本發(fā)明涉及射頻振蕩控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種射頻壓控振蕩器。

背景技術(shù)：

隨著智能終端的普及，作為標(biāo)配的wi-fi與藍(lán)牙這兩種射頻無線連接技術(shù)已經(jīng)被廣泛使用。由于受電池技術(shù)的限制，對(duì)射頻芯片的低功耗要求是無止境的。壓控振蕩器(voltage-controloscillator，vco)是射頻芯片的關(guān)鍵電路模塊，對(duì)其相位噪聲指標(biāo)的要求非?？量獭?/p>

通常的射頻vco為b類，具有中心抽頭的電感與兩個(gè)可變電容構(gòu)成lc諧振回路，通過改變可變電容的電容量從而控制lc諧振回路的諧振頻率為所需要的值；兩個(gè)晶體管作為振蕩管交叉耦合連接成振蕩單元，為lc諧振回路提供能量以維持振蕩；利用電流源提供參考電流，通過由晶體管構(gòu)成的電流鏡為振蕩單元提供偏置電流。b類vco具有起振容易且可靠的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也很明顯：振蕩管的導(dǎo)通角為180度，電流利用率低，功耗非常高。為滿足低功耗的要求，業(yè)界提出c類射頻壓控振蕩器，c類射頻壓控振蕩器的振蕩管的導(dǎo)通角小，電流利用率高，但存在起振困難的缺點(diǎn)。因此，如何提供一種起振容易且電流利用率高的射頻壓控振蕩器是亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)上述問題，提供一種起振容易且電流利用率高的射頻壓控振蕩器。

一種射頻壓控振蕩器，包括自適應(yīng)偏置電路、振蕩電路和lc諧振回路，所述振蕩電路連接所述自適應(yīng)偏置電路和所述lc諧振回路，

所述自適應(yīng)偏置電路用于輸出偏置電壓至所述振蕩電路；

所述振蕩電路用于根據(jù)所述偏置電壓以b類狀態(tài)驅(qū)動(dòng)所述lc諧振回路開始振蕩且振蕩幅度逐漸增大；所述振蕩電路在所述偏置電壓的幅值小于預(yù)設(shè)的第一閾值電壓時(shí)進(jìn)入c類狀態(tài)，以及在所述偏置電壓的幅值小于預(yù)設(shè)的第二閾值電壓時(shí)振蕩幅度停止增大；所述第一閾值電壓大于所述第二閾值電壓；

所述自適應(yīng)偏置電路包括電流源、第一晶體管、第二晶體管、補(bǔ)償電阻和濾波電容，所述電流源連接所述第一晶體管的輸入端、所述第二晶體管的輸入端和所述振蕩電路，所述電流源與所述振蕩電路的公共端通過所述濾波電容接地；所述第一晶體管的控制端和所述第二晶體管的控制端均連接所述振蕩電路，所述第一晶體管的輸出端和所述第二晶體管的輸出端均通過所述補(bǔ)償電阻接地。

上述射頻壓控振蕩器，自適應(yīng)偏置電路輸出偏置電壓至振蕩電路，振蕩電路根據(jù)偏置電壓以b類狀態(tài)啟動(dòng)lc諧振回路開始振蕩且振蕩幅度逐漸增大。振蕩電路在偏置電壓的幅值小于預(yù)設(shè)的第一閾值電壓時(shí)進(jìn)入c類狀態(tài)，以及在偏置電壓的幅值小于預(yù)設(shè)的第二閾值電壓時(shí)振蕩幅度停止增大。電流源輸出的電流通過第一晶體管和第二晶體管產(chǎn)生的偏置電壓給振蕩電路，在第一晶體管、第二晶體管的輸出端與地之間增加補(bǔ)償電阻，以保持負(fù)反饋的穩(wěn)定性，提供寬工作范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。通過自適應(yīng)偏置電路輸出偏置電壓使振蕩電路以b類狀態(tài)驅(qū)動(dòng)lc諧振回路開始振蕩，隨著振蕩幅度的增大，又使振蕩電路進(jìn)入c類狀態(tài)進(jìn)行振蕩，起振容易且電流利用率高。

