CN102857174A - 一种低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器，包括晶体振荡电路、增益电路以及由振荡幅度控制产生偏置电流的偏置电流产生器。这个振荡幅度控制的偏置电流产生器为晶体振荡器提供一种反馈路径，因此形成了一种全自动增益控制（AGC）振荡器。设定了适当的增益，这种全自动增益控制（AGC）晶体振荡器达到了低噪音和高电源抑制（PSR）的目标。

Description

一种低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器

技术领域

本发明涉及一种晶体振荡器，尤其是一种低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器。

背景技术

在过去的几年中，通讯技术的发展有了显著的进步。数字调制技术被广泛的应用，例如时分多址连接方式（TDMA）和码分多址连接方式（CDMA），伴随这些通讯方式的大量发展，通讯传输密集的系统需要实施调制技术来减少相近载波频率间隔和调制带宽。振荡器的频率稳定性变的越来越重要在当代技术领域中。现有的晶体振荡器（XO）原理图如图1所示。然而晶体振荡器（XOs）作为频率参考源已经被使用了数十年在电子系统中，这样的振荡器在输出波形，频率稳定度，各种负载下的振幅稳定性，温度和电源条件等这些不同的特性都会有很大的区别。总之，作为振荡器的频率精准度和稳定度都会受到各种因素的影响，例如生产，温度和老化程度，这样就需要来补偿振荡器频率的变化。为了得到低噪音的晶体振荡器，一种方法是增加振荡器的振幅从而降低信噪比。但是考虑到振荡器实际电路的偏置电流，振荡器的振幅实际上会随着振荡器的频率，环境温度，器件制造的改变而变化。在各种振荡器电路设计过程中都需要处理上述讨论的问题。因此，为了确保避免上述所有条件的影响，在很多时候这些电路需要使用过剩的电流来抵消偏置电流。现有的带全自动增益控制（AGC）晶体振荡器的缺点就是具有很高的相位噪音。

发明内容

本发明目的是：提供一种可以通过振荡器输入信号的振幅来控制所产生的偏置电流的低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器。

本发明的技术方案是：一种低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器，包括晶体振荡电路以及增益电路，其特征在于还由振荡幅度控制产生偏置电流的偏置电流产生器。

进一步的，所述偏置电流产生器包括两个PMOS管M2、M3、两个NMOS管M5、M6以及两个电阻R2、R3，NMOS管M5的栅极与NMOS管M6的栅极相连，NMOS管M5的源极与NMOS管M6的源极相连并接地；PMOS管M3的栅极与PMOS管M2的漏极以及NMOS管M5的漏极相连，PMOS管M3的漏极与NMOS管M6的漏极相连，PMOS管M2的栅极通过电阻R2与PMOS管M3的源极相连，PMOS管M3的源极与电阻R3相连。

进一步的，所述增益电路包括两个NMOS管M4、M7、两个电容C5、C6以及两个电阻R4、R5，从偏置电流产生器单元中产生的偏置电流被输入到NMOS管M7中后被反射到NMOS管M4中，当振荡器开始振荡时，通过电容C5驱动NMOS管M7的闸极节点使振荡信号AC耦合，NMOS管M7闸极节点的DC电压按照振荡器信号的幅度被控制，所述DC电压被应用到电阻R5和电容C6低通滤波器后的NMOS管M4的闸极节点，NMOS管M4的电流被相应的调节从而改进电路的增益。

进一步的，所述振荡电路包括电阻R1、PMOS主振管M1、两个振荡电容C1、C2、以及晶体，主振管M1的栅极同时与电阻R1和PMOS管M2的栅极相连，PMOS主振管M1的源极接振荡电容C1、振荡电容C2；振荡电容C1、振荡电容C2串联后与晶体并联，主振管M1的漏极通过电阻R1与晶体相连。

本发明的优点是：

本发明的低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器可以通过振荡器输入信号的振幅来控制所产生的偏置电流，从而保证了低噪音。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为晶体振荡器（XO）原理图。

