222的控制，波形值Owv可以是Owv’+Twv或是Owv’-Twv。
所屬技術領域具有通常知識者可以依據設計需求而任意決定第三邊界值與第四邊界值，並且將第三邊界值與第四邊界值設定於第二控制器222。第二控制器222可以任何方式實現，例如比較器、微控制器等、循序電路與邏輯電路的組合。圖6是說明圖4所示第二控制器222的實施範例示意圖。圖中Owv[5:0]表示波形值Owv具有6位元，分別是Owv[5]、Owv[4]、Owv[3]、Owv[2]、Owv[1]與Owv[0]。第二控制器包括第三及閘610、第四及閘620、第二或閘630以及第二正反器640。第三及閘610具有三個反相輸入端與三個非反相輸入端，以分別接收接收波形值Owv的第一位元Owv[0]、第二位元Owv[1]、第三位元Owv[2]、第四位元Owv[3]、第五位元Owv[4]與第六位元Owv[5]。第三及閘610的輸出端輸出對應的第一邏輯值。
第四及閘620具有六個反相輸入端，以分別接收接收波形值Owv的第一位元Owv[0]、第二位元Owv[1]、第三位元Owv[2]、第四位元Owv[3]、第五位元Owv[4]與第六位元Owv[5]。第四及閘620的輸出端輸出對應的第二邏輯值。第二或閘630具有第一輸入端與第二輸入端，以分別耦接至第三及閘610與第四及閘620的輸出端。第二正反器640的觸發端耦接至第二或閘630的輸出端。第二正反器640的輸入端D耦接至第二正反器640的反相輸出端QB。第二正反器640的反相輸出端QB輸出控制信號con2給第二累計器221，以控制第二累計器221的累計模式。
為了避免波形值Owv的波形發生斜率為0的情形，本實施例將第二邊界值設定為2。圖8是依照本揭露的另一實施例說明數值產生單元210的功能模塊示意圖。圖8所示的數值產生單元210與圖5所示的數值產生單元210相似，因此不再贅述相同的內容。與圖5所示的數值產生單元210不同的是，圖8所示的第一控制器212是以及閘820取代及閘520。及閘820具有反相輸入端、非反相輸入端與反相輸入端，以分別接收計數值Twv[2:0]的第一位元Twv[0]、第二位元Twv[1]與第三位元Twv[2]。
圖7是依照本揭露的另一實施例說明一種洋蔥波形產生器700的功能模塊示意圖。圖7所示的洋蔥波形產生器700與圖2所示的洋蔥波形產生器200相似，因此不再贅述相同的內容。與洋蔥波形產生器200不同的是，洋蔥波形產生器700更包括多工器710以及第三控制器720。此多工器710可以有兩個以上之輸入，接收兩種以上的不同頻率作為數值產生單元210之CLK輸入，因此數值產生單元210可以被時脈信號CLK觸發而累計該預定值PV，以產生非線性的計數值Twv。舉輸入為兩組頻率來說，多工器710的第一輸入端接收第一頻率信號F1，多工器710的第二輸入端接收第二頻率信號F2，而多工器710的輸出端提供時脈信號CLK給數值產生單元210。第一頻率信號F1與第二頻率信號F2可以是各自具有不相同頻率的兩個時脈信號。第三控制器720耦接至數值產生單元210，以偵測計數值Twv。依據計數值Twv的大小，第三控制器720可以對應地輸出控制信號FS以控制多工器710選擇將第一頻率信號F1或第二頻率信號F2提供給數值產生單元210。