附圖說明

圖1為一實(shí)施例中射頻壓控振蕩器的結(jié)構(gòu)圖；

圖2為一實(shí)施例中射頻壓控振蕩器的原理圖；

圖3為一實(shí)施例中自適應(yīng)偏置電壓與振蕩幅度的變化過程示意圖。

具體實(shí)施方式

在一個(gè)實(shí)施例中，一種射頻壓控振蕩器，如圖1所示，包括自適應(yīng)偏置電路110、振蕩電路120和lc諧振回路130，振蕩電路120連接自適應(yīng)偏置電路110和lc諧振回路130。自適應(yīng)偏置電路110用于輸出偏置電壓至振蕩電路120。振蕩電路120用于根據(jù)偏置電壓以b類狀態(tài)驅(qū)動(dòng)lc諧振回路130開始振蕩，隨著lc諧振回路130的振蕩幅度逐漸增大，振蕩電路120在偏置電壓的幅值小于預(yù)設(shè)的第一閾值電壓時(shí)進(jìn)入c類狀態(tài)，以及在偏置電壓的幅值小于預(yù)設(shè)的第二閾值電壓時(shí)振蕩幅度停止增大；第一閾值電壓大于第二閾值電壓。

第一閾值電壓和第二閾值電壓的具體取值并不唯一，可通過對(duì)振蕩電路120內(nèi)部電子元器件的選取調(diào)整閾值電壓。具體地，自適應(yīng)偏置電路110輸出偏置電壓至振蕩電路120，并控制偏置電壓的幅值隨著振蕩電路120的振蕩幅度增大而減小，直至振蕩電路120的振蕩幅度停止增大。振蕩電路120根據(jù)偏置電壓以b類狀態(tài)驅(qū)動(dòng)lc諧振回路130開始振蕩且振蕩幅度逐漸增大。通過自適應(yīng)偏置電路110輸出偏置電壓使振蕩電路120以b類狀態(tài)啟動(dòng)lc諧振回路130開始振蕩，并在振蕩電路120跟隨lc諧振回路130振蕩后減小偏置電壓的幅值，使振蕩電路120進(jìn)入c類狀態(tài)進(jìn)行振蕩。

如圖2所示，自適應(yīng)偏置電路110包括電流源iref、第一晶體管mn3、第二晶體管mn4、補(bǔ)償電阻rz和濾波電容cf。

電流源iref連接第一晶體管mn3的輸入端、第二晶體管mn4的輸入端和振蕩電路120。具體地，電流源iref的輸入端可連接電源端vdd，輸出端連接第一晶體管mn3、第二晶體管mn4和振蕩電路120，電流源iref由輸入端接入電源并由輸出端輸出電流。電流源iref與振蕩電路120的公共端通過濾波電容cf接地，第一晶體管mn3的控制端和第二晶體管mn4的控制端均連接振蕩電路120，第一晶體管mn3的輸出端和第二晶體管mn4的輸出端通過補(bǔ)償電阻rz接地。

電流源iref輸出的電流通過第一晶體管mn3和第二晶體管mn4產(chǎn)生的偏置電壓vba給振蕩電路120提供足夠大的增益，使振蕩電路120控制lc諧振回路130開始振蕩，這個(gè)啟動(dòng)過程是處于b類狀態(tài)。當(dāng)振蕩幅度逐漸增大，由于第一晶體管mn3和第二晶體管mn4的整流作用，使偏置電壓vba開始下降。偏置電壓vba下降到第一閾值電壓后，振蕩電路120進(jìn)入c類狀態(tài)。偏置電壓vba再進(jìn)一步下降，使得振蕩電路120減小對(duì)lc諧振回路130電流的供給，振蕩幅度不再增大，偏置電壓vba不再減小，振蕩電路120與自適應(yīng)偏置電路110處于平衡狀態(tài)。在偏置電壓vba開始下降時(shí)，電容cf的濾波使得偏置電壓vba的下降過程平滑。為保持負(fù)反饋的穩(wěn)定性，在第一晶體管mn3、第二晶體管mn4的輸出端與地之間增加補(bǔ)償電阻rz，提供寬工作范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。

振蕩電路120的結(jié)構(gòu)也并不是唯一的，在一個(gè)實(shí)施例中，振蕩電路120包括第三晶體管nm1、第四晶體管nm2、偏置電阻組件122、第一耦合電容cb1和第二耦合電容cb2。

第三晶體管nm1的輸入端連接lc諧振回路130，第三晶體管nm1的控制端通過偏置電阻組件122連接第四晶體管nm2的控制端，第四晶體管nm2的輸入端連接lc諧振回路130，第三晶體管nm1的輸出端和第四晶體管nm2的輸出端均接地；偏置電阻組件122與第三晶體管nm1的公共端、偏置電阻組件122與第四晶體管nm2的公共端以及偏置電阻組件122均連接自適應(yīng)偏置電路110。具體地，偏置電阻組件122連接自適應(yīng)偏置電路110中的電流源iref，偏置電阻組件122與第三晶體管nm1的公共端連接自適應(yīng)偏置電路110中第一晶體管mn3的控制端，偏置電阻組件122與第四晶體管nm2的公共端連接自適應(yīng)偏置電路110中第二晶體管mn4的控制端。

