CN105429631B - 一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器 - Google Patents

一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，包括一压控振荡电路与一幅度检测电路，该幅度检测电路输入端与输出端均连接该压控振荡电路，以通过负反馈来实现该压控振荡电路的输出幅度匹配，通过本发明，实现了一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，降低了压控振荡器的功耗。

Description

一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器
技术领域
本发明涉及一种压控振荡器，特别是涉及一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器。
背景技术
在集成电路往低功耗低面积发展中，降低高频压控振荡器的功耗是很重要的。当前常用的几种电感电容压控振荡器中，电流源的噪声贡献了相位噪声的主要部分.因此为了获得良好的相位噪声，通常需要电流源的相位噪声良好且整个压控振荡器的整体功耗小。
图1为常规的单NMOS电感电容压控振荡器，PMOS管M1和M2以及恒流源I0为振荡电路提供电流偏置，交叉耦合的NMOS管M9和M10提供负阻抗，振荡电路中NMOS管M9和M10均需要偏置电流，功耗比较大。图2是现有技术中一种电流复用电感电容压控振荡器，PMOS管M1和M2以及恒流源I0为振荡电路提供电流偏置，将图1中单NMOS电感电容压控振荡器中的一个NMOS管换成一个PMOS管，PMOS管M3和NMOS管M0串联，电流从PMOS管M3流过NMOS管M0。因此，在提供同样负阻抗的情况下，电流复用电感电容压控振荡器消耗的电流是第一种电流的一半。
这种结构的主要缺点是压控振荡器的输出vcop和vcon存在幅度误差。分析如下，如果要求幅度相等则需要满足以下条件：
Vvcop＝Vvcon
gm3*Zvcop＝gm0*Zvcon。
其中，Zvcop是vcop节点的阻抗，Zvco是vcon节点的阻抗。由于NMOS管和PMOS管极难匹配，因而它们的跨导也很难匹配，而且两个节点阻抗也会不匹配，因此必然存在幅度误差。
因此，有改进的结构如图3，在PMOS管和NMOS管的源端都加上电阻来调节节点阻抗，但是由于电阻本身的误差以及不同温度电压下，改进后的结构也很难实现很好的幅度匹配。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，其通过负反馈实现了幅度匹配的目的，同时降低了压控振荡器的功耗。
为达上述及其它目的，本发明提出一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，包括一压控振荡电路，该压控振荡器还包括一幅度检测电路，该幅度检测电路输入端与输出端均连接该压控振荡电路，以通过负反馈来实现幅度的匹配。
进一步地，该幅度检测电路包括幅度差分放大器、一差分转单端放大器、一低通滤波电路以及一控制执行电路，其中该幅度差分放大器连接于该压控振荡电路，用于将振荡信号放大并完成幅度检波，该差分转单端放大器连接该幅度差分放大器，以将检波信号进一步放大并转换为单端输出，该低通滤波电路用于将放大后的检波信号进行平滑，该控制执行电路用于将平滑后的检波信号输入至控制栅极实现对控制管的阻抗调节。
进一步地，该幅度差分放大器包括第三电容、第四电容、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管以及接成二极管的第八NMOS管、第九NMOS管，该第四PMOS管源极接电源，漏极接该第五PMOS管与第六PMOS管的源极，栅极接该压控振荡电路以将其偏置电流从漏极接至该第五PMOS管与第六PMOS管的源极，该第五PMOS管栅极通过第一电阻接偏置电压，并通过该第三电容与该压控振荡电路的输出节点相连，漏极接该第八NMOS管的栅极、漏极以及该差分转单端放大器，该第六PMOS管栅极通过第二电阻接偏置电压，并通过该第四电容与该压控振荡电路的另一输出节点相连，漏极接该第九NMOS管的栅极、漏极以及该差分转单端放大器。
