專利名稱：頻率倍增器及頻率倍增的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種頻率倍增電路，特別涉及一種頻率倍增器，包括頻率倍增器的裝 置和頻率倍增方法。
背景技術(shù)：
鎖相環(huán)(PLL)電路經(jīng)常使用在常規(guī)的頻率倍增器中。然而，PLL電路有著非常大 的面積和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。此外，PLL電路不能使用在一些功率消耗敏感的器件中。因此，有著相對(duì)較小面積、較低復(fù)雜度和/或較低功耗的倍頻器是理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種頻率倍增器，其具有較低復(fù)雜度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的頻率倍增器，包括非交疊信號(hào)產(chǎn)生電路，用于接收第一信號(hào)和第一控制信號(hào)，并生成第一非交疊信 號(hào)和第二非交疊信號(hào)，所述第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)都具有所述第一信號(hào)的頻 率，其中所述第一非交疊信號(hào)的占空比和第二非交疊信號(hào)的占空比的平均值由所述第一控 制信號(hào)決定；結(jié)合電路，用于接收并結(jié)合所述第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)，來生成頻率 倍增信號(hào)。本發(fā)明還提供了一種頻率倍增的方法，包括用頻率倍增器接收第一信號(hào)，所述頻率倍增器包括非交疊信號(hào)產(chǎn)生電路，用于接 收第一信號(hào)和第一控制信號(hào)，并生成第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)，所述第一非交疊 信號(hào)和第二非交疊信號(hào)都具有所述第一信號(hào)的頻率，其中所述第一非交疊信號(hào)的占空比和 第二非交疊信號(hào)的占空比的平均值由所述第一控制信號(hào)決定；結(jié)合電路，用于接收并結(jié)合 所述第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)，來生成頻率倍增信號(hào)；用所述頻率倍增器倍增所述第一信號(hào)的頻率。本發(fā)明的頻率倍增器生成具有準(zhǔn)確占空比的頻率倍增信號(hào)。此外，本發(fā)明的頻率 倍增器具有相當(dāng)小的面積，因而適用于集成電路。同樣對(duì)比于具有鎖相環(huán)的頻率倍增電路， 本發(fā)明的頻率倍增器具有較低的功耗和復(fù)雜度。而且，在頻率倍增器中輸入信號(hào)的占空比 突然變化對(duì)頻率倍增信號(hào)并沒有大的影響。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例中，倍頻器的示意框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例中，非交疊信號(hào)產(chǎn)生電路的示意框圖；圖3為圖2所示的非交疊信號(hào)產(chǎn)生電路的電路細(xì)節(jié)示意圖；圖4為圖2所示的非交疊信號(hào)產(chǎn)生電路的電路細(xì)節(jié)示意圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)例中，倍頻器的示意框圖；圖6為圖5所示倍頻器的電路示意圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)例中，倍頻器的示意框圖；圖8為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例中，占空比變換電路的示意框圖；圖9為圖8中占空比變換電路的電路細(xì)節(jié)不意圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)例中，占空比變換電路的示意框圖；圖11為圖10中占空比變換電路的電路細(xì)節(jié)示意圖；圖12為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例中，倍頻器內(nèi)的信號(hào)波形示意圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例中，占空比變換電路內(nèi)的信號(hào)波形示意圖；圖14為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例中，倍頻方法的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式下面描述本發(fā)明的各種方面和例子。