第一耦合電容cb1一端連接第三晶體管nm1的輸入端，另一端連接偏置電阻組件122與第三晶體管nm1的公共端，第二耦合電容cb2一端連接第四晶體管nm2的輸入端，另一端連接偏置電阻組件122與第四晶體管nm2的公共端。第三晶體管nm1和第四晶體管nm2作為振蕩管構(gòu)成交叉耦合。

自適應(yīng)偏置電路110中產(chǎn)生的偏置電壓vba相比第三晶體管mn1、第四晶體管mn2的閾值電壓高的多，足夠?qū)⒌谌w管mn1、第四晶體管mn2偏置在放大區(qū)，提供足夠大的增益讓lc諧振回路130開始振蕩。通過第一耦合電容cb1、第二耦合電容cb2的耦合作用，節(jié)點(diǎn)vg1、節(jié)點(diǎn)vg2跟隨lc諧振回路130振蕩。當(dāng)振蕩幅度逐漸增大，偏置電壓vba下降到小于第三晶體管mn1、第四晶體管mn2的閾值電壓的時(shí)候，可認(rèn)為偏置電壓vba小于第一閾值電壓，振蕩電路120進(jìn)入c類狀態(tài)。偏置電壓vba再進(jìn)一步下降，使得第三晶體管mn1、第四晶體管mn2的導(dǎo)通角減小，從而減小對(duì)lc諧振回路電流的供給，可認(rèn)為偏置電壓vba小于第二閾值電壓，振蕩幅度不再增大，偏置電壓vba不再減小，振蕩電路120與自適應(yīng)偏置電路110處于平衡狀態(tài)。

偏置電阻組件122的結(jié)構(gòu)并不唯一，可以是多個(gè)電阻串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)組成。在一個(gè)實(shí)施例中，繼續(xù)參照?qǐng)D2，偏置電阻組件122包括第一偏置電阻rb1和第二偏置電阻rb2，第一偏置電阻rb1和第二偏置電阻rb2串聯(lián)且公共端連接自適應(yīng)偏置電路110，具體連接自適應(yīng)偏置電路110中的電流源iref。第一偏置電阻rb1另一端連接第三晶體管nm1的控制端，第二偏置電阻rb2另一端連接第四晶體管nm2的控制端。

進(jìn)一步地，在一個(gè)實(shí)施例中，振蕩電路120還包括振蕩調(diào)節(jié)組件124，第三晶體管nm1的輸出端和第四晶體管nm2的輸出端均通過振蕩調(diào)節(jié)組件124接地?？赏ㄟ^振蕩調(diào)節(jié)組件124對(duì)振蕩電路120的振蕩電流大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便操作人員選擇所需要的振蕩電流，提高了射頻壓控振蕩器的使用便利性。

振蕩電路120的結(jié)構(gòu)也不是唯一的，本實(shí)施例中，振蕩調(diào)節(jié)組件124包括可變電阻rs和旁路電容cp，可變電阻rs和旁路電容cp并聯(lián)后一端連接第三晶體管nm1的輸出端和第四晶體管nm1的輸出端，另一端接地。通過改變可變電阻rs的電阻值，可以調(diào)節(jié)振蕩電流大小。旁路電容cp提供振蕩電路120處于c類工作狀態(tài)時(shí)所需的低阻交流通路。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，lc諧振回路130包括電感l(wèi)1、第一可變電容cv1和第二可變電容cv2，電感l(wèi)1具有中心抽頭，第一可變電容cv1和第二可變電容cv2串聯(lián)后與電感l(wèi)1并聯(lián)，且并聯(lián)后兩端均連接振蕩電路120；電感l(wèi)1的中心抽頭連接電源端vdd。第一可變電容cv1、第二可變電容cv2的電容量由控制腳vtune的電壓決定。

具體地，第一可變電容cv1與第二可變電容cv2串聯(lián)后再與電感l(wèi)1并聯(lián)，構(gòu)成lc并聯(lián)諧振回路，并聯(lián)回路的諧振頻率由以下公式?jīng)Q定：

vxp與vxn為并聯(lián)諧振回路的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)vxp連接振蕩電路120中的第一耦合電容cb1和第三晶體管nm1，節(jié)點(diǎn)vxn連接振蕩電路120中的第二耦合電容cb2和第四晶體管nm2。

