CN103501177B - 自动幅度控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动幅度控制电路，包括振荡器、采集模块、第一模拟电流生成模块、第二模拟电流生成模块和数控电流生成模块。其中，振荡器用于生成振荡频率信号；采集模块用于根据振荡频率信号的振荡幅度生成电压差值；第一模拟电流生成模块用于将电压差值转换为第一偏置电流，并在第一时间将第一偏置电流提供给振荡器；第二模拟电流生成模块用于将电压差值转换为第二偏置电流，第一偏置电流与第二偏置电流相等；数控电流生成模块用于在第一时间，根据第二偏置电流调整其输出的数控电流，使数控电流与第二偏置电流一致，并在第二时间，将数控电流提供给振荡器作为偏置电流。根据该自动幅度控制电路，能够提供低噪声的数控偏置电流给振荡器。
Description
技术领域
本发明涉及电路控制技术领域，尤其涉及一种自动幅度控制电路。
背景技术
在无线通信技术应用中，稳定的参考频率非常重要。通常使用晶体振荡器来产生无线射频收发机中参考始终和锁相环的参考频率，在有些通信协议，例如GSM协议中规定无线便携设备的频率精度需要达到与基站频率相差0.1ppm以内，这需要对晶体振荡器进行自动频率控制（Auto FrequencyControl，以下简称：AFC），AFC控制的信号为数字信号。数字晶体振荡器(Digital Controlled Crystal Oscillator，以下简称：DCXO)具有成本低，并可以直接接受外部数字信号控制的特点，得到广泛应用。
但是，DCXO的振荡幅度值对其性能影响较大，如果振荡幅度过大，DCXO可能会因长期处于过载状态而导致期间寿命减少甚至损坏，如果振荡幅度过小，DCXO的噪声性能会收到影响。通常,DCXO的振荡幅度正比于其偏置电流，可以通过改变其偏置电流来控制DCXO的振幅，但现有技术并未给出有效的对偏置电流进行控制的技术方案。另外，在锁相环中常用的压控振荡器（voltage-controlled oscillator，以下简称：VCO）中，其振荡幅度也是正比于偏置电流，但现有技术同样未给出有效的对偏置电流进行控制的技术方案。
发明内容
本发明提供一种自动幅度控制电路，用于对振荡器的偏置电流进行有效控制。
本发明的第一个方面是提供一种自动幅度控制电路，其特征在于，包括：振荡器、采集模块、第一模拟电流生成模块、第二模拟电流生成模块和数控电流生成模块；
所述振荡器用于生成振荡频率信号；
所述采集模块，用于根据所述振荡频率信号的振荡幅度生成电压差值；
所述第一模拟电流生成模块，用于将所述电压差值转换为第一偏置电流，并在第一时间，将所述第一偏置电流提供给所述振荡器，以控制所述振荡器生成的所述振荡频率信号的振荡幅度；
所述第二模拟电流生成模块，用于将所述电压差值转换为第二偏置电流，所述第一偏置电流与所述第二偏置电流相等；
所述数控电流生成模块，用于在所述第一时间，根据所述第二偏置电流调整其输出的数控电流，使所述数控电流与所述第二偏置电流一致，并在第二时间，将所述数控电流提供给所述振荡器作为偏置电流，以控制所述振荡器生成所述振荡频率信号的振荡幅度，所述第二时间为所述第一时间结束后的下一工作时间。
在第一种可能实现的方式中，结合上述第一方面，所述采集模块包括：幅度检测器、参考电压生成器和第一比较器；
所述幅度检测器用于采集所述振荡器的振荡幅度得到幅度信息，并将所述幅度信息转换为振荡幅度电压；
所述参考电压生成器用于生成参考电压；
所述第一比较器用于根据所述振荡幅度电压和所述参考电压得到所述电压差值。
在第二种可能实现的方式中，结合上述第一方面或第一种可能实现的方式，所述第一模拟电流生成模块包括第一电流晶体管和第一开关；
所述第一电流晶体管用于将所述电压差值转换为所述第一偏置电流；
所述第一开关用于在所述第一时间导通，以便将所述第一偏置电流提供给所述振荡器，并在所述第二时间关断。
在第三种可能实现的方式中，结合上述第二种可能实现的方式，所述第一电流晶体管的栅极连接所述采集模块的输出端，所述第一晶体管的源极连接电源，所述第一晶体管的漏极连接第一开关。
在第四种可能实现的方式中，结合上述第一方面或第一种可能实现的方式，所述第二模拟电流生成模块包括第二电流晶体管，所述第二电流晶体管用于将所述电压差值转换为所述第二偏置电流，并提供给所述数控电流生成模块。
在第五种可能实现的方式中，结合第四种可能实现的方式，所述第二电流晶体管的栅极连接所述采集模块的输出端，所述第二晶体管的源极连接电源，所述第二晶体管的漏极连接所述数控电流生成模块。
