CN111464179B - 一种谐振频率控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种谐振频率控制电路，包括：第一谐振电路；第一谐振电路包括第一固定电容、第一可变电容阵列以及第一电感和第二电感；其中，第一可变电容阵列与第一固定电容串联连接，第一电感与第二电感串联连接；第一电感的第一端与第二电感的第二端连接于第一节点，第一可变电容阵列的第一端与第一固定电容的第二端连接于第二节点，第一固定电容的第一端连接至第一节点；第二电感的第一端连接至第一接入点，第一电感的第二端和第一可变电容阵列的第二端连接至第二接入点，第一接入点和第二接入点连接外部有源电路。本发明能够在频率精度极高的情况下，保证电感和电容不至于太小，很低成本的和现有的CMOS电路兼容实现，保证CMOS电路的良率。

Description

一种谐振频率控制电路

技术领域

本发明涉及振荡器领域，尤其涉及一种谐振频率控制电路。

背景技术

电感电容谐振型压控振荡器(VCO)作为现代通讯系统的收发机的重要组成部分，是不可或缺的，其主要的作用是为了产生精准的谐振频率，并且和PLL一起调整收发机的收发频率。常见的VCO多是通过模拟PLL生成模拟电压，对VCO的压控振荡器的可变电容二极管进行调节。但是可变电容二极管和数字工艺不兼容，同时不能利用CMOS工艺向更先进节点切换带来的速度的提升和面积的减少。所以，全数字锁相环(ADPLL)和数字控制振荡器(DCO)越来越受到关注。

现有方案常见的是使用一组数字控制的电容阵列，与电感并联，产生谐振，进而控制谐振频率，如图1所示的电感L和电容阵列C。但是，由于射频的频率在GHz频段，对应的电感和电容较小，以2.4GHz为例，电感约1.5nH，电容约2.8pF，此时如果调节电容为1fF，频率变化约为400KHz，相当于167ppm。一般通讯系统都要达到10ppm左右的精度，那就要求电容要是1fF的1/10。这样小的电容在现阶段的CMOS工艺中无法实现，这就需要采用更合理的电容阵列方式。

发明内容

本发明实施例公开一种谐振频率控制电路，以解决现有的数控电容阵列的频率控制精度较低，与现有的CMOS电路无法兼容的问题。

为了达到上述目的，本申请实施例提供一种谐振频率控制电路，包括：第一谐振电路；所述第一谐振电路包括第一固定电容、第一可变电容阵列以及第一电感和第二电感；其中，所述第一可变电容阵列与所述第一固定电容串联连接，所述第一电感与所述第二电感串联连接；所述第一电感的第一端与所述第二电感的第二端连接于第一节点，所述第一可变电容阵列的第一端与所述第一固定电容的第二端连接于第二节点，所述第一固定电容的第一端连接至所述第一节点；所述第二电感的第一端连接至第一接入点，所述第一电感的第二端和所述第一可变电容阵列的第二端连接至第二接入点，所述第一接入点和所述第二接入点连接外部有源电路。

进一步的，在一实施例中，所述谐振频率控制电路还包括第二谐振电路；所述第二谐振电路的第一端与所述第二电感的第一端连接于第三节点，所述第二谐振电路的第二端连接至所述第二接入点。

进一步的，在一实施例中，所述第二谐振电路包括第二可变电容阵列；所述第二可变电容阵列的第一端连接至所述第三节点，所述第二可变电容阵列的第二端连接至所述第二接入点。

进一步的，在一实施例中，所述第二谐振电路还包括第二固定电容；所述第二固定电容与所述第二可变电容阵列串联连接；所述第二固定电容的第一端连接至所述第三节点，所述第二固定电容的第二端与所述第二可变电容阵列的第一端连接于第四节点，所述第二可变电容阵列的第二端连接至所述第二接入点。