為了便于更好地理解上述射頻壓控振蕩器，下面結(jié)合圖2進(jìn)行詳細(xì)的解釋說明。

自適應(yīng)偏置電路110由晶體管mn3、mn4，補(bǔ)償電阻rz，濾波電容cf，參考電流源iref組成。晶體管mn3、mn4的柵極分別與振蕩電路120的節(jié)點(diǎn)vg1、vg2相連，漏極與節(jié)點(diǎn)vba相連，源極與節(jié)點(diǎn)vns2相連。補(bǔ)償電阻rz連接節(jié)點(diǎn)vns2與地。濾波電容cf連接節(jié)點(diǎn)vba與地。參考電流源連接電源vdd與節(jié)點(diǎn)vba。

振蕩電路120由晶體管mn1、mn2，偏置電阻rb1、rb2，耦合電容cb1、cb2，串聯(lián)可變電阻rs和旁路電容cp組成。晶體管mn1作為振蕩管，其柵極vg1通過耦合電容cb2與節(jié)點(diǎn)vxn相連，其漏極連接到節(jié)點(diǎn)vxp，源極連接到節(jié)點(diǎn)vns1；晶體管mn2作為振蕩管，其柵極vg2通過耦合電容cb1與節(jié)點(diǎn)vxp相連，其漏極連接到節(jié)點(diǎn)vxn，源極連接到節(jié)點(diǎn)vns1。晶體管mn1、mn2構(gòu)成交叉耦合。偏置電阻rb1、rb2分別與vg1、vg2相連，由自適應(yīng)偏置電路110的節(jié)點(diǎn)vba給晶體管mn1、mn2提供直流偏置。進(jìn)一步的，可變電阻rs與旁路電容cp連接晶體管mn1、mn2的源極節(jié)點(diǎn)vns1與地，通過改變可變電阻rs的電阻值，可以調(diào)節(jié)振蕩電流大小。旁路電容cp提供振蕩電路120處于c類工作狀態(tài)時(shí)所需的低阻交流通路。

lc諧振回路130由電感l(wèi)1、可變電容cv1、可變電容cv2組成，電感l(wèi)1的中心抽頭接在電源vdd上，可變電容cv1與cv2串聯(lián)后再與電感l(wèi)1并聯(lián)，構(gòu)成lc并聯(lián)諧振回路，vxp與vxn為并聯(lián)回路的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)。

開始時(shí)刻，電路處于靜止?fàn)顟B(tài)，節(jié)點(diǎn)vxp與vxn約等于電源電壓vdd，vg1、vg2的電壓與vba相等。電流源iref的電流通過晶體管mn3、mn4產(chǎn)生的偏置電壓vba相比晶體管mn1、mn2的閾值電壓高的多，足夠?qū)⒕w管mn1、mn2偏置在放大區(qū)，提供足夠大的增益，讓lc諧振回路開始振蕩，這個(gè)啟動(dòng)過程是處于b類狀態(tài)。通過電容cb1、cb2的耦合作用，vg1、vg2也跟隨vxp、vxn振蕩。當(dāng)振蕩幅度逐漸增大，由于晶體管mn3、mn4的整流作用，偏置電壓vba開始下降，電容cf的濾波使得偏置電壓vba的下降過程平滑。偏置電壓vba下降到小于晶體管mn1、mn2的閾值電壓的時(shí)候，振蕩電路120進(jìn)入c類狀態(tài)。偏置電壓vba再進(jìn)一步下降，使得晶體管mn1、mn2的導(dǎo)通角減小，從而減小對(duì)lc諧振回路130電流的供給，振蕩幅度不再增大，偏置電壓vba不再減小，振蕩電路120與自適應(yīng)偏置電路110處于平衡狀態(tài)。自適應(yīng)偏置電壓vba與vxp振蕩幅度的示意過程如圖3所示。

上述射頻壓控振蕩器，通過自適應(yīng)偏置電路110輸出偏置電壓使振蕩電路120以b類狀態(tài)驅(qū)動(dòng)lc諧振回路130開始振蕩，隨著振蕩幅度的增大，又使振蕩電路120進(jìn)入c類狀態(tài)進(jìn)行振蕩，起振容易且電流利用率高。在第一晶體管mn3、第二晶體管mn4的輸出端與地之間增加補(bǔ)償電阻，以保持負(fù)反饋的穩(wěn)定性，提供寬工作范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。