本發(fā)明涉及一種振蕩器電路及其實現(xiàn)方法，特別是涉及一種高穩(wěn)定性振蕩器電路及其實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

振蕩器是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要組成部分，其廣泛應(yīng)用于電子、通信、航海航空等領(lǐng)域。

常用cmos片上全集成振蕩器有l(wèi)c振蕩器、環(huán)形振蕩器、松弛振蕩器等，其振蕩頻率受工藝角、電源電壓、溫度變化影響顯著，不利于實際系統(tǒng)應(yīng)用。目前國內(nèi)外關(guān)于高穩(wěn)定性片上全集成振蕩器電路的設(shè)計從結(jié)構(gòu)上可分為開環(huán)和閉環(huán)兩種形式，對于開環(huán)形式，一般采用溫度補(bǔ)償電路直接對振蕩器頻率進(jìn)行開環(huán)溫度補(bǔ)償，其開環(huán)結(jié)構(gòu)精度受到一定的限制，受工藝角變化影響大且大多需要復(fù)雜的后期修調(diào)，閉環(huán)結(jié)構(gòu)的全集成振蕩器相較于開環(huán)而言，由于其自身的負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，可同時抑制溫度和電源電壓的變化，使其輸出頻率穩(wěn)定度更高，但是閉環(huán)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜且功耗較大。

因此，有必要提供一種基于閉環(huán)頻率控制的低功耗、高穩(wěn)定性振蕩器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明之目的在于提供一種高穩(wěn)定性振蕩器電路及其實現(xiàn)方法，以實現(xiàn)一種基于閉環(huán)頻率控制的低功耗、高穩(wěn)定性振蕩器。

為達(dá)上述及其它目的，本發(fā)明提出一種高穩(wěn)定性振蕩器電路，包括：

分頻驅(qū)動電路，用于將壓控振蕩器輸出的頻率為fout的振蕩信號的頻率除以n以輸出頻率為fout/n的分頻信號至電荷泵電路，并將該頻率為fout/n的分頻信號經(jīng)處理輸出同相分頻信號與反相分頻信號至電荷泵電路；

電荷泵電路，用于在該同相分頻信號和反相分頻信號控制下將參考電流iref與頻率電流轉(zhuǎn)換電路輸出的與分頻信號fout/n頻率成比例的反饋電流if進(jìn)行比較并輸出誤差電流iout；

低通濾波器電路，用于將該誤差電流iout轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)的控制電壓vc；

壓控振蕩器，用于在該控制電壓vc的控制下改變輸出信號的頻率fout。

進(jìn)一步地，該分頻驅(qū)動電路通過傳輸門輸出該同相分頻信號，經(jīng)反相器輸出該反相分頻信號。

進(jìn)一步地，該分頻驅(qū)動電路包括n分頻器、傳輸門以及反相器，該n分頻器的輸入端連接該壓控振蕩器的輸出端，該n分頻器輸出的頻率為fout/n的輸出信號連接至該傳輸門的輸入端、該反相器的輸入端和該電荷泵電路的頻率電流轉(zhuǎn)換電路的頻率輸入端，該傳輸門與該反相器的輸出端連接至該電荷泵電路。

進(jìn)一步地，該電荷泵電路包括一pmos管、nmos管、參考電流源以及頻率電流轉(zhuǎn)換電路，該pmos管的柵極連接該傳輸門的輸出端，源極接電源正端，漏極接該參考電流源iref的輸入端，該參考電流源的輸出端連接至該頻率電流轉(zhuǎn)換電路的電流輸入端和低通濾波器電路，該頻率電流轉(zhuǎn)換電路的電流輸出端連接至該nmos管的漏極，該nmos管的柵極連接該反相器的輸出端，源極接電源負(fù)端。

進(jìn)一步地，該頻率電流轉(zhuǎn)換電路輸出與分頻信號fout/n頻率成正比的反饋電流。

進(jìn)一步地，該低通濾波器電路采用一階低通濾波器或二階或多階rc低通濾波器。

進(jìn)一步地，該低通濾波器電路包括一電容與電阻r，該電阻的一端連接該參考電流源的輸出端，另一端連接至該電容的一端和該壓控振蕩器的控制端，該電容的另一端接電源負(fù)端。

進(jìn)一步地，該壓控振蕩器產(chǎn)生的頻率為fout的振蕩信號經(jīng)該n分頻器后通過該傳輸門與反相器產(chǎn)生該同相分頻信號、反相分頻信號兩路相位相反的開關(guān)信號控制該pmos管、nmos管開關(guān)管同時導(dǎo)通與關(guān)斷，周期性對控制電壓vc進(jìn)行充放電。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明還提供一種高穩(wěn)定性振蕩器電路的實現(xiàn)方法，包括如下步驟：

