CN107800387A - 一种振幅控制电路及电感电容压控振荡器电路 - Google Patents

一种振幅控制电路及电感电容压控振荡器电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种振幅控制电路，包括：振幅提取电路，连接振幅检测电路，用于提取交流振幅信号，将所述交流振幅信号发送到所述振幅检测电路；所述振幅检测电路，连接比较电路，用于将所述交流振幅信号转换为直流信号，并将所述直流信号发送到所述比较电路；比较基准产生电路，连接所述比较电路，用于产生基准信号，并将所述基准信号发送到所述比较电路；所述比较电路连接低通滤波电路，用于对所述直流信号与所述基准信号进行比较后，产生对应的控制信号，并将所述控制信号发送到低通滤波电路；所述低通滤波电路对控制信号进行滤波后输出。本发明的振幅控制电路电路功耗低且电路稳定、相位噪声低。

Description

一种振幅控制电路及电感电容压控振荡器电路
技术领域
本发明属于射频电路领域，具体涉及一种振幅控制电路及电感电容压控振荡器电路。
背景技术
随着射频CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)工艺的发展，越来越多的射频电路模块，如LNA(Low Noise Amplifier,低噪声放大器)、LCVCO(LC Voltage-Controlled Oscillator,电感电容压控振荡器)等可以在芯片上实现。目前，芯片的功耗成为一个越来越重要的指标，为了降低LCVCO的功耗，可适当减小LCVCO的振幅，使用更小的LCVCO尾电流。但是简单直接的减小LCVCO的尾电流，减小了LCVCO的振幅，可能造成LCVCO不能起振。此外，当LCVCO工作时，由于生产工艺的偏差，电压、温度的变化，以及LCVCO谐振腔中电感或电容的变化会使得LCVCO的振荡频率发生变化，从而造成振荡器振幅的变化，进而影响电路的稳定性，给电路增加额外的相位噪声。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种能够降低电路功耗且电路稳定、相位噪声低的振幅控制电路及电感电容压控振荡器电路。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种振幅控制电路，包括：振幅提取电路，连接振幅检测电路，用于提取交流振幅信号，将所述交流振幅信号发送到所述振幅检测电路；
所述振幅检测电路，连接比较电路，用于将所述交流振幅信号转换为直流信号，并将所述直流信号发送到所述比较电路；
比较基准产生电路，连接所述比较电路，用于产生基准信号，并将所述基准信号发送到所述比较电路；
所述比较电路连接低通滤波电路，用于对所述直流信号与所述基准信号进行比较后，产生对应的控制信号，并将所述控制信号发送到低通滤波电路；
所述低通滤波电路对控制信号进行滤波后输出。
进一步地，所述振幅提取电路具体包括：第一电容，所述第一电容两端分别连接第一振幅信号输入端、第一电阻一端，所述第一电容连接所述第一电阻的一端还连接到所述振幅检测电路；所述第一电阻另一端连接第二电阻一端、第三电阻一端、第一MOS管的D极；所述第三电阻另一端连接电源端；所述第一MOS管的G极连接驱动电压端、S极接地；所述第二电阻另一端连接第二电容一端；所述第二电容另一端连接第二振幅信号输入端，所述第二电容连接所述第二电阻的一端还连接到所述振幅检测电路。
进一步地，所述振幅检测电路具体包括：第二MOS管，所述第二MOS管的D极连接电源端，所述第二MOS管的G极连接在所述第一电容与所述第一电阻之间，所述第二MOS管的S极连接第四电阻一端、第三MOS管的S极、第三电容一端；所述第四电阻另一端接地，所述第三电容另一端连接电源端；所述第三电容连接所述第四电阻的一端还连接到所述比较电路；所述第三MOS管的G极连接在所述第二电阻与第二电容之间，所述第三MOS管的D极连接电源端。
