專利名稱：收發裝置、其壓控振蕩裝置與其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種振蕩裝置，特別是涉及ー種壓控振蕩裝置與其控制方法。
背景技術：
在外圍組件互連接ロ(Peripheral Component InterconnectionEXPRESS,PCIE)、通用序列總線(如USB3. 0)...等應用中，會由收發器(transceiver)來收發數據(data),收發器通常設有鎖相回路(Phase LockLoop,PLL)、時鐘數據恢復電路(Clock DataRecovery, Q)R) .等電路模塊。一般在時鐘數據恢復電路中通常會設有壓控振蕩器(VoltageControlOscillator, VCO)這種子模塊。而系統設計對壓控振蕩器的要求會希望其具有較大的頻率范圍，以及較小的電壓控制振蕩器增益值(KVCO)，使得時鐘數據恢復電路能夠鎖定的數據頻率范圍較廣，以及所輸出的信號抖動程度較低。然而，設計較小的電壓控制振蕩器增益值有可能導致時鐘數據恢復電路在鎖定后難以涵蓋(cover)較大的溫度、電壓等變化，造成應用上的限制。
發明內容
本發明的目的之一，在于提供ー種壓控振蕩器結構，其可涵蓋有較大的頻率范圍。本發明的目的之一,在于提供ー種壓控振蕩器結構，其可涵蓋有較大的エ藝、溫度、電壓變化范圍。本發明的目的之一，在于提供ー種壓控振蕩器結構，其具有較小的電壓控制振蕩器增益值(KVCO)。本發明ー實施例提供了一種收發裝置，包含ー鎖相回路與一時鐘數據恢復電路。鎖相回路用以提供ー電平(level)控制信號。時鐘數據恢復電路耦接鎖相回路，且用另一電平控制信號(fs)來鎖定接收的數據信號，以產生一數據恢復時鐘。其中，數據恢復時鐘的頻率范圍由電平控制信號(vs)控制。本發明ー實施例提供了ー種壓控振蕩裝置，包含一第一壓控振蕩器與一第二壓控振蕩器。第一壓控振蕩器用以提供一第一控制信號并產生一第一振蕩頻率。第二壓控振蕩器耦接該第一壓控振蕩器。而第二壓控振蕩器包含有一延遲單元、一信號提供単元、及一信號控制單元。延遲單元用以產生一第二振蕩頻率。信號提供単元依據第一控制信號調節第ニ振蕩頻率。而信號控制單元依據ー第二控制信號控制第二振蕩頻率鎖定接收的ー數據信號。本發明ー實施例提供了ー種壓控振蕩裝置控制方法，包含有下列步驟提供ー設于ー鎖相回路的第一壓控振蕩器與一設于ー時鐘數據恢復電路的第二壓控振蕩器。設定第ニ壓控振蕩器的ー控制電壓等于ー參考電壓，其中，參考電壓與第一壓控振蕩器的振蕩頻率相關。將該鎖相回路使能，產生ー電平控制信號。使該第二壓控振蕩器依據該電平控制信號，產生ー數據恢復時鐘。之后，將該時鐘數據恢復電路使能。
本發明ー實施例提供了ー種壓控振蕩裝置，包含ー壓控振蕩器。該壓控振蕩器設于ー收發裝置中的ー時鐘數據恢復電路，具有小電壓控制振蕩器增益值，依據一具有寬調節頻率范圍的電平控制信號調節壓控振蕩器的頻率；其中，電平控制信號來自收發裝置中既有的鎖相回路。本發明的實施例提出的各壓控振蕩器架構，將收發裝置中的鎖相回路中的第一壓控振蕩器與時鐘數據恢復電路中的第二壓控振蕩器聯系起來，使得第二壓控振蕩器能夠滿足較大的頻率范圍，且有較小的電壓控制振蕩器增益值。