洋蔥波形產生器700產生非線性的計數值Twv方式如下。例如，第一頻率信號F1的頻率是第二頻率信號F2的兩倍。當計數值Twv為7、6、5時，第三控制器720控制多工器710選擇將第一頻率信號F1提供給數值產生單元210。當計數值Twv為4、3、2時，第三控制器720控制多工器710選擇將第二頻率信號F2提供給數值產生單元210，其結果如表2與圖10所示。圖9是依據本揭露的實施例說明圖7中第三控制器720的功能模塊示意圖。第三控制器720包括及閘721、及閘722、及閘723以及或閘724。及閘721具有二個反相輸入端與一個非反相輸入端，以分別接收計數值Twv[2:0]的第一位元Twv[0]、第二位元Twv[1]與第三位元Twv[2]。及閘722具有二個非反相輸入端與一個反相輸入端，以分別接收Twv[0]、Twv[1]與Twv[2]。及閘723具有反相輸入端、非反相輸入端與反相輸入端，以分別接收Twv[0]、Twv[1]與Twv[2]。或閘724具有三個輸入端，以分別耦接至及閘721、722與723的輸出端。或閘724的輸出端提供控制信號FS給多工器710。
圖10是依據本揭露的實施例說明圖7中計數值Twv與波形值Owv的波形示意圖。於某一些實施例之下數模式中，數值產生單元210會從第一邊界值開始，以遞減的方式計數時脈信號CLK而輸出計數值Twv。於本實施例之下數模式中(例如圖10所示的期間T1)，數值產生單元210基於時脈信號CLK的觸發，而從第一邊界值(例如數值「7」)開始，以遞減的方式計數/累計預定值PV(例如PV=1)而輸出計數值Twv。當計數值Twv大於等於5時，第三控制器720控制多工器710選擇將第一頻率信號F1提供給數值產生單元210，因此計數值Twv依序為7、6、5、4。當計數值Twv小於等於4時，第三控制器720控制多工器710選擇將第二頻率信號F2提供給數值產生單元210。由於第二頻率信號F2的頻率是第一頻率信號F1的一半，因此計數值Twv依序為4、4、3、3、2。在此期間T1，累計單元220操作於遞增模式而累計前述計數值Twv，因而輸出波形值Owv依序為7、13、18、22、26、29、32、34。由於計數值Twv已達第二邊界值(即2)，則數值產生單元210改操作於上數模式。
於某一些實施例之上數模式中，數值產生單元210會以遞增的方式計數時脈信號CLK而輸出計數值Twv。於本實施例之上數模式中(例如圖10所示的期間T2)，數值產生單元210基於時脈信號CLK的觸發，而以遞增的方式計數/累計預定值PV而輸出計數值Twv。由於多工器710選擇將第二頻率信號F2提供給數值產生單元210，因此計數值Twv依序為2、3、3、4、4。當計數值Twv大於等於5時，第三控制器720控制多工器710選擇將第一頻率信號F1提供給數值產生單元210，因此計數值Twv依序為5、6、7。在此期間T2，由於波形值Owv尚未達到第三邊界值(例如68)，因此累計單元220依然操作於遞增模式而累計前述計數值Twv。累計單元220所輸出波形值Owv依序為36、39、42、46、50、55、61、68。由於計數值Twv已達第一邊界值(即7)，因此數值產生單元210改操作於下數模式。另外，由於波形值Owv已達第三邊界值(即68)，因此累計單元220改操作於遞減模式。
如前所述，於下數模式中(例如圖10所示的期間T3)，數值產生單元210計數時脈信號CLK(或是累計該預定值PV)而輸出計數值Twv依序為7、6、5、4、4、3、3、2。在此期間T3，累計單元220操作於遞減模式而累計前述計數值Twv，因而輸出波形值Owv依序為61、55、50、46、42、39、36、34。由於計數值Twv已達第二邊界值(即2)，因此數值產生單元210改操作於上數模式。
