CN100553114C - 数字电流控制振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明是有关数字电流控制频率发生器的发明。它包括三部分，一是输入电压后，输出相应电流的电压-电流变换器(201)；二是输入接收数字控制信号后，按照这一信号生成控制电流的控制电流发生器(202)；三是接收输入的上述电压-电流变换器的输出电流和上述控制电流的合成电流，再输出频率的频率输出机(203)。

Description

数字电流控制振荡器

【技术领域】

本发明是有关数字电流控制振荡器，更具体的说，就是有关通过控制电流，使振荡器的频率瞬间发生变化的电路。

【背景技术】

在振荡器中，在制造特征频率的频率源时，系统只使用一个频率的情况几乎不存在。在规定的范围内，很多情况下都是对许多频率进行挑选使用，在这种情况下，需要有各种生成相应频率的振荡器。

振荡器中决定(或选择)频率的部分是共振部分。因此，使这部分可变转换成共振频率。上述共振频率的变更方法是利用相关二极管来实现的。该二极管是按照外加的电压，使数值发生变化，所以共振频率也发生变更，这样就可以生成多样的频率源。

利用上述原理制作的是电压控制振荡器，即所谓的VCO。

实际上，虽然电压控制振荡器受电压影响可以发生变化，但是存在着易受温度变化和电压不稳定等外界影响的问题。即，所需要振荡频率不固定、混乱。如果持续性的来源不稳定，系统就无法正常工作。

因此，电压控制振荡器为提高频率的稳定性，使用了相位固定电路。

图1为现有电压控制振荡器的组件图。

上述实施例中的电压控制振荡器包括电压-电流变换器201和频率发生器203。

在CMOS工序中使用最多的频率发生器是利用变换器链条的零频率发生器。在现有的电路中与以下图例相同，它采取的方法是，为调整零频率发生器的输出频率，构成了使用电流变换电压的电路，调整这一电路的输入电压，再次调整频率发生器输入电流的方法。

但是，根据CMOS工序变化或供应电压，频率发生器对相同控制电压可以显示出2倍以上的不同频率特性。因此，电压控制方式存在不可能对频率发生器的输出频率进行精密微调的问题。

【发明内容】

本发明的目的是在频率发生器的工作中提供一种使输出频率快速变调的电路。

本发明的其他目的是提供一种不同于现有技术的电路，该电路的输出频率的变化量对CMOS工序变化不受影响，100％接收确定数字方式输入，使输出频率变化。

本发明的另一目的是利用零频率发生器的输出频率和供应电流具有比例关系的特性，提供一种与现有电路不同，用频率发生器直接提供电流的电路。

本发明是有关数字电流控制频率发生器的发明。它包括三部分，一是输入电压后，输出相应电流的电压-电流变换器201；二是输入接收数字控制信号后，按照这一信号生成控制电流的控制电流发生器202；三是接收输入的上述电压-电流变换器的输出电流和上述控制电流的合成电流，再输出频率的频率输出机203。

在本明中，上述电压-电流变换器201包括三部分，一是将第1控制电压变为输入电压，和第1标准电位(VDD)连接的第1电流反光镜部分301；二是将上述第1电流反光镜部分的输出电流变为输入电流，和第2标准电位(VSS)连接的第2电流反光镜部分302；三是将上述第2电流反光镜部分302的输出电流变为输入电流，和第1标准电位(VDD)连接，向上述控制电流发生器供应第2电压，向上述频率发生器供应电流的第3电流反光镜部分303。

本发明中第1电流反光镜部分301包括三部分，一是在输入/输出端输入第1控制电压，第2标准电位(VSS)连接在频率源一侧的第1ENMOS晶体管(NM1)；二是在频率源和第1标准电位(VDD)连接，在输入/输出端上和输出端及上述第1ENMOS晶体管(NM1)的输出端相连的第1PMOS晶体管(PM1)；三是在输入/输出端上和上述第1PMOS晶体管的输出端相连接，在频率源连接第1标准电位(VDD)，在输出端上输入电流的第2PMOS晶体管。

