CN111917396A - 一种具有自适应电压偏置的宽带低功耗的振荡器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有自适应电压偏置的宽带低功耗的振荡器装置，包含:振荡器；自适应偏置电路，用于输出偏置电压至振荡器；自适应偏置电路设有：信号检测电路模块，用于检测振荡器的输出信号得到检测结果；信号做差电路模块，接收检测结果并进行做差产生一增强的信号；控制电压自调整模块，根据信号做差电路模块发送的增强的信号，对应地产生一控制信号控制自适应偏置电路输出电压的大小，以输出适配的偏置电压给振荡器。本发明可以根据检测到的振荡器的输出信号判定振荡器是否正常振荡自己调整产生一个合适的偏置电压，可以在保证正常起振和振荡的情况下在不同的Corner和不同的频率下实现较优的功耗，实现了宽带和低功耗很好的折中。
Description
技术领域
本发明属于模拟射频集成电路领域，特别涉及一种具有自适应电压偏置的宽带低功耗的振荡器装置。
背景技术
振荡器是集成电路中基本的模块之一，广泛的应用在模拟射频集成电路中，为电路提供所需要的具有周期性的时钟信号使得系统正常工作，比如频率综合器、时钟产生电路、时钟数据恢复电路等等。另外，振荡器工作在高频的情况下的功耗较高低频时起振所需的功耗也会相应增加，所以振荡器的噪声和jitter以及功耗直接影响着整个电路性能的好坏，具体的电路性能指标根据应用的场景不同对振荡器的要求也不一样。但是主要集中在低相位噪声、低jitter(低抖动)和低功耗这三个方面。
近年来，随着无线通信技术的发展，不断地影响着人们的生活方式，不同的网络下终端设备工作的频率是不一样的，这样就要求在不同的应用场景下接收机的工作频率也是不一样的，在这种需求下多模收发机得到广泛的应用，从而就要求振荡器覆盖不同的频带要求振荡器要有较宽的调谐范围，并且功耗不能太大，但是功耗和宽调谐范围，在振荡器的设计中本身就是一对矛盾，要想覆盖整个宽的调谐范围必定导致功耗的增加。随着技术的发展目前常见的振荡器已经有class_B、class_C、class_D、class_F等结构，在功耗、宽带和相位噪声方面各有特点，但是实现宽频带的情况下低功耗的较少，主要的难点在于不同的频带下谐振腔的电容和电感值不一样，这样影响了整个电路的Q值，这样就影响了谐振腔电阻从而影响起振条件这样就影响了交叉耦合管的跨导进一步影响电路的功耗。
如图1所示为常用的降低功耗的结构是传统的class C型的VCO(电压控制振荡器，简称压控振荡器)，它是在class B基础上在交叉耦合的管子栅极增加了偏置电压得来的，由于class_B型的振荡器功耗并不能调整，在某一频率下实现的低功耗但是在其他频率下往往不能起振或者功耗很大，这样class_C型振荡器可以通过调整电路偏置实现低功耗，这样振荡器在起振后，通过降低偏置电压来降低功耗，但是这种最后的偏置电压通常是固定的或者是人为可调的，问题在于只能实现手动调整，常见方式的是通过使能信号来调整，开始给一个较大的偏置电压使得交叉耦合管子的栅极电压较大产生加大的跨导gm从而满足起振要求：
从而让VCO起振，然后将偏置电压降低到某一个值该值相对于启动电压较小，只是为了提供维持电路正常振荡所需的能量来降低功耗，但是这种电路的最终电压常常是固定的，所以只能确保起振的实现，至于最后降到某个电压值能否维持所有Corner振荡无法保证，原因是在工艺生产的过程中 PVT的变化使得功耗和宽带之间的trade off(权衡)较难，能够维持振荡器正常振荡的偏置电压也是不一样的，这样通过设定最后的稳定值可能会导致不能正常振荡。这样在不同的Corner下生产出来的片子功耗就不一样且存在较大偏差，有的功耗大有的就不能起振，这样有的就不能用或者人为的检测每一片芯片给予适当的电压显然这种解决方法是不可行的。