进一步的，在一实施例中，所述谐振频率控制电路还包括第三谐振电路；所述第三谐振电路包括第三固定电容、第三可变电容阵列以及第三电感和第四电感；其中，所述第三可变电容阵列与所述第三固定电容串联连接，所述第三电感与所述第四电感串联连接；所述第三电感的第二端与所述第四电感的第一端连接于第五节点，所述第三可变电容阵列的第一端与所述第三固定电容的第二端连接于第六节点，所述第三固定电容的第一端连接至所述第五节点；所述第四电感的第二端与所述第一电感的第二端连接于第一共模点，所述第三可变电容阵列的第二端与所述第一可变电容阵列的第二端连接于第二共模点，所述第三电感的第一端连接至所述第二接入点。

进一步的，在一实施例中，对应于上述实施例中所包括的第二谐振电路，所述谐振频率控制电路还包括第四谐振电路；所述第四谐振电路的第一端与所述第二谐振电路的第二端连接于第三共模点，所述第四谐振电路的第二端与所述第三电感的第一端连接于第七节点。

进一步的，在一实施例中，对应于上述实施例中的第二谐振电路包括的第二可变电容阵列，所述第四谐振电路包括第四可变电容阵列；所述第四可变电容阵列的第二端与所述第二可变电容阵列的第二端连接于所述第三共模点，所述第四可变电容阵列的第一端连接至所述第七节点。

进一步的，在一实施例中，对应于上述实施例中的第二谐振电路还包括的第二固定电容，所述第四谐振电路还包括第四固定电容；所述第四固定电容与所述第四可变电容阵列串联连接；所述第四固定电容的第一端连接至所述第七节点，所述第四固定电容的第二端与所述第四可变电容阵列的第一端连接于第八节点，所述第四可变电容阵列的第二端与所述第二可变电容阵列的第二端连接于所述第三共模点。

进一步的，在一实施例中，所述第一谐振电路与所述第三谐振电路组成第一差分电路，所述第二谐振电路与所述第四谐振电路组成第二差分电路；所述谐振频率控制电路还包括多个差分电路，所述多个差分电路的结构与所述第一差分电路和第二差分电路相同，且与所述第一差分电路和第二差分电路组成并列阵列。

进一步的，在一实施例中，所述差分电路的总个数不大于4。

本发明实施例公开了一种谐振频率控制电路，采用分段电感电容阵列的方式，能够在频率精度极高的情况下，保证电感和电容不至于太小，既提高了频率控制的精度，同时又能很低成本的和现有的CMOS电路兼容实现，实现任意大小的片上电容和片上可变电容，保证CMOS电路的良率。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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为现有的电容阵列和电感并联产生谐振频率的电路结构示意图。

图2为本申请第一实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。

图3为本申请第二实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。

图4为本申请第三实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。

图5为本申请第四实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。

图6为本申请第五实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。

图7为本申请第六实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。

图8为本申请第七实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。

图9为本申请第八实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。

图10为本申请第九实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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做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。

本领域技术技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。

下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。

本申请以下说明书的描述中，附图标号“C1、C2…Cn”表示固定电容；“CA1、CA2…CAn”表示可变电容阵列；“L1、L2…Ln”表示电感；“N1、N2…Nn”表示连接节点；“Vref1、Vref2…Vrefn”表示共模点，该共模点可以是电源到地之间的任意电压值；附图中的①和②分别表示电路中的电容、电感或者可变电容阵列等各个器件的第一端和第二端，该第一端和第二端只是为了方便说明各个器件之间的连接关系，并不代表各个器件中的电流或者电压的任何方向。

以下详细说明本申请所公开的谐振频率控制电路的各种实施例。

实施例一

图2为本申请第一实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。如图2所示，本实施例的谐振频率控制电路包括：第一谐振电路(图中未示出)。

