TW200828816A - Modulus modulator and dynamic carrying method and phase locked loop frequency synthesizer thereof - Google Patents

Description

200828816 , 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於直接調頻，特別是關於鎖相迴路頻率 合成器，利用動態進位以預防三角積分調變器之飽和。 【先前技術】

第1圖係顯示習知之鎖相迴路頻率合成器1〇〇之示 意圖，其具有三角積分調變器（sigma_delta modulator， 簡稱SDM )用以調變一模數（modulus )。鎖相迴路頻率 合成器100包括相位頻率檢測器101、電荷泵1 、迴路 濾波器103、壓控振盪器VCO、多模數除頻器（Nm〇d) 105、三角積分調變器（SDM) 106、及頻道選擇器1〇7。 於直接調頻系統中，傳送資料TD或基頻調變資料係 三角積分調變器106。訊號m⑴係為此傳送資料丁〇 / 基頻調變資料）及訊號N_fractional之直流值的網和。 訊號N-fractional對應於頻道資訊，具有不同直流值以對 應不同頻道。由三角積分調變器106產生之控制訊號^ 與訊號N一integer相加後並傳送至多模數除頻器1 ，、 對壓控振盪器輸出訊號做頻率調變。 第2A圖至第2D圖係分別顯示三角積分調變器 (SDM)之輸入直流值與全球行動通訊系統（GSM)如 全數位式傳輸系統（DCS)、及個人通訊服務（pcs)才二 式之頻道關係示意圖。標準化之後，對於參考頻率為之6 MHz及通道寬度為200 KHz之GSM模式而言，s ° Μ輪 0758-A32595TWF;MTKI-06-377；ritj 6 200828816 入直流值介於0至128Π30 ( 0.9846)之間。為了滿足 GSM、DCS或PCS模式之每一通道的規格，SDM輸入直 流值需接近於0及1。請芩考第1圖，訊號m⑴為傳送資 料TD及訊號N_fractional之和。傳送資料td之振幅通 常透過補償濾波器（未顯示於第！圖中）放大。因此， 於標準化之後’訊號m (t)之振幅，更容易超過丨（臨界值） 或低於G。而三角積分調變器並無法表示高於臨界值以 低於臨界值〇之SDM輸入直流值。換句話說，此讀 輸入直流值使三肖積分調變賴和，而導致錯誤之功能 產生°第3圖係顯示SDM飽和之示意圖，用以說明上述 SDM之飽和問題。 【發明内容】 口口 ，明之目的係在於提供_種鎖相迴路頻 =於鎖相迴路頻率合成器之模數調變器及其動態進 =和用以預防鎖相迴路頻率合成器中三角積分調變 於本發明提供之動態進位方每 防二角浐八哨辦即卜 丟之貝施例中，用以預 鎖’三角積分調變器係用於調變 鎖目迴路頻率合成器，該方法包括：提供動能進位穿; 將此值、…： 枓之振幅超過-臨界值時， 傳送至三角積分調變器，以產生=將此餘數部分 末接收此祕位部分，以產生第二模數控制 〇758-A32595TWF；MTKI.