如图1所示为现有技术的振荡器结构示意图，其通过调整一个偏置电压 Vbias实现起振后的低功耗，连接到地的是单个NMOS或PMOS，典型地，第一晶体管M1和第二晶体管M2的源极接在AVSS(即接地)，第一晶体管 M1的栅极和隔直电容C2和电阻R1连接，漏极和隔直电容C1和调谐电容 C3还有电感L1的一端连接在一起且连接在输出端OP上，第二晶体管M2的源极和隔直电容C1和电阻R2连接，漏极和隔直电容C2和调谐电容C4 还有电感L1的另一端连接在一起且连接在输出端ON上，电阻R1R2的另一端接在一起并且接在调节电压Vbias上，调谐电容C3、C4的另一端接在一起接在控制电压Vctrl上，电感的中心抽头接在电源电压AVDD上，该结构通过调整Vctrl来调整输出频率范围，通过偏置电压Vbias来保证在正常起振后降低功耗，但是这种设置电压是起初固定好的是不变的，这样的话在叠加了工艺制作环境和应用环境等因素后就不一定能满足正常的工作和低功耗的要求了。
针对现有的振荡器调谐范围和功耗的矛盾进行优化，研发一种具有自适应电压偏置的宽带低功耗的振荡器实为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自适应电压偏置的宽带低功耗的振荡器装置，能够实现宽调谐范围下功耗自动得到优化，很好地实现宽带和低功耗，其中自适应偏置振荡器通过检测振荡器的输出信号给自适应偏置电压模块使其产生合适的偏置电压，这样在不同的Corner和频率下都能在保证正常振动的情况下减小功耗，从而实现了宽带低功耗的要求，保证芯片的良率降低生产成本。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种具有自适应电压偏置的宽带低功耗的振荡器装置，其特征在于，包含：振荡器；自适应偏置电路，用于输出偏置电压至所述振荡器；所述自适应偏置电路进一步设有：信号检测电路模块，用于检测所述振荡器的输出信号得到检测结果；信号做差电路模块，接收所述信号检测电路模块的检测结果，并对所述振荡器输出的两个信号进行做差，产生一增强的信号；控制电压自调整模块，根据所述信号做差电路模块发送的所述增强的信号，对应地产生一控制信号控制所述自适应偏置电路输出电压的大小，以输出适配的偏置电压给所述振荡器。
优选地，所述振荡器、所述信号检测电路模块、所述信号做差电路模块和所述控制电压自调整模块形成一环路。
优选地，所述信号检测电路模块检测振荡器的输出信号为电流信号，或者电压信号的幅度，或者电压信号的范围。
优选地，所述自适应偏置电路包含依次连接的信号检测模块、做差电路模块和数字控制器，所述数字控制器还与一分压电路连接；当所述信号检测模块检测所述振荡器的输出信号，将得到的检测结果发送至所述做差电路模块进行做差，将得到的一增强的信号传输给所述数字控制器，所述数字控制器对应地输出一多bit的控制信号以控制所述分压电路中相应开关进行闭合或断开，输出与所述振荡器适配的偏置电压。
优选地，所述分压电路包含一电阻串和N个开关，该电阻串的第一端接参考电压，第二端接地；所述电阻串中设有N+1个相互串联的电阻，且从该电阻串的第一端到第二端依次称为第一电阻到第N+1电阻，各个电阻的两端沿参考电压端到接地端方向分别称为第一端和第二端，每个电阻的第二端均与对应的一开关的第一端相连，各开关的第二端均连接在一起；当任意一开关闭合时，其他的开关均断开，所述自适应偏置电路输出对应的偏置电压。
优选地，所述自适应偏置电路包含依次连接的信号检测模块、做差电路模块、比较器和计数器；当所述信号检测模块检测所述振荡器的输出信号，将得到的检测结果发送至所述做差电路模块进行做差，得到的一增强的信号被传输给所述比较器，并与设定的基准电压进行比较，对应地输出一增加控制信号或者一减小控制信号，进一步将该控制信号传送给所述计数器，所述计数器通过一低频时钟采样进行计数，用以增加或减小输出电压，所述自适应偏置电路与所述振荡器适配的偏置电压。
优选地，当所述振荡器未起振时，所述比较器输出增加控制信号，增大偏置电压，使得交叉耦合管子的跨导增加使其满足起振条件；其中，当该偏置电压增加后，若还不满足起振条件，则进一步增加偏置电压直至振荡器起振；当所述振荡器的振荡信号幅度达到一定数值时，所述比较器的输出发生翻转产生上升沿或下降沿，所述计数器检测到对应的控制信号，使得所述计数器保持原有状态不再发生变化。
优选地，所述振荡器为NMOS型cross-couple振荡器，或者为PMOS型 cross-couple振荡器，或者为CMOS互补型cross-couple振荡器。