下面的描述為透徹地理解和能夠?qū)嵤┻@些實(shí) 施例而提供了具體的細(xì)節(jié)。然而，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應(yīng)該理解，在省略了其中很多細(xì)節(jié) 后，仍能實(shí)施本發(fā)明。此外，一些已知結(jié)構(gòu)或功能可能沒有詳細(xì)顯示或記述，以免混淆這幾 個(gè)實(shí)施例的相關(guān)描述。對(duì)下文中使用的術(shù)語，即使其與本發(fā)明的某些具體實(shí)例的詳細(xì)描述結(jié)合使用，也 應(yīng)對(duì)這些術(shù)語做最為廣義而合理的解釋。某些術(shù)語在下面甚至?xí)粡?qiáng)調(diào)，但是，對(duì)任何有意 以限定的方式來解釋的術(shù)語，都將在具體描述部分明確而具體地給出這種定義。圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例中，倍頻器的示意框圖。如圖1所示，倍頻器1包括非交 疊信號(hào)產(chǎn)生電路2 (下面稱為產(chǎn)生電路)和結(jié)合電路3。產(chǎn)生電路2用于接收第一信號(hào)41和第一控制信號(hào)42，并生成第一非交疊信號(hào)43 和第二非交疊信號(hào)44。第一非交疊信號(hào)43和第二非交疊信號(hào)44都具有第一信號(hào)的頻率， 例如f。第一非交疊信號(hào)43的占空比和第二非交疊信號(hào)44的占空比的平均值至少部分由 第一控制信號(hào)42決定。結(jié)合電路3用于接收并結(jié)合兩個(gè)非交疊信號(hào)。既然信號(hào)43和44都為有著相同的 頻率f的非交疊信號(hào)，結(jié)合后信號(hào)的頻率為2f。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例中，結(jié)合電路3包括或 門，將在下面進(jìn)行討論。圖2為在具體實(shí)例中的產(chǎn)生電路2。如圖2所示，產(chǎn)生電路2包括輸入模塊21、第 一可控延遲模塊22、第二可控延遲模塊23和輸出模塊24。具體的，輸入模塊21用于接收第一信號(hào)41，并生成第一時(shí)鐘信號(hào)a和第二時(shí)鐘信 號(hào)b。第一可控延遲模塊22接收第一時(shí)鐘信號(hào)a和第一控制信號(hào)42，而后將通過第一控制 信號(hào)42決定的第一延遲應(yīng)用到第一時(shí)鐘信號(hào)a中，以生成第一延遲信號(hào)c。第二可控延遲 模塊23接收第二時(shí)鐘信號(hào)b和第一控制信號(hào)42，然后將通過第一控制信號(hào)42決定的第二 延遲應(yīng)用到第二時(shí)鐘信號(hào)b中，以生成第一延遲信號(hào)d。輸出模塊24接收第一延遲信號(hào)c和第二延遲信號(hào)d,并根據(jù)信號(hào)c生成第一非交 疊信號(hào)43和根據(jù)信號(hào)d生成第二非交疊信號(hào)44。此外，如圖2所示，輸入模塊21接收第一延遲信號(hào)c和第二延遲信號(hào)d，并使用延 遲信號(hào)c和d,與第一信號(hào)41 一起來生成第一時(shí)鐘信號(hào)a和第二時(shí)鐘信號(hào)b。
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因此，在脈沖方波信號(hào)e的負(fù)脈沖，例如在t7時(shí)刻，P型M0S晶體管821導(dǎo)通，且電 容824的較低端被充電到Vdd，也即信號(hào)f的電壓為Vdd，因此信號(hào)41為0。當(dāng)脈沖方波信 號(hào)e變回1時(shí)，例如在t8時(shí)刻，P型M0S晶體管821截止而N型M0S晶體管822導(dǎo)通。同 樣N型M0S晶體管823通過第二控制信號(hào)48導(dǎo)通，電容824的較低端通過N型M0S晶體管 822和N型M0S晶體管823放電。當(dāng)N型M0S晶體管822、N型M0S晶體管823和電容824 的參數(shù)已經(jīng)特定，電容824的放電速度由第二控制信號(hào)48決定。因此當(dāng)?shù)诙刂菩盘?hào)的電 壓增加時(shí)，施密特觸發(fā)器83較早地翻轉(zhuǎn)而輸出1。如圖10所示的本發(fā)明實(shí)施例中，占空比變換電路8a進(jìn)一步包括第二反饋電路84。 