CN108449083A - 一种自适应易启动的振荡器幅度控制电路 - Google Patents

一种自适应易启动的振荡器幅度控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种自适应易启动的振荡器幅度控制电路，包括电压电流转换电路、低压差线性稳压器LDO；所述电压电流转换电路连接振荡器的MOS管，通过改变MOS管的栅源电压，MOS管的漏源电流也会变化，这就是MOS管的跨导特性；电压电流转换电路利用MOS管的跨导特性，将振荡幅度的电压信息转换成电流信息，当振荡器幅度越大，电压电流转换电路输出电流越大；所述低压差线性稳压器LDO，用于给振荡器的负阻单元提供电源电压。本发明提出的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，可以灵活的控制晶体振荡器的振荡幅度以达到节省功耗，提高频率稳定度的目的。并且本发明不需要使用功耗大，面积大的峰值电压检测电路以及配套的数字算法，以很小的开销实现了相同的功能。

Description

一种自适应易启动的振荡器幅度控制电路
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，涉及一种晶体振荡器，尤其涉及一种自适应易启动的振荡器幅度控制电路。
背景技术
晶体振荡器广泛应用于各种电路中，为数字电路提供高性能的时钟信号，为射频电路提供参考频率。电容三点式晶体振荡器搭配石英晶体谐振器以其高频率精度，高频率稳定度，低噪声，低功耗，低成本适用于大多数现代集成电路。
在晶体振荡器的设计中，振荡幅度的设计是一个需要特别注意的地方。因为晶体振荡器的幅度会影响其功耗以及频率稳定度，并且振荡幅度过大也会产生更多的谐波分量，这会使得晶体振荡器可能谐振在不希望的频率上【参考文献1：Vittoz E A,DegrauweM,Bitz S,et al.High-performance crystal oscillator circuits:theory andapplication[J].IEEE Journal of Solid-state Circuits,1988,23(3):774-783.】。
传统的设计方式大多是通过电压幅度检测电路检测振荡器振荡幅度，将振荡幅度大小与预先指定的值进行比较，如果幅度过大则通过反馈电路减小振荡器负阻值，如果幅度过小则增大振荡器负阻值，直到振荡器振荡幅度满足设计要求。
图1、图2是两种常见的带幅度控制电路的晶体振荡器。
图1所示电路通过改变R1阻值来改变反相器提供的负阻值。峰值检测电路(peakdetector circuit)将xtal_in以及xtal_out信号峰值幅度和预先设置的参考电压(vref_high和vref_low)进行比较，如果xtal_in或者xtal_out幅度大于vref_high，峰值检测电路输出控制字使得可变电阻R1阻值变大；如果xtal_in或者xtal_out幅度小于vref_low，峰值检测电路输出控制字使得可变电阻R1阻值变小；如果xtal_in或者xtal_out幅度介于vref_low和vref_high之间，此时保持R1阻值不变。
图2所示电路由一个低压差线性稳压器(LDO)为反相器提供电源电压，其电压幅度检测电路的输出通过控制R1和R2的电阻比值从而控制振荡器的负阻。
该电路的缺点在于1)峰值检测电路会带来额外的面积的开销，特别是在振荡频率低的情况下，需要更大的低通滤波电阻电容；2)峰值检测电路消耗的功耗比较大，甚至有可能和振荡器本身功耗相当，在对功耗敏感的电路中，需要设计额外电路将峰值检测电路关断。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的晶体振荡器控制电路，以便克服现有晶体振荡器控制电路存在的上述缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种自适应易启动的振荡器幅度控制电路，可灵活的控制晶体振荡器的振荡幅度以达到节省功耗，提高频率稳定度。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种自适应易启动的振荡器幅度控制电路，所述幅度控制电路包括：电压电流转换电路、低压差线性稳压器LDO；所述电压电流转换电路连接低压差线性稳压器LDO；
