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CN101251887B - 频率合成器及频率合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种频率合成器及频率合成方法，应用于第一频带收发器与第二频带收发器之间，上述频率合成器包含：锁相环；第一分频电路；以及第二分频电路，而其方法包含下列步骤：启动该锁相环产生初始时钟信号；该第一分频电路接收该初始时钟信号进行分频，进而产生第一时钟信号以提供给该第一频带收发器使用；以及该第二分频电路接收该第一分频电路所产生的时钟信号进行分频，进而产生第二时钟信号以提供给该第二频带收发器使用；其中该第一频带收发器与该第二频带收发器分别为第一频带无线射频识别系统读取器与第二频带无线射频识别系统读取器，而该第一频带与该第二频带的频率范围分别在2.4GHz至2.5GHz及860MHz至960MHz之间。本发明能够利用单一一个压控振荡器来同时产生不同频率范围的时钟信号。

Description

频率合成器及频率合成方法
技术领域
本发明涉及一种频率合成器及频率合成方法，尤其是应用于无线射频识别系统的读卡机上的频率合成器及频率合成方法。
背景技术
无线射频识别系统(Radio Frequency Identification，以下简称RFID)是利用射频信号以无线方式传送及接收数据资料且同时使用此射频信号来进行能量传送，因此RFID的标签并不需与读卡机接触即可做数据交换，而且标签本身不需使用额外电力即可永久工作。
无线射频识别系统主要由标签(Tag)、读取器(Reader)组成，其工作原理是将一块极小的集成电路芯片制成的标签(Tag)放置或内嵌在产品上，而读取器(Reader)则利用射频技术来读取集成电路芯片内储存的数据。
为能达到更快的数据传输速度、更远的数据读取距离以及更小的天线尺寸，无线射频识别系统向更高的无线电频带发展将是不可避免的趋势。因此操作在超高频带(UHF band，860至960MHz)甚至微波频带(micro-wave band，2.4至2.5GHz)的无线射频识别系统，将在未来取代现今操作在相对较低频带(125kHz及13.56MHz)的无线射频识别系统。
而为能同时具有读取分属不同频带标签的能力，就需要具有双频(dualband)功能的读取机。请参见图1，其为可应用于具有双频(dual band)功能的无线射频识别系统读取机中的频率合成器的传统功能方块示意图，频率合成器10中包含锁相环模块101、第一分频电路102以及第二分频电路103。而锁相环模块101则包含相位/频率检测器1010、电荷泵1011、环路滤波器1012、第一压控振荡器1013以及第二压控振荡器1014。其中第一压控振荡器1013以及第二压控振荡器1014分别输出频率范围在1720MHz至1920MHz的第一时钟信号及频率范围在4.8GHz至5GHz的第二时钟信号，然后上述第一时钟信号及第二时钟信号再分别经过第一分频电路102与第二分频电路103的频率除以2的处理后，产生频率范围在860MHz至960MHz的第三时钟信号及频率范围在2.4GHz至2.5GHz的第四时钟信号，进而供对应于超高频带标签及微波频带标签的读取器(Reader)使用。但设置多个压控振荡器电路将造成电路构造过于庞杂并占用芯片面积而且耗能大。
发明内容
因此，如何利用单一一个压控振荡器来满足同样的需求，就是本发明的主要目的。本发明提供一种频率合成器，其应用于第一频带收发器与第二频带收发器之间，包含：锁相环，其中具有压控振荡器，该压控振荡器产生初始时钟信号；第一分频电路，电连接于该锁相环与该第一频带收发器之间，其接收该初始时钟信号进行分频，进而产生第一时钟信号以提供给该第一频带收发器使用；以及第二分频电路，电连接于该第一分频电路与该第二频带收发器之间，其接收该第一分频电路所产生的第一时钟信号进行分频，进而产生第二时钟信号以提供给该第二频带收发器使用；所述的频率合成器所应用于上的该第一频带收发器与该第二频带收发器为第一频带无线射频识别系统读取器与第二频带无线射频识别系统读取器，而该第一频带与该第二频带的频率范围分别在2.4GHz至2.5GHz及860MHz至960MHz之间。
