TWI242118B - Clock generator and related biasing circuit - Google Patents

Description

1242118 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係指一種時脈產生器(clock generator)及該時脈產生器 所採用的偏流電路(biasing circuit)，尤指一種不需石英振盪器即可 提供穩定時脈訊號的時脈產生器。 【先前技術"】 在訊號處理系統中，提供一穩定可靠的時脈訊號是非常重要 的。請參考第1圖，第1圖為一習知類比鎖相迴路（PhaseL〇cked Loop) 100之功能方塊圖。類比鎖相迴路1〇〇包含有一石英振盪 器（Crystal Oscillator) 11〇、一除頻器12〇、一相位/頻率偵測器 (Phase-FrequencyDetector) 130、一電荷泵 14〇、一迴路濾波器 150 及-電壓控制振綠（v〇ltage_CQntrclledQsdUat(^ _ 藉由除頻器120，類比鎖相迴路綱可將電壓控制振盈器⑽輸 出之振盪訊號FVC0除以-特定倍數後輪入至她/頻率伽^ m。然後，相位/頻率偵測器130計算出除頻器12〇的輸出訊號與 石英振盪n 11G產生之參树脈訊號Frcf _她及頻率差，並據 以輸出對躺差異峨。電荷泵14G可依據她/鮮侧器⑽ 1242118 ，出的i異峨對迴路錢器⑼進行充電姐電，而迴路濾波 :150則對應地產生_控制電壓％至電壓控制振盪器。最後， 包壓控制振ill 則輪㈣應於控制電壓％的振盪訊號j^。。 依此方式’藉由石英振盪器⑽產生的穩定參考時脈訊號心，鎖 相鹏100可以提供穩定而精確的時脈訊號，並可藉改變除頻器 ⑽的除頻倍數而改變所輪出之振盡訊號的頻率。鎖相迴路的基本 采構有許夕不同種類’其巾包含數位鎖相迴路。目前市面上有許 夕不同的時脈產生器可提供時脈訊號，然而，不論何種鎖相迴路， 通系使用石英振|為、以提供_正確的參考時脈訊號，但高精確性 及低雜訊的石英缝ϋ卻轉昂貴。再者，*論使用何種振盈器， 振盪器所需的成本往往佔整個鎖相迴路成本的大部分。因此，藉 由簡化或改變除石英振盪器外的原件所能節省的成本是非常有限 的。此外，使用非石英振盪器的振盪器會因振盪訊號的低頻閃爍 雜訊（FlickerNoise)及熱雜訊（ThermalNoise)造成時脈抖動 (jitter)。特別是在視訊系統中，低頻抖動的頻率範圍約與水平同 步(HSYNC)訊號的頻率範圍相同，使得低頻抖動的問題在視訊系 統中更顯嚴重。 【發明内容】 因此，本發明之主要目的即在於提供一種具有低抖動時脈特性 1242118 的時脈產生器及其偏流電路 本發明揭露—種時脈產生器，其包含有：1猶臟器， 包含有-輸入端及-輸出端，用以透過該輪入端接收一控制電 流，及根據馳㈣流由該輸出端輸出—頻畅時脈訊號；以及 -偏流電路，電連接於該電流控制顧器，其包含有：一電流鏡， 其包含一第-電流輸出端及-第二電流輸出端，該第—電流輸出 端電連接_電_瞧狀輯人__雜制電流， 該弟一電流輸出端映射該第—電流輪出端之電流訊號；一電阻， 包含一端電連接於該電流鏡之第二電流輸出端；—運算放大器， =一第一輸入端、一第二輸入端及-輸出端，該第-輸入端 =連接於_流叙第二電錄㈣，赖㈣電連接於該電流 鏡，--極體’包含-P端電連接於該運算放大器之第二輪入端； ^及-^流源’包含有-第—端及—第：端端電連接至 该二極體之該?端，該第二端電連至該運算放大器之輪出端。 