步驟一，將壓控振蕩器輸出的頻率為fout的振蕩信號的頻率除以n以輸出頻率為fout/n的分頻信號至電荷泵電路，并將該頻率為fout/n的分頻信號經(jīng)處理輸出同相分頻信號與反相分頻信號至電荷泵電路；

步驟二，利用該電荷泵電路在該同相分頻信號和反相分頻信號控制下將參考電流源輸出的參考電流iref與頻率電流轉(zhuǎn)換電路輸出的與分頻信號fout/n頻率成比例的反饋電流if進(jìn)行比較并輸出誤差電流iout；

步驟三，利用低通濾波器電路將該誤差電流iout轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)的控制電壓vc；

步驟四，利用壓控振蕩器在該控制電壓vc的控制下改變輸出信號的頻率fout。

進(jìn)一步地，于步驟一中，該壓控振蕩器產(chǎn)生的頻率為fout的振蕩信號經(jīng)n分頻器后通過傳輸門與反相器產(chǎn)生該同相分頻信號、反相分頻信號兩路相位相反的開關(guān)信號控制該電荷泵電路的pmos管、nmos管開關(guān)管同時導(dǎo)通與關(guān)斷，以周期性對控制電壓vc進(jìn)行充放電。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種高穩(wěn)定性振蕩器電路及其實現(xiàn)方法通過將壓控振蕩器輸出的頻率為fout的振蕩信號的頻率除以n以輸出頻率為fout/n的分頻信號至電荷泵電路，并將該頻率為fout/n的分頻信號經(jīng)處理輸出同相分頻信號與反相分頻信號，使得該電荷泵電路在該同相分頻信號和反相分頻信號控制下將參考電流iref與頻率電流轉(zhuǎn)換電路輸出的與分頻信號fout/n頻率成比例的反饋電流if進(jìn)行比較并輸出誤差電流iout，并利用低通濾波器電路將該誤差電流iout轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)的控制電壓vc，最后利用壓控振蕩器在該控制電壓vc的控制下改變輸出信號的頻率fout，實現(xiàn)了一種基于閉環(huán)頻率控制的低功耗、高穩(wěn)定性振蕩器的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種高穩(wěn)定性振蕩器電路的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明一種高穩(wěn)定性振蕩器電路的實現(xiàn)方法的步驟流程圖。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例并結(jié)合附圖說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。

圖1為本發(fā)明一種高穩(wěn)定性振蕩器電路的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本發(fā)明一種高穩(wěn)定性振蕩器電路，包括：分頻驅(qū)動電路10、電荷泵電路20、低通濾波器電路30以及壓控振蕩器40。

其中，分頻驅(qū)動電路10，包括n分頻器div1、傳輸門t1和反相器inv1，用于將壓控振蕩器40輸出的頻率為fout的振蕩信號的頻率除以n以輸出頻率為fout/n的分頻信號電荷泵電路，并將頻率為fout/n的分頻信號經(jīng)傳輸門t1輸出同相分頻信號s1、經(jīng)反相器inv1輸出反相分頻信號s2至電荷泵電路20；電荷泵電路20，包括pmos管m1、nmos管m2、參考電流源iref以及頻率電流轉(zhuǎn)換電路(fic)f1，用于在同相分頻信號s1和反相分頻信號s2控制下將參考電流iref與頻率電流轉(zhuǎn)換電路(fic)f1輸出的與分頻信號fout/n頻率成正比的反饋電流if進(jìn)行比較并輸出誤差電流iout；低通濾波器電路30為電阻r和電容c組成的一階低通濾波器，用于將誤差電流iout轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)的控制電壓vc，也可以采用二階或多階rc低通濾波器；壓控振蕩器40為通用電壓控制頻率的振蕩器，用于在控制電壓vc的控制下改變輸出信號的頻率fout。

壓控振蕩器vco1的輸出連接至后續(xù)電路(未示出)和分頻器div1的輸入端，分頻器div1輸出的頻率為fout/n的輸出信號連接至傳輸門t1的輸入端、反相器inv1的輸入端和頻率電流轉(zhuǎn)換電路(fic)f1的頻率輸入端，傳輸門t1的輸出端連接至pmos管m1的柵極，反相器inv1的輸出端連接至nmos管m2的柵極，pmos管m1的源極連接至電源正端vdd，nmos管m2的源極連接至電源負(fù)端(地)，pmos管m1的漏極連接至參考電流源iref的輸入端，參考電流源iref的輸出端連接至頻率電流轉(zhuǎn)換電路(fic)f1的電流輸入端和電阻r的一端，頻率電流轉(zhuǎn)換電路(fic)f1的電流輸出端連接至nmos管m2的漏極，電阻r的另一端連接至電容c的一端和壓控振蕩器vco1的控制端，電容c的另一端接電源負(fù)端(地)；分頻器div1、傳輸門t1、反相器inv1和壓控振蕩器vco1均需連接各自的電源和地。