〇6-377；rita 200828816 二號以產以生Ί供加法器來相加第-及第二模數控制訊 此臨界值表示4積路鮮合其中， 處理之上限或下限 ㈣在未達飽和之情況下能夠 署，：發Γ提Γ實施例之模數調變器包括：動態進位裝 士 收、迗貝料，並當傳送資料之振幅超過一臨界值 日守’將傳送資料分成溢位部分及餘數部分； 變器，接收此餘數部分，以產生第—模數控制訊號 助謂侧溢位部分，以產生第二模數控制訊號； 以及第加法為，接收第一模數控制訊號及第二模數控 制H以輸出#數調變訊號’用以調變該多模數除頻 器0 、 更進一步，本發明提供實施例之鎖相迴路頻率合成 包括··正向部分，接收參考頻率訊號及第-頻率訊 號、，以產生輸出載波訊號；多模數除頻器，除頻此輸出 載波訊號，用以產生第—頻率訊號；動態進位裝置，接 收傳送資料，並當傳送資料之振幅超過臨界值時，將傳 送資料分成溢位部分及餘數部分；三角積分調變器，接 收此餘數部分，以產生第一模數控制訊號；辅助調變器， 接收此溢位部分，以產生第二模數控制訊號；以及第一 加法器，接收第一模數控制訊號、第二模數控制訊號及 第三模數控制訊號，以輸出模數調變訊號來調變多模數 除頻器。其中，三角積分調變器係根據訊號轉移函數及 雜訊轉移函數操作，而辅助調變器係根據訊號轉移函數 8 0758-A32595TWF;MTKI-〇6-377;rita 200828816 操作。 〇〇本發明提供之用於鎖相迴路頻率合成器之模數調變 器及其動態進位方法能夠有效預防三角積分調變器之飽 和’確保穩定之狀態。 【實施方式】 以下將仔細描述本發明之較佳實施方式。該描述用 以:兒：本發明之概念’並非用以限定本發明。本發：之 保濩範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 士。第4圖係顯示依據本發明一實施例之動態進位方法 流程圖，用以預防三角積分調變器之飽和，其中，三角 積分調變器用於調變鎖相迴路頻率合成器。該動態進位 方法之步驟如下。於步驟S1中，提供動態進位裝置接收 奴傳，貝料’當此傳送資料之振幅超過臨界值時，將此 傳运貧料分成溢位部分（eaiTyingpan，簡稱cp)及餘數 部^ (reSidUepart，簡稱RP)。需注意，該臨界值表示 5亥二角積分調變器在未達齡之情況下能狗處理之上 或：限。於步驟S2中，將此餘數部分傳送至三角積分調 變器’以產生第-模數控制訊號。因為此餘數八二 過該臨界值，因此三角積分調變器可正f操作^驟 S3中，利用輔助調變器接收此溢位部分，以產生第二^ 數控制訊號。於步驟S4中，利用加法器相加第 ^ =控制訊號，以產生鎖相迴路頻率合成器之模數芯 0758-A32595TWF;MTKI-06-377；rita 9 200828816 第5圖係顯示依據本發明一實施例之利用動態進位 方法之鎖相迴路頻率合成器500之示意圖。鎖相迴路頻 率合成器500包括：正向部分（forward p〇rti〇n) 501、 多模數除頻器（multi-modulus devider) 502、動態進位裝 置503、三角積分調變器504、輔助調變器505、及第一 加法器506。 正向部分501接收參考頻率訊號Fref及第一頻率訊 號F1 ’以產生輸出載波訊號Fc。正向部分5〇1包括：相 位頻率檢測裔501 a ’接收參考頻率訊號及第一頻率· 訊號F1，以產生相位差訊號；電荷泵5〇lb，耦接此相位 差訊號，並將其轉換至電流差訊號；迴路濾、波器5〇丨c， 搞接此笔差afl 5虎並加以滤波，以產生控制訊號；壓护r 振盪裔vco ’產生對應於該控制訊號之輸出載波訊號Fc。 多模數除頻裔502 ’利用模數Nmod，除頻此輸出載 波訊號Fc以產生第一頻率訊號iq。於本發明之此實施例 中，三角積分調變器504、輔助調變器5〇5、動態進位裝 置503、及第一加法器506，共同作為模數調變器，以調 變該模數Nmod，其中多模數除頻器5〇2用模數^^㈤“來 除頻此輸出載波訊號之頻率。 當傳送資料之振幅超過一臨界值時，動態進位裝置 503接收並將傳送資料TrD分成溢位部分（caYrying p^t) CP及餘數部分（residuepart) RP。