如前所述，於上數模式中(例如圖10所示的期間T4)，數值產生單元210計數時脈信號CLK(或是累計該預定值PV)而輸出計數值Twv依序為2、3、3、4、4、5、6、7。在此期間T4，由於波形值Owv尚未達到第四邊界值(即0)，因此累計單元220依然操作於遞減模式而累計前述計數值Twv。累計單元220所輸出波形值Owv依序為32、29、26、22、18、13、7、0。由於計數值Twv已達第一邊界值(即7)，因此數值產生單元210改操作於下數模式。另外，由於波形值Owv已達第四邊界值(即0)，因此累計單元220改操作於遞減模式。接下來的操作過程可以依據上述說明類推之。上述計數值Twv與波形值Owv整理於下列表2中。
上述第一、第二、第三、第四邊界值以及數值產生單元210的初始值是依照設計需求而任意決定的。例如，數值產生單元210的初始值為0，第一邊界值為7，第二邊界值為0，第三邊界值為28，而第四邊界值為-28。此範例的操作過程可以依據上述說明類推之，故不在此贅述。此範例的計數值Twv與波形值Owv整理於下列表3中。
本揭露不限制上述洋蔥波形產生器200及洋蔥波形產生器700的應用。例如，洋蔥波形產生器200及洋蔥波形產生器700可以應用於展頻時脈產生器。圖11是依照本揭露的實施例說明一種展頻時脈產生器1100的功能模塊示意圖。請參照圖11，展頻時脈產生器1100包括相位頻率偵測器1110、電荷幫浦(charge pump,CP) 1120、濾波器1130、受控振盪器1140、可程式除頻器1150、調變器1160、洋蔥波形產生器200以及除頻器1170。
相位頻率偵測器1110接收並檢測參考時脈Fref與回授時脈Ffb二者之相差(時間差)而獲得檢測結果，並且將檢測結果送至電荷幫浦1120，進而控制電荷幫浦1120充電或放電。由電荷幫浦1120所產生的電流，將導入濾波器1130。濾波器1030的輸入端透過電荷幫浦1120耦接至相位頻率偵測器1110，以依據該檢測結果而產生受控振盪器1140的控制電壓。於本實施例中，濾波器1130可以是低通濾波器(low pass filter,LPF)。
受控振盪器1140的控制端耦接至濾波器1130的輸出端，而受控振盪器1140的輸出端提供展頻時脈Fout。於本實施例中，受控振盪器1140可以是壓控振盪器(voltage controlled oscillator,VCO)。可程式除頻器1150的輸入端耦接至受控振盪器1140的輸出端，而可程式除頻器1150的輸出端提供回授時脈Ffb給相位頻率偵測器1110。可程式除頻器1150受控於調變控制信號MC而動態決定回授時脈Ffb的頻率。
以下將展頻時脈產生器1100應用在序列進階技術附加(Serial Advanced Technology Attachment,SATA)。由於SATA規格展頻的調變頻率為30~33K之間，則Fref輸入的頻率為100MHz，展頻時脈Fout的頻率可以是6-GHz。可程式除頻器1150依據調變控制信號MC而決定將展頻時脈Fout的頻率除以58或除以60。因此，隨者控制信號MC的調變，回授時脈Ffb的頻率為6÷58 GHz或是6÷60 GHz。在另一實施例中，可程式除頻器1150依據調變控制信號MC而動態決定將展頻時脈Fout的頻率除以56、除以58、除以60或除以62。因此，隨者控制信號MC的調變，回授時脈Ffb的頻率可以是6÷56 GHz、6÷58 GHz、6÷60 GHz或是6÷62 GHz。
除頻器1170接收參考時脈Fref，並將參考時脈Fref的頻率除以某一倍率(例如除以96)，以提供時脈信號CLK給洋蔥波形產生器200的數值產生單元210，其除頻數依據調變波形的頻率與階數而決定。在某些實施例中，時脈信號CLK可以是參考時脈Fref。也就是說，除頻器1170可以視設計需求而省略的。洋蔥波形產生器200依據時脈信號CLK產生波形值Owv給調變器1160。洋蔥波形產生器200已於先前詳述過，在此不再贅述。