在第六种可能实现的方式中，结合第四种可能实现的方式，所述数控电流生成模块包括：
电流比较器、数控模块、数字电流阵列和第一开关组；
所述第一开关组用于在第一时间，将所述数字电流阵列输出的数控电流输入所述电流比较器；
所述电流比较器用于将所述第二偏置电流与所述数控电流进行大小比较，并将比较结果输出给所述数控模块；
所述数控模块用于根据所述比较结果，调整所述数字电流阵列的控制字，以使所述数控电流与所述第二偏置电流一致；
所述第一开关组还用于在所述第二时间，将所述数控电流提供给所述振荡器作为偏置电流，并中断所述数控电流到所述电流比较器的输入。
在第七种可能实现的方式中，结合第六种可能实现的方式，所述数控模块具体用于：
当比较结果为所述数控电流小于所述第二偏置电流时，增大所述数控电流，以使所述数控电流与所述第二偏置电流一致。
在第八种可能实现的方式中，结合第六种可能实现的方式或第七种可能实现的方式，所述数控模块通过数字电路或软件实现。
在第九种可能实现的方式中，结合第一方面或第一种可能实现的方式，所述振荡器为晶体振荡器或压控振荡器。
本发实施例提供的技术方案，能够在振荡器启动初期，通过模拟幅度控制环路来将振荡幅度控制在所需的工作范围，充分发挥模拟幅度控制过程快速而且平滑的优势，在振荡幅度稳定后，使用数字幅度控制环路进行振荡幅度控制，这种数字自动幅度控制电路能够提供低噪声的数控偏置电流给振荡器，能够提高振荡器的品质因数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例控制电路的结构示意图；
图2为本发明另一实施例中控制电路的电路示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中无法对振荡器的偏置电流进行有效控制的缺陷，本发明实施例提供了一种自动幅度控制电路，图1为本发明实施例中自动幅度控制电路的结构示意图。如图1所示，其自动幅度控制电路包括振荡器10、采集模块11、第一模拟电流生成模块12、第二模拟电流生成模块13、数控电流生成模块14。
其中，所述振荡器10用于生成振荡频率信号；所述采集模块11用于根据所述振荡频率信号的振荡幅度生成电压差值；所述第一模拟电流生成模块12用于将所述电压差值转换为第一偏置电流，并在第一时间，将所述第一偏置电流提供给所述振荡器10，以控制所述振荡器10生成的所述振荡频率信号的振荡幅度；所述第二模拟电流生成模块13用于将所述电压差值转换为第二偏置电流，所述第一偏置电流与所述第二偏置电流相等；数控电流生成模块14用于在所述第一时间，根据所述第二偏置电流调整其输出的数控电流，使所述数控电流与所述第二偏置电流一致，并在第二时间，将所述数控电流提供给所述振荡器10作为偏置电流，以控制所述振荡器10生成所述振荡频率信号的振荡幅度，所述第二时间为所述第一时间结束后的下一工作时间。
本发明上述实施例提供的自动幅度控制电路，通过设置第一模拟电流生成模块12，使其根据所述振荡幅度信号生成用于控制所述振荡器10的振荡幅度的第一偏置电流，同时设置具有相同的电流生成能力的第二模拟电流生成模块13，也能够根据上述的振荡幅度信号生成作为所述数控电流生成模块14的输入电流的第二偏置电流。另外，通过数控电流生成模块14控制在第一时间内，使用所述第一模拟电流生成模块12生成的第一偏置电流作为所述振荡器10的输入电流，以及控制所述数控电流生成模块14根据所述第二偏置电流对输出的数控偏置电流进行调整，将输出的数控偏置电流调整为与所述第二偏置电流的大小一致,并在所述第一工作时间段结束后，使用所述数控电流生成模块14调整后输出的数控偏置电流作为所述振荡器10的输入电流。从而使得在振荡器10启动初期，通过模拟幅度控制环路来将振荡幅度控制在所需的工作范围，充分发挥模拟幅度控制过程快速而且平滑的优势，在振荡幅度稳定后，使用数字幅度控制环路进行振荡幅度控制，这种数字自动幅度幅度控制电路能够提供低噪声的数控偏置电流给振荡器10，能够提高振荡器10的品质因数。
在图1所示的实施例中，其中的第一时间可以定义为振荡器10从启动到振荡幅度相对稳定，且能够控制振荡幅度位于振荡器10的工作范围的时间段，具体的与振荡器10自身性质，以及与由采集模块11和第一模拟电流生成模块12组成的模拟幅度控制环路的品质有关，可以通过电路仿真，或者实际测试的方法获得第一时间的具体时间长度。