圖IA示出了一實施例的收發裝置的示意圖。圖IB示出了圖IA收發裝置的一波形圖。圖2A示出了 ー實施例的壓控振蕩裝置的示意圖。圖2B示出了圖2A壓控振蕩裝置的一流程圖。圖3A示出了 ー實施例的壓控振蕩裝置的示意圖。圖3B示出了圖3A壓控振蕩裝置的一流程圖。圖3C示出了圖3A壓控振蕩裝置的一波形圖。主要組件符號說明10 收發裝置PLL鎖相回路⑶R時鐘數據恢復電路11,21 檢測器12、22 電荷泵VCOU VC02壓控振蕩器sll、s21、sl2、s22 信號單元dlyUdly 2 延遲單元MP11、MP12、MP13、MP21、MP22、MP23、MN21、MN22 晶體管R1UR21 電阻A21調節單元IB電流源
具體實施例方式圖IA示出了本發明ー實施例的收發裝置的示意圖。收發裝置10包含ー鎖相回路(Phase Lock Loop)PLL 及一時鐘數據恢復電路(Clock DataRecovery) CDR0鎖相回路PLL包含有一第一相位頻率檢測器11、一第一電荷泵12、一第一壓控振蕩器VC01。ー實施例，時鐘Ckr由穩定的時鐘發生器產生。時鐘數據恢復電路⑶R耦接該鎖相回路PLL，且包含有一第二相位頻率檢測器21、一第二電荷泵22、一第二壓控振蕩器VC02。一實施例中，鎖相回路PLL及/或時鐘數據恢復電路CDR可設置回路濾波器，以濾除信號噪聲。 本實施例的時鐘數據恢復電路CDR依據其第二電荷泵22產生的一電平控制信號f S鎖定接收的數據信號data，以產生一數據恢復時鐘rc。而鎖相回路PLL由其第一電荷泵12產生ー電平(level)控制信號vs，并提供電平控制信號vs至時鐘數據恢復電路⑶R的第二壓控振蕩器VC02，以控制時鐘數據恢復電路CDR的數據恢復時鐘rc的頻率范圍。ー實施例，電平控制信號(第一控制信號)vs可為ー電壓控制電流或電壓，電平控制信號(第二控制信號)fs可為ー電壓控制電流或電壓。ー實施例，電平控制信號(第一控制信號)VS可用以粗調第二壓控振蕩器 VC02的振蕩頻率，電平控制信號(第二控制信號)fs可用以微調第二壓控振蕩器VC02的振蕩頻率。ー實施例，電平控制信號(第一控制信號)vs產生的頻率范圍大于電平控制信號(第二控制信號)fs產生的頻率范圍。時鐘數據恢復電路CDR利用來自鎖相回路PLL的電平控制信號vs控制第二壓控振蕩器VC02，以調整輸出數據恢復時鐘rc的頻率，并利用電平控制信號f s控制第二壓控振蕩器VC02，以鎖定數據信號data的時鐘。如圖IB所示，時鐘數據恢復電路CDR原本采用的電平控制信號fs產生的電壓控制振蕩器增益值KVCO曲線為B0，然而，線為BO并無法鎖定至fl的頻率，因此，無法兼顧較寬的頻率范圍與較小的KVC0。而利用來自鎖相回路PLL的電平控制信號vs輔助地控制第二壓控振蕩器VC02，使得第二壓控振蕩器VC02的KVCO曲線可以得到BI曲線。在本實施例中，可由vs調節使得VC02的頻率到達fl，在fl的基礎上由fs控制使得VC02達到鎖定數據信號的相位，以達到正確的恢復時鐘功能。由于鎖相回路PLL依據較穩定的時鐘Ckr運作，因此在操作時其可設計為具有較寬的頻率范圍。而時鐘數據恢復電路CDR為了鎖定數據信號的頻率，在設計上其具有較小的電壓控制振蕩器增益值(KVCO)，所以本實施例的時鐘數據恢復電路CDR與鎖相回路PLL耦接，利用鎖相回路PLL產生的電平控制信號vs來進行振蕩頻率調整，即可實現具有較寬頻率范圍的功效。在溫度、電壓等環境因素發生變化時，利用電平控制信號vs相對應的調整時鐘數據恢復電路CDR的振蕩頻率，以在環境因素變化下同樣能鎖定數據信號data的頻率。依此方式，本實施例的時鐘數據恢復電路采用來自鎖相回路PLL或外部電路提供的電平控制信號、配合內部的電平控制信號進行控制，以使該時鐘數據恢復電路具有小電壓控制振蕩器增益值(KVCO)與寬頻率調節范圍，可解決現有技術時鐘數據恢復電路頻率范圍無法涵蓋較大的溫度、電壓等變化問題。