图2为本发明的一种低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器的一种实施例电路图。

图3为本发明的一种低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器的另一种实施例电路图。

图4为本发明的相位噪音的曲线。

图5为现有产品的相位噪音的曲线。

具体实施方式

实施例1：如图2所示的一种低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器，PMOS管M2、PMOS管M3、NMOS管M5、NMOS管M6和电阻R2、电阻R3组成偏置电流产生器。一种典型的实现方式是，NMOS管M5和M6被选成相同的大小，这样的话相同的电流进入PMOS管M2，它也同样进入电阻R2。因此I = VGS2/R3。这样产生的偏置电流被反射到NMOS管M4中，NMOS管M4给PMOS主振管M1提供偏置电流。为了得到适当的内部偏置电流，PMOS主振管M1需要有足够大的增益来克服晶体的损耗（典型的增益值是三倍或更多于晶体的损耗），振荡器将开始振荡晶体，电容C1和C2设定频率。当振荡器开始振荡时，振荡信号驱动到PMOS管M2的闸极节点。通过PMOS管M2的AB类放大器，当晶体振荡器振幅增强时PMOS管M2的DC水平减小。通过电阻R2和R3的低通滤波器，DC电压作用于电阻R3。从而通过电阻R3的电流被减小。这个减小的电流流经NMOS管M6，被反射到NMOS管M4中，NMOS管M4是提供偏置电流给增益电路中的主振管M1。增益电路中的增益被减小，那将导致有更低的振荡幅度。所有的这些元器件组成一个负反馈循环。和之前技术的AGC循环相比较，这种技术拥有更低的循环增益，相对于AGC循环它将有更低的噪音。

实施例2：如图3所示的一种低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器，从偏置电流产生器单元中产生的偏置电流被输入到NMOS管M7中，被反射到NMOS管M4中，那将设定主振管M1的偏置电流和增益电路中的增益。当振荡器开始振荡时，通过电容C5驱动NMOS管M7的闸极节点使振荡信号AC耦合。通过相同的上述NMOS管M7的AB类放大器，NMOS管M7闸极节点的DC电压按照振荡器信号的幅度被控制。这个DC电压被应用到电阻R5和电容C6低通滤波器后的NMOS管M4的闸极节点。NMOS管M4的电流被相应的调节从而改进跨导电路的增益。如同上述，所有这些来自负反馈循环将减小循环增益，那将有更低的来自于AGC循环的噪音损耗和晶体振荡器信号的更低的相位噪音。出了减少AGC循环增益以外，偏置电流产生器也可以是一个高功率抑制比（PSRR）的电路，例如频带间隙电路。使用高功率抑制比偏置电流产生器电路的晶体振荡器可以达到高功率的抑制，这在很多需要高性能晶体振荡器应用场合中是非常渴望的。另一方面在这种减小AGC循环的增益中使用偏置电流产生器，这样我们也能使得产生偏置电流温度依据，例如与绝对温度成比例（PTAT）电路用来做一阶的晶体振荡器的温度补偿。众所周知晶体振荡器驱动功率随着温度而改变。使用温度依据的偏置电流产生器可以有效的补偿这样的变化，使得晶体振荡器驱动水平全温度范围的恒定，例如从 -40 oC到85 oC的工业级的温度范围。如图4所示的是使用本实施例的低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器噪音曲线，相对于图5所示的现有产品的噪音曲线，曲线显得平滑且无包。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器，包括晶体振荡电路以及增益电路，其特征在于还由振荡幅度控制产生偏置电流的偏置电流产生器。

2.根据权利要求1所述的低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器，其特征在于，所述偏置电流产生器包括两个PMOS管（M2）、（M3）、两个NMOS管（M5）、（M6）以及两个电阻（R2）、（R3），NMOS管（M5）的栅极与NMOS管（M6）的栅极相连，NMOS管（M5）的源极与NMOS管（M6）的源极相连并接地；PMOS管（M3）的栅极与PMOS管（M2）的漏极以及NMOS管（M5）的漏极相连，PMOS管（M3）的漏极与NMOS管（M6）的漏极相连，PMOS管（M2）的栅极通过电阻（R2）与PMOS管（M3）的源极相连，PMOS管（M3）的源极与电阻（R3）相连。

3.根据权利要求1或2所述的低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器，其特征在于，所述增益电路包括两个NMOS管（M4）、（M7）、两个电容（C5）、（C6）以及两个电阻（R4）、（R5），从偏置电流产生器单元中产生的偏置电流被输入到NMOS管（M7）中后被反射到NMOS管（M4）中，当振荡器开始振荡时，通过电容（C5）驱动NMOS管（M7）的闸极节点使振荡信号AC耦合，NMOS管（M7）闸极节点的DC电压按照振荡器信号的幅度被控制，所述DC电压被应用到电阻（R5）和电容（C6）低通滤波器后的NMOS管（M4）的闸极节点，NMOS管（M4）的电流被相应的调节从而改进电路的增益。

4.根据权利要求2所述的低噪音全自动增益控制高电源抑制晶体振荡器，其特征在于，所述振荡电路包括电阻（R1）、PMOS主振管（M1）、两个振荡电容（C1）、（C2）、以及晶体，主振管（M1）的栅极同时与电阻（R1）和PMOS管（M2）的栅极相连，PMOS主振管（M1）的源极接振荡电容（C1）、振荡电容（C2）；振荡电容（C1）、振荡电容（C2）串联后与晶体并联，主振管（M1）的漏极通过电阻（R1）与晶体相连。

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