进一步地，该差分转单端放大器包括第十二PMOS管、第十三PMOS管与第十NMOS管、第十一NMOS管，该第十NMOS管的漏极接该第十二PMOS管的漏极和该第十三PMOS管的栅极，栅极接该第五PMOS管的漏极与该第八NMOS管的栅极、漏极，该第十一NMOS管的漏极接该第十三PMOS管的漏极及该低通滤波器，栅极接该第六PMOS管的漏极与该第九NMOS管的栅极、漏极，该第十二PMOS管和第十三PMOS管背靠背连接组成恒流源负载。
进一步地，该低通滤波器包括一电阻及第二电容，该电阻的一端接该第十三PMOS管与该第十一NMOS管的漏极，另一端通过该第二电容接地，并与该控制执行电路相连。
进一步地，该控制执行电路包括该控制管，该控制管漏极接该压控振荡电路，源极接地，栅极接该电阻与该第二电容。
与现有技术相比，本发明一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器通过将压控振荡电路的输出接到一幅度检测电路的输入端及输出端，达到了通过负反馈来实现幅度匹配的目的，实现了一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，同时降低了压控振荡器的功耗。
附图说明
图1为常规的单NMOS电感电容压控振荡器；
图2为现有技术中一种电流复用电感电容压控振荡器；
图3为现有技术中改进的电感电容压控振荡器；
图4为本发明一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器的结构示意图；
图5为现有技术的仿真结果示意图；
图6为本发明之仿真结果示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图4为本发明一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器的结构示意图。如图4所示，本发明一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，至少包括：压控振荡电路40、幅度差分放大器41、一差分转单端放大器42、一低通滤波电路43以及一控制执行电路44。
其中，压控振荡电路40与现有技术一样，由NMOS管M0与PMOS管M1-M3以及电流源I0、电感L0、电容C0、可变电容C1组成；幅度差分放大器41连接于压控振荡电路40，用于将振荡信号放大并完成幅度检波；差分转单端放大器42连接该幅度差分放大器41，以将检波信号进一步放大并转换为单端输出；低通滤波电路43，用于将放大后的检波信号进行平滑；控制执行电路44用于将平滑后的检波信号输入至控制栅极实现对控制管的阻抗调节。
在本发明较佳实施例中，电容C3-C4(可称之为第三电容C3、第四电容C4)、PMOS管M4-M6(可分别称之为第四PMOS管M4、第五PMOS管M5、第六PMOS管M6)以及接成二极管的NMOS管M8-M9(可分别称之为第八NMOS管M8、第九NMOS管M9)组成幅度差分放大器41，PMOS管M12-13(可分别称之为第十二PMOS管M12、第十三PMOS管M13)与NMOS管M10-M11(可分别称之为第十NMOS管M10、第十一NMOS管M11)组成差分转单端放大器42，电阻R0与电容C2(可称之为第二电容)组成低通滤波器43，NMOS管M7(可称之为第七NMOS管)为控制执行电路44。
PMOS管M4、M12、M13源极接电源，NMOS管M7-M11源极接地，PMOS管M4栅极接镜像恒流源PMOS管M2的栅极漏极以将偏置电流从其漏极连接至PMOS放大管M5-M6的源极，PMOS放大管M5的栅极分别通过电阻R1接偏置电压vb，并通过隔直电容C3与振荡电路输出节点vcop相连，PMOS放大管M6的栅极分别通过电阻R2接偏置电压vb，并通过隔直电容C4与振荡电路输出节点vcon相连，PMOS放大管M5的漏极接NMOS管M8的栅极、漏极以及NMOS管M10的栅极，PMOS放大管M6的漏极接NMOS管M9的栅极、漏极以及NMOS管M11的栅极，NMOS管M10的漏极接PMOS管M12的栅漏极和PMOS管M13的栅极，NMOS管M11的漏极接PMOS管M13的漏极和电阻R0之一端，PMOS管M12和M13背靠背连接组成恒流源负载，电阻R0另一端接电容C2之一端和NMOS管M7之栅极，电容C2另一端接地，NMOS管M7的漏极接振荡电路NMOS管M0之源极。