所述电压电流转换电路连接振荡器的MOS管，通过改变MOS管的栅源电压，MOS管的漏源电流也会变化，这就是MOS管的跨导特性；电压电流转换电路利用MOS管的跨导特性，将振荡幅度的电压信息转换成电流信息，当振荡器幅度越大，电压电流转换电路输出电流越大；
所述低压差线性稳压器LDO，用于给振荡器的负阻单元提供电源电压；
所述电压电流转换电路与低压差线性稳压器LDO形成负反馈环路的一部分，负反馈环路由振荡器，电压电流转换电路和LDO组成；负反馈环路用于控制振荡器输出电压幅度；假设振荡器输出幅度由于受到干扰变大，该扰动会在振荡幅度上叠加一个正的误差分量x，电压电流转换电路输出电流变大，低压差线性稳压器LDO输出电压变低，此时振荡器由于负阻单元电源电压变低，会导致振荡器振荡幅度上叠加一个负的误差分量y，这个负的误差分量y会抵消正的误差分量x，使得振荡器振荡幅度不变；
在用反相器做负阻单元的振荡器中，振荡器振荡幅度和反相器电源电压正相关；反相器电源电压越高，振荡幅度越大；反相器电源电压越低，振荡幅度越小；所述幅度控制电路检测振荡器振荡幅度，并以此为依据调节反相器电源电压，当振荡幅度过大时，降低反相器电源电压；当振荡幅度过小时，增加反相器电源电压。
所述反相器是振荡器中提供负阻的放大管。
作为本发明的一种优选方案，所述电压电流转换电路包括第三N型MOS管Mn3、第一P型MOS管Mp1、第一N型MOS管Mn1；
所述第三N型MOS管Mn3的栅极、第三N型MOS管Mn3的漏极连接低压差线性稳压器LDO；
所述第三N型MOS管Mn3的源极分别连接第一P型MOS管Mp1的源极、第一N型MOS管Mn1的漏极；
所述第一P型MOS管Mp1的栅极连接第一N型MOS管Mn1的栅极；第一P型MOS管Mp1的漏极接地，第一N型MOS管Mn1的源极接地。
作为本发明的一种优选方案，所述低压差线性稳压器LDO包括电流源Idc、第二N型MOS管Mn2、第五N型MOS管Mn5、第二P型MOS管Mp2和第四N型MOS管Mn4；
所述电流源Idc连接第二N型MOS管Mn2的漏极，第二N型MOS管Mn2的源极接地，第二N型MOS管Mn2的栅极分别连接第二P型MOS管Mp2的栅极、第二P型MOS管Mp2的漏极、第五N型MOS管Mn5的栅极、第五N型MOS管Mn5的漏极，第五N型MOS管Mn5的源极接地；
所述第四N型MOS管Mn4的栅极连接所述电压电流转换电路；第四N型MOS管Mn4的源极连接第二P型MOS管Mp2的源极。
作为本发明的一种优选方案，所述负反馈环路包括电压电流转换电路、低压差线性稳压器LDO、第三P型MOS管Mp3、第六N型MOS管Mn6、振荡器；
所述电压电流转换电路包括第三N型MOS管Mn3、第一P型MOS管Mp1、第一N型MOS管Mn1、第一电容C1；
所述低压差线性稳压器LDO包括电流源Idc、第二N型MOS管Mn2、第五N型MOS管Mn5、第二P型MOS管Mp2、第四N型MOS管Mn4、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4；
所述第三N型MOS管Mn3的栅极分别连接第三N型MOS管Mn3的漏极、第一电容C1的第一端、第四N型MOS管Mn4的栅极；第一电容C1的第二端接地；所述第三N型MOS管Mn3的源极分别连接第一P型MOS管Mp1的源极、第一N型MOS管Mn1的漏极；所述第一P型MOS管Mp1的栅极连接第一N型MOS管Mn1的栅极；第一P型MOS管Mp1的的漏极接地，第一N型MOS管Mn1的源极接地；
所述电流源Idc连接第二N型MOS管Mn2的漏极，第二N型MOS管Mn2的源极接地，第二N型MOS管Mn2的栅极分别连接第二P型MOS管Mp2的栅极、第二P型MOS管Mp2的漏极、第五N型MOS管Mn5的栅极、第五N型MOS管Mn5的漏极，第五N型MOS管Mn5的源极接地；所述第四N型MOS管Mn4的栅极连接所述电压电流转换电路；第四N型MOS管Mn4的源极连接第二P型MOS管Mp2的源极、第三P型MOS管Mp3的源极、第二电容C2的第一端；第二电容C2的第二端接地；