須注意，一般現有技術的時鐘數據恢復電路為了滿足系統要求，時鐘數據恢復電路中的壓控振蕩器模塊的設計除了會采用固定偏置電流外，另外會設置電路模塊產生電壓控制電流，利用固定偏置電流與電壓控制電流共同作用，使壓控振蕩器滿足較大的頻率范圍與較小的KVC0。但是現有技術的結構面臨的缺點是在時鐘數據恢復電路鎖定之后，因為壓控振蕩器的頻率變化范圍很小，難以涵蓋較大的溫度、電壓變化，只能通過增大壓控振蕩器的KVCO來滿足工作條件，從而犧牲了電路性能或者増大了電路面積，無法達成本案之功效。再者，一般現有技術鎖相回路與時鐘數據恢復電路之間沒有聯系，因此也無法達成本案之功效。圖2A示出了本發明ー實施例的壓控振蕩裝置20的示意圖。圖2B示出了圖2A的一實施例的控制方法流程圖。壓控振蕩裝置20包含有設于鎖相回路PLL的第一壓控振蕩器VCOl與時鐘數據恢復電路⑶R的第二壓控振蕩器VC02。第一壓控振蕩器VCOl與第二壓控振蕩器VC02互相關聯，例如，可利用電源模塊mm耦接，作為雙邊電源的參考依據。第一壓控振蕩器VCOl包含有第一信號提供単元sll、一第一信號控制單元sl2、及一第一延遲單兀(Delay cell)dlyl。第二壓控振蕩器VC02包含有第二信號提供單兀s21、一第二信號控制單元s22、及一第二延遲單元(Delay cell)dly2。第一壓控振蕩器VCOl的第一信號提供單兀sll,—端稱接電源模塊mm、另一端率禹接延遲單元dlyl。ー實施例，第一信號模塊sll可為一晶體管MP12。第一信號控制單元sl2，一端耦接第一延遲單元dlyl、另一端耦接第二壓控振蕩器VC02的第二信號提供単元s21。第一延遲單元dlyl用以產生振蕩頻率。第二壓控振蕩器VC02的第二信號提供単元s21，一端耦接第一壓控振蕩器VCOl的第一信號控制單元sl2、另一端耦接第二延遲單元dly2。ー實施例，第一信號模塊s21可為一晶體管MP21。第二信號提供単元s22，一端耦接延遲單元dly2、另一端耦接電源模塊mm。延遲單元dly2用以產生振蕩頻率。熟悉本領域的技藝者，應能理解圖式各組件間的耦接關系，各組件也可用其它類型的組件替換，例如電阻由晶體管替換、或者PMOS或NMOS晶體管可互換。—實施例，運作吋，該壓控振蕩裝置20先將第二壓控振蕩器VC02的第二信號控制單元s22的ー控制電壓Vc2設為等于一與鎖相回路PLL相關的參考電壓，如圖2B中的電源模塊mm的參考電壓VREF。接著，將鎖相回路PLL使能(enable)，以產生電平控制信號vs后，第二壓控振蕩器VC02的第二信號提供単元s21依據該電平控制信號vs控制第二延遲單元dly2的振蕩頻率。最后,再將該時鐘數據恢復電路CDR使能，以產生圖IA的數據恢復時鐘rc。如此，即可利用鎖相回路PLL中第一壓控振蕩器VCOl的電平控制信號vs控制第ニ壓控振蕩器VC02的頻率范圍，而使時鐘數據恢復電路CDR保有較小的KVCO值且同時具有較寬的頻率范圍。另外，上述的實施例可更精準地調控，詳細如圖2B的控制方法流程圖所示。步驟S202:開始。步驟S204 :設定第二壓控振蕩器VC02的控制電壓Vc2等于電源模塊mm的參考電壓 VREF。步驟S206 :將發送端的鎖相回路PLL使能。步驟S208 :待鎖相回路PLL的電平控制信號vs穩定后，第一壓控振蕩器VCOl依據電平控制信號VS產生ー鎖相頻率信號lc，且第二壓控振蕩器VC02依據電平控制信號VS產生數據恢復時鐘rc。比較鎖相頻率信號Ic與數據恢復時鐘rc的頻率，并依據比較結果調節鎖相頻率信號Ic的頻率與數據恢復時鐘rc的頻率至實質上相等。