进一步地，所述比较基准产生电路具体包括：第四MOS管，所述第四MOS管的G极连接驱动电压端，所述第四MOS管的S极接地，所述第四MOS管的D极连接第五电阻一端、第五MOS管的G极；所述第五电阻另一端连接电源端；所述第五MOS管的D极连接电源端，所述第五MOS管的S极连接第六电阻一端、第四电容一端；所述第六电阻另一端接地，所述第四电容另一端连接电源端；所述第四电容连接所述第六电阻的一端还连接到所述比较电路。
进一步地，所述比较电路包括一运算放大器，所述运算放大器同相输入端连接所述振幅检测电路信号输出端，反相输入端连接所述比较基准产生电路信号输出端。
进一步地，所述低通滤波电路包括一滤波电容。
本发明同时提供一种电感电容压控振荡器电路，包括LCVCO电路，还包括本发明所述的振幅控制电路，所述振幅控制电路以负反馈方式连接所述LCVCO电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的振幅控制电路首先提取振幅信息，通过振幅检测电路将振幅信息转换为直流电平，然后通过运算放大器将该直流电平与参考基准进行比较，比较后的输出信号作为振荡器控制信号，由此来调节振荡器尾电流的大小，从而形成负反馈控制回路。本发明的电路通过负反馈控制振荡器的振幅频率，使得振荡器起振能力增强的同时降低功耗，且输出稳定振幅，提高振荡器的稳定性以及相位噪声性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的振幅控制电路模块框图；
图2为本发明实施例提供的振幅提取电路图；
图3为本发明实施例提供的振幅检测电路图；
图4为本发明实施例提供的比较基准产生电路图；
图5为本发明实施例提供的振幅控制电路图；
图6为本发明实施例提供的电感电容压控振荡器电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例一
图1为本发明实施例提供的振幅控制电路模块框图，包括：
振幅提取电路1，连接振幅检测电路2，用于提取交流振幅信号，将所述交流振幅信号发送到所述振幅检测电路2；
所述振幅检测电路2，连接比较电路4，用于将所述交流振幅信号转换为直流信号，并将所述直流信号发送到所述比较电路4；
比较基准产生电路3，连接所述比较电路4，用于产生基准信号，并将所述基准信号发送到所述比较电路4；
所述比较电路4连接低通滤波电路5，用于对所述直流信号与所述基准信号进行比较后，产生对应的控制信号，并将所述控制信号发送到低通滤波电路5；
所述低通滤波电路5对控制信号进行滤波后输出。
本发明的振幅控制电路首先提取振幅信息，通过振幅检测电路将振幅信息转换为直流电平，然后通过运算放大器将该直流电平与参考基准进行比较，比较后的输出信号作为振荡器控制信号，由此来调节振荡器尾电流的大小，从而形成负反馈控制回路。本发明的电路通过负反馈控制振荡器的振幅频率，使得振荡器起振能力增强的同时降低功耗，且输出稳定振幅，提高振荡器的稳定性以及相位噪声性能。
在一个具体实施方式中，参看图2，所述振幅提取电路具体包括：第一电容C1，所述第一电容C1两端分别连接第一振幅信号输入端Von、第一电阻R1一端，所述第一电容C1连接所述第一电阻R1的一端还连接到所述振幅检测电路2；所述第一电阻R1另一端连接第二电阻R2一端、第三电阻R3一端、第一MOS管M1的D极；所述第三电阻R3另一端连接电源端VDD；所述第一MOS管M1的G极连接驱动电压端Vb、S极接地；所述第二电阻R2另一端连接第二电容C2一端；所述第二电容C2另一端连接第二振幅信号输入端Vop，所述第二电容C2连接所述第二电阻R2的一端还连接到所述振幅检测电路2。