調變器1160依據波形值Owv產生調變控制信號MC給可程式除頻器1150。於本實施例中，調變器1160為集和微分調變器(ΔΣ modulator)。上述相位頻率偵測器1110、電荷幫浦1120、濾波器1130、受控振盪器1140、可程式除頻器1150、調變器1160以及除頻器1170已為所屬領域之公知技藝，故在此不予贅述。
圖12是依照本揭露的另一實施例說明一種展頻時脈產生器1200的功能模塊示意圖。請參照圖12，第一除頻器1170接收參考時脈Fref，並將參考時脈Fref除頻以提供第一頻率信號F1給洋蔥波形產生器700的多工器710。第二除頻器1280接收第一頻率信號F1，並將第一頻率信號F1除頻以提供第二頻率信號F2給洋蔥波形產生器700的多工器710。第二除頻器1280的除頻倍率是由設計需求而決定的，在此除頻器1280是除2的除頻器。洋蔥波形產生器700依據第一頻率信號F1與第二頻率信號F2產生波形值Owv給調變器1160。洋蔥波形產生器700已於先前詳述過，而展頻時脈產生器1200的其他元件相同於展頻時脈產生器1100，因此相關內容在此不再贅述。
綜上所述，上述諸實施例使用數值產生單元210以及累計單元220實現非線性的洋蔥調變波形產生器200與700。利用此洋蔥波形產生器進行調變之展頻時脈產生器1100與1200，在頻譜能量上可以更均勻分布在延展的頻率上，且有效降低頻譜兩側凸起問題，因而產生較佳之展頻效果。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
200、700．．．洋蔥波形產生器
210．．．數值產生單元
211．．．第一累計器
212．．．第一控制器
220．．．累計單元
221．．．第二累計器
222．．．第二控制器
410．．．第一加法器
420．．．第一暫存器
430．．．第二加法器
440．．．第二暫存器
510．．．第一及閘
520．．．第二及閘
530．．．第一或閘
540．．．第一正反器
610．．．第三及閘
620．．．第四及閘
630．．．第二或閘
640．．．第二正反器
710．．．多工器
720．．．第三控制器
721、722、723、820．．．及閘
724．．．或閘
1100．．．展頻時脈產生器
1110．．．相位頻率偵測器
1120．．．電荷幫浦
1130．．．濾波器
1140．．．受控振盪器
1150．．．可程式除頻器
1160．．．調變器
1170、1280．．．除頻器
CLK．．．時脈信號
F1．．．第一頻率信號
F2．．．第二頻率信號
Owv．．．波形值
Twv．．．計數值
圖1A~1C說明使用不同調變波形所獲得的輸出頻譜。
圖2是依據本揭露的實施例說明一種洋蔥波形產生器的功能模塊示意圖。
圖3是依據本揭露的實施例說明圖2中計數值Twv與波形值Owv的波形示意圖。
圖4是說明圖2所示洋蔥波形產生器的實施範例示意圖。
圖5是說明圖4所示第一控制器的實施範例示意圖。
圖6是說明圖4所示第二控制器的實施範例示意圖。
圖7是依照本揭露的另一實施例說明一種洋蔥波形產生器的功能模塊示意圖。
圖8是依照本揭露的另一實施例說明數值產生單元的功能模塊示意圖。
圖9是依據本揭露的實施例說明圖7中第三控制器的功能模塊示意圖。
圖10是依據本揭露的實施例說明圖7中計數值Twv與波形值Owv的波形示意圖。
圖11是依照本揭露的實施例說明一種展頻時脈產生器的功能模塊示意圖。
圖12是依照本揭露的另一實施例說明一種展頻時脈產生器的功能模塊示意圖。
200．．．洋蔥波形產生器
210．．．數值產生單元
220．．．累計單元
CLK．．．時脈信號
Owv．．．波形值
Twv．．．計數值
Claims (32)
