CN107147364B - 一种双模态振荡器的谐振电路 - Google Patents

一种双模态振荡器的谐振电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双模态振荡器的谐振电路，包含第一振荡回路、第二振荡回路和一个振荡器，所述第一振荡回路和第二振荡回路分别连接振荡器的两端，形成双模态振荡结构；每个振荡回路由调谐放大器组成，通过调谐放大器实现调节振荡回路的增益，同时，利用两个振荡回路和调谐放大器首尾相连来隔离两个振荡回路的电感电容器件,调谐放大器的中心频率和所在的振荡回路得到的模态频率相同，每个振荡回路还可以有一个级或者多个级，级的个数取决于所需要的稳定性和频率筛选特性。本发明的双模态振荡器的谐振电路，是具有良好稳定性和频率筛选性的双模态振荡电路。

Description

一种双模态振荡器的谐振电路
[技术领域]
本发明涉及一种谐振电路，具体涉及一种双模态振荡器的谐振电路。
[背景技术]
振荡器包括石英晶体振荡器、微机电系统(MEMS)，微波器件振荡器、声波振荡器等被广泛用于提供时钟基准；除此之外，也被用于测量传感，监测温度、压力、液体和气体密度等。双模态振荡器具有多个谐振频率，这些频率接近基波的倍数，但与其不同。与单模态振荡器相比，双模态振荡器可以利用多个写真频率不同的物理特性，从而实现更高的精确度、灵敏度、线性度等。
在众多振荡电路中，有一种代表性的双模态振荡电路是用单增益回路来提供双模振荡(即振荡在两个不同的频率)，然后利用滤波器来筛选出两个频率的信号。这种双模振荡电路结构简单、面积小、功耗低。然而，这种振荡电路是非常不稳定的，极容易被锁频到单一频率。此外，所涉及到的滤波电路非常难实现，因为此滤波器必须能够区别出高模态振荡频率和基波的高次谐波。
其他类型的双模态振荡器用到两个增益回路；如其中一个回路振荡在本振频率，另外一个回路振荡在高次模态。这种双模态振荡电路又可以分为三类。第一种用了两个考毕子(Colpitts)类型振荡电路和两个窄带滤波器。这种双模振荡电路非常可靠，因为由于窄带滤波器的关系，每个回路表现出了非常好的频率选择特性。然而，窄带滤波器价格昂贵，且无法与硅基电路集成。第二种利用了两个共基/栅电感-电容振荡电路，两个基/栅极接到同一个振荡器上。第三种用了两个巴特勒电感-电容振荡电路，并在射/源极接到同一个振荡器上，振荡器作为负反馈器件。对第二种和第三种来说，对非需要频率的抑制决定于不同回路中电感电容期间的特性。然而，这两种电路频率可靠性差，特别是在单片硅基集成电路中，电感的品质因子低，使电路非常不稳定。因此，具有良好稳定性和频率筛选性的双模态振荡电路是急需的。
[发明内容]
针对上述现有技术的不足，本发明提供具有良好稳定性、良好频率筛选性、全硅基电路集成的种双模态振荡器的谐振电路。
一种双模态振荡器的谐振电路，包含第一振荡回路、第二振荡回路和一个振荡器，所述第一振荡回路和第二振荡回路分别连接振荡器的两端，形成双模态振荡结构。
进一步地，每个振荡回路由调谐放大器组成，通过调谐放大器实现调节振荡回路的增益，同时，利用两个振荡回路和振荡器首尾相连来隔离两个振荡回路的电感电容器件。
进一步地，所述调谐放大器的中心频率和所在的振荡回路得到的模态频率相同。
进一步地，每个振荡回路还可以有一个级或者多个级，级的个数取决于所需要的稳定性和频率筛选特性。
进一步地，输出信号在最后一级的输入端获得的信号幅值为最大最纯净。
本发明的双模态振荡器的谐振电路，是具有良好稳定性和频率筛选性的双模态振荡电路。
[附图说明]
图1是本发明原理结构图。
图2是本发明实施例。
[具体实施方式]
为了使本发明实现的技术手段清晰明了，下面进一步阐述本发明。
如图1所示，此结构具有两条由调谐放大器组成的增益回路。两个回路首尾相连。在本发明中，两个振荡回路(Loop)接到振荡器(Resonator)的两端，形成双模态振荡结构。每个回路全部由调谐放大器(Tuned Amplifier)组成。良好的频率稳定性可以通过级联更多的调谐放大器来实现。调谐放大器的中心频率和此回路想得到的模态频率相同。在每个回路中，可以有一个级(Stage)或者多个级；级的个数取决于所需要的稳定性和频率筛选特性。输出信号可以从任何一个节点得到，但是从最后一级的输入端(如图1)获得是最佳的，因为，在这个节点信号的幅值是最大的也是最纯净的。回路增益通过调节每一级调谐放大器的增益实现。调谐振荡器本身具有隔离输入端和输出端的特性；同时，利用两个回路和振荡器首尾相连特性来隔离两个回路的电感电容器件。
实施例
图2描述了一个本发明的设计实例。这是一个双模态振荡电路它有两个回路，每个回路中有各有两个调谐放大器。双模态振荡电路能够产生两个不同频率的振荡信号f1、f2，f1、f2由石英晶体振荡器或微机电系统的振荡器(Resonator)决定。每个回路的增益可以通过调节调谐放大器的基准电压实现。该实施例中，M1、M2、M3和M4是N型的MOS管，用来提供负载电阻。VDD是电源电压。CDC是隔直电容，用来隔离每一级放大器的直流偏置。CDC对于谐振频率信号时短路的。CL是位于晶体/微机电系统振荡器两端的负载电容，用来调节振荡器的稳定性，牵引系数,谐振模式(串联谐振或并联谐振)等。其中电感L1、L2和电容C1、C2构成电感电容谐振腔。电感电容谐振腔和相应的MOS管构成调谐振荡器。其中L1、C1构成的LC tank中心频率与f1相同；L2、C2构成的LC tank中心频率与f2相同。因此，由L1、C1、M1、M2构成的环路1(Loop 1)能够振荡在f1频率，信号可以从M1和M2两极之间抽出，即输出频率-1。由L2、C2、M3、M4构成的环路2(Loop 2)能够振荡在f2频率，信号可以从M3和M4两极之间抽出，即FOUT2。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双模态振荡器的谐振电路，其特征在于：所述谐振电路由第一振荡回路、第二振荡回路和一个振荡器组成，所述第一振荡回路和第二振荡回路分别连接振荡器的两端，形成双模态振荡结构；每个振荡回路由调谐放大器组成，通过调谐放大器实现调节振荡回路的增益，同时，利用两个振荡回路和所述振荡器首尾相连来隔离两个振荡回路的电感电容器件。
2.根据权利要求1所述的一种双模态振荡器的谐振电路，其特征在于：所述调谐放大器的中心频率和所在的振荡回路得到的模态频率相同。
3.根据权利要求1所述的一种双模态振荡器的谐振电路，其特征在于：每个振荡回路还可以有一个级或者多个级，级的个数取决于所需要的稳定性和频率筛选特性。
4.根据权利要求3所述的一种双模态振荡器的谐振电路，其特征在于：输出信号在最后一级的输入端获得的信号幅值为最大最纯净。
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