第三P型MOS管Mp3的栅极分别连接第六N型MOS管Mn6的栅极、振荡器的第一端、第三电容C3的第一端；第三电容C3的第二端接地；第三P型MOS管Mp3的漏极分别连接第六N型MOS管Mn6的漏极、振荡器的第二端、第四电容C4的第一端；第四电容C4的第二端接地；第六N型MOS管Mn6的源极接地。
作为本发明的一种优选方案，所述幅度控制电路包括反相器、电压电流转换电路v2i和第一MOS管M1；
所述反相器的输入端连接晶体振荡器的第一端、电压电流转换电路的第三接口、第一电容的第一端、第三电阻的第一端，第一电容的第二端接地；
所述反相器的输出端连接晶体振荡器的第二端、电压电流转换电路的第二接口、第二电容的第一端、第三电阻的第二端，第二电容的第二端接地；
所述反相器的接地端接地，反相器的第四端连接第一MOS管M1的源极、第一电阻R1的第一端；
所述第一MOS管M1的栅极连接电压电流转换电路的第一接口、第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端、功放的负极输入端、功放的输出端；第二电阻R2的第二端接地；
所述晶体振荡器的第一端对应xtal_in电压，晶体振荡器的第二端对应xtal_out电压；第一MOS管M1的源极对应vsup电压，第一MOS管M1的栅极对应vgate电压。
作为本发明的一种优选方案，所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还连接有至少一N型MOS管。
作为本发明的一种优选方案，所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还串接有至少一二极管连接形式的N型MOS管。
作为本发明的一种优选方案，所述第一N型MOS管Mn1的源极与地之间还设有至少一P型MOS管。
作为本发明的一种优选方案，所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还串接有至少一二极管连接形式的N型MOS管。
作为本发明的一种优选方案，所述第四N型MOS管Mn4的源极与第二P型MOS管Mp2的源极之间还连接有至少一P型MOS管。
作为本发明的一种优选方案，所述第四N型MOS管Mn4的源极与第二P型MOS管Mp2的源极之间还串接有至少一二极管连接形式的P型MOS管。
本发明的有益效果在于：本发明提出的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，可以灵活的控制晶体振荡器的振荡幅度以达到节省功耗，提高频率稳定度的目的。并且本发明不需要使用功耗大，面积大的峰值电压检测电路以及配套的数字算法，以很小的开销实现了相同的功能。
本发明提出了一种新的控制晶体振荡器振荡幅度的方法，并且给出了其中一些电路实现。本发明提出的方法并不限于由mos管构成的v2i电路，也可以应用于由三极管构成的v2i电路。本发明可以应用于多种无线通讯、有线通讯的接收机，为其提供参考频率信号，也能应用于MCU，CPU等数字电路，为其提供时钟信号。
(1)本发明搭配该电路的振荡器输出电压在各个工艺角和温度下都为正弦波，能较好的消除工艺角和温度的影响；(2)该幅度控制电路在振荡器未起振时不会介入，在振荡器起振后能控制振荡幅度，因而能设计较大的振荡器负阻使得振荡器更加易于启动；(3)该电路额外增加的功耗和面积开销远小于振荡器本身开销；(4)该幅度控制电路使用的器件(Mn3，Mp1，Mn1)能够跟踪主电路器件(Mn4，Mp3，Mn6)随工艺和温度的变化，有良好的鲁棒性。
附图说明
图1为常见带幅度控制电路的晶体振荡器的组成示意图。
图2为另一常见带幅度控制电路的晶体振荡器的组成示意图。
图3为本发明晶体振荡器幅度控制电路的电路示意图。
图4为本发明晶体振荡器幅度控制电路中v2i电路传输特性曲线示意图。
图5为实施例一中本发明晶体振荡器幅度控制电路的电路示意图。
图6为实施例二中本发明晶体振荡器幅度控制电路的电路示意图。