- 一種洋蔥波形產生器，包括：一數值產生單元，輸出一計數值，其中若該計數值為一第一邊界值，則該數值產生單元從一遞增模式改操作於一遞減模式，以及若該計數值為一第二邊界值，則該數值產生單元從該遞減模式改操作於該遞增模式；以及一累計單元，耦接至該數值產生單元，累計該計數值以輸出一波形值，其中若該累計單元操作於該遞增模式且該波形值為一第三邊界值，則該累計單元改操作於該遞減模式，以及若該累計單元操作於該遞減模式且該波形值為一第四邊界值，則該累計單元改操作於該遞增模式。
- 如申請專利範圍第1項所述之洋蔥波形產生器，其中該數值產生單元包括：一第一累計器，累計一時脈信號以輸出該計數值；以及一第一控制器，耦接至該第一累計器以檢查該計數值並控制該第一累計器的累計模式，其中若該累計模式為遞增且該計數值為該第一邊界值，則該第一控制器改變該第一累計器的該累計模式為遞減，以及若該累計模式為遞減且該計數值為該第二邊界值，則該第一控制器改變該第一累計器的該累計模式為遞增。
- 如申請專利範圍第2項所述之洋蔥波形產生器，其中該第一累計器包括： 一第一加法器，耦接一預定值與一先前累計值，並依據該第一控制器的控制而選擇性地進行加法運算或減法運算，以輸出該計數值；以及一第一暫存器，接收該時脈信號以及耦接至該第一加法器，以記錄該計數值並提供該先前累計值給該第一加法器。
- 如申請專利範圍第2項所述之洋蔥波形產生器，其中該第一控制器包括：一第一及閘，具有第一非反相輸入端、第二非反相輸入端與第三非反相輸入端以分別接收該計數值的第一位元、第二位元與第三位元；一第二及閘，具有第一反相輸入端、第二反相輸入端與第三反相輸入端以分別接收該計數值的第一位元、第二位元與第三位元；一第一或閘，具有第一輸入端與第二輸入端以分別耦接至該第一及閘與該第二及閘的輸出端；以及一第一正反器，該第一正反器的觸發端耦接至該第一或閘的輸出端，該第一正反器的輸入端耦接至該第一正反器的反相輸出端，而該第一正反器的反相輸出端控制該第一累計器的累計模式。
- 如申請專利範圍第2項所述之洋蔥波形產生器，其中該第一控制器包括： 一第一及閘，具有第一非反相輸入端、第二非反相輸入端與第三非反相輸入端以分別接收該計數值的第一位元、第二位元與第三位元；一第二及閘，具有第一反相輸入端、第二非反相輸入端與第三反相輸入端以分別接收該計數值的第一位元、第二位元與第三位元；一第一或閘，具有第一輸入端與第二輸入端以分別耦接至該第一及閘與該第二及閘的輸出端；以及一第一正反器，該第一正反器的觸發端耦接至該第一或閘的輸出端，該第一正反器的輸入端耦接至該第一正反器的反相輸出端，而該第一正反器的反相輸出端控制該第一累計器的累計模式。
- 如申請專利範圍第1項所述之洋蔥波形產生器，其中該數值產生單元包括：一循序狀態機，產生一狀態值作為該計數值，其中該計數值介於該第一邊界值與該第二邊界值之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之洋蔥波形產生器，其中該累計單元包括：一第二累計器，累計該計數值以輸出該波形值；以及一第二控制器，耦接至該第二累計器以檢查該波形值並控制該第二累計器的累計模式，其中若該累計模式為遞增且該波形值為該第三邊界值，則該第二控制器改變該第二累計器的該累計模式為遞減，以及若該累計模式為遞減 且該波形值為該第四邊界值，則該第二控制器改變該第二累計器的該累計模式為遞增。
- 如申請專利範圍第7項所述之洋蔥波形產生器，其中該第二累計器包括：一第二加法器，接收該計數值與一先前累計值，並依據該第二控制器的控制而選擇性地進行加法運算或減法運算，以輸出該波形值；以及一第二暫存器，耦接至該第二加法器，以記錄該波形值並提供該先前累計值給該第二加法器。
