电压和温度补偿的频率转换器的制造方法
【专利说明】电压和温度补偿的频率转换器
[0001]优先权
[0002]本申请要求于2012年12月11日提交的美国临时申请号61/735，912的优先权，通过引用将其结合。
【背景技术】
[0003]频率到电压转换器接收具有频率的交变的电输入信号，并且提供与电输入信号的频率成比例的模拟输出电压。
[0004]一些频率到电压转换器基于采样和保持机制，其中电容器在充电阶段期间被充电。通过采样和保持频率到电压转换器，随着频率变得越高，电容器越少充电，导致相应的输出电压的下降。输出电压也可以与充电电流线性地相关，所述充电电流可能依赖于电压和温度。由采样机制产生的寄生电容噪声也可能与输入电压线性地相关。
[0005]因此，这些手段中没有一个适合于高精度时钟设计。
【发明内容】
[0006]公开了一种频率到电压转换器系统，所述系统操作为提供将电输入信号的频率高精度转换为模拟输出信号的相应的电压水平。所述系统包括第一电流源和第二电流源，所述第一电流源和第二电流源独立地操作以同步地提供幅度基本上保持相等的各自的电流。在频率到电压转换器系统中包括的转换器电路接收具有频率的输入信号。所述转换器电路使用第一和第二电流源以产生具有对应于所述频率的幅度的模拟输出信号。系统提供增加的精确性以及通过将频率转换从温度和供应电压中的变化解耦合的抖动控制。
[0007]所述转换器电路可以包括充电/放电电路和参考电路。所述第一电流源可以向充电/放电电路供应第一电流，且所述第二电流源可以向参考电路供应第二电流。充电/放电电路可以使用第一电流以基于电输入信号的频率而选择性充电和放电在充电/放电电路中包括的电容器。参考电路可以使用第二电流产生参考电压。第一和第二电流源可以基本上同步地向充电/放电电路和参考电路供应幅度基本上相等的各自的电流。在操作期间，电流可以保持基本上相等的幅度，由于温度变化和供应电压变化在各自第一和第二电流源上具有基本上相等的效应。相应地，系统补偿供应电压和温度中的改变而不使用电压或温度补偿电路。
[0008]在所述转换器电路中包括的比较器电路可以基于所述参考电压和所述电容器的电压的比较来产生表示所述输入信号的频率的模拟输出信号。所述电容器的电压可以是滤波的电压，所述滤波的电压被产生为随着电容器的充电电压基于输入信号的频率而变化的所述电容器的充电电压的平均。由于系统进行电压的比较，避免了对产生所述模拟输出信号的电流的依赖。
[0009]在查看下述附图和【具体实施方式】之后，本发明的其它系统、方法、特征和优点对本领域技术人员将是，或者将变得清楚。期望所有这样的附加的系统、方法、特征和优点被包括在本说明书中、在本发明的范围中并且被下述权利要求保护。
【附图说明】
[0010]图1是示例频率到电压转换器的框图。
[0011]图2是频率到电压转换器的示例电路示意图。
[0012]图3是包括图1的频率到电压转换器的示例闭环振荡器的框图。
[0013]图4是频率到电压转换器的响应图。
[0014]图5是图4的响应图的周期的近景的视图。
[0015]图6是图4的响应图的电容器放电的近景的视图。
[0016]图7是示出在图4的响应图的一部分中的滤波的电压的响应图。
[0017]图8是频率到电压转换器的示例操作流程图。
【具体实施方式】
[0018]图1是频率到电压转换器系统100的示例框图。频率到电压转换器系统100包括第一电流源102和第二电流源104。第一和第二电流源102和104可以是基本上同步地操作以向转换器电路106输出单独的并且独立的输出电流的、单独的并且独立的电流源。第一电流源102可以在第一电流供应线108上输出第一电流，并且第二电流源104可以在第二电流供应线110上输出第二电流。由于第一和第二电流源102和104同步地操作，因此第一和第二电流随着诸如温度和供应电压的不同参数变化而基本上保持相等。
[0019]在一示例中，第一和第二电流源102和104可以作为基本上相同的电流镜而被形成在单个基底中。在该配置中，第一和第二电流源102和104可以由单个供应电压供应，并且经受在温度和任何其它可变的参数中的基本上相同的变化。相应地，由第一和第二电流源输出的第一和第二电流可以保持基本上相同，即使参数变动引起在第一和第二电流中的变动。在一示例中，由第一和第二电流源102和104输出的第一和第二电流保持在相互的大致0.1%中。第一和第二电流被供应到转换器电路106。
[0020]转换器电路106可以在输入信号线112上接收输入信号、诸如时钟信号。输入信号可以是具有频率的交变的输入信号，诸如方波或正弦波。交变的输入信号可以是交变的电压输入信号，所述电压输入信号具有可以是或者可以不是交变的电流。使用第一和第二电流源，转换器电路106可以在输出信号线114上产生输出信号。输出信号可以是具有对应于输入信号的频率的幅度的模拟信号。因此，转换器电路106可以将输入信号的频率转换为相应的模拟输出信号。
[0021]转换器电路106包括充电/放电电路120、滤波器电路122、参考电路124和比较器电路126。可以在输入线112上向充电/放电电路120提供输入信号。充电/放电电路120可以基于输入信号的频率操作以充电和放电充电/放电电路122，使得充电/放电电路120提供范围在第一预定的电压(放电的状态)和第二预定的电压(充电状态)之间的充电电压。可以使用由第一电流源102在第一电流供应线108上供应的第一电流来被充电和放电的充电/放电电路120。充电/放电电路120的充电和放电可以使得充电电压作为以预定的改变速率在正和负方向两者中改变或倾斜(ramp)的时变信号。在一示例中，基于输入信号的频率的充电/放电电路120的操作可能导致充电电压形成锯齿波形。例如，可以以诸如24MHz的频率或占空比提供锯齿波形。可以由充电/放电电路120在充电/放电电压线130上向滤波器电路122提供充电电压。
[0022]滤波器电路122可以接收并滤波充电电压。在一示例中，滤波器电路122是接收并滤波充电电压的低通滤波器。滤波器电路122的操作可以处于基本上比充电电压的频率更低的频率处，使得充电电压的频率是滤波器电路122的操作频率的十到二十倍。在一些示例中，滤波器电路122的操作频率是I到2MHz，而锯齿波形的频率是大致24MHz。滤波器电路122在滤波器输出线132上产生滤波器电压。由于显著地低得多的操作频率，滤波器电压可以是时变充电电压的平均电压。平均的滤波器电压可以保持在预定的范围中。滤波器输出线132可以向比较器电路126供应滤波器电压。
[0023]参考电路124可以接收在第二电流供应线110上供应的第二电流并在参考电压线134上输出参考电压。可以基于第二电流产生参考电压，并在参考电压线134上将该参考电压供应到比较器电路126。
[0024]比较器电路126可以提供参考电压和滤波器电压的动态比较作为输出信号。在一实施例中，比较器电路126是差异比较器，并且输出信号可以表示参考电压和滤波器电压之间的差异度的指示。可以在预定的范围的值中并且以预定的格式提供所述指示。在一示例中，当参考电压和滤波器电压基本上相等时，可以由比较器电路126提供输出信号的最小预定的值，并且当滤波器电压和参考电压之间的差异最大时、诸如当滤波器电