所述第一谐振电路包括第一固定电容C1、第一可变电容阵列CA1以及第一电感L1和第二电感L2。

所述第一可变电容阵列CA1与所述第一固定电容C1串联连接，所述第一电感L1与所述第二电感L2串联连接。

所述第一电感L1的第一端与所述第二电感L2的第二端连接于第一节点N1，所述第一可变电容阵列CA1的第一端与所述第一固定电容C1的第二端连接于第二节点N2，所述第一固定电容C1的第一端连接至所述第一节点N1；所述第二电感L2的第一端连接至第一接入点TP，所述第一电感L1的第二端和所述第一可变电容阵列CA1的第二端连接至第二接入点TN，所述第一接入点TP和所述第二接入点TN连接外部有源电路。

本实施例中，TP和TN分别为电感电容谐振网络接入点。第一电感L1和第二电感L2串联，串联接点是第一节点N1；第一可变电容阵列CA1和第一固定电容C1串联后连接到第一节点N1。

本实施例中，对第一可变电容阵列CA1改变大小为ΔCA1的电容，在第一节点N1处看到的等效电容变为原来的电容值减小了。

因此，如下述公式(1)所示：

可以通过调整第一可变电容阵列CA1和第一固定电容C1的比例，以对电容阵列的总电容值C_tot有缩小作用，即：可以在第一可变电容阵列CA1变化一个较大的数值，但在整个电感电容阵列内体现一个较小的电容，提高了调节的精度，同时不至于每次改变的CA1过小，而引起制造中的不一致现象出现。

除了电容的成倍效应，本实施例中可以同时使用第一电感L1和第二电感L2作为电容的进一步衰减。例如，设由第一固定电容C1和第一可变电容阵列CA1组成的串联电容在第一节点N1的电容值为Cs，则在第二电感L2的第一端处(即第一接入点TP处)看到的电容C’为公式(2)所示：

可见，电容可以被进一步的放大，通过调整第一电感L1和第二电感L2的比例，达到对第一节点N1的电容值Cs的放大作用。

本实施例中，通过电容比例和电感比例的放大作用，可以使得真正体现到谐振点TP的电容是，第一可变电容阵列CA1电容调节值的1/20，甚至更小，以达到高精度调节的作用。

实施例二

图3为本申请第二实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。如图3所示，本实施例的谐振频率控制电路还包括：第二谐振电路(图中未示出)。第二谐振电路的第一端与所述第二电感L2的第一端连接于第三节点N3，所述第二谐振电路的第二端连接至所述第二接入点TN。

一种实施方式中，如图3所示，第二谐振电路包括第二可变电容阵列CA2，所述第二可变电容阵列CA2的第一端连接至所述第三节点N3，第二可变电容阵列CA2的第二端连接至所述第二接入点TN。

本实施例中，通过调节第二可变电容阵列CA2组成的电容电路也可以实现对频率的调节，但是频率控制的精度较低，只能实现较为粗放的控制调节。

实施例三

图4为本申请第三实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。如图4所示，本实施例中，第二谐振电路还包括第二固定电容C2。

所述第二固定电容C2与所述第二可变电容阵列CA2串联连接；所述第二固定电容C2的第一端连接至所述第三节点N3，所述第二固定电容C2的第二端与所述第二可变电容阵列CA2的第一端连接于第四节点N4，所述第二可变电容阵列CA2的第二端连接至所述第二接入点TN。

本实施例中，由第二可变电容阵列CA2和第二固定电容C2组成对频率进行调节的辅助阵列电路，相对于实施例二中的辅助阵列电路中只有第二可变电容阵列CA2，本实施例的辅助阵列电路可以提高频率控制的精度。

实施例四

图5为本申请第四实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。如图5所示，本实施例的谐振频率控制电路相对于第一实施例，进一步包括：第三谐振电路。

所述第三谐振电路包括第三固定电容C3、第三可变电容阵列CA3以及第三电感L3和第四电感L4。其中，所述第三可变电容阵列CA3与所述第三固定电容C3串联连接，所述第三电感L3与所述第四电感L4串联连接。