臨界值，係用以表示 三角積分調變器504處理之上限或下限。當傳送資料之 振幅超過此臨界值時，動態進位裝置5〇3產生溢位部分 0758-A32595TWF;MTKI-06-377;rita 10 200828816 cp，並將傳送資料減去此溢位部分cp，以得到餘數部分 RP。當傳达貧料，振幅未超過此臨界值時，動態進位裝 置503傳遞傳送資料並作為餘數部分处，而將溢位部分 CP設為〇。 二角積分調變器504，接收餘數部分Rp，以產生第 -模數控制訊號Smd。輔助調變器5〇5，接收溢位部分 cp’以產生第二模數控制訊號Smc2。第一加法器5〇6, 接«-模數控制訊號Smc卜第二模數控制訊號 及弟二模數控制訊號N_ i n t，以輸出模數調變訊號s ni m， 用以調變該多模數除頻器5〇2。 /三角積分調變器504,針對所接收之餘數部分Rp， (oversampling) ( n〇ise shaping) 之，作。第6圖係顯示三角積分調變器5Q4之線性模型 不意圖。根據此線性模型，輸入訊號χ(ζ)、輸出訊號 Υ(ζ)、及量化訊訊號Ε(ζ)之關係（於頻域）如下： γ (Ζ)= 1 + Η(ζ) χ^+ Τ7η(Ξ) E(z) 由ϋ可知，三角積分調變器係根據訊號轉移函數

^VZ/ I STF (=1 + Η(Ζ))、以及雜訊轉移函數NTF 而操 作。於此實施例中，辅助調變器505係根據此訊號轉= 函數STF操作，以確保餘數部分Rp及溢位部分Cp係由 同一汛號轉移函數STF處理。一般而言，H⑻可由斑-欠 離散時間積分器實現，從而產生為z-之訊號轉移函婁： STF。所以辅助調變器5〇5可由延遲線模組實現，以上所 〇758.A32595TWF;MTKI.〇6-377;rita 11 200828816 述並非用以限定本發明。 —第7A圖係顯示本發明之一種有關於動態進位之硬 體實施方式的示意圖。該傳送資料為一 M位元之數值， 具有R個最低有效位元（LSB)用以表示該餘數部分， 及C個最高有效位元（MSB)用以表示該溢位部分，臨 界值對應於2R-1，而]VI等於R+C，且Μ、R及C皆為整 數。於第7Α圖中，C、尺及Μ各為4、23及27。因此二 溢位部分具有4位元，而餘數部分具有23位元。此三角 積刀凋茭态之上限為223-1。動態進位裝置5〇3將4位元 溢位部分cp直接傳送至辅助調變器5〇5，並將23位元 餘數部分RP直接傳送至三角積分調變器5〇4。於是，可 =用簡單的接線及位元安排以降低實現動態進位裝置之 複雜度。另外，輔助調變器5〇5可由簡單之暫存器及加 法器組成。 叩口 為應付不同之傳送資料，可進—步提供符號位元及 使用一補數演算法。第7Β圖係顯示本發明之另一種 於動態進位之硬體實施方式的示意圖。此傳送資料，還 包括符號位元（sign bit)。當此符號位元為㈣寺，動能 進位裝置503將此4位元溢位部* 〇>直接傳送至辅助= 變器505,以及將此23位元餘數部分Rp直接傳送至^ 角積分調變器504。當此符號位元為！時，此傳送: 負’動態進位裝置進-步對此傳送⑽執行二補數摔作 (Ws c〇mplement operat賊）’各自將此4位元溢位 为及此23位元餘數部分，直接傳送至辅助調變$ % 0758-A32595TWF;MTKI-06-377;rita 12 200828816 - 三角積分調變器504。 如第8 ®所示’鎖相迴路頻率合成器_ 弟二加法器700,耦 你 N—一產生傳送= N—，係對應於用以除領此幹出^四桓數控制訊號