ー實施例，可依據比較結果調節第二信號提供単元s21 (如晶體管MP21)，使鎖相頻率信號Ic的頻率與數據恢復時鐘rc的頻率實質上相等。步驟S210 :將時鐘數據恢復電路⑶R使能。步驟S212:結束。依此方式的設計可使時鐘數據恢復電路⑶R的第二壓控振蕩器VC02在工作時的溫度、電壓造成的頻率變化由鎖相回路PLL的第一壓控振蕩器VCOl提供的電平控制信號vs來控制，使得第二壓控振蕩器VC02能滿足較小的KVCO值，同時也能更精準地涵蓋到時鐘數據恢復電路CDR鎖定時的溫度、電壓造成的頻率變化。、
圖3A示出了本發明另ー實施例的壓控振蕩裝置30的示意圖。圖3B示出了圖3A的一實施例的控制方法流程圖。壓控振蕩裝置30包含有設于鎖相回路PLL的第一壓控振蕩器VCOl與時鐘數據恢復電路CDR的第二壓控振蕩器VC02。第一壓控振蕩器VCOl與第二壓控振蕩器VC02互相關聯，例如，可利用電源模塊mm耦接，作為雙邊電源的參考依據。第一壓控振蕩器VCOl包含有第一信號提供単元sll、一第一信號控制單元sl2、及一第一延遲單兀(Delay cell) dlyl。第二壓控振蕩器VC02包含有第二信號提供單兀s21、一第二信號控制單元s22、及一第二延遲單元(Delay cell)dly2。熟悉本領域的技藝者,應能理解圖式各組件間的耦接關系，各組件也可用其它類型的組件替換，例如電阻由晶體管替換、或者PMOS或NMOS晶體管可互換。圖3A的壓控振蕩裝置30與圖2A的壓控振蕩裝置20的架構與操作方式大致相同，差異為壓控振蕩裝置30的第二信號控制單元s22另外設有一調節單元A21，如可變電阻 R21，利用該調節単元A21可調整輸入至第二延遲單元dly2的電流或電壓，以更準確控制第ニ壓控振蕩器VC02的KVCO。參考圖3A、圖3B、圖3C，詳細說明壓控振蕩器30的控制方法流程的ー實施例。步驟S302:開始。步驟S304 :設定第二壓控振蕩器VC02的控制電壓Vc2等于電源模塊mm的參考電壓 VREF0 如圖 3C 的 VREF = 0. 6V, FREF = 2. 5GHZ。步驟S306 :將發送端的鎖相回路PLL使能。步驟S308 :待鎖相回路PLL的電平控制信號vs穩定后，第一壓控振蕩器VCOl依據電平控制信號VS產生ー鎖相頻率信號lc，且第二壓控振蕩器VC02依據電平控制信號VS產生數據恢復時鐘rc。比較鎖相頻率信號Ic與數據恢復時鐘rc的頻率，并依據比較結果調節鎖相頻率信號Ic的頻率與數據恢復時鐘rc的頻率至實質上相等。ー實施例，可依據比較結果調節第二信號提供単元s21 (如晶體管MP21)，使鎖相頻率信號Ic的頻率與數據恢復時鐘rc的頻率實質上相等。步驟S310 :設定第二壓控振蕩器VC02的控制電壓Vc2等于ー第一預設電壓VA，調節可變電阻R21的數值，以使第二壓控振蕩器的輸出頻率等于FA，此時電阻R21的阻值為RA。例如圖 3C 中的，VA = 0. 4V, FA = 2. 4GHZ。步驟S312 :設定第二壓控振蕩器VC02的控制電壓Vc2等于ー第二預設電壓VB，調節可變電阻R21的數值，以使第二壓控振蕩器的輸出頻率等于FB，此時電阻R21的阻值為RB。例如圖 3C 中的，VB = 0. 8V, FB = 2. 6GHZ。步驟S314 :將可變電阻R21設定為等于RA與RB中的最小電阻值。依此實施例的設定，第二壓控振蕩器VC02的KVCO等于KV⑶=(FA-FB)/(VA-VB)。步驟S316 :將時鐘數據恢復電路⑶R使能。步驟S318:結束。