第二反饋電路84用于接收第二參考信號(hào)49和由模數(shù)轉(zhuǎn)換器83生成的信號(hào)41，以生成第二 控制信號(hào)48，該信號(hào)是動(dòng)態(tài)的。第二反饋電路84有不同的實(shí)施例，圖11所示為其中一個(gè)。與上面討論的第一反饋電路6類似，在占空比變換電路8b中的第二反饋電路84 包括第二誤差信號(hào)放大器841,用于接收第二參考信號(hào)49和第一信號(hào)41。電容842和電阻 843形成積分電路，提供信號(hào)41的平均電壓到誤差信號(hào)放大器841的負(fù)輸入端。信號(hào)41的 平均電壓能通過等式(2)計(jì)算出來Vaverage = Duty41*Vdd (2)其中Duty41為信號(hào)41的占空比。因此，通過設(shè)置電阻87和電阻88的阻值，可產(chǎn) 生有所需且確定的占空比的第一信號(hào)。例如，假如電阻87和電阻88有相同的阻值，信號(hào)41 的占空比最終為0.5。此外，本實(shí)施例中另外增加兩個(gè)反相器85和86，來增加第一信號(hào)41驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能 力。本發(fā)明的實(shí)例中，頻率倍增器l、la或lb能被用在不同的設(shè)置中，包括但不限于電流泵。本發(fā)明的實(shí)例中，提供一種頻率倍增的方法90。在902，上面討論的頻率倍增器1、 la或lb接收第一信號(hào)41。在904，頻率倍增器1、la或lb倍增第一信號(hào)41的頻率。本說明書中使用例子來揭示本發(fā)明，包括最佳實(shí)施方式，也使本領(lǐng)域的一般技術(shù) 人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，并執(zhí)行任何合成的方法。本發(fā)明的 專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求來限定，可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員能想到的其他實(shí)施例。這種其 他的實(shí)例確定為包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，假如該實(shí)例中的結(jié)構(gòu)部件與權(quán)利要求的文字語 言并沒有不同，或者假如包括與權(quán)利要求的文字語言無實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)部件。
權(quán)利要求
1.一種頻率倍増器，其特征在于，包括 非交疊信號(hào)產(chǎn)生電路，用于接收第一信號(hào)和第一控制信號(hào)，并生成第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)，所述第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)都具有所述第一信號(hào)的頻率，其中所述第一非交疊信號(hào)的占空比和第二非交疊信號(hào)的占空比的平均值由所述第一控制信號(hào)決定； 結(jié)合電路，用于接收并結(jié)合所述第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)，來生成頻率倍増信號(hào)。
2.如權(quán)利要求I所述的頻率倍増器，其特征在于所述結(jié)合電路包括或門。
3.如權(quán)利要求I所述的頻率倍増器，其特征在于，所述非交疊信號(hào)產(chǎn)生電路包括 輸入模塊，用于接收所述第一信號(hào)，井根據(jù)所述第一信號(hào)生成第一時(shí)鐘信號(hào)和第二時(shí)鐘信號(hào)； 第一可控延遲模塊，用于接收所述第一時(shí)鐘信號(hào)和第一控制信號(hào)，將至少部分由所述第一控制信號(hào)決定的第一延遲應(yīng)用到所述第一時(shí)鐘信號(hào)中，來生成第一延遲信號(hào)； 第二可控延遲模塊，用于接收所述第二時(shí)鐘信號(hào)和第一控制信號(hào)，將至少部分由所述第一控制信號(hào)決定的第二延遲應(yīng)用到所述第二時(shí)鐘信號(hào)中，來生成第二延遲信號(hào)； 輸入模塊進(jìn)ー步用于接收所述第一延遲信號(hào)和第二延遲信號(hào)，井根據(jù)所述第一信號(hào)、所述第一延遲信號(hào)和第二延遲信號(hào)來生成所述第一時(shí)鐘信號(hào)和第二時(shí)鐘信號(hào)； 