图7为实施例三中本发明晶体振荡器幅度控制电路的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图3，本发明揭示了一种高效的晶体振荡器幅度控制电路。该电路有如下优点：1)搭配该电路的振荡器输出电压在各个工艺角和温度下都为正弦波，能较好的消除工艺角和温度的影响；2)该幅度控制电路在振荡器未起振时不会介入，在振荡器起振后能控制振荡幅度，因而能设计较大的振荡器负阻使得振荡器更加易于启动；3)该电路额外增加的功耗和面积开销远小于振荡器本身开销；4)如Fig2.2电路所示，该幅度控制电路使用的器件(Mn3，Mp1，Mn1)能够跟踪主电路器件(Mn4，Mp3，Mn6)随工艺和温度的变化，有良好的鲁棒性。
本电路的核心思想是将振荡幅度的电压信号转换成电流信号，利用了MOS管电压电流的非线性特性【参考文献2：Vittoz E A,Fellrath J.CMOS analog integratedcircuits based on weak inversion operations[J].IEEE Journal of Solid-stateCircuits,1977,12(3):224-231.】，用该电流控制提供负阻的反相器的电源电压。
如图3所示，xtal_in和xtal_out电压通过一个电压电流转换电路，连接至vgate处。该电压电流转换电路的输入输出特性如图4所示，当输入电压幅度小于Vth_v2i时，输出电流约等于0，当输入电压大于Vth_v2i时，输出电流迅速增大。电路工作过程如下：当电路上电开始工作，振荡器输出正在建立时，xtal_in和xtal_out的振荡幅度很小(xtal_in和xtal_out电压在Vth_v2i附近)，电压电流转换电路从vgate处几乎不抽取电流，vsup电压由LDO决定，一般设计vsup电压足够高，使得电路能够快速振荡。当振荡幅度越来越大，v2i电路从vgate处抽取电流越来越多，运放逐渐失去作用，LDO环路被打断，新的幅度控制环路由反相器，v2i和M1组成。如果振荡幅度过大，v2i电路从vgate抽取更多电流，vgate处电压变低，导致vsup变低，此时反相器提供的负阻变小，使得振荡幅度减小，由此构成一个负反馈环路，控制xtal_in和xtal_out的幅度。
请参阅图5，该晶体振荡器由LDO，幅度控制电路和反相器组成。所述反相器是振荡器中提供负阻的放大管。图中LDO用最简单的单管共源共栅放大器作为放大器，用两个二极管连接的mos管代替电阻分压负反馈。Vsup_xtal直流电压等于两个二极管串联电压。
如图5所示，在直流工作点时：
Vsup_xtal＝VsgMp2+VgsMn5 (1)
Vxtal_in＝Vxtal_out＝Vgs_Mn6＝Vsup_xtal-VsgMp3 (2)
Vgate_ldo＝Vsup_xtal+VgsMn4 (3)
通过合理选择Mn3的尺寸，使得：
VgsMn3＝VgsMn4 (4)
有(1-4)可得：
VgsMn1＝VgsMn5＝VgsMn6 (5)
VsgMp1＝VsgMp2＝VsgMp3 (6)
根据图5中所标识的mos管尺寸(A，B是大于1的整数)：
电路中电流关系如下：
IdsMp3＝IdsMn6＝B×IdsMp2＝B×IdsMn5＝B×IdsMn2＝AB×IdsMp1＝AB×IdsMn1
从上一个式子可以得到，此幅度控制电路消耗的dc电流(IdsMp1+IdsMn1)为提供负阻的反相器的dc电流(IdsMp3)的倍。如果取A＝B＝10，则幅度控制电路消耗的dc电流大约为反相器dc电流的2％。
图5中的Mp1和Mn1对应图3中的v2i circuit，这两个mos管的输入输出特性满足图4中的输入输出特性。
当振荡器振荡幅度增大时，Vxtal_out会远离其直流值，当其值高于其直流值时，IdsMn1将会迅速增大，当其值小于直流值时，IdsMp1将会迅速增大，这两种情况都会使得电流源Idc的绝大部分电流流过Mn3而不是Mn2。此时，由Idc，Mn2，Mn5，Mp2和Mn4构成的LDO会停止工作。Vsup_xtal电压由Mp3，Mn6，Mn3，Mp1，Mn1和Mn4构成成的负反馈环路决定，同时Vxtal_out的振荡幅度也会由这个环路控制。
本发明揭示的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，包括：电压电流转换电路、低压差线性稳压器LDO；所述电压电流转换电路连接低压差线性稳压器LDO。
