CN102931915A - 一种频率振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种频率振荡器，其电路结构组成包括：两路电流转电压器，两个比较器和一个锁存器。其中一路电流转电压器的输入端接入一个脉冲信号，另一路电流转电压器的输入端接入另一个脉冲信号，两个脉冲信号的占空比相异；每一路电流转电压器的输出端接一个具参考电压Vref的电压比较器，两个比较器一并输出连接至锁存器，锁存器的输出为频率振荡器的频率输出。通过控制两个脉冲信号的占空比差异度，调控该频率振荡器输出所需的输出信号频率。研制与应用本发明频率振荡器，由于振荡器所用组成构件的运行速度均较快且器件噪声较低，因此大大提高了整个电路的输出频谱纯度，同时组成构件为数字单元，有效降低了电路设计的复杂程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种芯片级电路设计，尤其涉及一种电路设计简单、器件噪声较低、输出频谱纯度也较高的频率振荡器。
背景技术
在集成电路的器件结构设计中，常见的振荡器分为环形振荡器和电感电容振荡器两种。其中环形振荡器，一般是由多个反相器级联成环路来实现。如图1所示，至少需要三级或者三级以上奇数个反相器串联，环路才会振荡。如果反相器链中某一级倒向连接，偶数个反相器相连也能够发生振荡，但起振相对困难。这种环形振荡器的主要缺点为：（1）振荡频率较低，只能应用在低频率范围内。（2）频谱纯度差，其相位噪声和杂散性能都比较差。（3）起振速度慢。
另一种常见的振荡器为电感电容振荡器。如图2所示，该振荡器是由电感、电容和交叉互补有源MOS管三者并联构成。其基本工作原理就是由并联的电感和电容形成谐振腔，产生一个谐振频率，理想情况下，该频率值为LC振荡器的振荡频率值，然后与交叉互补有源MOS管构成的负阻并联，来补充谐振网络所消耗的能量，使整个电路一直振荡下去。其主要缺点：（1）功耗大，需要消耗较大的电流才能起振。（2）设计复杂度高，由于电路是由有源器件和无源器件共同构成，设计考虑因素较多，复杂度较高。（3）振荡频率范围小。
发明内容
有鉴于上述现有技术的缺陷，本发明的目的旨在提供一种频率振荡器，解决以较简单的电路设计，较低的功耗消费，获得低器件噪声、频谱纯度较高的频率振荡信号的问题。
本发明解决目的的技术方案是：一种频率振荡器，其特征在于频率振荡器的电路结构组成包括：两路电流转电压器，两个比较器和一个锁存器，其中一路电流转电压器的输入端接入一个脉冲信号，另一路电流转电压器的输入端接入另一个脉冲信号，两个脉冲信号的占空比相异；每一路电流转电压器的输出端接一个具参考电压Vref的电压比较器，两个比较器一并输出连接至锁存器，所述锁存器的输出为频率振荡器的频率输出。
进一步地，所述电流转电压器为一个含电容及电流源的充电电路，所述电容的正极为电压输出并接入电压比较器。
进一步地，所述电压比较器为用于将模拟信号转化为数字信号得到方波的二级放大器。
进一步地，所述锁存器为两个或非门构成的时钟同步电路，一个比较器与一个或非门的一个输入端相接，另一个比较器与另一个或非门的一个输入端相接，两个或非门的输出端互相接入对方的另一个输入端，并且任意一个或非门的输出端为锁存器的输出。
本发明频率振荡器的研制与应用，由于振荡器所用组成构件的运行速度均较快且器件噪声较低，因此大大提高了整个电路的输出频谱纯度，同时组成构件为数字单元，有效降低了电路设计的复杂程度。
附图说明
图1是现有技术环形振荡器的电路示意图。
图2是现有技术电感电容振荡器的电路示意图。
图3是本发明占空比控制的频率振荡器的电路框图。
图4是图3中电流转电压器的电路框图。
图5是图3中锁存器的电路框图。
具体实施方式