本发明中的第2电流反光镜部分302包括两部分，一是第2标准电位(VSS)连接在频率源，输出端连接在输入/输出端上，在输出端输入电流的第2ENMOS晶体管(NM2)；二是第2标准电位(VSS)连接在频率源，上述第2ENMOS晶体管(NM2)的输入/输出端连接在输入/输出端上，在输入/输出端输入电流的第3ENMOS晶体管(NM3)。

本发明中，上述第3电流反光镜部分303包括4个部分，一是在频率源连接第1标准电位(VDD)，输入/输出端上连接输出端的第3PMOS晶体管(PM3)；二是频率源连接的是第1标准电位(VDD)，输入/输出端上连接输出端的第3PMOS晶体管(PM3)的输入/输出端的第4PMOS晶体管(PM4)；三是频率源连接的是上述第3PMOS晶体管(PM3)的输出端，输出端连接在输入/输出端上，电流输入输出端的第5PMOS晶体管(PM5)；四是在频率源连接的是上述第4PMOS晶体管(PM4)的输出端，输入/输出端连接在第5PMOS晶体管(PM5)的输入/输出端上，输出端上输出电流的第6PMOS晶体管(PM6)。

本发明中，上述控制电流发生器202包括差动增幅部分401。上述差动增幅器包括三部分，一是从上述电压-电流变换器上输出的第2控制电压输入到输入/输出端上，频率源连接第1标准电位(VDD)的第7PMOS晶体管(PM7)；二是频率源和上述第7PMOS晶体管(PM7)的输出端连接，输入/输出端和数字控制信号连接，输出端是和控制电流发生器的输出端子连接的第8PMOS晶体管(PM8)；三是频率源和上述第7PMOS晶体管(PM7)和输出端连接，输入/输出端和根据电压-电流变换器的输入逆转的数字控制信号连接，输出端和第2标准电位连接的第9PMOS晶体管(PM9)。

本发明中还包括在上述第9PMOS晶体管(PM9)的输出端和上述第2标准电位(VSS)之间的电阻和电容(C1)的并列连接的旁路部分。

本发明中至少包括一个以上的上述差动增幅器部分301。

本发明中被输入到上述控制电流发生器的第2控制电压，利用了在上述电压-电流变换器内的第4PMOS晶体管(PM4)的输入/输出端中形成的电压。

本发明如上所述，数字控制信号简化了变换输出频率的变调电路，可以使CMOS工序变化不受影响。

特别是，如果在减少电波障碍的扩散光谱相位固定电路上使用，可以在很小的面积上按需要变化输出频率。

【附图说明】

图1为现有电压控制振荡器的组件图。

图2为本发明实施例中数字控制频率发生器的组件图。

图3所示为本发明实施例中控制电流发生器连接方法的组件图。

图4为本发明实施例中控制电流发生器的组件图。

【具体实施方式】

下面将参照附图对本发明的实施例进行详细说明。

图2为本发明实施例中的数字控制频率发生器的组件图。

在上述实施例中，数字电流控制振荡器包括电压-电流变换器201、控制电流发生器202和频率发生器203。

上述实施例简略地表示了控制电流发生器202的运转方法。

参照图2，使控制电流生成的控制电流发生器202在收到数字控制信号后，追加到标准电压控制频率发生器上。

在控制电流发生器202中生成的电流和标准电压-电流变换器201生成的电流混合在一起提供给频率发生器203。

零频率发生器203具有和公式(1)相同的电流-频率特性。

公式(1)

$f_{\mathrm{osc}}=\frac{I_{\mathrm{supply}}}{{\mathrm{NC}}_{\mathrm{tot}}{V}_{\mathrm{DD}}}$