在一个具体实施方式中，参看图3，所述振幅检测电路具体包括：第二MOS管M2，所述第二MOS管M2的D极连接电源端VDD，所述第二MOS管M2的G极连接在所述第一电容C1与所述第一电阻R1之间，所述第二MOS管M2的S极连接第四电阻R4一端、第三MOS管的S极、第三电容C3一端；所述第四电阻R4另一端接地，所述第三电容C3另一端连接电源端VDD；所述第三电容C3连接所述第四电阻R4的一端还连接到所述比较电路4；所述第三MOS管的G极连接在所述第二电阻R2余第二电容C2之间，所述第三MOS管的D极连接电源端VDD。
在一个具体实施方式中，参看图4，所述比较基准产生电路具体包括：第四MOS管M4，所述第四MOS管M4的G极连接驱动电压端Vb，所述第四MOS管M4的S极接地，所述第四MOS管M4的D极连接第五电阻R5一端、第五MOS管M5的G极；所述第五电阻R5另一端连接电源端VDD；所述第五MOS管M5的D极连接电源端VDD，所述第五MOS管M5的S极连接第六电阻R6一端、第四电容C4一端；所述第六电阻R6另一端接地，所述第四电容C4另一端连接电源端VDD；所述第四电容C4连接所述第六电阻R6的一端还连接到所述比较电路4。
在一个具体实施方式中，所述比较电路包括一运算放大器，所述运算放大器同相输入端连接所述振幅检测电路信号输出端，反相输入端连接所述比较基准产生电路信号输出端。
在一个具体实施方式中，所述低通滤波电路包括一滤波电容。
本发明同时提供一种电感电容压控振荡器电路，包括LCVCO电路，还包括本发明所述的振幅控制电路，所述振幅控制电路以负反馈方式连接所述LCVCO电路。
具体参看图5、图6，该电路工作过程如下：
首先，振幅提取电路中的两个大电容C1、C2将Von和Vop处差分的振幅信号无损失的耦合到X和Y处。X和Y点的直流电平由电阻R1、R2和底下的NMOS管M1偏置产生，X、Y点与M点分别通过电阻R1、R2、R3连接，阻隔了高频的交流信号，X、Y以及M三点具有相同的直流电平Vm。
然后X、Y两点的差分交流信号分别连接振幅检测电路的两个NMOS管M2、M3的栅端，M2、M3的源端相连，该源端连接由电阻R4和电容C3组成的低通滤波网络，产生一个表征振幅大小的直流电平VA。当LCVCO振幅较大，则两个NMOS管M2、M3的导通角增大，且导通时NMOS管的平均栅电压更大，产生更大的源漏电流，使得VA增大；当LCVCO振幅较小，则两个NMOS管M2、M3的导通角减小，且导通时NMOS管的平均栅电压减小，产生较小的源漏电流，使得VA减小。
比较基准产生电路的直流偏置VN由一个电阻R5和NMOS管M4产生，VN作为M5管的栅电压，M5管的源端连接电阻R6和电容C4组成的低通滤波网络，在M5管源端产生一个比较基准电压VB。比较基准电压VB的值可以通过改变MOSM5以及电阻R6的参数进行改变，具体根据电路应用场景决定。
运算放大器的正输入端为比较基准VB，负输入端为VA，保证回路为负反馈机制。运放的输出端VOUT经过大电容低通滤波之后连接LCVCO的栅端，作为尾电流栅端控制信号。
振幅控制电路与LCVCO形成闭环负反馈机制，当LCVCO没有起振时，限幅控制电路会输出一个大的栅电压，极大的增加振荡器尾电流，使得振荡器迅速起振；当振幅超出设定值，振幅控制电路输出的控制电压减小，使振荡器尾电流减小从而将振幅缩小；当振幅小于设定值，振幅控制电路输出的控制电压增大，使振荡器尾电流增加从而将振幅增大。
振幅控制电路使得LCVCO在起振阶段具有较大电流，而正常工作时尾电流较小，提高振荡器的起振能力并具有低功耗。该电路通过负反馈控制机制使得振荡器的输出振幅稳定，在工艺偏差、电压、温度、工作频率发生变化时保持不变，提高电路的稳定性和相位噪声性能。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (7)