优选地，所述振荡器包含：一负阻模块，包含交叉耦合连接且用于提供负阻的第一晶体管和第二晶体管；一谐振腔模块，包含第一隔直电容、第二隔直电容、第三调谐电容、第四调谐电容和一电感；所述电感的中心抽头连接在一电源电压上；一对电阻，分别为第一电阻和第二电阻，与所述自适应偏置电路形成一自适应偏置模块，输出适配的偏置电压；
所述第一晶体管和所述第二晶体管的源极接地，所述第一晶体管的栅极与所述第二隔直电容的第一端和所述第一电阻第一端均连接，所述第一晶体管的漏极与所述第一隔直电容的第一端、所述第三调谐电容的第一端、所述电感的第一端连接在一起且连接在所述谐振腔模块的第一输出端上；
所述第二晶体管的栅极与所述第一隔直电容的第二端、所述第二电阻的第一端均连接，所述第二晶体管的漏极与所述第二隔直电容的第二端、所述第四调谐电容的第一端、所述电感的第二端连接在一起且连接在所述谐振腔模块的第二输出端上；
所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端连接在一起且接在所述自适应偏置电路的输出端上，所述第三调谐电容的第二端、所述第四调谐电容的第二端连接在一起并接在一控制电压上。
优选地，所述振荡器包含：第一负阻模块，包含交叉耦合连接且用于提供负阻的第一晶体管和第二晶体管；第二负阻模块，包含交叉耦合连接且用于提供负阻的第三晶体管和第四晶体管；一谐振腔模块，包含第一隔直电容、第二隔直电容、第三调谐电容、第四调谐电容、第五隔直电容、第六隔直电容和一电感；第一对电阻，分别为第一电阻和第二电阻，与第一自适应偏置电路形成第一自适应偏置模块，输出适配的偏置电压；第二对电阻，分别为第三电阻和第四电阻，与第二自适应偏置电路形成第二自适应偏置模块，输出适配的偏置电压；
所述第一晶体管和所述第二晶体管的源极接地，所述第三晶体管和所述第四晶体管的源极接一电源电压，所述第一晶体管的栅极与所述第二隔直电容的第一端和所述第一电阻第一端均连接，所述第一晶体管的漏极与所述第一隔直电容的第一端、所述第三调谐电容的第一端、所述电感的第一端连接在一起且连接在所述谐振腔模块的第一输出端上；
所述第二晶体管的栅极与所述第一隔直电容的第二端、所述第二电阻的第一端均连接，所述第二晶体管的漏极与所述第二隔直电容的第二端、所述第四调谐电容的第一端、所述电感的第二端连接在一起且连接在所述谐振腔模块的第二输出端上；所述第四晶体管的栅极与所述第五隔直电容的第二端、所述第四电阻的第一端均连接，所述第四晶体管的漏极与所述第六隔直电容的第二端、所述电感的第二端连接在一起且连接在所述谐振腔模块的第二输出端上；
所述第一电阻的第二端、所述电阻的第二端接在一起且接在第一自适应偏置电路的输出端上，所述第三调谐电容的第二端、所述第四调谐电容的第二端接在一起且接在一控制电压上，所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第二端接在一起且接在第二自适应偏置电路的输出端上。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的自适应的偏置电压电路通过对输出信号的检测来判断电路是否正常振荡来实现自动调整偏置电压，当输出信号过强后通过环路来减小控制电压，减小功耗使得信号变弱，如果是信号很弱或者没有振荡这样通过检测信号产生增强控制信号，使得功耗增加使得电路起振，当起振后检测电路检测到信号后就停止增加控制信号，使得电路又能正常振荡又能使功耗不过多浪费，弥补了传统电路不足，保证芯片的良率，降低生产成本；其中，本发明通过检测输出信号的幅度或电流大小并将其大小转化成相应的控制信号，这个控制信号控制着偏置电压的产生或者选择，通过环路的不断地比较，从而在保证正常振荡的情况下产生合适的偏置电压从而将功耗的到优化，在宽带和低功耗之间实现了很好的折中，这种调整完全是环路自动校准的不用担心不同的片子或者环境下是否能正常振荡或者功耗过大的问题。
附图说明
图1为现有技术的class_C型VCO的示意图；
图2为本发明的具有自适应偏置的振荡器示意图；
图3a和3b为本发明的具有自适应偏置的振荡器装置电路示意图；
图4a和图4b为本发明的自适应偏置模块的一种实施方法示意图；
图5为本发明的自适应偏置模块的另一种具体实施方法示意图。
