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TWI439054B - 頻率合成器及頻率合成方法 - Google Patents

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TWI439054B
TWI439054B TW097107144A TW97107144A TWI439054B TW I439054 B TWI439054 B TW I439054B TW 097107144 A TW097107144 A TW 097107144A TW 97107144 A TW97107144 A TW 97107144A TW I439054 B TWI439054 B TW I439054B
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Shou Fang Chen
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    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

頻率合成器及頻率合成方法
本發明有關於一種頻率合成器及頻率合成方法，尤其是應用於無線射頻識別系統之讀卡機上之頻率合成器及頻率合成方法。
無線射頻識別系統(Radio Frequency Identification，以下簡稱RFID)是利用射頻訊號以無線方式傳送及接收數據資料且同時使用此射頻訊號來進行能量傳送，因此RFID的標籤並不需與讀卡機接觸即可做資料的交換，而且標籤本身不需使用額外電力即可永久工作。
無線射頻識別系統主要是由標籤(Tag)、讀取器(Reader)來組成，其運作原理是將一塊極小的積體電路晶片所完成之標籤(Tag)放置或內嵌在產品上，而讀取器(Reader)則利用射頻技術來讀取積體電路晶片內儲存的資料。
而為能達到更快速的資料傳輸速度、更遠的資料讀取距離以及更小的天線尺寸，無線射頻識別系統往更高的無線電頻帶來發展將是不可避免的趨勢。因此操作在超高頻帶(UHF band，860至960MHz)甚至微波頻帶(micro-wave band，2.4至2.5GHz)之無線射頻識別系統，將在未來取 代現今操作在相對較低頻帶(125kHz及13.56MHz)之無線射頻識別系統。
而為能同時具有讀取分屬不同頻帶標籤之能力，具有雙頻(dual band)功能之讀取機便有其需求。請參見第一圖，其係可應用於具有雙頻(dual band)功能之無線射頻識別系統讀取機中之一頻率合成器之習用功能方塊示意圖，頻率合成器10中包含鎖相迴路模組101、第一除頻電路102、以及第二除頻電路103。而鎖相迴路模組101則包含相位/頻率偵測器1010、電荷幫浦1011、迴路濾波器1012、第一壓控振盪器1013以及第二壓控振盪器1014。其中第一壓控振盪器1013以及第二壓控振盪器1014係分別輸出頻率範圍在1720MHz至1920MHz之第一時脈信號及頻率範圍在4.8GHz至5GHz之第二時脈信號，然後再分別經過第一除頻電路102與第二除頻電路103之頻率除以2的處理後，用以產生頻率範圍在860MHz至960MHz之第三時脈信號及頻率範圍在2.4GHz至2.5GHz之第四時脈信號，進而讓對應於超高頻帶標籤及微波頻帶標籤之讀取器(Reader)來使用。但多個壓控振盪器電路之設置將造成電路構造過於龐雜並佔用晶片面積而且耗能，而如何利用單一個壓控振盪器來滿足同樣的需求，是為發展本案之主要目的。
本案係為一種頻率合成器，應用於一第一頻帶收發器與一第二頻帶收發器之間，其包含：一鎖相迴路，其中具有一壓控振盪器，該壓控振盪器產生一初始時脈信號；一第一除頻電路，電連接於該鎖相迴路與該第一頻帶收發器之間，其係接收該初始時脈信號進行除頻，進而產生一第一時脈信號而提供給該第一頻帶收發器使用；以及一第二除頻電路，電連接於該第一除頻電路與該第一頻帶收發器之間，其係接收該第一除頻電路所產生之第一時脈信號進行除頻，進而產生一第二時脈信號而提供給該第二頻帶收發器使用。