图2为本发明实施例中自动幅度控制电路的电路示意图。如图2所示，上述的采集模块11包括幅度检测器111、参考电压生成器112和第一比较器113。
其中，所述幅度检测器111用于采集所述振荡器10的振荡幅度得到幅度信息，并将所述幅度信息转换为振荡幅度电压；所述参考电压生成器112用于生成参考电压；所述第一比较器113用于根据所述振荡幅度电压和所述参考电压得到所述电压差值。
具体的，上述的振荡幅度电压用于表征振荡器10的振荡幅度大小，第一比较器113进一步使用该电压差值表示振荡幅度的大小，该实施例中采集模块仅为一示例，还可以用其他方式根据振荡器10的振荡幅度得到电压差值，并进一步的根据偏置电压生成偏置电流，以通过负反馈的方式对振荡器10的振荡幅度进行控制。
本实施例中，如图2所示，第一模拟电流生成模块12包括第一电流晶体管121和第一开关122，其中，所述第一电流晶体管121用于将所述电压差值转换为所述第一偏置电流，所述第一开关122用于在所述第一时间导通，以便将所述第一偏置电流提供给所述振荡器10，并在所述第二时间关断。
可选地，第二模拟电流生成模块13包括第二电流晶体管131，所述第二电流晶体管131用于将所述电压差值转换为所述第二偏置电流，并提供给所述数控电流生成模块14。
其中的第一电流晶体管121和第二电流晶体管131可以使用具有相同规格的电流晶体管实现，其具有相同的电流生成能力，能够将输入的偏置电压转化为相同大小的偏置电流。
更为具体地，当振荡器10采用NMOS管时，第一电流晶体管121为PMOS管时，所述第一电流晶体管121的栅极连接所述采集模块11的输出端，更为具体地第一电流晶体管121的栅极与采集模块11中的第一比较器113的输出端连接，所述第一晶体管121的源极连接电源，所述第一晶体管121的漏极连接第一开关122。当振荡器10采用PMOS管时，第一电流晶体管121可以为NMOS管，此时，第一电流晶体管121的栅极连接所述采集模块11的输出端，更为具体地第一电流晶体管121的删极与采集模块11中的第一比较器113的输出端连接，所述第一晶体管121的源极连接电源，所述第一晶体管121的漏极连接第一开关122。
另外，当振荡器10采用NMOS管时，所述第二电流晶体管131为PMOS管时，所述第二电流晶体管131的栅极连接所述采集模块11的输出端，更为具体地第二电流晶体管131的栅极与采集模块11中的第一比较器113的输出端连接，所述第二晶体管131的源极连接电源，所述第二晶体管131的漏极连接所述数控电流生成模块14。当振荡器10采用PMOS时，所述第二电流晶体管为NMOS管时，所述第二电流晶体管131的栅极连接所述采集模块11的输出端，更为具体地第二电流晶体管131的栅极与采集模块11中的第一比较器113的输出端连接，所述第二晶体管131的源极连接电源（图中未示出），所述第二晶体管131的漏极连接所述数控电流生成模块14。
且进一步的，上述所述数控电流生成模块14包括：电流比较器141、数控模块142、数字电流阵列143和第一开关组144。其中，所述第一开关组144用于在第一时间，将所述数字电流阵列143输出的数控电流输入所述电流比较器141；所述电流比较器141用于将所述第二偏置电流与所述数控电流进行大小比较，并将比较结果输出给所述数控模块142；所述数控模块142用于根据所述比较结果，调整所述数字电流阵列143的控制字，以使所述数控电流与所述第二偏置电流一致；所述第一开关组144还用于在所述第二时间，将所述数控电流提供给所述振荡器10作为偏置电流，并中断所述数控电流到所述电流比较器141的输入。
可选地，数控模块142具体用于当比较结果为所述数控电流小于所述第二偏置电流时，增大所述数控电流，以使所述数控电流与所述第二偏置电流一致。该数控模块142可以通过数字电路或软件实现。
其中，第一开关组144可以包括第二开关151和第三开关152。其中，第二开关151的源极与数字电流阵列143连接，第二开关151的栅极与数控模块142连接，以接收来自于数控模块142的控制信号，第二开关151的漏极与振荡器10连接。第三开关152的源极与数字电流阵列143连接，第三开关152的栅极与数控模块142连接，以接收来自于数控模块142的控制信号，第三开关152的漏极与电流比较器141连接。