上述方法除了可以得到圖2A電路的優點外，還可以更準確地控制第二壓控振蕩器VC02的KVCO，KVCO = (FA-FB) / (VA-VB) 0依此方式的設計，調整調節單元A21的大小，可調整第一電流路徑(包含有晶體管MN21的路徑)與第二電流路徑(包含有晶體管MN22的路徑)的電流大小，進而調整晶體管MP22的驅動電壓與導通電流(電平信號fs)大小，改變第二延遲單元dly2的頻率。而選取兩電阻RA、RB中的最小電阻值，可以使KVCO所涵蓋的范圍最大化，在エ藝發生變化吋，使得第二壓控振蕩器VC02的KVCO不會隨エ藝而變化且能覆蓋需要的范圍。須注意，一實施例中，步驟S308調節第二信號提供単元s21為可選步驟，可省略此步驟；另ー實施例，步驟S310、S312、S314選取R21的值為可選步驟，均可省略，或只采用步驟S310或S312的任ー個。本發明的實施例提出的壓控振蕩器架構，將收發裝置(transceiver)中的鎖相回路(Phase Lock Loop, PU)中的第一壓控振蕩器與時鐘數據恢復電路(Clock DataRecovery, CDR)中的第二壓控振蕩器聯系起來，使得第二壓控振蕩器能夠滿足較大的頻率范圍，且使第二壓控振蕩器能有較小的KVC0，同時PLL/⑶R在工作后都能涵蓋很大的溫度、電壓變化，且利用既有的寬頻率范圍調控信號來調整小KVCO值的時鐘數據恢復電路CDR的頻率，而不必另外設計電路來另外產生控制信號，可減少電路面積并降低生產成本，具有突出的進步性特點。 以上雖以實施例說明本發明，但并不因此限定本發明的范圍，只要不脫離本發明的要g，該行業者可進行各種變形或變更。
權利要求
1.一種收發裝置，包含 ー鎖相回路，用以提供一第一電平(level)控制信號；以及 ー時鐘數據恢復電路，耦接所述鎖相回路，所述時鐘數據恢復電路用以依據一第二電平控制信號來鎖定接收的數據信號，以產生一數據恢復時鐘； 其中，所述數據恢復時鐘的頻率范圍由所述第一電平控制信號控制。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述第一電平控制信號為ー電壓控制電流或電壓，所述第二電平控制信號為ー電壓控制電流或電壓。
3.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述時鐘數據恢復電路采用所述第一電平控制信號與所述第二電平控制信號共同控制所述時鐘數據恢復電路中的一電壓控制振蕩器增 益值(KVCO)與寬頻率調節范圍。
4.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述時鐘數據恢復電路受溫度、電壓影響造成頻率變化時，利用所述* 電平控制信號調整所述數據恢復時鐘的頻率。
5.根據權利要求I所述的裝置，其中，所述裝置先將所述時鐘數據恢復電路的ー控制電壓設為等于與所述鎖相回路相關的參考電壓，接著將所述鎖相回路使能，以產生 所述電平控制信號后，再將所述時鐘數據恢復電路使能。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中，所述鎖相回路包含有一第一壓控振蕩器，所述時鐘數據恢復電路包含有一第二壓控振蕩器， 所述第一壓控振蕩器依據所述 電平控制信號產生ー鎖相頻率信號，所述第二壓控振蕩器用以產生所述數據恢復時鐘；所述第二壓控振蕩器在所述* 電平控制信號穩定后，比較所述鎖相頻率信號的頻率與所述數據恢復時鐘的頻率，調節所述鎖相頻率信號的頻率與所述數據恢復時鐘的頻率至實質上相等，再將所述時鐘數據恢復電路使能。