可見，壓控振蕩器vco1根據(jù)輸入的控制電壓vc產(chǎn)生頻率為fout的周期性振蕩信號；分頻器div1作用是將振蕩信號頻率減小n倍；頻率電流轉(zhuǎn)換電路(fic)將輸入頻率信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)電流值，具有線性關(guān)系，滿足：

本發(fā)明的工作原理如下：

壓控振蕩器vco1產(chǎn)生的頻率fout的振蕩信號經(jīng)分頻器div1后通過傳輸門t1與反相器inv1產(chǎn)生同相分頻信號s1、反相分頻信號s2兩路相位相反的開關(guān)信號控制m1、m2開關(guān)管同時導(dǎo)通與關(guān)斷，以周期性對控制電壓vc進(jìn)行充放電，電荷泵電路周期性的工作有助于降低電路系統(tǒng)功耗。導(dǎo)通周期內(nèi)參考電流源產(chǎn)生的iref電流與if電流相比較，輸出電流值為兩者之差：

若iout>0→對vc進(jìn)行充電→電壓vc增加→頻率增高→電流if增大→iout減小，如此反復(fù)，直至iref＝if，穩(wěn)定振蕩頻率的頻率表達(dá)式為：

電阻r、電容c組成低通濾波電路用來降低控制電壓vc紋波，穩(wěn)定系統(tǒng)輸出的頻率fout。

通過最終的輸出頻率表達(dá)式可分析得，由于分頻比n、頻率電流轉(zhuǎn)換系數(shù)α均為固定值，通過反饋控制后得到的振蕩頻率僅與iref相關(guān)，這樣通過設(shè)計與工藝角、電源電壓、工作溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電流源，可以得到同樣具有高穩(wěn)定度的振蕩信號。

圖2為本發(fā)明一種高穩(wěn)定性振蕩器電路的實現(xiàn)方法的步驟流程圖。如圖2所示，本發(fā)明一種高穩(wěn)定性振蕩器電路的實現(xiàn)方法，包括如下步驟：

步驟201，將壓控振蕩器輸出的頻率為fout的振蕩信號的頻率除以n以輸出頻率為fout/n的分頻信號至電荷泵電路，并將該頻率為fout/n的分頻信號經(jīng)處理輸出同相分頻信號與反相分頻信號至電荷泵電路；

步驟202，將電荷泵電路在該同相分頻信號和反相分頻信號控制下將該參考電流源的參考電流iref與頻率電流轉(zhuǎn)換電路輸出的與分頻信號fout/n頻率成比例的反饋電流if進(jìn)行比較并輸出誤差電流iout；

步驟203，利用低通濾波器電路將該誤差電流iout轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)的控制電壓vc；

步驟204，利用壓控振蕩器在該控制電壓vc的控制下改變輸出信號的頻率fout。

具體地說，該壓控振蕩器產(chǎn)生的頻率為fout的振蕩信號經(jīng)n分頻器后通過傳輸門與反相器產(chǎn)生該同相分頻信號、反相分頻信號兩路相位相反的開關(guān)信號，該電荷泵電路在該同相分頻信號和反相分頻信號控制下將參考電流iref與頻率電流轉(zhuǎn)換電路輸出的與分頻信號fout/n頻率成比例的反饋電流if進(jìn)行比較輸出誤差電流iout至低通濾波器電路(包括電容與電阻)，在本發(fā)明具體實施例中，該同相分頻信號、反相分頻信號分別控制該電荷泵電路的pmos管、nmos管開關(guān)管同時導(dǎo)通與關(guān)斷，進(jìn)而周期性地對控制電壓vc進(jìn)行充放電，電荷泵電路周期性的工作有助于降低電路系統(tǒng)功耗。

綜上所述，本發(fā)明一種高穩(wěn)定性振蕩器電路及其實現(xiàn)方法通過將壓控振蕩器輸出的頻率為fout的振蕩信號的頻率除以n以輸出頻率為fout/n的分頻信號至電荷泵電路，并將該頻率為fout/n的分頻信號經(jīng)處理輸出同相分頻信號與反相分頻信號，使得該電荷泵電路在該同相分頻信號和反相分頻信號控制下將參考電流iref與頻率電流轉(zhuǎn)換電路輸出的與分頻信號fout/n頻率成比例的反饋電流if進(jìn)行比較并輸出誤差電流iout，并利用低通濾波器電路將該誤差電流iout轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)的控制電壓vc，最后利用壓控振蕩器在該控制電壓vc的控制下改變輸出信號的頻率fout，實現(xiàn)了一種基于閉環(huán)頻率控制的低功耗、高穩(wěn)定性振蕩器的目的。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾與改變。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。