根據上述構想，本案所述之頻率合成器，其所應用於上之該第一頻帶收發器與該第二頻帶收發器係為一第一頻帶無線射頻識別系統讀取器與一第二頻帶無線射頻識別系統讀取器，而該第一頻帶與該第二頻帶之頻率範圍分別在2.4GHz至2.5GHz及860MHz至960MHz之間。
根據上述構想，本案所述之頻率合成器，其中該鎖相迴路包含一相位/頻率偵測器、一電荷幫浦、一迴路濾波器以及一壓控振盪器。
根據上述構想，本案所述之頻率合成器，其中該第二除頻電路可包含：一除以2除頻電路，電連接於該第一除頻電路，接收該第一時脈信號而產生一除頻時脈信號；一混波器，電連接於該第一除頻電路與該除以2除頻電路，用以接收該第一時脈信號及該除頻時脈信號以進行混波而產生一輸出信號；以及一高通濾波器，電連接於該混波器， 用以接收該輸出信號並濾除其低頻部分而輸出其高頻部分。
本案之另一方面係為一種頻率合成方法，應用於一第一頻帶收發器、一第二頻帶收發器與一鎖相迴路之間，其方法包含下列步驟：啟動該鎖相迴路產生一初始時脈信號；接收該初始時脈信號進行除頻，進而產生一第一時脈信號而提供給該第一頻帶收發器使用；以及接收該第一時脈信號進行除頻，進而產生一第二時脈信號而提供給該第二頻帶收發器使用。
根據上述構想，本案所述之頻率合成方法，其所應用於上之該第一頻帶收發器與該第二頻帶收發器係為一第一頻帶無線射頻識別系統讀取器與一第二頻帶無線射頻識別系統讀取器，而該第一頻帶與該第二頻帶之頻率範圍分別在2.4GHz至2.5GHz及860MHz至960MHz之間。
根據上述構想，本案所述之頻率合成方法，其所應用於上之該鎖相迴路包含一相位/頻率偵測器、一電荷幫浦、一迴路濾波器以及一壓控振盪器。
根據上述構想，本案所述之頻率合成方法，其中對該第一時脈信號進行除頻之步驟中，包含下列步驟：接收該第一時脈信號而產生一除頻時脈信號；接收該第一時脈信號及該除頻時脈信號以進行混波而產生一輸出信號；以及接收該輸出信號並濾除其低頻部分而輸出其高頻部分。
請參見第二圖，其係本案為改善習用缺失所發展出來之一頻率合成器架構示意圖，其中主要是利用單一個輸出頻率範圍在4.8GHz至5GHz之壓控振盪器2來同時產生頻率範圍在860MHz至960MHz及頻率範圍在2.4GHz至2.5GHz之時脈信號。壓控振盪器2產生頻率範圍在4.8GHz至5GHz之初始時脈信號，於是利用一除以2之第一除頻電路21便可將初始時脈信號轉換成頻率範圍在2.4GHz至2.5GHz之第一時脈信號，來給第一頻帶收發器(圖中未示出)使用。另外，為能產生頻率範圍在860MHz至960MHz之第二時脈信號，來給第二頻帶收發器(圖中未示出)使用，本案便將第一時脈信號再送入第二除頻電路22進行處理，而該第二除頻電路22係進行乘以3/2以及除以4之頻率轉換，進而得到頻率範圍在860MHz至960MHz之第二時脈信號。如此一來，應用本案之無線射頻識別系統讀取機便可具有讀取超高頻帶(UHF band，860至960MHz)及微波頻帶(micro-wave band，2.4至2.5GHz)標籤的能力。更甚者，若系統更要能具有向下相容之能力，而具有可讀取操作在較低頻帶(13.56MHz及125kHz)標籤之能力，便可再將第二時脈信號透過除以64之第三除頻電路23及除以1720與除以4之第四除頻電路24之頻率轉換，進而分別產生頻率範圍在13.56MHz及125kHz之第三時脈信號及第四時脈信號。如此一來，吾人便可用單一壓控振盪器來產生四種頻帶之時脈信號，進而提供給可讀取四種 不同頻帶標籤之無線射頻識別系統來使用。