所述电压电流转换电路连接振荡器的MOS管，通过改变MOS管的栅源电压，MOS管的漏源电流也会变化，这就是MOS管的跨导特性；电压电流转换电路利用MOS管的跨导特性，将振荡幅度的电压信息转换成电流信息，当振荡器幅度越大，电压电流转换电路输出电流越大。
所述低压差线性稳压器LDO，用于给振荡器的负阻单元提供电源电压。
所述电压电流转换电路与低压差线性稳压器LDO形成负反馈环路的一部分，负反馈环路由振荡器，电压电流转换电路和LDO组成；负反馈环路用于控制振荡器输出电压幅度；假设振荡器输出幅度由于受到干扰变大，该扰动会在振荡幅度上叠加一个正的误差分量x，电压电流转换电路输出电流变大，低压差线性稳压器LDO输出电压变低，此时振荡器由于负阻单元电源电压变低，会导致振荡器振荡幅度上叠加一个负的误差分量y，这个负的误差分量y会抵消正的误差分量x，使得振荡器振荡幅度不变。
在用反相器做负阻单元的振荡器中，振荡器振荡幅度和反相器电源电压正相关；反相器电源电压越高，振荡幅度越大；反相器电源电压越低，振荡幅度越小；所述幅度控制电路检测振荡器振荡幅度，并以此为依据调节反相器电源电压，当振荡幅度过大时，降低反相器电源电压；当振荡幅度过小时，增加反相器电源电压。所述反相器是振荡器中提供负阻的放大管。
请参阅图5，所述电压电流转换电路包括第三N型MOS管Mn3、第一P型MOS管Mp1、第一N型MOS管Mn1。
所述第三N型MOS管Mn3的栅极、第三N型MOS管Mn3的漏极连接低压差线性稳压器LDO；
所述第三N型MOS管Mn3的源极分别连接第一P型MOS管Mp1的源极、第一N型MOS管Mn1的漏极。
所述第一P型MOS管Mp1的栅极连接第一N型MOS管Mn1的栅极；第一P型MOS管Mp1的漏极接地，第一N型MOS管Mn1的源极接地。
请参阅图5，所述低压差线性稳压器LDO包括电流源Idc、第二N型MOS管Mn2、第五N型MOS管Mn5、第二P型MOS管Mp2和第四N型MOS管Mn4；
所述电流源Idc连接第二N型MOS管Mn2的漏极，第二N型MOS管Mn2的源极接地，第二N型MOS管Mn2的栅极分别连接第二P型MOS管Mp2的栅极、第二P型MOS管Mp2的漏极、第五N型MOS管Mn5的栅极、第五N型MOS管Mn5的漏极，第五N型MOS管Mn5的源极接地；
所述第四N型MOS管Mn4的栅极连接所述电压电流转换电路；第四N型MOS管Mn4的源极连接第二P型MOS管Mp2的源极。
请参阅图5，所述负反馈环路包括电压电流转换电路、低压差线性稳压器LDO、第三P型MOS管Mp3、第六N型MOS管Mn6、振荡器。
所述电压电流转换电路包括第三N型MOS管Mn3、第一P型MOS管Mp1、第一N型MOS管Mn1、第一电容C1。
所述低压差线性稳压器LDO包括电流源Idc、第二N型MOS管Mn2、第五N型MOS管Mn5、第二P型MOS管Mp2、第四N型MOS管Mn4、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4。
所述第三N型MOS管Mn3的栅极分别连接第三N型MOS管Mn3的漏极、第一电容C1的第一端、第四N型MOS管Mn4的栅极；第一电容C1的第二端接地；所述第三N型MOS管Mn3的源极分别连接第一P型MOS管Mp1的源极、第一N型MOS管Mn1的漏极；所述第一P型MOS管Mp1的栅极连接第一N型MOS管Mn1的栅极；第一P型MOS管Mp1的的漏极接地，第一N型MOS管Mn1的源极接地。
所述电流源Idc连接第二N型MOS管Mn2的漏极，第二N型MOS管Mn2的源极接地，第二N型MOS管Mn2的栅极分别连接第二P型MOS管Mp2的栅极、第二P型MOS管Mp2的漏极、第五N型MOS管Mn5的栅极、第五N型MOS管Mn5的漏极，第五N型MOS管Mn5的源极接地；所述第四N型MOS管Mn4的栅极连接所述电压电流转换电路；第四N型MOS管Mn4的源极连接第二P型MOS管Mp2的源极、第三P型MOS管Mp3的源极、第二电容C2的第一端；第二电容C2的第二端接地。
第三P型MOS管Mp3的栅极分别连接第六N型MOS管Mn6的栅极、振荡器的第一端、第三电容C3的第一端；第三电容C3的第二端接地；第三P型MOS管Mp3的漏极分别连接第六N型MOS管Mn6的漏极、振荡器的第二端、第四电容C4的第一端；第四电容C4的第二端接地；第六N型MOS管Mn6的源极接地。