将压控振荡器的输出接到图中右边的幅度检测电路(包括幅度差分放大器41、差分转单端放大器42、低通滤波电路43以及控制执行电路44)上，通过负反馈来实现幅度的匹配。分析如下：假设Vvcop>Vvcon,即gm3*Zvcop>gm0*Zvcon，则NMOS管M8的栅极电压小于M9的栅极电压，经差分转单端放大器后，NMOS管M11的输出变低，滤波后的控制电压Vcm变低，Vcm降低控制NMOS管M7的输出阻抗加大，节点的输出阻抗也就增加，那么gm0*Zvcon也就增加，因此Vvcon变大；反之亦然。
图5为现有技术的仿真结果示意图，图6为本发明之仿真结果示意图。从图中可以看出在没有采用自适应偏置之前，幅度误差达到71mV左右(如图5)。而在采用本发明的结构之后，幅度误差仅2.5mV(如图6)，实现了很好的幅度匹配。
可见，本发明一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，其通过将压控振荡电路的输出接到一幅度检测电路的输入端及输出端，达到了通过负反馈来实现幅度匹配的目的，实现了一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，降低了压控振荡器的功耗。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (4)

1.一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，包括一压控振荡电路，其特征在于：该压控振荡器还包括一幅度检测电路，该幅度检测电路输入端与输出端均连接该压控振荡电路，以通过负反馈来实现幅度的匹配；该幅度检测电路包括幅度差分放大器、一差分转单端放大器、一低通滤波电路以及一控制执行电路，其中该幅度差分放大器连接于该压控振荡电路，用于将振荡信号放大并完成幅度检波，该差分转单端放大器连接该幅度差分放大器，以将检波信号进一步放大并转换为单端输出，该低通滤波电路用于将放大后的检波信号进行平滑，该控制执行电路用于将平滑后的检波信号输入至控制栅极实现对控制管的阻抗调节；
该幅度差分放大器包括第三电容、第四电容、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、接成二极管的第八NMOS管以及接成二极管的第九NMOS管，该第四PMOS管源极接电源，漏极接该第五PMOS管与第六PMOS管的源极，栅极接该压控振荡电路以将其偏置电流从漏极接至该第五PMOS管与第六PMOS管的源极，该第五PMOS管栅极通过第一电阻接偏置电压，并通过该第三电容与该压控振荡电路的输出节点相连，漏极接该第八NMOS管的栅极、漏极以及该差分转单端放大器，该第六PMOS管栅极通过第二电阻接偏置电压，并通过该第四电容与该压控振荡电路的另一输出节点相连，漏极接该第九NMOS管的栅极、漏极以及该差分转单端放大器。
2.如权利要求1所述的一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，其特征在于：该差分转单端放大器包括第十二PMOS管、第十三PMOS管与第十NMOS管、第十一NMOS管，该第十NMOS管的漏极接该第十二PMOS管的漏极和该第十三PMOS管的栅极，栅极接该第五PMOS管的漏极与该第八NMOS管的栅极、漏极，该第十一NMOS管的漏极接该第十三PMOS管的漏极及该低通滤波电路，栅极接该第六PMOS管的漏极与该第九NMOS管的栅极、漏极，该第十二PMOS管和第十三PMOS管背靠背连接组成恒流源负载。
3.如权利要求2所述的一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，其特征在于：该低通滤波电路包括一第三电阻及第二电容，该第三电阻的一端接该第十三PMOS管与该第十一NMOS管的漏极，另一端通过该第二电容接地，并与该控制执行电路相连。
4.如权利要求3所述的一种自适应偏置的低功耗电流复用电感电容压控振荡器，其特征在于：该控制执行电路包括该控制管，该控制管漏极接该压控振荡电路，源极接地，栅极接该第三电阻与该第二电容。
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