Nm〇d的分數部分，驗賴之調變模數 刀数丨刀而罘二杈數控制訊號Njnt，相杏 調變模數Nmod的整數部分。於第 — 田、 70? , ^ 於弟8圖中，傳送濾波器 :。接收此基❹料，縣濾波#料傳送至第二加法器 如第9圖所示，鎖相迴路頻率合· $⑽還包括頻 、遥擇斋800。頻道選擇器800，接收基頻資料、、 施力德員資料之頻道資訊CI，貝科，亚根據 控制訊號NinuNlc於第二t生弟三及第四模數 二、„ _ -irac於弟9圖中，鎖相迴路頻率合

成=遍更包括補償器搬，用以用第一偏移量N 调整第四模數控制訊號N知 偏 周整第三模數控制訊號N1^ 與第二偏移量戈Q細係為等量但極㈣ N fftT —。細龍於㈣之頻道。將第—偏移量 N一offset加入以移動傳送資料 ： 器504之正值。 耵應—角積为凋變 含斯、Π卜1如第9圖所示，傳送遽波器802包括串接之 :4/慮波益及補償濾、波器。於第5、8及9圖中，多楔數 US i係與動態進位裝置5〇3、該三角積分調變界 504及该辅助調變器505同步。 〇758-A32595TWF;MTKl-〇6.377；rita 13 200828816 第1CA及1 OB圖，係顯不未利用本發明之動態 方法之情形下，振幅超過1(臨界值）之傳送資料2 輸入資料）、以及由第—鎖相迴路頻率合成器（如第i =不）輸出之第-輸出載波訊號之第—調頻訊號的矛 於弟1〇B圖中，曲線A1及A2表示理想輪出 訊號及SDM飽和（無動態進位）輸出調頻訊號。第μ 至11D目’係分別顯示利用本發明之動態進位方 形下，振幅超過1(臨界值）之傳送資料加、由動能^ 位裝置輸出之溢位部分cp和餘數部分Rp、以第進 頻率合成器（如第8圖所示)輸出之第二 載波m调頻訊號。於第11D圖中，曲線則及幻 =:出_虎及SDM餘和輸出調頻訊號。比較曲 车入成 方法之第二鎖相迴路頻 率5成益，於輸出調頻訊號方面提供改進之效能。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然1並非用 ==發明’任何於此技術領域中具有通常㈣者可 2=脫離本發明之精神和範圍内，當可作些許之 :圍=:此本發明之保護範圍當視後附之申請專 利粑圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖 第1圖係顯示習知之鎖相迴路頻率合成器之示意 第2A-2D圖係顯不三角積分調變器、（8觀）之輸入 14 0758-A32595TWF;MTKI-06-377;rita 200828816 直流值與全球行動通訊系統（GSM)、全數位式傳輸系 統（DCS)、及個人通訊服務（pcs)模式之頻道關係示 意圖。 第3圖係顯示SDM飽和之示意圖。 第4圖係顯示依據本發明一實施例之動態進位方法 流程圖。 第5圖係顯示依據本發明一實施例之利用動態進位 方法^鎖相迴路頻率合成器之示意圖。 第6圖係顯示三角積分調變器之一線性模型示意 圖。 〜 —第7A圖係顯示本發明之一種有關於動態進位之硬 體貫施方式的示意圖。 第7B圖係顯示本發明之另—種有關於動態進位之 硬體實施方式的示意圖。 弟8圖係顯示依據本發明另一實施例之利用動態進 位方法之鎖相迴路頻率合成器。 :Ί貞τ再依據本發明另—實施例之利用動態 進位二法之鎖相迴路頻率合成器之示意圖。 之㈣第1GA_1GB圖係顯*未利用本發明之動態進位方法 下，振幅超過1之傳送資料、以及由第一鎖相迴 路頻率合成器輸出之第一於 的示意圖。 ㉟峰波訊號之第-調頻訊號 來下弟」Li: 1D圖係顯示利用本發明之動態進位方法情 /，、^過1之傳送資料加、由該動態進位裝置 0758-A32595TWF;MTKI-06-377;ritj 200828816 . 