本發明另揭露-種偏流電路，肋控制—電流振盪器， 鏡，包含一第一電流輸出端及-第二電流輪出端，： 號；一電阻，包含-第-端及-第二端，該第—端電連於^ 之電流訊 電流 弟電流輸出端電連接於該電流控制振盈器之該輸1 一控制電流，該第二電流輸出端映射該第—電流輸出端雨 1242118 ，之第—電錢出端，該第二端電連至—低位準參考電壓； 算放大器，包含有_笛—认 、弟—輸入螭、-第二輸入端及-輪出端，該 1入端電連接於該電流鏡之第二電流輸出端，該輪出端電連 接於該電流鏡；-二極體，包含一第一端(p極)及一第二娜極）， 該第一端電放大器之第二輸人端，該第二端電連至該 ::準㈣電壓;m原，包含有-第一端、—第二端及 -第二該第1電連至該二極體之該第—端，該第二端電連 至該運算放大器之輸出端，該第三端電連至—高位準參考電壓。 【實施方式】 本發明提供—_脈產“及-驗電路。本發明之時脈產生 ，包含有-普通的電流控制振盪器，祕流電路中無需石英振盪 為即可提供具有低抖動雖的參考時脈減。在胃知技術中，不 論鎖相迴路的轉騎，_迴_需衫英減如提供穩定 的參考時脈賴；並據轉ώ—正確且低抖_振盪纖。然而， 在本&明t ’時脈產生器及其所制的偏流電路可降低輸出的參 考時脈訊號中的抖動雜訊。因此，石英振盪器可被置換，而生產 也可降低。 習知技術巾’必須制石英振抑以產生參考時脈訊號的原 1242118 因，疋因為大多數的真實電路，或多或少都會有不精確或不純淨 的問題。舉例來說，能隙（Bandgap)電壓產生器所產生的參考電 壓’通常都存在最高可達7%的平移誤差（OffsetError)及高抖動 雜訊。當使用能隙電壓產生器所產生的參考電壓控制一振盪器以 輸出時脈訊號時，其高抖動雜訊效應會造成最終輸出的振盪訊號 非常嚴重的錯誤。請參考第2圖，第2圖為本發明時脈產生器2〇〇 之功能方塊圖。本發明時脈產生器2〇〇包含有一電流控制振盪器 210及一偏流電路220。電流控制振盪器21〇可根據所接收的控制 電流產生時脈訊號。偏流電路22〇包含有一電流鏡222、一電阻 224、一運算放大器（OperationAmplifier) 226、一電流源 230、 一極體228及一反相器（或一缓衝器）240。其中，電阻224 電連於電流鏡222 ;二極體228電連於電流源230 ;反相器（或緩 衝器）240電連於電流控制振盪器21〇。電流鏡222的第一電流輸 出^ 2221電連接至電流控制振盈器的輸入端，用以將電流鏡 222產生的第一輸出電流n輸入至電流控制振盪器21〇中以作為 電抓控制振盪器210的控制電流。冑流鏡222❺第二電流輸出端 2222輸出的第二輸出電流12為第-輸出電流II 的鏡射，即 11 k 12運异放大器226的第一輸入端j電連至電流鏡222的第 —電流輸出端2222，運算放大器226的第二輸入端2電連至二極 體228’而運算放大器226的輸出端3則電連至Μ】電流鏡及電流 源230的閘極。其中’二極體⑽可以是金氧半電晶體中的寄生 1242118 雙载子電晶體，用以更進—步地降低抖動所造成_訊。二極體 228的跨電壓％為一穩定且可視電路設計而知的值。根據二極體 228的特性，Vbe的閃燦雜訊及熱觀，相較於能隙電路所產生之 參考電壓的高閃爍雜訊及熱雜訊，是非常低的。當運算放大器226 形成-閉迴路時，運算放大器226的第一輸人端丨與^二輸^ 2 的電壓為相同。因此，電阻224上的電流為。如前所述，第 々輸出電流II與第二輸出電流!2間的關係是預設朗定的，因此 第一輪出電流II就應是K*Vbe/R。由於電流n與12為鏡射電流， 使得第-輸出電流η會具有與第二輪出電流κ _樣的低抖動雜 況。如此-來’電流控制振盈器210輸出的時脈訊號抑或反相器 (或緩衝器）240的輸出訊號F〇ut，相較於習知由能隙電流控制的 電流控制振於’會有較低的抖動時脈，即較為穩定之時脈。 本發明偏流電路藉由二極體的低雜訊特性以提供一合適的控 電流。在第2圖的實施例中，二極體挪可由互補式金氧半電 日曰體中的寄生雙载子界面㈣咖細㈣所組成。