再請參見第三圖，其係根據上述架構所發展出來之一頻率合成器較佳實施例功能方塊示意圖，其中頻率合成器30中包含有相位/頻率偵測器3010、電荷幫浦3011、迴路濾波器3012以及壓控振盪器3013所構成之鎖相迴路模組301，其中壓控振盪器3013輸出頻率範圍在4.8GHz至5GHz之初始時脈信號。利用除以2之第一除頻電路31便可將頻率範圍在4.8GHz至5GHz之初始時脈信號轉換成頻率範圍在2.4GHz至2.5GHz之第一時脈信號。而由於除以2之除頻電路，已是使用非常普遍之電路，因此第二圖中之除以4之除頻電路、除以64之除頻電路都可以用除以2之除頻電路來串接而成。至於其它除以整數之除頻電路(例如第二圖中之除以1720)則可用常見的計數器來完成，因此不再贅述其細節。至於乘以3/2之頻率轉換則可用圖中第二除頻電路32之部份電路來完成，其主要由一混波器320以及一除以2之除頻電路321來構成。而其作法係先將頻率範圍在2.4GHz至2.5GHz之第一時脈信號送入除以2之除頻電路321處理，進而得到1.2GHz至1.25GHz之時脈信號，再將2.4GHz至2.5GHz之第一時脈信號與1.2GHz至1.25GHz之時脈信號由混波器320進行混波，而混波器320將會產生頻率為兩信號頻率之和與兩信號頻率差之時脈信號。因此當輸入混波器320之兩信號之頻率分別為F及F/2時，混波器320之輸出將會得頻率分別為3F/2及F/2之時脈信號。
然後，再將混波器320輸出之時脈信號送入一高通濾波器328，便可將低頻部份(F/2)去除而得到高頻部份(3F/2)，進而得到乘以3/2之頻率轉換效果，然後再送到除以4之除頻電路327進行處理，最後得到頻率範圍在860MHz至960MHz之第二時脈信號。而上述除頻電路321、混波器320與高通濾波器328之組合可完成3/2倍頻之效果，但其可視其它應用之實際需求而設置於第一除頻電路31或是第二除頻電路32，甚或是第三除頻電路23或是第四除頻電路24，進而產生各種不同頻率之時脈信號，用以提供給多個頻帶收發器來使用。
另外，上述乘以3/2之頻率轉換電路，也可由先進行三倍頻之處理後再送入除以2之除頻電路42來獲得，例如第四圖之所示，其中三倍頻電路41也已是常見的電路，例如先將頻率為F之時脈信號送入兩倍頻電路處理而得到頻率為2F之時脈信號後，再與頻率為F之時脈信號一起送入混波器，進而得到頻率分別為3F及F之時脈信號。
綜上所述，本發明可改善上述先前技術之諸多缺失，達成發展本發明之最主要的目的。根據上述具體實施例之具體揭示，本發明得由熟習此技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不跳脫如附申請專利範圍所欲保護者。
本案圖式中所包含之各元件列示如下：
10‧‧‧頻率合成器
1010‧‧‧相位/頻率偵測器
1011‧‧‧電荷幫浦
1012‧‧‧迴路濾波器
1013‧‧‧第一壓控振盪器
1014‧‧‧第二壓控振盪器
101‧‧‧鎖相迴路模組
102‧‧‧第一除頻電路
103‧‧‧第二除頻電路
2‧‧‧壓控振盪器
21‧‧‧除以2之第一除頻電路
22‧‧‧第二除頻電路
23‧‧‧第三除頻電路
24‧‧‧第四除頻電路
30‧‧‧頻率合成器
301‧‧‧鎖相迴路模組
3010‧‧‧相位/頻率偵測器
3011‧‧‧電荷幫浦
3012‧‧‧迴路濾波器
3013‧‧‧壓控振盪器
31‧‧‧第一除頻電路
32‧‧‧第二除頻電路
320‧‧‧混波器
321‧‧‧除以2之除頻電路
327‧‧‧除以4之除頻電路
328‧‧‧高通濾波器
42‧‧‧除以2之除頻電路
41‧‧‧三倍頻電路
本案得藉由下列圖式及詳細說明，俾得一更深入之了解： 第一圖，其係可應用於具有雙頻功能之無線射頻識別系統讀取機中之一頻率合成器之習用功能方塊示意圖。
第二圖，其係本案為改善習用缺失所發展出來之一頻率合成器架構示意圖。
第三圖，其係根據上述架構所發展出來之一頻率合成器較佳實施例功能方塊示意圖。
第四圖，其係乘以3/2之頻率轉換電路之另一較佳實施例功能方塊示意圖。
2‧‧‧壓控振盪器
21‧‧‧除以2之第一除頻電路
22‧‧‧第二除頻電路
23‧‧‧第三除頻電路
24‧‧‧第四除頻電路

Claims (9)