輸出之溢位部分和餘數部分、以及由第二鎖相迴路頻率 合成器輸出之第二輸出載波訊號之調頻訊號的示意圖。 【主要元件符號說明】 100、 500〜鎖相迴路頻率合成器； 501〜正向部分； 101、 501a〜相位頻率檢測器； 102、 501b〜電荷泵； 103、 501c〜迴路濾波器； 105、 502〜多模數除頻器； 503〜動態進位裝置； 106、 504〜三角積分調變器； 107、 800〜頻道選擇器； 505〜輔助調變器； 700、506〜加法器； 702〜傳送濾波器； 802〜補償器； VCO〜壓控振盪器。 0758-A32595TWF;MTKI-06-377;rita 16

Claims (1)

1. 200828816 十、申請專利範圍： 1·一種鎖相迴路頻率合成器，包括·· 向°卩刀接收一參考頻率訊號及一第一頻率訊 號，以產生一輪出載波訊號； 夕模數除頻為，除頻該輪出載波訊號，用以產生 該第一頻率訊號； 一動〜、進位衣置，接收傳送資料，並於該傳送資料 之振幅超過-臨界值時，將該傳送資料分成—部 及一餘數部分； ^ 按收該餘數部分 一模數控制訊號； -辅助調變器’接收該溢 數控制訊號；以及 乐一挺 r齡;^第-Γ法為’接收該第一模數控制訊號、該第二 杈數匕制汛號及一第三模數 么致二口啤 m 工制^孔號’以輸出一模數今周 、交汛唬，用以調變該多模數除頻器。 期 2.如專利申請範圍箆 器，J:中节-自_八> 、所述之鎖相迴路頻率合成 雜訊轉移函數摔作，根據—訊號轉移函數及-函數操作。 门义。口係根據该訊號轉移 j·如專利申請範圍第1 器，其中關助觀H麵目迴路頻率合成 4·如專利申請範圍第1 器，其中該臨界值表示該三角、、;:相迴路頻率合成 積刀凋變器在未達飽和之 〇758-A32595TWF;MTKI-06-377;rita 17 200828816 •情況下能夠處理之上限。 5·如專利申請範圍第4 器，其中該傳送資料為—M位元相^頻率合成 有效位元用以參—兮 〃有R個最低 以表示二t:=分’及c個最高有效位无用 I刀 口亥5品界值對雍方\ ， ㈣，且M、uc皆為整數。^2·1’而Μ等於 6·如專利申請範圍第5項 器，其中該傳送,料更包括一符鎖'迴路頻率合成 表示該傳送資料為 ：=’若該符號位元 執行二補數操作W 進位裝置對該傳送資料. 位部分及該餘數部:錢位^之傳送資料分為該溢 7.如專利申請範圍第1 器，更包括—第-加、P。4 鎖相迴路頻率合成 弟—加法益，耦接一基頻資料及一第四M 數控制訊號，以產生該傳送資料，其中，S二吨 制訊號係相當於一用以除 二二四吴丈控 的分數部分，而該第三模數之調變模數 數的整數部分。 、、相當於該調變模 器，更包: = 二 =、述之鎖相迴路頻率合成 將該濾波後資料傳送至該第二加：器慮波该基頻資料，並 申請範圍第8項所述:鎖相 償濾、波器。 以串接之―㈣纽器及-補 ι〇.如專利切_第9項所述之鎖相迴路頻率合成 0758-A32595TWF;MTKI-06-377;rita 18 200828816 -器於^括-頻道選㈣，接收該基頻資料，並根據施 絲頻㈣之頻道資訊，產生該第三及第四模數控 制訊號。 11·如專利申請範圍第10項所述之鎖相迴路頻率合 Ϊ:二更進一步包括一補償器，用以用-第-偏移量調 四她控制訊號，以及用—第二偏移量調整該第 -杈數控制訊號’其中，該第一及第二偏 但極性相反。 i係為等里 … 12.如專利申請範圍f 1〇項所述之鎖相迴路頻率合 成器，其中該正向部分包括·· 、 -相位頻率檢測器，接收該參考頻率訊號及該第一 頻率訊號，以產生一相位差訊號； m2荷泵，㈣該相位頻率檢測器，並將該相位差 Λ唬轉換至一電流差訊號； 一迴路毅器，_該電荷泵’濾波 以產生-控制訊號；以1 差°凡说 訊號。