輸出模塊，用于接收所述第一延遲信號(hào)并據(jù)此生成第一非交疊信號(hào)，接收所述第二延遲信號(hào)并據(jù)此生成第二非交疊信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的頻率倍増器，其特征在于所述輸出模塊包括第一反相器、第二反相器、第三反相器、第一與非門和第二與非門，所述第一反相器的一個(gè)輸入端和所述第二與非門的輸入端用于接收所述第一信號(hào)，所述第一與非門的另一輸入端連接來接收所述第ニ延遲信號(hào)，所述第一反相器的輸出端連接至所述第二與非門的ー個(gè)輸入端，所述第二與非門的另一輸入端用于接收所述第一延遲信號(hào)，所述第一與非門的輸出端連接至所述第二反相器的輸入端，所述第二與非門的輸出端連接至所述第三反相器的輸入端，所述第二反相器用于輸出所述第一時(shí)鐘信號(hào)，所述第三反相器用于輸出所述第二時(shí)鐘信號(hào)； 所述輸出模塊包括第四反相器和第五反相器，所述第四反相器的輸入端用于接收所述第一延遲信號(hào)，所述第五反相器的輸入端用于接收所述第二延遲信號(hào)，所述第四反相器用于輸出所述第一非交疊信號(hào)，所述第五反相器用于輸出所述第二非交疊信號(hào)。
5.如權(quán)利要求3所述的頻率倍増器，其特征在于所述第一可控延遲模塊和所述第二延遲模塊一起用于 當(dāng)所述第一控制信號(hào)的電壓增加時(shí)，降低所述第一非交疊信號(hào)的占空比和所述第二非交疊信號(hào)的占空比； 當(dāng)所述第一控制信號(hào)的電壓降低時(shí)，増加所述第一非交疊信號(hào)的占空比和所述第二非交疊信號(hào)的占空比。
6.如權(quán)利要求3所述的頻率倍増器，其特征在于 所述第一可控延遲模塊包括第一 P型MOS晶體管、第一 N型MOS晶體管、第二 N型MOS晶體管和第一電容； 所述第一 P型MOS晶體管的源極連接至正電源；所述第一 P型MOS晶體管柵極和所述第一 N型MOS晶體管的柵極相連接，用于接收第一時(shí)鐘信號(hào)；所述第一 N型MOS晶體管的源極連接至所述第二 N型MOS晶體管的漏扱，所述第一 P型MOS晶體管的漏極連接至所述第一 N型MOS晶體管的漏極和所述第一電容的一端，來生成所述第一延遲信號(hào)，所述第二 N型MOS晶體管的源極和所述第一電容的另一端接地，所述第二 N型MOS晶體管的柵極用于接收所述第一控制信號(hào)。
7.如權(quán)利要求3所述的頻率倍増器，其特征在于 所述第二延遲模塊包括第二 P型MOS晶體管、第三N型MOS晶體管、第四N型MOS晶體管和第二電容； 所述第二 P型MOS晶體管的源極連接至正電源；所述第二 P型MOS晶體管柵極和所述第三N型MOS晶體管的柵極相連接，用于接收第二時(shí)鐘信號(hào)；所述第三N型MOS晶體管的源極連接至所述第四N型MOS晶體管的漏極，所述第二 P型MOS晶體管的漏極連接至所述第三N型MOS晶體管的漏極和所述第二電容的一端，來生成所述第二延遲信號(hào)，所述第四N型MOS晶體管的源極和所述第二電容的另一端接地，所述第四N型MOS晶體管的柵極用于接收所述第一控制信號(hào)。
8.如權(quán)利要求I所述的頻率倍増器，其特征在干，進(jìn)ー步包括 第一反饋電路，用于接收所述頻率倍増信號(hào)和第一參考信號(hào)，使用所述頻率倍増信號(hào)和所述第一參考信號(hào)來生成第一控制信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的頻率倍増器，其特征在于，所述第一反饋電路包括 第一誤差信號(hào)放大器，用于接收第一參考信號(hào)和所述頻率倍増信號(hào)，根據(jù)所述第一參考信號(hào)和所述頻率倍増信號(hào)的電壓誤差生成所述第一控制信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的頻率倍増器，其特征在于所述第一參考信號(hào)的電壓為可調(diào)的。
11.如權(quán)利要求I所述的頻率倍増器，其特征在干，進(jìn)ー步包括 占空比變換電路，用于接收第二信號(hào)，并將所述第二信號(hào)的占空比變換到預(yù)設(shè)值，來生成第一信號(hào)。
12.如權(quán)利要求11所述的頻率倍増器，其特征在于所述預(yù)設(shè)值為50%。
13.如權(quán)利要求11所述的頻率倍増器，其特征在于，所述占空比變換電路包括 脈沖產(chǎn)生器，用于接收所述第二信號(hào)，并使用所述第二信號(hào)來生成脈沖方波信號(hào)； 充放電路，用于接收所述脈沖方波信號(hào)和第二控制信號(hào)，并根據(jù)所述脈沖方波信號(hào)，以至少部分由所述第二控制信號(hào)決定的速度，改變所述充放電路輸出端的電壓； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，連接至所述充放電路的輸出端，并將所述充放電路的輸出從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，來生成所述第一信號(hào)。