此外，所述电流比较器141的第一输入端与所述第二模拟电流生成模块13的输出端连接，具体与第二模拟电流生成模块13中的第二晶体管131连接，所述电流比较器141的第二输入端与所述数字电流阵列143的输出端连接，且在所述电流比较器141的第二输入端与所述数字电流阵列143的输出端之间设置有所述第三切换开关153，所述第三开关152设置在所述数字电流阵列143的输出端与所述振荡器10的输入端之间；所述电流比较器141的输出端与所述数控模块142的输入端连接，所述数控模块142的输出端与所述数字电流阵列143的输入端连接。
在图2所示的实施例中，其中的振荡器10可以为晶体振荡器或压控振荡器，而其中的控制单元可以为计时器。压控振荡器主要是应用到无线通信的锁相环中，与晶体振荡器相同，其振荡幅度的大小同样是正比于偏置电流的大小。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种自动幅度控制电路，其特征在于，包括：振荡器、采集模块、第一模拟电流生成模块、第二模拟电流生成模块和数控电流生成模块；
所述振荡器用于生成振荡频率信号；
所述采集模块，用于根据所述振荡频率信号的振荡幅度生成电压差值；
所述第一模拟电流生成模块，用于将所述电压差值转换为第一偏置电流，并在第一时间，将所述第一偏置电流提供给所述振荡器，以控制所述振荡器生成的所述振荡频率信号的振荡幅度；
所述第二模拟电流生成模块，用于将所述电压差值转换为第二偏置电流，所述第一偏置电流与所述第二偏置电流相等；
所述数控电流生成模块，用于在所述第一时间，根据所述第二偏置电流调整其输出的数控电流，使所述数控电流与所述第二偏置电流一致，并在第二时间，将所述数控电流提供给所述振荡器作为偏置电流，以控制所述振荡器生成所述振荡频率信号的振荡幅度，所述第二时间为所述第一时间结束后的下一工作时间。
2.根据权利要求1所述的自动幅度控制电路，其特征在于，所述采集模块包括：幅度检测器、参考电压生成器和第一比较器；
所述幅度检测器用于采集所述振荡器的振荡幅度得到幅度信息，并将所述幅度信息转换为振荡幅度电压；
所述参考电压生成器用于生成参考电压；
所述第一比较器用于根据所述振荡幅度电压和所述参考电压得到所述电压差值。
3.根据权利要求1或2所述的自动幅度控制电路，其特征在于，所述第一模拟电流生成模块包括第一电流晶体管和第一开关；
所述第一电流晶体管用于将所述电压差值转换为所述第一偏置电流；
所述第一开关用于在所述第一时间导通，以便将所述第一偏置电流提供给所述振荡器，并在所述第二时间关断。
4.根据权利要求3所述的自动幅度控制电路，其特征在于，所述第一电流晶体管的栅极连接所述采集模块的输出端，所述第一电流晶体管的源极连接电源，所述第一电流晶体管的漏极连接第一开关。
5.根据权利要求1或2所述的自动幅度控制电路，其特征在于，所述第二模拟电流生成模块包括第二电流晶体管，所述第二电流晶体管用于将所述电压差值转换为所述第二偏置电流，并提供给所述数控电流生成模块。
6.根据权利要求5所述的自动幅度控制电路，其特征在于，所述第二电流晶体管的栅极连接所述采集模块的输出端，所述第二电流晶体管的源极连接电源，所述第二电流晶体管的漏极连接所述数控电流生成模块。
7.根据权利要求5所述的自动幅度控制电路，其特征在于，所述数控电流生成模块包括：
电流比较器、数控模块、数字电流阵列和第一开关组；
所述第一开关组用于在第一时间，将所述数字电流阵列输出的数控电流输入所述电流比较器；
所述电流比较器用于将所述第二偏置电流与所述数控电流进行大小比较，并将比较结果输出给所述数控模块；
所述数控模块用于根据所述比较结果，调整所述数字电流阵列的控制字，以使所述数控电流与所述第二偏置电流一致；
所述第一开关组还用于在所述第二时间，将所述数控电流提供给所述振荡器作为偏置电流，并中断所述数控电流到所述电流比较器的输入。
8.根据权利要求7所述的自动幅度控制电路，其特征在于，所述数控模块具体用于：
当比较结果为所述数控电流小于所述第二偏置电流时，增大所述数控电流，以使所述数控电流与所述第二偏置电流一致。
9.根据权利要求7或8所述的自动幅度控制电路，其特征在于，所述数控模块通过数字电路或软件实现。
10.根据权利要求1或2所述的自动幅度控制电路，其特征在于，所述振荡器为晶体振荡器或压控振荡器。
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- 2014-09-23 US US14/493,554 patent/US9225341B2/en active Active
Patent Citations (3)
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