在这里，上述符号分别表示

f_osc：输出频率  Isupply：供应电流

N：0频率发生器的阶段数

Ctot：第一阶段的ENMOS，PMOS的输出端电容

如果按照上面特性中所反映的使供应电流发生变化，频率发生器203的输出频率也按照此比例发生变化。

图3所示为本发明实施例中控制电流发生器连接方法的组件图。

在上述实施例中，控制电流发生器收到上述电压-电流变换器提供的控制电压，生成控制电流。

上述实施例是简略地表示控制电流生成的方法。

对照图3，上述控制电流发生器202收到上述电压-电流变换器210提供控制电压。

上述电压-电流变换器包括3个电流反光镜部分301-303。这不是限定上述电流反光镜的数量，而是让从业人士可易于修改和变更。

首先，如果控制电压供应第1电流反光镜部分，上述第1电流反光镜部分301将其替换为电源，提供给第2反光镜部分302，上述第2电流反光镜部分302向第3电流反光镜部分303供应电流，上述第3电流反光镜部分303向上述控制电流发生器供应第2控制电压，并向上述频率发生器203供电。

上述第1电流反光镜部分301包括第1、第2PMOS晶体管(PM1，PM2)和第1ENMOS晶体管(NM1)的输入/输出端。上述第1ENMOS晶体管(NM1)和上述情况相同，在输入/输出端输入控制电压，在频率源连接上述第1电阻的一端，上述第1PMOS晶体管(PM1)的输入/输出端和输出端以及上述第2PMOS晶体管(PM2)的输入/输出端连接在输出端上。上述第1PMOS晶体管(PM1)在输入/输出端上，输出端和上述第1ENMOS晶体管(NM1)的输出品以及上述第2PMOS晶体管(PM2)的输入/输出端连接；第1标准电压(VDD)连接在频率源。上述第2PMOS晶体管(PM2)中，第1标准电压(VDD)连接在频率源。上述第1PMOS晶体管(PM1)的频率源和上述第1ENMOS晶体管(NM1)的口连接在输入/输出端上，通过输出端输出电流。上述第1电阻的一端和上述第1ENMOS晶体管(NM1)的频率源连接，另一端和第2标准电压(VSS)连接。

上述第2电流反光镜部分302包括第2、第3ENMOS晶体管(NM2。M3)。上述第2ENMOS晶体管(NM2)中第2标准电压连接在频率源上，输出及上述第3ENMOS晶体管(NM3)连接在输入/输出端上。上述第1电流反光镜301输出的电流输入到输出端上。上述第3ENMOS晶体管(NM3)中，第2标准电压(VSS)连接在频率源上。在输入/输出端上和上述第2ENMOS晶体管(NM2)的输入/输出端连接，通过输出端输出电流。

第3电流反光镜部分303包括第3至第6PMOS晶体管(PM3-PM6)。上述第3PMOS晶体管(PM3)中第1标准电位(VDD)连接在频率源上。输出端及上述第4PMOS晶体管(PM4)的输入/输出端连接在输入/输出端上，上述第4PMOS晶体管(PM4)的输入/输出端连接在输出端上。第4PMOS晶体管(PM4)中第1标准电位关频率源上，上述第3PMOS晶体管(PM3)的输入/输出端连接在输入/输出端上。上述第6PMOS晶体管(PM6)的频率源连接在输出端上。第5PMOS晶体管(PM5)和上述3PMOS晶体管(PM3)的输出端连接，在输入/输出端上，输出端及上述第6PMOS晶体管(PM6)的输入/输出端连接在起。

上述第2电流反光镜部分302中输出的电流输入到第5PMOS晶体管(PM5)的输出端上，上述第6PMOS晶体管(PM6)中，频率源连接在上述第4PMOS晶体管(PM4)的输出端上，输入/输出端与上述第5PMOS晶体管(PM5)的输入/输出端相连接，输出端向上述频率发生器输出电流。