所述第三电感L3的第二端与所述第四电感L4的第一端连接于第五节点N5，所述第三可变电容阵列CA3的第一端与所述第三固定电容C3的第二端连接于第六节点N6，所述第三固定电容C3的第一端连接至所述第五节点N5。

所述第四电感L4的第二端与所述第一电感L1的第二端连接于第一共模点Vref1，所述第三可变电容阵列CA3的第二端与所述第一可变电容阵列CA1的第二端连接于第二共模点Vref2，所述第三电感L3的第一端连接至所述第二接入点TN。

本实施例中，第一共模点Vref1可以悬空或者接共模电平，其中共模电平可以是电源到地的任意电压值。Vref2为共模电平，可以是电源到地之间的任意电压值。

本实施例中，由第三固定电容C3、第三可变电容阵列CA3以及第三电感L3和第四电感L4组成的第三谐振电路与由第一固定电容C1、第一可变电容阵列CA1以及第一电感L1和第二电感L2组成的第一谐振电路组成差分电路，以增强整个谐振频率控制电路的抗干扰能力。

实施例五

图6为本申请第五实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。如图6所示，本实施例的谐振频率控制电路在第二实施例公开的电路结构的基础上，增加了第四实施例中的第三谐振电路，使得本实施例中的谐振频率控制电路不但具有实现粗放调节的功能，而且具有差分结构，抗干扰能力更强。

实施例六

图7为本申请第六实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。如图7所示，本实施例的谐振频率控制电路在第三实施例公开的电路结构的基础上，增加了第四实施例中的第三谐振电路，使得本实施例中的谐振频率控制电路相比于第五实施例的频率控制的精度更高，而且具有差分结构，抗干扰能力更强。

实施例七

图8为本申请第六实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。如图8所示，本实施例的谐振频率控制电路在第五实施例的基础上，增加第四谐振电路，第四谐振电路与第二谐振电路组成差分电路，即：第四谐振电路的第一端与所述第二谐振电路的第二端连接于第三共模点Vref3，所述第四谐振电路的第一端与所述第三电感L3的第一端连接于第七节点N7。

相对于第五实施例，第二谐振电路包括第二可变电容阵列CA2，对应本实施例的第四谐振电路包括第四可变电容阵列CA4。

其中，第四可变电容阵列CA4的第二端与所述第二可变电容阵列CA2的第二端连接于所述第三共模点Vref3，所述第四可变电容阵列CA4的第一端连接至所述第七节点N7。

本实施例中，将辅助阵列电路也组成差分电路结构，进一步提高整个电路的抗干扰能力。

实施例八

图9为本申请第七实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。如图9所示，本实施例的谐振频率控制电路在第六实施例的基础上，增加第四谐振电路，第四谐振电路与第二谐振电路组成差分电路。

相对于第六实施例，第二谐振电路包括第二可变电容阵列CA2和第二固定电容C2，对应本实施例的第四谐振电路包括第四可变电容阵列CA4和第二固定电容C4。

其中，所述第四固定电容C4与所述第四可变电容阵列CA4串联连接；所述第四固定电容C4的第一端连接至所述第七节点N7，所述第四固定电容C4的第二端与所述第四可变电容阵列CA4的第一端连接于第八节点N8，所述第四可变电容阵列CA4的第二端与所述第二可变电容阵列CA2的第二端连接于所述第三共模点Vref3。

本实施例中，将辅助阵列电路也组成差分电路结构，进一步提高整个电路的抗干扰能力和频率调节的精度。

实施例九

图10为本申请第九实施例的谐振频率控制电路的结构示意图。如图10所示，本实施例的谐振频率控制电路相对于图9所示实施例，还包括一组差分结构。相对于图9所示实施例，图10的谐振频率控制电路还包括第五固定电容C5、第五可变电容阵列CA5、第六固定电容C6、第六可变电容阵列CA6和第五电感L5、第六电感L6。即整个谐振频率控制电路包括3组差分结构。其中，第五固定电容C5与第五可变电容阵列CA5串联与第十节点N10，第六固定电容C6与第六可变电容阵列CA6串联与第十二节点N12，第五可变电容阵列CA5的第二端与第六可变电容阵列CA6的第二端连接于所述第四共模点Vref4。第五固定电容C5的第一端与第五电感L5的第一端连接至第九节点N9，第六固定电容C6的第一端与第六电感L6的第一端连接至第十一节点N11。