  1. 一種頻率合成器，應用於一第一頻帶無線射頻識別系統讀取器與一第二頻帶無線射頻識別系統讀取器之間，而該第一頻帶與該第二頻帶之頻率範圍分別在2.4GHz至2.5GHz及860MHz至960MHz之間，該頻率合成器包含：一鎖相迴路，其中具有一壓控振盪器，該壓控振盪器產生頻率範圍在4.8GHz至5GHz之一初始時脈信號；一第一除頻電路，電連接於該鎖相迴路與該第一頻帶收發器之間，其係接收該初始時脈信號進行除以2之除頻動作，進而產生頻率範圍在2.4GHz至2.5GHz之一第一時脈信號而提供給該第一頻帶收發器使用；以及一第二除頻電路，電連接於該第一除頻電路與該第二頻帶收發器之間，其係用以接收該第一除頻電路所產生之第一時脈信號，並將該第一時脈信號乘以3/2倍後再進行除以4之除頻動作，進而產生頻率範圍在860MHz至960MHz間之一第二時脈信號而提供給該第二頻帶收發器使用。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之頻率合成器，其中該鎖相迴路包含一相位/頻率偵測器、一電荷幫浦、一迴路濾波器以及一壓控振盪器。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之頻率合成器，其中該第二除頻電路可包含：一除以2除頻電路，電連接於該第一除頻電路，接收該第一時脈信號而產生一除頻時脈信號； 一混波器，電連接於該第一除頻電路與該除以2除頻電路，用以接收該第一時脈信號及該除頻時脈信號以進行混波而產生一輸出信號；以及一高通濾波器，電連接於該混波器，用以接收該輸出信號並濾除其低頻部分而輸出其高頻部分。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之頻率合成器，其中該第二除頻電路更可包含：一除以4除頻電路，接收該高通濾波器之輸出信號以產生該第二時脈信號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之頻率合成器，更包含：一第三除頻電路，接收該第二除頻電路所產生之第二時脈信號以進行除頻，進而產生一第三時脈信號；以及一第四除頻電路，接收該第二除頻電路所產生之第二時脈信號以進行除頻，進而產生一第四時脈信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之頻率合成器，其中該第三時脈信號與該第四時脈信號之頻率範圍係分別在13.56MHz與125kHz。
  7. 一種頻率合成方法，應用於一第一頻帶無線射頻識別系統讀取器一第二頻帶無線射頻識別系統讀取器與一鎖相迴路之間，而該第一頻帶與該第二頻帶之頻率範圍分別在2.4GHz至2.5GHz及860MHz至960MHz之間，其方法包含下列步驟：啟動該鎖相迴路產生頻率範圍在4.8GHz至5GHz之一初始時脈信號； 接收該初始時脈信號進行除以2之除頻動作，進而產生頻率範圍在2.4GHz至2.5GHz之一第一時脈信號而提供給該第一頻帶收發器使用；以及接收該第一時脈信號，並將該第一時脈信號乘以3/2倍後再進行除以4之除頻動作，進而產生頻率範圍在860MHz至960MHz間之一第二時脈信號而提供給該第二頻帶收發器使用。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之頻率合成方法，其中該鎖相迴路包含一相位/頻率偵測器、一電荷幫浦、一迴路濾波器以及一壓控振盪器。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之頻率合成方法，更包含下列步驟：接收該第二時脈信號進行除頻，以產生一第三時脈信號；以及接收該第二時脈信號進行除頻，以產生一第四時脈信號；其中，該第三時脈信號與該第四時脈信號之頻率範圍係分別在13.56MHz與125kHz。
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