此外，電流源23〇 可以P型金氧半電晶體實現，而運算放大器挪的輸出端則電連 =至所採用的p型金氧半電晶體的間極。當然，只要可以提供適 =的電流至二極體228中，並與運算放大器226形成—閉迴路， 電f源挪亦可州刪姆現。嶋，電流鏡222也 有許夕不同的貫現方式。此外，電流控讎盈器210的實現不限 1242118 於第2圖巾翁的φ接式振盪亦可細其它不_型的電流 控制振in，只要能根據本發明中偏流電路所產生之穩定而純淨 的控制電流，提供時脈訊號即可。 請參考第3圖’第3圖為本發明一實施例偏流電路32〇之功能 方塊圖。在第3圖中，電晶體π、Ρ2Αρ3皆為p型金氧半電晶 體。電晶體Ρ1與Ρ2組成-電流鏡，用以輪出電灿仙，其中， 電流II係電流12之鏡射。電晶體P1與ρ2的源極電連接至一電壓 源。電晶體Ρ1的汲極為㈣境的第—電流輪出端，而電晶體打 的汲極電連接至運算放大器326的第一輪入端31及電阻似。電 晶體Ρ卜Ρ2及Ρ3的間極皆電連至運算放大器326的輸出端％。 電晶體Ρ3係-電流源，用以提供電流至二極體微。運算放大器 326形成-閉迴路，使得運算放大器汹的兩輸入端31及^保持 電位相等。因此，在與第2圖之電流鏡222相同條件下，在第3 圖中，若電阻324上的電流12為Vbe/R，則電流η為及。 如前所述:由於二鐘328的半導體特性，電流n為純淨且低雜 訊。為求簡潔，第3圖中本發明偏流電路32()為一精簡的實施例。 在實際應用上’任何有_表現的電路均為本發明之範轉。 士本發明揭露-種不需石英振蘯器即可提供低抖動時脈訊號的 %•脈產生器’其可滿足訊號處理系統中鎖相迴路的要求，更大幅 1242118 条低生產成本特別疋在視訊訊號處理系統中，取樣及訊號處理 的時脈準確度往往是決定晝面表現的極重要因素。同時，視訊訊 號處理系_表現，會因為振盪喊的__及齡訊所造成 的抖動落在水平同步(HSYNC)訊號的頻率範圍中，而使得視訊訊 號處理祕的表現大幅下降。本發_脈產生㈣以—包含二極 體所構成的偏流電路降低最終輸&紐峨的嶋雜訊及熱雜 訊，因此，本發明不旦可提升取樣及訊號處理的時脈穩定度， 可降低系統的生產成本。 鲁 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利〜 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 & 【圖式簡單說明】 第1圖為一習知類比鎖相迴路之功能方塊圖。 第2圖為本發明一實施例時脈產生器之功能方塊圖。 鲁 第3圖為本發明一實施例偏流電路之功能方塊圖。 【主要元件符號說明】 100 類比鎖相迴路 110 石英振靈器 12 1242118 120 除頻器 140 電荷泵 160 電壓控制振盪器 200 時脈產生器 220、320偏流電路 224、324 電阻 230 電流源 240 反相器 Π、12 電流 Vbe 電壓 130 相位/頻率偵測器 150 迴路濾波器

Fvc。 振盪訊號 210 電流控制振盪器 222 電流鏡 226、326運算放大器 228、328 二極體 2221、2222 電流輸出端 P卜P2、P3電晶體

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Claims (1)