根据上述构想，本发明所述的频率合成器中，该锁相环包含相位/频率检测器、电荷泵、环路滤波器以及压控振荡器。
根据上述构想，本发明所述的频率合成器中，该第二分频电路可包含：除以2分频电路，电连接于该第一分频电路，接收该初始时钟信号或该第一时钟信号而产生分频时钟信号；混频器，电连接于该第一分频电路与该除以2分频电路，用以接收该初始时钟信号及该分频时钟信号或该第一时钟信号及该分频时钟信号，以进行混频而产生输出信号；以及高通滤波器，电连接于该混频器，用以接收该输出信号并滤除其低频部分而输出其高频部分。
根据上述构想，本发明所述的频率合成器中，该第二分频电路还可包含：除以4分频电路，接收该高通滤波器的输出信号以产生该第二时钟信号。
根据上述构想，本发明所述的频率合成器还可包含：第三分频电路，接收该第二分频电路所产生的第二时钟信号以进行分频，进而产生第三时钟信号；以及第四分频电路，接收该第二分频电路所产生的第二时钟信号以进行分频，进而产生第四时钟信号。
根据上述构想，本发明所述的频率合成器中，该第三时钟信号与该第四时钟信号的频率范围可分别在13.56MHz与125kHz。
本发明的另一方面为一种频率合成方法，应用于第一频带收发器、第二频带收发器与锁相环之间，该方法包含下列步骤：启动该锁相环产生初始时钟信号；接收该初始时钟信号进行分频，进而产生第一时钟信号以提供给该第一频带收发器使用；以及接收该第一时钟信号进行分频，进而产生第二时钟信号以提供给该第二频带收发器使用；其中该第一频带收发器与该第二频带收发器为第一频带无线射频识别系统读取器与第二频带无线射频识别系统读取器，而该第一频带与该第二频带的频率范围分别在2.4GHz至2.5GHz及860MHz至960MHz之间。
根据上述构想，本发明所述的频率合成方法所应用于上的该锁相环包含相位/频率检测器、电荷泵、环路滤波器以及压控振荡器。
根据上述构想，本发明所述的频率合成方法中，对该第一时钟信号进行分频的步骤包含下列步骤：接收该第一时钟信号而产生分频时钟信号；接收该第一时钟信号及该分频时钟信号以进行混频而产生输出信号；以及接收该输出信号并滤除其低频部分而输出其高频部分。
根据上述构想，本发明所述的频率合成方法还可包含下列步骤：接收该第二时钟信号进行分频，以产生第三时钟信号；以及接收该第二时钟信号进行分频，以产生第四时钟信号；其中，该第三时钟信号与该第四时钟信号的频率范围分别在13.56MHz与125kHz。
本发明能够利用单一一个压控振荡器来同时产生不同频率范围的时钟信号。
附图说明
本发明可通过下列附图及说明，而得到更深入的了解：
图1为可应用于具有双频功能的无线射频识别系统读取机中的频率合成器的传统功能方块示意图。
图2为本发明为改善现有技术缺陷所发展出来的频率合成器架构示意图。
图3为根据上述架构所发展出来的频率合成器优选实施例功能方块示意图。
图4为乘以3/2的频率转换电路的另一优选实施例功能方块示意图。
其中，附图标记说明如下：
10频率合成器          1010相位/频率检测器
1011电荷泵            1012环路滤波器
1013第一压控振荡器    1014第二压控振荡器
101锁相环模块         102第一分频电路
103第二分频电路       2压控振荡器
21除以2的第一分频电路 22第二分频电路
23第三分频电路        24第四分频电路
30频率合成器          301锁相环模块
3010相位/频率检测器   3011电荷泵
3012环路滤波器        3013压控振荡器
31第一分频电路        32第二分频电路
320混频器             321除以2的分频电路