实施例二
图5所示振荡器振荡幅度会小于MOS管的阈值电压，如果需要更大的振荡幅度，可以采用如图6所示电路。本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，在此电路中，为了方便进行直流分析，在不影响结论的前提下进行如下简化(当Mn1，Mn2，Mn5，Mn7，Mp1，Mp2，Mp4和Mp6处于或者接近弱反型区时，这种简化是合适的)：
VgsMn2＝VgsMn5≈VsgMp2＝VsgMp4 (9)
VgsMn6≈VsgMp3＝1.5×VgsMn2 (10)
通过合适取mos管尺寸，使得：
VgsMn3≈VgsMn4 (11)
VgsMn7≈VgsMn2 (12)
VsgMp6≈VsgMp2 (13)
由(9)-(12)可得：
VsgMp1≈0.5×VsgMp2 (14)
VgsMn1≈0.5×VgsMn1 (15)
由(14)，(15)可知在直流时，流过Mp1和Mn1的电流也远小于振荡器核心电路。在振荡器开始振荡后，相比于图5所示电路，在图6电路中，由于Mp1源端连接了一个二极管形式连接的NMOS(MN7)，MN1源端连接了一个二极管形式连接的PMOS(Mp6)，当两个电路振荡幅度相同时，图6中流过Mp1管和Mn1管的电流会小于Fig2.2中Mp1管和Mn1管电流，那么此时在图6中Vgate_ldo仍然由LDO环路决定，Vsup_xtal不会降低，振荡器幅度会继续变大，流过Mp1和Mn1电流会逐渐增大，Vgate_ldo和Vsup_xtal电压逐渐降低，最后达到平衡。由此可以得出图6电路中振荡器幅度会大于图5中所述的控制电路。
本实施例中，如图6所示，所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还连接有一N型MOS管(具体地，所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还串接有一二极管连接形式的N型MOS管)；所述第一N型MOS管Mn1的源极与地之间还设有一P型MOS管；所述第四N型MOS管Mn4的源极与第二P型MOS管Mp2的源极之间还连接有一P型MOS管。
实施例三
本实施例与实施例二的区别在于，本实施例中，基于与实施例二相同的工作原理能设计出振荡幅度更大的电路，如图7所示。
相比实施例一，如图7所示，所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还连接有两个N型MOS管(具体地，所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还串接有两个二极管连接形式的N型MOS管)；所述第一N型MOS管Mn1的源极与地之间还设有两个P型MOS管；所述第四N型MOS管Mn4的源极与第二P型MOS管Mp2的源极之间还连接有两个P型MOS管。
实施例四
本实施例与实施例三的区别在于，本实施例中，所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还连接有N个N型MOS管(具体地，所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还串接有两个二极管连接形式的N型MOS管)；所述第一N型MOS管Mn1的源极与地之间还设有M个P型MOS管；所述第四N型MOS管Mn4的源极与第二P型MOS管Mp2的源极之间还连接有L个P型MOS管。N、M、L可以都是大于等于3的整数，N、M、L可以不相同，也可以相同。
综上所述，本发明提出的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，可以灵活的控制晶体振荡器的振荡幅度以达到节省功耗，提高频率稳定度的目的。并且本发明不需要使用功耗大，面积大的峰值电压检测电路以及配套的数字算法，以很小的开销实现了相同的功能。