1242118 案號：093133514 94年7月21日修正 十、申請專利範圍： Η 2ί , L 一種用於視訊訊號處理之時脈產生器，其包含有： 一電流控制振盪器，包含一輸入端及一輸出端，用以透過該輸 入端接收一控制電流，及根據該控制電流由該輸出端輸 出一時脈訊號；以及 一偏流電路，電連接於該電流控制振盪器，其包含有： -電流鏡’包含-第-電流輸出端及一第二電流輸出端，# 該第一電流輸出端電連接於該電流控制振盪器之輸 入端用以輸出該控制電流’該第一電流輸出端之該控 制電流係映射該第二電流輪出端之電流訊號； -電，’包含—端電連於該電流鏡之第二電流輪出端； 運算放大$，包含有—第__輸人端、―第二輸入端及一 輪出端’該第—輸入端電連接於該電流鏡之第二電流 _輸出蠕，該輸出端電連於該電流鏡； · 一一極體’包含-p端電連於該運算放大ϋ之第二輸入 端；以及 、原包含有-第—端及—第二端，該第_端電連至 ^極體之該ρ端，該第二端電連至該運算放大器之 輪出端。 14 X^118 2 案號：093133514 94年7月21日修正 申明專利範圍第1項所述之時脈產生器，另包含一反相 為，電連接於該電流控制振盪器之輪出端。 如申請專利範圍第1項所述之時脈產生器，另包含〆缓衝 為’電連接於該電流控制振盪器之輸出端。 •如申請專利範圍第1項所述之時脈產生器，其中該電流鏡包 含有： ” φ 一第一P型金氧半電晶體，包含有： 一源極，電連於一電壓源； -汲極，電連於該電流控制振盪器之輸入端；以及 >一問極’電連於該運算放大器之輪出端；以及 一第二P型金氧半電晶體，包含有： 一源極，電連於一電壓源； 一沒極’電連於該運算放大器之第一輸入端；以及 # 一閘極’電連於該運算放大H之輸出端。 5.如申請專利範圍第i項所述之時脈產生器，其中該電流源為 -P型錄半電晶體’該電流源之第_端健p型金氧半電 晶體之沒極，該電流源之第二端係該p型金氧半電晶體之開 15 1242118 案號：093133514 94年7月21日修正 6.如申，專利範圍第1項所述之時脈產生器，其中該電流控制 振蘯為係一串接式振盪器。 7·如申明專利範圍第丄項所述之時脈產生器，纟中該二極體為 -寄生雙载子介面電晶體所構成。 8·種用於視訊訊號處理之偏流電路，用以控制一電流振盪_ 器，其包含有·· 一電流鏡，包含一第一電流輸出端及一第二電流輸出端，該第 電流輪出端電連於該電流控制振盪器之輸入端用以輸 出-控制電流，該第一電流輸出端之該控制電流映射該 第二電流輸出端之電流訊號； 電阻’包含-第—端及—第二端，該第—端電連接於該電流 鏡之第二電流輸出端，該第二端電連接至一低位準參考# 電壓； 、二放大杰’包含有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出 7 輸入端電連接於該電流鏡之第二電流輸出 端’該輪出端電連於該電流鏡； 二體包含一 P端及一 N端，該p端電連於該運算放大 态之第二輸入端，該N端電連至該低位準參考電壓；以 16 1242118 : 0931335H 94 年 7 月 21 日修正 及 一電流源，包含有一第一端、一第二端及一第三端，該第一端 電連至該二極體之p端，該第二端電連至該運算放大器 之輸出端，該第三端電連至一高位準參考電壓。 9·如申請專利範圍第8項所述之偏流電路，其中該電流鏡包含 有： 一第一P型金氧半電晶體，包含有： 馨 一源極，電連於該高位準參考電壓； 一没極’用以輸出該控制電流；以及 一閘極’電連於該運算放大器之輸出端；以及 一第二P型金氧半電晶體，包含有·· 一源極，電連於該高位準參考電壓； -沒極，電連於該運算放大器之第一輸入端；以及 一間極’電連於該運算放大ϋ之輸出端。 ⑩ 10. 如申請專利細第8項所述之偏流電路，其中該電流源為-ρ型金氧半電晶體，該電流源之第—端健ρ型金氧半電晶 -及極、亥電w源之第二端係該ρ型金氧半電晶體之間 ♦ “韓源之第二端係該ρ型金氧半電晶體之源極。 17 1242118 案號：093133514 94年7月21日修正 11.如申請專利範圍第8項所述之偏流電路，其中該二極體係一 寄生雙載子電晶體所構成。 十一、圖式：

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