- 如申請專利範圍第7項所述之洋蔥波形產生器，其中該第二控制器包括：一第三及閘，接收該波形值而輸出對應的第一邏輯值；一第四及閘，接收該波形值而輸出對應的第二邏輯值；一第二或閘，具有第一輸入端與第二輸入端以分別耦接至該第三及閘與該第四及閘的輸出端；以及一第二正反器，該第二正反器的觸發端耦接至該第二或閘的輸出端，該第二正反器的輸入端耦接至該第二正反器的反相輸出端，而該第二正反器的反相輸出端控制該第二累計器的累計模式。
- 如申請專利範圍第1項所述之洋蔥波形產生器，其中該數值產生單元包括一計數器，該計數器計數一時脈信號以輸出該計數值，其中若該計數器操作於一上數模式且該計數值為該第一邊界值，則該計數器改操作於一下數 模式，以及若該計數器操作於該下數模式且該計數值為該第二邊界值，則該計數器改操作於該上數模式。
- 如申請專利範圍第1項所述之洋蔥波形產生器，更包括：一多工器，該多工器具有兩組以上之輸入，以接收不同頻率之時脈信號，該多工器的輸出端提供一時脈信號給該數值產生單元；以及一第三控制器，耦接至該數值產生單元，依據該計數值而對應地控制該多工器。
- 如申請專利範圍第10項所述之洋蔥波形產生器，其中當該計數值達該第一邊界值時，該累計單元改變其累計模式。
- 如申請專利範圍第10項所述之洋蔥波形產生器，其中該計數器為線性計數器、非線性計數器或循序狀態機。
- 一種展頻時脈產生器，包括：一相位頻率偵測器，接收並檢測一參考時脈與一回授時脈二者之相差而獲得一檢測結果；一濾波器，其輸入端耦接至該相位頻率偵測器，以接收該檢測結果；一受控振盪器，其控制端耦接至該濾波器的輸出端，而該受控振盪器的輸出端提供一展頻時脈；一可程式除頻器，其輸入端耦接至該受控振盪器的輸出端，而該可程式除頻器的輸出端提供該回授時脈給該相 位頻率偵測器，其中該可程式除頻器受控於一調變控制信號而動態決定該回授時脈的頻率；一調變器，依據一波形值產生該調變控制信號；以及一洋蔥波形產生器，包括：一數值產生單元，輸出一計數值，其中若該計數值為一第一邊界值，則該數值產生單元從一遞增模式改操作於一遞減模式，以及若該計數值為一第二邊界值，則該數值產生單元從該遞減模式改操作於該遞增模式；以及一累計單元，耦接至該數值產生單元，累計該計數值以輸出該波形值給該調變器，其中若該累計單元操作於該遞增模式且該波形值為一第三邊界值，則該累計單元改操作於該遞減模式，以及若該累計單元操作於該遞減模式且該波形值為一第四邊界值，則該累計單元改操作於該遞增模式。
- 如申請專利範圍第14項所述之展頻時脈產生器，其中該數值產生單元包括：一第一累計器，累計一時脈信號以輸出該計數值；以及一第一控制器，耦接至該第一累計器以檢查該計數值並控制該第一累計器的累計模式，其中若該累計模式為遞增且該計數值為該第一邊界值，則該第一控制器改變該第一累計器的該累計模式為遞減，以及若該累計模式為遞減且該計數值為該第二邊界值，則該第一控制器改變該第一累計器的該累計模式為遞增。
- 如申請專利範圍第15項所述之展頻時脈產生器，其中該第一累計器包括：一第一加法器，耦接一預定值與一先前累計值，並依據該第一控制器的控制而選擇性地進行加法運算或減法運算，以輸出該計數值；以及一第一暫存器，接收該時脈信號以及耦接至該第一加法器，以記錄該計數值並提供該先前累計值給該第一加法器。
- 如申請專利範圍第15項所述之展頻時脈產生器，其中該第一控制器包括：一第一及閘，具有第一非反相輸入端、第二非反相輸入端與第三非反相輸入端以分別接收該計數值的第一位元、第二位元與第三位元；一第二及閘，具有第一反相輸入端、第二反相輸入端與第三反相輸入端以分別接收該計數值的第一位元、第二位元與第三位元；一第一或閘，具有第一輸入端與第二輸入端以分別耦接至該第一及閘與該第二及閘的輸出端；以及一第一正反器，該第一正反器的觸發端耦接至該第一或閘的輸出端，該第一正反器的輸入端耦接至該第一正反器的反相輸出端，而該第一正反器的反相輸出端控制該第一累計器的累計模式。