因为频率发生器203的供应电流要根据电流反光镜供给，所以将进入这个电流反光镜的PMOS的输入/输出端电压向控制电流发生器202输送。控制电流发生器202要接收16比特的数字控制信号才有显示，根据需要可以增加或减小比特数。因为控制电流发生器的输出线和频率发生器的电流供应线连接在一起，所以就没有其他的电路，这使电流合并在一起。

图4为本发明实施例中控制电流发生器的组件图。

在述实施例中，控制电流发生器包括差动增幅部分和数字控制信号输入部分及输出部分。

上述实施例是简略表示根据数字控制信号调整输出电流。

参照图4，上述控制电流发生器202包括16个差动增幅部分401-416及输出部分420。上述差动增幅部分包括第7至第9PMOS晶体管(PM7-PM9)和变换器。上述输出部分包括输出端子和第2标准电位和的连接的电阻还有电容(C1)的并列电路。

在上述差动增幅部分401中，第7PMOS晶体管(PM7)是上述电流-电压变换器201供应的第2控制电压输入到输入/输出端，第1标准电位(VDD)连接在频率源上，上述第8及第9PMOS晶体管(PM8，PM9)的频率源连接在第7PMOS晶体管(PM7)的输出端上。上述第8PMOS晶体管(PM8)在频率源上与上述第7PMOS晶体管(PM7)的输出端连接，数字控制信号输入到第8PMOS晶体管(PM8)的输入/输出端上，输出端子连接在第8PMOS晶体管(PM8)的输出端上。上述第9PMOS晶体管(PM9)在频率源上与上述第7PMOS晶体管(PM7)的输出端连接，在输入/输出端上，上述数字控制信号根据变换器输入逆转信号，在输出端上和第二标准电位(VSS)连接。

上述差动增幅部分401中根据发明的目的形成了多个差动增幅部分。本发明中使用了16个差动增幅部分401-416，每个被赋予了0-15的固有号码。在上述多个差动增幅部分中，第8PMOS晶体管(PM8)的输出端也是连接着的。

因为图3的Msupply和控制电流发生器的M0-M15是电流反光镜，所以如果M0-M15的长度和Msupply相一致，Mk上的电流如公式(2)所示：

公式(2)

$I_{M_t}=I_{M_{\mathrm{supply}}}\×\frac{W_k}{W_{\mathrm{supply}}}$

数字控制信号可以决定前面的电流是否接通到频率发生器上，如果没有接通，它可以通过电阻决定来是否跳到VSS上。利用不同的构造，在M0-M15之间，采取电流供应快速开-关的状态，但是在控制信号不经常变化的情况下，为使所消耗电量减少，可以用关闭电流的构造来实现。

例如，在数字控制信号中icon<k>＝0，当其余为1时，输出频率如公式(3)所示：

公式(3)

$f_{\mathrm{osc}-\mathrm{new}}=f_{\mathrm{osc}-\mathrm{old}}\&times;\frac{W_{\mathrm{supply}}+W_k}{W_{\mathrm{supply}}}|$

在上面的例子中，基本频率按所需提高输出频率时，如果应用这一公式，基本频率中按所需下降的方法是可能的。当基本频率为icon<0>-icon<15>全部为0时，尽量输出，这时，如果将icon<k>变为1，输出频率将和公式(4)和公式(5)一样变化。

公式(4)和公式(5)

公式(4)

$f_{\mathrm{osc}-\mathrm{new}}=f_{\mathrm{osc}-\mathrm{old}}\&times;\frac{W_{\mathrm{total}}-W_k}{W_{\mathrm{total}}}$

公式(5)

W_total＝W_total+∑W_k

如果混合上述两种方式，在基本频率中可以提高频率或降低频率，还有可以按照应用目的选择最适合的变化方式。

通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。因此，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利范围来确定其技术性范围。