327除以4的分频电路    328高通滤波器
42除以2的分频电路     41三倍频电路
具体实施方式
请参见图2，其为本发明为改善现有技术缺陷所发展出来的频率合成器架构示意图，其中主要是利用单一一个输出频率范围在4.8GHz至5GHz的压控振荡器2来同时产生频率范围在860MHz至960MHz及频率范围在2.4GHz至2.5GHz的时钟信号。压控振荡器2产生频率范围在4.8GHz至5GHz的初始时钟信号，于是利用除以2的第一分频电路21便可将初始时钟信号转换成频率范围在2.4GHz至2.5GHz的第一时钟信号，来给第一频带收发器(图中未示)使用。另外，为能产生频率范围在860MHz至960MHz的第二时钟信号，来给第二频带收发器(图中未示)使用，本发明将第一时钟信号再送入第二分频电路22进行处理，而该第二分频电路22对此信号进行乘以3/2以及除以4的频率转换，进而得到频率范围在860MHz至960MHz的第二时钟信号。如此一来，应用本发明的无线射频识别系统读取机便可具有读取超高频带及微波频带标签的能力。更进一步，若还需要系统具有向下相容的能力，因而具有可读取操作在较低频带(13.56MHz及125kHz)标签的能力，便可再将第二时钟信号通过除以64的第三分频电路23及除以1720与除以4的第四分频电路24的频率转换，进而分别产生频率范围在13.56MHz及125kHz的第三时钟信号及第四时钟信号。如此一来，便可用单一一个压控振荡器来产生四种频带的时钟信号，进而提供给可读取四种不同频带标签的无线射频识别系统使用。
再请参见图3，其为根据上述架构所发展出来的频率合成器优选实施例功能方块示意图，其中频率合成器30中包含相位/频率检测器3010、电荷泵3011、环路滤波器3012以及压控振荡器3013所构成的锁相环模块301，其中压控振荡器3013输出频率范围在4.8GHz至5GHz的初始时钟信号。利用除以2的第一分频电路31便可将频率范围在4.8GHz至5GHz的初始时钟信号转换成频率范围在2.4GHz至2.5GHz的第一时钟信号。由于除以2的分频电路已是使用非常普遍的电路，因此图2中的除以4的分频电路、除以64的分频电路都可以用除以2的分频电路来串联而成。至于其它除以整数的分频电路(例如图2中的除以1720的分频电路)则可用常见的计数器来完成，因此不再赘述其细节。至于乘以3/2的频率转换则可用图中第二分频电路32的部分电路来完成，其主要由混频器320以及除以2的分频电路321来构成。而其作法为先将频率范围在2.4GHz至2.5GHz的第一时钟信号送入除以2的分频电路321进行处理，进而得到1.2GHz至1.25GHz的时钟信号，再将2.4GHz至2.5GHz的第一时钟信号与1.2GHz至1.25GHz的时钟信号由混频器320进行混频，而混频器320将会产生频率为两信号频率之和与两信号频率之差的时钟信号。因此当输入混频器320的两个信号的频率分别为F及F/2时，混频器320的输出将会得频率分别为3F/2及F/2的时钟信号。
然后，再将混频器320输出的时钟信号送入高通滤波器328，便可将低频部分(F/2)除去而得到高频部分(3F/2)，进而得到乘以3/2的频率转换效果，然后再送到除以4的分频电路327进行处理，最后得到频率范围在860MHz至960MHz的第二时钟信号。而上述分频电路321、混频器320与高通滤波器328的组合可完成3/2倍频的效果，但其可视其它应用的实际需求而设置于第一分频电路31或第二分频电路32，甚至第三分频电路23或第四分频电路24中，进而产生各种不同频率的时钟信号，以提供给多个频带收发器来使用。
另外，上述乘以3/2的频率转换电路也可由先进行三倍频的处理后再送入除以2的分频电路42来获得，例如如图4所示，其中三倍频电路41也已是常见的电路，例如先将频率为F的时钟信号送入两倍频电路处理而得到频率为2F的时钟信号后，再与频率为F的时钟信号一起送入混频器，进而得到频率分别为3F及F的时钟信号。