7.—種壓控振蕩裝置，包含 一第一壓控振蕩器，用以提供一第一控制信號并產生一第一振蕩頻率；以及 一第二壓控振蕩器包含 一延遲單元，用以產生一第二振蕩頻率； 一信號提供単元，依據所述第一控制信號調節所述第二振蕩頻率；以及 一信號控制單元，用以依據一第二控制信號控制所述第二振蕩頻率鎖定接收的ー數據信號。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述第一控制信號用以粗調所述第二振蕩頻率，所述第二控制信號微調所述第二振蕩頻率。
9.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述第一控制信號的信號電平范圍大于所述第ニ控制信號的電平范圍。
10.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述信號控制單元包含 一第一電流路徑，用以提供一第一電流； 一第二電流路徑，用以提供一第二電流；以及 一調節單元，耦接所述第一電流路徑與所述第二電流路徑。
11.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述第一壓控振蕩器先振蕩后，產生所述第一控制信號，再調節所述第二壓控振蕩器的頻率范圍。
12.—種壓控振蕩裝置控制方法，包含提供ー設于ー鎖相回路的第一壓控振蕩器與一設于ー時鐘數據恢復電路的第二壓控振蕩器； 設定所述第二壓控振蕩器的ー控制電壓等于ー參考電壓，所述參考電壓與所述第一壓控振蕩器的振蕩頻率相關； 將所述鎖相回路使能，產生ー電平控制信號； 使所述第二壓控振蕩器依據所述電平控制信號，產生ー數據恢復時鐘；以及 將所述時鐘數據恢復電路使能。
13.根據權利要求12所述的方法，還包含 待所述鎖相回路的所述電平控制信號穩定后，所述第一壓控振蕩器依據所述電平控制信號產生ー鎖相頻率信號，且所述第二壓控振蕩器依據所述電平控制信號產生所述數據恢 復時鐘；以及 比較所述鎖相頻率信號與所述數據恢復時鐘的頻率，依據比較結果調節所述鎖相頻率信號的頻率與所述數據恢復時鐘的頻率至實質上相等。
14.根據權利要求12所述的方法，還包含 設定所述第二壓控振蕩器的所述控制電壓等于ー第一預設電壓，調節一可變電阻的數值，以使所述第二壓控振蕩器的輸出頻率等于ー第一頻率，所述可變電阻的阻值為第一阻值； 設定所述第二壓控振蕩器的所述控制電壓等于ー第二預設電壓，調節所述可變電阻的數值，以使所述第二壓控振蕩器的輸出頻率等于ー第二頻率，此時，所述可變電阻的阻值為一第二阻值；以及 選取所述第一阻值與所述第二阻值中的最小阻值，求得所述第二壓控振蕩器的電壓控制振蕩器增益值等于所述第一頻率減所述第二頻率除以所述第一預設電壓減所述第二預設電壓。
15.—種壓控振蕩裝置,包含 ー壓控振蕩器，設于ー收發裝置中的一時鐘數據恢復電路，具有小電壓控制振蕩器增益值，依據一具有寬調節頻率范圍的電平控制信號調節所述壓控振蕩器的頻率； 其中，電平控制信號來自所述收發裝置中既有的鎖相回路。
全文摘要
本發明提供了收發裝置、其壓控振蕩裝置與其控制方法，該收發裝置包含一鎖相回路與一時鐘數據恢復電路。鎖相回路用以提供一第一電平控制信號。時鐘數據恢復電路耦接鎖相回路，且用一第二電平控制信號來鎖定接收的數據信號，以產生一數據恢復時鐘。其中，數據恢復時鐘的頻率范圍是由第一電平控制信號輔助地控制。
文檔編號H03K5/00GK102655402SQ20111004970
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月1日 優先權日2011年3月1日
發明者趙海兵 申請人:瑞昱半導體股份有限公司