本发明不只对以上实例进行限定，在本发明的思想范围内和其它多个领域拥有一定知识的人士可以做更多种的变形。

Claims (8)

1、数字电流控制振荡器，包括：

输入电压后，输出相应电流的电压-电流变换器；

输入接收数字控制信号后，按照这一信号生成控制电流的控制电流发生器；

接收输入的上述电压-电流变换器的输出电流和上述控制电流的合成电流，再输出频率的频率发生器；

上述电压-电流变换器包括：

将第1控制电压变为输入电压，和第1标准电位连接的第1电流反光镜部分；

将上述第1电流反光镜部分的输出电流变为输入电流，和第2标准电位连接的第2电流反光镜部分；

将上述第2电流反光镜部分的输出电流变为输入电流，和第1标准电位连接，向上述控制电流发生器供应第2电压，向上述频率发生器供应电流的第3电流反光镜部分。

2、如权利要求项1所述的数字电流控制振荡器，其特征在于，

数字电流控制振荡器第1电流反光镜部分包括：

在输入/输出端输入第1控制电压，第2标准电位连接在频率源一侧的第1ENMOS晶体管；

在频率源和第1标准电位连接，在输入/输出端上和输出端及上述第1ENMOS晶体管的输出端相连的第1PMOS晶体管；

在输入/输出端上和上述第1PMOS晶体管的输出端相连接，在频率源连接第1标准电位，在输出端上输入电流的第2PMOS晶体管。

3、如权利要求项1所述的数字电流控制振荡器，其特征在于，

数字电流控制振荡器第2电流反光镜部分(302)包括：

第2标准电位连接在频率源，输出端连接在输入/输出端上，在输出端输入电流的第2ENMOS晶体管；

第2标准电位连接在频率源，上述第2ENMOS晶体管的输入/输出端连接在输入/输出端上，在输入/输出端输入电流的第3ENMOS晶体管。

4、如权利要求项1所述的数字电流控制振荡器，其特征在于，

数字电流控制振荡器第3电流反光镜部分(303)包括：

在频率源连接第1标准电位，输入/输出端上连接输出端的第3PMOS晶体管；

在频率源连接的是第1标准电位，输入/输出端上连接输出端的第3PMOS晶体管的输入/输出端的第4PMOS晶体管；

频率源连接的是上述第3PMOS晶体管(PM3)的输出端，输出端连接在输入/输出端上，电流输入输出端的第5PMOS晶体管；

在频率源连接的是上述第4PMOS晶体管的输出端，输入/输出端连接在第5PMOS晶体管的输入/输出端上，输出端上输出电流的第6PMOS晶体管。

5、如权利要求项1所述的数字电流控制振荡器，其特征在于，

数字电流控制振荡器上述控制电流发生器包括差动增幅部分；

上述差动增幅器包括：

从上述电压-电流变换器上输出的第2控制电压输入到输入/输出端上，频率源连接第1标准电位的第7PMOS晶体管；

频率源和上述第7PMOS晶体管的输出端连接，输入/输出端和数字控制信号连接，输出端是和控制电流发生器的输出端子连接的第8PMOS晶体管；

频率源和上述第7PMOS晶体管和输出端连接，输入/输出端和根据电压-电流变换器的输入逆转的数字控制信号连接，输出端和第2标准电位连接的第9PMOS晶体管。

6、如权利要求项5所述的数字电流控制振荡器，其特征在于，

数字电流控制振荡器上述第9PMOS晶体管的输出端和上述第2标准电位之间的电阻和电容的并列连接的旁路部分。

7、如权利要求项5所述的数字电流控制振荡器，其特征在于，

数字电流控制振荡器至少包括一个以上的上述差动增幅部。

8、如权利要求项1至7中任一项所述的数字电流控制振荡器，其特征在于，

数字电流控制振荡器上述控制电流发生器的第2控制电压，利用了在上述电压-电流变换器内的第4PMOS晶体管的输入/输出端中形成的电压。

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