本发明针对传统振荡器起振条件高、频谱（相位噪声和杂散性）纯度差、功耗大、振荡频率范围小等缺陷，针对性地提出了一种占空比控制的频率振荡器，以解决上述问题。
如图3至图5所示的该种频率振荡器的电路框图可见，该振荡器的电路结构组成包括：两路电流转电压器，两个比较器和一个锁存器，其中一路电流转电压器的输入端接入脉冲信号1，另一路电流转电压器的输入端接入脉冲信号2，且脉冲信号1与脉冲信号2的占空比相异；每一路电流转电压器的输出端接一个具参考电压Vref的电压比较器，两个比较器一并输出连接至锁存器，锁存器的输出为频率振荡器的频率输出。
进一步细化来看，该电流转电压器为一个含电容及电流源的充电电路（如图4所示），电容的正极为电压输出V2并接入电压比较器。脉冲信号2控制电流源I与电容间的打开和关闭，利用电流源对电容的充电来实现电流转换为电压V2，电压值的大小与脉冲信号的占空比有关，因为脉冲信号2的占空比控制电流对电容的充电时间，从而得到与之相对应的电压值，用于输入电压比较器与参考电压Vref相比较。
该电压比较器为一个二级放大器，主要用于将模拟信号转化为数字信号得到方波信号，其主要将V2和参考电压Vref进行比较，用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系。对于脉冲信号1的原理及实施方式与脉冲信号2相同，故不再复述。
该锁存器为两个或非门构成的时钟同步电路，一个比较器与一个或非门的一个输入端CLK1相接，另一个比较器与另一个或非门的一个输入端CLK2相接，两个或非门的输出端互相接入对方的另一个输入端，并且任意一个或非门的输出端为锁存器的输出CLKOUT，其主要作用是完成两路时钟的最终同步。
该频率振荡器的工作原理为：由两路占空比不同的脉冲信号，打开或者关闭电流转电压器的电流开关，实现电容的充放电，将电流转换为电压，再分别与参考电压Vref在电压比较器中进行电压比较，产生两路时钟信号，最终输入到锁存器中进行时钟同步处理，得到所需的输出信号频率。
该电路的工作状态近似于数字电路工作状态，整个电路的功耗非常低，对于低功耗产品的研发具有重要的作用；由于电流转电压器、电压比较器和锁存器工作时的速度都比较快，整个电路的工作速度也是非常快的；由于器件噪声较低，整个电路的输出频谱纯度也较高；另外整个电路的组成单位都是常见的数字单元，所以设计复杂度也较低。
综上所述，是对本发明一种频率振荡器通过具体实施例的详细描述，但并非以这些实施例来限制本发明多样性的实施方式及要求的权利要求保护范围。因此，但凡理解本发明，并根据上述实施例进行的等效结构变化或构件替换，能够实现相同目的和效果的设计，均应视为对本专利申请保护内容的侵犯。
Claims (4)
1.一种频率振荡器，其特征在于频率振荡器的电路结构组成包括：两路电流转电压器，两个比较器和一个锁存器，其中一路电流转电压器的输入端接入一个脉冲信号，另一路电流转电压器的输入端接入另一个脉冲信号，两个脉冲信号的占空比相异；每一路电流转电压器的输出端接一个具参考电压Vref的电压比较器，两个比较器一并输出连接至锁存器，所述锁存器的输出为频率振荡器的频率输出。
2.根据权利要求1所述的频率振荡器，其特征在于：所述电流转电压器为一个含电容及电流源的充电电路，所述电容的正极为电压输出并接入电压比较器。
3.根据权利要求1所述的频率振荡器，其特征在于：所述电压比较器为用于将模拟信号转化为数字信号得到方波的二级放大器。
4.根据权利要求1所述的频率振荡器，其特征在于：所述锁存器为两个或非门构成的时钟同步电路，一个比较器与一个或非门的一个输入端相接，另一个比较器与另一个或非门的一个输入端相接，两个或非门的输出端互相接入对方的另一个输入端，并且任意一个或非门的输出端为锁存器的输出。
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