14.如權(quán)利要求13所述的頻率倍増器，其特征在于在所述充放電路的輸出端的電壓，以至少部分由所述第二控制信號(hào)決定的速度減少。
15.如權(quán)利要求13所述的頻率倍増器，其特征在于 所述充放電路包括第三P型MOS晶體管、第五N型MOS晶體管、第六N型MOS晶體管和第三電容； 所述第三P型MOS晶體管的柵極與所述第五N型MOS晶體管的柵極相互連接，并用于接收所述脈沖方波信號(hào)；所述第三P型MOS晶體管的源極和所述第三電容的一端連接，連接至正電源；所述第三P型MOS晶體管的漏極連接至所述第五N型MOS晶體管的漏極和所述第三電容的另一端，來形成所述充放電路的輸出端，所述第五N型MOS晶體管的源極連接至所述第六N型MOS晶體管的漏極，所述第六N型MOS晶體管的柵極用于接收所述第二控制信號(hào)，所述第六N型MOS晶體管的源極接地。
16.如權(quán)利要求13所述的頻率倍增器，其特征在于其中占空比變換電路進(jìn)ー步包括 第二反饋電路，用于接收所生成的第一信號(hào)和第二參考信號(hào)，使用所述第一信號(hào)和所述第二參考信號(hào)來生成所述第二控制信號(hào)。
17.如權(quán)利要求16所述的頻率倍増器，其特征在于，所述第二反饋電路包括 第二誤差信號(hào)放大器，用于接收第二參考信號(hào)和所述第一信號(hào)，根據(jù)所述第二參考信號(hào)和所述第一信號(hào)的電壓誤差生成所述第一控制信號(hào)。
18.如權(quán)利要求16所述的頻率倍増器，其特征在于所述第二參考信號(hào)的電壓是可調(diào)的。
19.一種頻率倍増的方法，其特征在于，包括 用頻率倍増器接收第一信號(hào)，所述頻率倍増器包括非交疊信號(hào)產(chǎn)生電路，用于接收第一信號(hào)和第一控制信號(hào)，并生成第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)，所述第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)都具有所述第一信號(hào)的頻率，其中所述第一非交疊信號(hào)的占空比和第二非交疊信號(hào)的占空比的平均值由所述第一控制信號(hào)決定；結(jié)合電路，用于接收并結(jié)合所述第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)，來生成頻率倍増信號(hào)； 用所述頻率倍増器倍增所述第一信號(hào)的頻率。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述頻率倍増器包括第一反饋電路，用于接收所述頻率倍増信號(hào)和第一參考信號(hào)，使用所述頻率倍増信號(hào)和所述第一參考信號(hào)來生成所述第一控制信號(hào)。
21.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述頻率倍増器進(jìn)ー步包括占空比變換電路，用于接收第二信號(hào)，并將所述第二信號(hào)的占空比變換到預(yù)設(shè)值，來生成第一信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種頻率倍增器，包括非交疊信號(hào)產(chǎn)生電路，用于接收第一信號(hào)和第一控制信號(hào)，并生成第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)，所述第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)都具有所述第一信號(hào)的頻率，其中所述第一非交疊信號(hào)的占空比和第二非交疊信號(hào)的占空比的平均值由所述第一控制信號(hào)決定；結(jié)合電路，用于接收并結(jié)合所述第一非交疊信號(hào)和第二非交疊信號(hào)，來生成頻率倍增信號(hào)。本發(fā)明的頻率倍增器能生成具有準(zhǔn)確占空比的頻率倍增信號(hào)。
文檔編號(hào)H03K5/00GK102664608SQ20101060937
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者劉家洲, 陶云彬 申請(qǐng)人:博通集成電路(上海)有限公司