- 如申請專利範圍第14項所述之展頻時脈產生器，其中該數值產生單元包括： 一循序狀態機，產生一狀態值作為該計數值，其中該計數值介於該第一邊界值與該第二邊界值之間。
- 如申請專利範圍第14項所述之展頻時脈產生器，其中該累計單元包括：一第二累計器，累計該計數值以輸出該波形值；以及一第二控制器，耦接至該第二累計器以檢查該波形值並控制該第二累計器的累計模式，其中若該累計模式為遞增且該波形值為該第三邊界值，則該第二控制器改變該第二累計器的該累計模式為遞減，以及若該累計模式為遞減且該波形值為該第四邊界值，則該第二控制器改變該第二累計器的該累計模式為遞增。
- 如申請專利範圍第19項所述之展頻時脈產生器，其中該第二累計器包括：一第二加法器，接收該計數值與一先前累計值，並依據該第二控制器的控制而選擇性地進行加法運算或減法運算，以輸出該波形值；以及一第二暫存器，耦接至該第二加法器，以記錄該波形值並提供該先前累計值給該第二加法器。
- 如申請專利範圍第19項所述之展頻時脈產生器，其中該第二控制器包括：一第三及閘，接收該波形值而輸出對應的第一邏輯值；一第四及閘，接收該波形值而輸出對應的第二邏輯值；一第二或閘，具有第一輸入端與第二輸入端以分別耦接至該第三及閘與該第四及閘的輸出端；以及 一第二正反器，該第二正反器的觸發端耦接至該第二或閘的輸出端，該第二正反器的輸入端耦接至該第二正反器的反相輸出端，而該第二正反器的反相輸出端控制該第二累計器的累計模式。
- 如申請專利範圍第14項所述之展頻時脈產生器，其中該數值產生單元包括一計數器，該計數器計數一時脈信號以輸出該計數值，其中若該計數器操作於一上數模式且該計數值為該第一邊界值，則該計數器改操作於一下數模式，以及若該計數器操作於該下數模式且該計數值為該第二邊界值，則該計數器改操作於該上數模式。
- 如申請專利範圍第14項所述之展頻時脈產生器，更包括：一多工器，該多工器的第一輸入端接收一第一頻率信號，該多工器的第二輸入端接收一第二頻率信號，該多工器的輸出端提供一時脈信號給該數值產生單元；以及一第三控制器，耦接至該數值產生單元，依據該計數值而對應地控制該多工器。
- 如申請專利範圍第23項所述之展頻時脈產生器，更包括：一第一除頻器，接收該參考時脈，並將該參考時脈除頻以提供該第一頻率信號給該多工器；以及一第二除頻器，接收該第一頻率信號，並將該第一頻率信號除頻以提供該第二頻率信號給該多工器。
- 如申請專利範圍第22項所述之展頻時脈產生器，更包括一除頻器，接收該參考時脈，並將該參考時脈除頻以提供該時脈信號給該計數器。
- 如申請專利範圍第22項所述之展頻時脈產生器，其中該時脈信號為該參考時脈。
- 如申請專利範圍第22項所述之展頻時脈產生器，其中當該計數值達該第一邊界值時，該累計單元改變其累計模式。
- 如申請專利範圍第22項所述之展頻時脈產生器，其中該計數器為線性計數器、非線性計數器或循序狀態機。
- 如申請專利範圍第14項所述之展頻時脈產生器，其中該濾波器為低通濾波器。
- 如申請專利範圍第14項所述之展頻時脈產生器，其中該受控振盪器為壓控振盪器。
- 如申請專利範圍第14項所述之展頻時脈產生器，其中該調變器為集和微分調變器。
- 如申請專利範圍第14項所述之展頻時脈產生器，更包括一電荷幫浦，耦接於該相位頻率偵測器與該濾波器之間。
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