-星控振盪器’回應該控制訊號以產生該輸出載波 哭二如專利申請範圍第1項所述之鎖相迴路頻率合成 口口 /、中，该餘數部分係小於該臨界值。 錯^4·—f模數調變器，適用於具有—多模數除頻器之 一鎖相轉辭合成Μ，該髓調變器包括： 動<%進位裝置，接收傳送資料 之振幅超過-臨界值時…傳达貝科 徂吋將4傳达貧料分成一溢位部分 0758-A32595TWF；MTKI-06-377；rita 19 200828816 及一餘數部分； 二角積分調變器，接收該餘數部分，以產生一第 一模數控制訊號； 一輔助調變器，接收該溢位部分，以產生一第二模 數控制訊號；以及 一第一加法器，接收該第一模數控制訊號及該第二 杈數控制訊號，以輸出一模數調變訊號，用以調變該多 模數除頻器。 15·如專利申請範圍第14項所述之模數調變器，其 中遠二角積分調變器係根據一訊號轉移函數及一雜訊轉 移函數操作，而該輔助調變器係根據該訊號轉移函數操 16·如專利申請範圍第14項所述之模數調變器，其 中該辅助調變器係為一延遲線模組。 /、 17·如專利申請範圍第14項所述之模數調變器，其 中該臨界值表示該三角積分調變器在未達飽和之情況^ 能夠處理之上限或下限。 18·如專利申請範圍第17項所述之模數調變哭，直 中該傳送資料為- Μ位元之數值，具有^最低有 兀用以表示該餘數部分，及c個最高有效位元用以表干 該溢位部分，該臨界值相當於2R]，而Μ等於R+c，〇 Μ、R及C皆為整數。 ’ 項所述之模數調變器，其 之餘數部分直接傳送至該 19·如專利申請範圍第18 中該動態進位裝置將該R位元 0758-A32595TWF;MTKI-06-377;rita 20 200828816 二角積分調變器，以及 至該輔助調變器。、°"彳兀之溢位部分直接傳送 中Π如專利申請範圍第19項所述之模數，哭立 二捕该傳送資料更包括_符號位元、::：夕 二補數操作丄=恶進位裝置對該傳送資料執行 數部分。 、^傳达貝料分為該溢位部分及該餘 率合成器，該方法包用於調變—鎖相迴路頻 利用-動態進位裝置接收傳送資料，料 界:::則__分成-溢位二 ’、刀，、中°亥臨界值表不該三角積分調變哭 在未達飽和之情況下能夠處理之上限； °。 —將該餘數部分傳送至該三角積分調變器，以產生— 第一模數控制訊號； 利用一輔助調變器接收該溢位部分，以產生一第二 模數控制訊號；以及 — 利用一加法器相加該第一及第二模數控制訊號，以 產生該鎖相迴路頻率合成器之一模數調變訊號。 22·如專利申請範圍第21項所述之動態進位方法， 其中该二角積分調變器係根據一訊號轉移函數及一雜訊 轉移函數操作，而該辅助調變器係根據該訊號轉移函 操作。 0758-A32595TWF;MTKI-06-377;rita 21 200828816 盆 .如寻利申請範圍第21項所述之動態進位方法， /、係利用一延遲線模組實現該辅助調變器。 苴中^寒如，專利申請範園第21項所述之動態進位方法， :元：以：貧料為一 M位元之數值’具有R個最低有效 一 表不該餘數部分，及c個最高有效位元用以表 〜4部分’能界值相#於24，而 < 且m、r及c皆為整數。 4於时， 技如專利申請範圍第24項所述之動態進位方法， 該三St，:置將該R位元之餘數部分直接傳送至 送至該辅以及將該C位元之溢位部分直接傳 其二==:=:法， 若該符號位元表示該傳送資 G 執行二補數操作，且該=送資料 該溢位部分及該餘數部分。 、Λ k貝料分為 〇758-A32595TWF;MTKI-06-377;rita 22