综上所述，本发明可改善上述现有技术的诸多缺陷，达成发展本发明的最主要的目的。根据上述具体实施例的具体揭示，本发明能够由本领域技术人员进行各种修改，然而均不脱离所附权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种频率合成器，应用于第一频带收发器与第二频带收发器之间，包含：
锁相环，具有压控振荡器，该压控振荡器产生初始时钟信号；
第一分频电路，电连接于该锁相环与该第一频带收发器之间，接收该初始时钟信号进行分频，进而产生第一时钟信号以提供给该第一频带收发器使用；以及
第二分频电路，电连接于该第一分频电路与该第二频带收发器之间，接收该第一分频电路所产生的第一时钟信号进行分频，进而产生第二时钟信号以提供给该第二频带收发器使用；
所述的频率合成器所应用于的该第一频带收发器与该第二频带收发器为第一频带无线射频识别系统读取器与第二频带无线射频识别系统读取器，而该第一频带与该第二频带的频率范围分别在2.4GHz至2.5GHz及860MHz至960MHz之间。
2.如权利要求1所述的频率合成器，其中该锁相环包含相位/频率检测器、电荷泵、环路滤波器以及压控振荡器。
3.如权利要求1所述的频率合成器，其中该第一分频电路包含：
除以2分频电路，电连接于该压控振荡器，接收该初始时钟信号而产生分频时钟信号；
混频器，电连接于该压控振荡器与该除以2分频电路，用以接收该初始时钟信号及该分频时钟信号以进行混频而产生输出信号；以及
高通滤波器，电连接于该混频器，用以接收该输出信号并滤除该输出信号的低频部分而输出该输出信号的高频部分。
4.如权利要求1所述的频率合成器，其中该第二分频电路可包含：
除以2分频电路，电连接于该第一分频电路，接收该第一时钟信号而产生分频时钟信号；
混频器，电连接于该第一分频电路与该除以2分频电路，用以接收该第一时钟信号及该分频时钟信号以进行混频而产生输出信号；以及
高通滤波器，电连接于该混频器，用以接收该输出信号并滤除其低频部分而输出其高频部分。
5.如权利要求4所述的频率合成器，其中该第二分频电路还包含：
除以4分频电路，接收该高通滤波器的输出信号以产生该第二时钟信号。
6.如权利要求1所述的频率合成器，还包含：
第三分频电路，接收该第二分频电路所产生的第二时钟信号以进行分频，进而产生第三时钟信号；以及
第四分频电路，接收该第二分频电路所产生的第二时钟信号以进行分频，进而产生第四时钟信号。
7.如权利要求6所述的频率合成器，其中该第三时钟信号与该第四时钟信号的频率范围分别在13.56MHz与125kHz。
8.一种频率合成方法，应用于第一频带收发器、第二频带收发器与锁相环之间，所述方法包含下列步骤：
启动该锁相环产生初始时钟信号；
接收该初始时钟信号进行分频，进而产生第一时钟信号以提供给该第一频带收发器使用；以及
接收该第一时钟信号进行分频，进而产生第二时钟信号以提供给该第二频带收发器使用；
其中该第一频带收发器与该第二频带收发器分别为第一频带无线射频识别系统读取器与第二频带无线射频识别系统读取器，而该第一频带与该第二频带的频率范围分别在2.4GHz至2.5GHz及860MHz至960MHz之间。
9.如权利要求8所述的频率合成方法，其中该锁相环包含相位/频率检测器、电荷泵、环路滤波器以及压控振荡器。
10.如权利要求8所述的频率合成方法，其中对该第一时钟信号进行分频的步骤包含下列步骤：
接收该第一时钟信号而产生分频时钟信号；
接收该第一时钟信号及该分频时钟信号以进行混频而产生输出信号；以及
接收该输出信号并滤除其低频部分而输出其高频部分。
11.如权利要求9所述的频率合成方法，还包含下列步骤：
接收该第二时钟信号进行分频，以产生第三时钟信号；以及
接收该第二时钟信号进行分频，以产生第四时钟信号；
其中，该第三时钟信号与该第四时钟信号的频率范围分别在13.56MHz与125kHz。
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