一般来讲，考虑到实际应用中的需求，具有差分结构的电感电容阵列不超过4个。

综合以上实施例，本发明实施例公开了一种谐振频率控制电路，采用分段电感电容阵列的方式，能够在频率精度极高的情况下，保证电感和电容不至于太小，既提高了频率控制的精度，同时又能很低成本的和现有的CMOS电路兼容实现，实现任意大小的片上电容和片上可变电容，保证CMOS电路的良率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种谐振频率控制电路，其特征在于，包括：

第一谐振电路、第二谐振电路、第三谐振电路与第四谐振电路；

所述第一谐振电路包括第一固定电容、第一可变电容阵列以及第一电感和第二电感；其中，

所述第一可变电容阵列与所述第一固定电容串联连接，所述第一电感与所述第二电感串联连接；

所述第一电感的第一端与所述第二电感的第二端连接于第一节点，所述第一可变电容阵列的第一端与所述第一固定电容的第二端连接于第二节点，所述第一固定电容的第一端连接至所述第一节点；

所述第一电感的第二端连接至第一共模点，所述第一可变电容阵列的第二端连接至第二共模点；

所述第二谐振电路包括第二可变电容阵列和第二固定电容，所述第二固定电容与所述第二可变电容阵列串联连接；

所述第二固定电容的第一端与所述第二电感的第一端连接于第三节点，所述第二固定电容的第二端与所述第二可变电容阵列的第一端连接于第四节点，所述第二可变电容阵列的第二端连接至第三共模点；

所述第三谐振电路包括第三固定电容、第三可变电容阵列以及第三电感和第四电感；其中，

所述第三可变电容阵列与所述第三固定电容串联连接，所述第三电感与所述第四电感串联连接；

所述第三电感的第二端与所述第四电感的第一端连接于第五节点，所述第三可变电容阵列的第一端与所述第三固定电容的第二端连接于第六节点，所述第三固定电容的第一端连接至所述第五节点；

所述第四电感的第二端与所述第一电感的第二端连接于所述第一共模点，所述第三可变电容阵列的第二端与所述第一可变电容阵列的第二端连接于所述第二共模点；

所述第四谐振电路包括第四可变电容阵列和第四固定电容，所述第四固定电容与所述第四可变电容阵列串联连接；

所述第四可变电容阵列的第二端与所述第二可变电容阵列的第二端连接于所述第三共模点，所述第四固定电容的第二端与所述第四可变电容阵列的第一端连接于第八节点，所述第四固定电容的第一端与所述第三电感的第一端连接于第七节点；

所述第三节点连接第一接入点，所述第七节点连接第二接入点，且所述第一接入点和所述第二接入点连接外部有源电路；

所述第三谐振电路与所述第一谐振电路组成第一差分电路，所述第四谐振电路与所述第二谐振电路组成第二差分电路；

其中，所述第一共模点可以悬空或者接共模电平，其中共模电平是电源到地的任意电压值，所述第二共模点与所述第三共模点为共模电平，是电源到地之间的任意电压值。

2.根据权利要求1所述的谐振频率控制电路，其特征在于，所述谐振频率控制电路还包括多个差分电路，所述多个差分电路的结构与所述第一差分电路和第二差分电路相同，且与所述第一差分电路和第二差分电路组成并列阵列。

3.根据权利要求2述的谐振频率控制电路，其特征在于，所述差分电路的总个数不大于4。