(1)本发明搭配该电路的振荡器输出电压在各个工艺角和温度下都为正弦波，能较好的消除工艺角和温度的影响；(2)该幅度控制电路在振荡器未起振时不会介入，在振荡器起振后能控制振荡幅度，因而能设计较大的振荡器负阻使得振荡器更加易于启动；(3)该电路额外增加的功耗和面积开销远小于振荡器本身开销；(4)该幅度控制电路使用的器件(Mn3，Mp1，Mn1)能够跟踪主电路器件(Mn4，Mp3，Mn6)随工艺和温度的变化，有良好的鲁棒性。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (11)

1.一种自适应易启动的振荡器幅度控制电路，其特征在于，所述幅度控制电路包括：电压电流转换电路、低压差线性稳压器LDO；所述电压电流转换电路连接低压差线性稳压器LDO；
所述电压电流转换电路连接振荡器的MOS管，通过改变MOS管的栅源电压，从而MOS管的漏源电流也会变化；电压电流转换电路利用MOS管的跨导特性，将振荡幅度的电压信息转换成电流信息，当振荡器幅度越大，电压电流转换电路输出电流越大；
所述低压差线性稳压器LDO，用于给振荡器的负阻单元提供电源电压；
所述电压电流转换电路与低压差线性稳压器LDO形成负反馈环路的一部分，负反馈环路由振荡器，电压电流转换电路和LDO组成；负反馈环路用于控制振荡器输出电压幅度；假设振荡器输出幅度由于受到干扰变大，该扰动会在振荡幅度上叠加一个正的误差分量x，电压电流转换电路输出电流变大，低压差线性稳压器LDO输出电压变低，此时振荡器由于负阻单元电源电压变低，会导致振荡器振荡幅度上叠加一个负的误差分量y，这个负的误差分量y会抵消正的误差分量x，使得振荡器振荡幅度不变；
在用反相器做负阻单元的振荡器中，振荡器振荡幅度和反相器电源电压正相关；反相器电源电压越高，振荡幅度越大；反相器电源电压越低，振荡幅度越小；所述幅度控制电路检测振荡器振荡幅度，并以此为依据调节反相器电源电压，当振荡幅度过大时，降低反相器电源电压；当振荡幅度过小时，增加反相器电源电压。
2.根据权利要求1所述的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，其特征在于：
所述电压电流转换电路包括第三N型MOS管Mn3、第一P型MOS管Mp1、第一N型MOS管Mn1；
所述第三N型MOS管Mn3的栅极、第三N型MOS管Mn3的漏极连接低压差线性稳压器LDO；
所述第三N型MOS管Mn3的源极分别连接第一P型MOS管Mp1的源极、第一N型MOS管Mn1的漏极；
所述第一P型MOS管Mp1的栅极连接第一N型MOS管Mn1的栅极；第一P型MOS管Mp1的漏极接地，第一N型MOS管Mn1的源极接地。
3.根据权利要求1所述的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，其特征在于：
所述低压差线性稳压器LDO包括电流源Idc、第二N型MOS管Mn2、第五N型MOS管Mn5、第二P型MOS管Mp2和第四N型MOS管Mn4；
所述电流源Idc连接第二N型MOS管Mn2的漏极，第二N型MOS管Mn2的源极接地，第二N型MOS管Mn2的栅极分别连接第二P型MOS管Mp2的栅极、第二P型MOS管Mp2的漏极、第五N型MOS管Mn5的栅极、第五N型MOS管Mn5的漏极，第五N型MOS管Mn5的源极接地；
所述第四N型MOS管Mn4的栅极连接所述电压电流转换电路；第四N型MOS管Mn4的源极连接第二P型MOS管Mp2的源极。
4.根据权利要求1所述的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，其特征在于：
所述负反馈环路包括电压电流转换电路、低压差线性稳压器LDO、第三P型MOS管Mp3、第六N型MOS管Mn6、振荡器；
所述电压电流转换电路包括第三N型MOS管Mn3、第一P型MOS管Mp1、第一N型MOS管Mn1、第一电容C1；
所述低压差线性稳压器LDO包括电流源Idc、第二N型MOS管Mn2、第五N型MOS管Mn5、第二P型MOS管Mp2、第四N型MOS管Mn4、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4；