1.一种振幅控制电路，其特征在于，包括：
振幅提取电路(1)，连接振幅检测电路(2)，用于提取交流振幅信号，将所述交流振幅信号发送到所述振幅检测电路；
所述振幅检测电路(2)，连接比较电路(3)，用于将所述交流振幅信号转换为直流信号，并将所述直流信号发送到所述比较电路；
比较基准产生电路(3)，连接所述比较电路(4)，用于产生基准信号，并将所述基准信号发送到所述比较电路；
所述比较电路(4)连接低通滤波电路(5)，用于对所述直流信号与所述基准信号进行比较后，产生对应的控制信号，并将所述控制信号发送到低通滤波电路；
所述低通滤波电路(5)对控制信号进行滤波后输出。
2.根据权利要求1所述的振幅控制电路，其特征在于，所述振幅提取电路(1)包括：第一电容(C1)，所述第一电容(C1)两端分别连接第一振幅信号输入端(Von)及第一电阻(R1)一端，所述第一电容(C1)连接所述第一电阻(R1)的一端还连接到所述振幅检测电路(2)；所述第一电阻(R1)另一端分别连接第二电阻(R2)一端、第三电阻(R3)一端及第一MOS管(M1)的漏极；所述第三电阻(R3)另一端连接电源端(VDD)；所述第一MOS管(M1)的栅极连接驱动电压端(Vb)且其源极连接接地端(GND)；所述第二电阻(R2)另一端连接第二电容(C2)一端；所述第二电容(C2)另一端连接第二振幅信号输入端(Vop)，所述第二电容(C2)连接所述第二电阻(R2)的一端还连接到所述振幅检测电路(2)。
3.根据权利要求2所述的振幅控制电路，其特征在于，所述振幅检测电路(2)包括：第二MOS管(M2)，所述第二MOS管(M2)的D极连接电源端(VDD)，所述第二MOS管(M2)的G极连接在所述第一电容(C1)与所述第一电阻(R1)之间，所述第二MOS管(M2)的S极连接第四电阻(R4)一端、第三MOS管的S极、第三电容(C3)一端；所述第四电阻(R4)另一端接地，所述第三电容(C3)另一端连接电源端(VDD)；所述第三电容(C3)连接所述第四电阻(R4)的一端还连接到所述比较电路(4)；所述第三MOS管的G极连接在所述第二电阻(R2)与第二电容(C2)之间，所述第三MOS管的D极连接电源端(VDD)。
4.根据权利要求3所述的振幅控制电路，其特征在于，所述比较基准产生电路(3)包括：第四MOS管(M4)，所述第四MOS管(M4)的G极连接驱动电压端(Vb)，所述第四MOS管(M4)的S极接地，所述第四MOS管(M4)的D极连接第五电阻(R5)一端、第五MOS管(M5)的G极；所述第五电阻(R5)另一端连接电源端(VDD)；所述第五MOS管(M5)的D极连接电源端(VDD)，所述第五MOS管(M5)的S极连接第六电阻(R6)一端、第四电容(C4)一端；所述第六电阻(R6)另一端接地，所述第四电容(C4)另一端连接电源端(VDD)；所述第四电容(C4)连接所述第六电阻(R6)的一端还连接到所述比较电路(4)。
5.根据权利要求4所述的振幅控制电路，其特征在于，所述比较电路(4)包括一运算放大器，所述运算放大器同相输入端连接所述振幅检测电路信号输出端，反相输入端连接所述比较基准产生电路信号输出端。
6.根据权利要求5所述的振幅控制电路，其特征在于，所述低通滤波电路(5)包括一滤波电容。
7.一种电感电容压控振荡器电路，包括LCVCO电路，其特征在于，还包括如权利要求1-6任一项所述的振幅控制电路，所述振幅控制电路以负反馈方式连接所述LCVCO电路。
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