所述第三N型MOS管Mn3的栅极分别连接第三N型MOS管Mn3的漏极、第一电容C1的第一端、第四N型MOS管Mn4的栅极；第一电容C1的第二端接地；所述第三N型MOS管Mn3的源极分别连接第一P型MOS管Mp1的源极、第一N型MOS管Mn1的漏极；所述第一P型MOS管Mp1的栅极连接第一N型MOS管Mn1的栅极；第一P型MOS管Mp1的的漏极接地，第一N型MOS管Mn1的源极接地；
所述电流源Idc连接第二N型MOS管Mn2的漏极，第二N型MOS管Mn2的源极接地，第二N型MOS管Mn2的栅极分别连接第二P型MOS管Mp2的栅极、第二P型MOS管Mp2的漏极、第五N型MOS管Mn5的栅极、第五N型MOS管Mn5的漏极，第五N型MOS管Mn5的源极接地；所述第四N型MOS管Mn4的栅极连接所述电压电流转换电路；第四N型MOS管Mn4的源极连接第二P型MOS管Mp2的源极、第三P型MOS管Mp3的源极、第二电容C2的第一端；第二电容C2的第二端接地；
第三P型MOS管Mp3的栅极分别连接第六N型MOS管Mn6的栅极、振荡器的第一端、第三电容C3的第一端；第三电容C3的第二端接地；第三P型MOS管Mp3的漏极分别连接第六N型MOS管Mn6的漏极、振荡器的第二端、第四电容C4的第一端；第四电容C4的第二端接地；第六N型MOS管Mn6的源极接地。
5.根据权利要求1所述的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，其特征在于：
所述幅度控制电路包括反相器、电压电流转换电路v2i和第一MOS管M1；
所述反相器的输入端连接晶体振荡器的第一端、电压电流转换电路的第三接口、第一电容的第一端、第三电阻的第一端，第一电容的第二端接地；
所述反相器的输出端连接晶体振荡器的第二端、电压电流转换电路的第二接口、第二电容的第一端、第三电阻的第二端，第二电容的第二端接地；
所述反相器的接地端接地，反相器的第四端连接第一MOS管M1的源极、第一电阻R1的第一端；
所述第一MOS管M1的栅极连接电压电流转换电路的第一接口、第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第一端、功放的负极输入端、功放的输出端；第二电阻R2的第二端接地；
所述晶体振荡器的第一端对应xtal_in电压，晶体振荡器的第二端对应xtal_out电压；第一MOS管M1的源极对应vsup电压，第一MOS管M1的栅极对应vgate电压。
6.根据权利要求2所述的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，其特征在于：
所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还连接有至少一N型MOS管。
7.根据权利要求6所述的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，其特征在于：
所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还串接有至少一二极管连接形式的N型MOS管。
8.根据权利要求2所述的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，其特征在于：
所述第一N型MOS管Mn1的源极与地之间还设有至少一P型MOS管。
9.根据权利要求8所述的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，其特征在于：
所述第三N型MOS管Mn3的源极与第一P型MOS管Mp1的源极之间还串接有至少一二极管连接形式的N型MOS管。
10.根据权利要求3所述的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，其特征在于：
所述第四N型MOS管Mn4的源极与第二P型MOS管Mp2的源极之间还连接有至少一P型MOS管。
11.根据权利要求10所述的自适应易启动的振荡器幅度控制电路，其特征在于：
所述第四N型MOS管Mn4的源极与第二P型MOS管Mp2的源极之间还串接有至少一二极管连接形式的P型MOS管。
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