图6为本发明的电感自身电阻和电容自身电阻等效成LC等效电路示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
如图2所示，本发明的具有自适应偏置的振荡器包括振荡器110和自适应偏置电路120，振荡器110与自适应偏置电路120连接，通过检测振荡器 110的输出信号给自适应偏置电压调整电路120使其产生合适的偏置电压，这样在不同的Corner和频率下都能在保证正常振动的情况下减小功耗。其中，通过检测振荡器110的输出端电压幅度的高低，可以用来检测振荡器110 是否正常振荡。
振荡器110在正常的偏置电压和电源电压下起振产生周期性的振荡信号，该振荡信号在自适应偏置电路120的控制电压的控制之下调整频率使该振荡信号满足锁相环或CDR(Clock Data Recovery，时钟数据恢复电路)等所处系统的要求，并在自适应偏置电路120的偏置电压的影响下调整振荡器110 的输出信号的幅度使其工作在电流限制区和电压限制区拐点的附近，从而减小功耗的浪费。
如图2所示，自适应偏置电路120包含依次连接的信号检测电路模块130、信号做差电路模块140和控制电压自调整模块(也称偏置电压控制模块)150。本发明中，从振荡器的输出、检测电路模块130、做差电路模块140、控制电压自调整模块150再到振荡器可形成一环路。
信号检测电路模块130用于检测振荡器110的输出信号的信息，该信息既可以是检测到的电流信号，也可以检测到的电压信号的幅度，也可以是检测电压信号的范围，比如高于某一个值或者低于某一个值。
信号做差电路模块140将振荡器输出的两个信号(为差分信号)进行做差，用于增强信号，这样可以在检测到的信号很小的情况下产生合适的控制信号，使得后续电路精度更高。其中，信号做差电路模块140可以使通过电流做差电路来增加信号的幅度，也可以是直接电压做差电路来实现。
自适应偏置电路120的输入信号来源于振荡器110的输出信号，该输入信号经过自适应偏置电路120的输入模块后传输到自适应偏置电路120内部的信号检测电路模块130进行检测，并将检测结果发送到信号做差电路模块 140进行做差(由于检测电路模块130得到的是一对差分信号，则对这两个信号进行做差来增强信号，例如，当检测到的是电压信号，则会得到幅度加倍的信号)，得到增强的信号，控制电压自调整模块150接收信号做差电路模块140发送的所述增强的信号，并通过处理产生合适的控制信号，这个控制信号控制着偏置电压的产生或者选择，即通过控制电压自调整模块150输出一个比较合适的电压给振荡器110。其中，当检测到所述增强的信号较强时，则根据环路的反馈减少其值(即该增强的信号的数值)，当所述增强的信号较弱时，则根据环路的反馈增加其值，从而在控制电压自调整模块150作用下产生合适的偏置电压给振荡器110，本发明通过通过环路的不断地比较，从而在保证正常振荡的情况下产生合适的偏置电压，使得振荡器在功耗和相位噪声方面得到较好的性能。
由上可知，本发明通过检测输出信号的幅度或电流大小并将其大小转化成相应的控制信号，该控制信号控制着偏置电压的产生或者选择，通过环路的不断比较，从而在保证正常振荡的情况下产生合适的偏置电压，将功耗的到优化，这种调整完全是环路自动校准的，不用担心不同的片子或者环境下是否能正常振荡或者功耗过大的问题。
如图3a和图3b所示分别为本发明的两个实施例提供的具有自适应偏置的宽带低功耗振荡器装置示意图，其主要是结合传统的振荡器结构并增加了自适应偏置电路，实现了宽带低功耗。
如图3a所示，实施例一中的具有自适应偏置的振荡装置包含负阻模块、谐振腔模块和自适应偏置模块。
其中，交叉耦合连接的第一晶体管M1、第二晶体管M2用来提供负阻，形成所述振荡器的所述负阻模块。
所述谐振腔模块由第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容 C4和电感L1组成，其中，第一电容C1、第二电容C2是隔直电容，第三电容C3、第四电容C4是变电容用来调整频率范围，也称调谐电容。
电阻R1、R2和自适应偏置电路(图3a中的Adaptive Vbias，即图2中的自适应偏置电路120)组成了所述自适应偏置模块。
如图1所示，第一晶体管M1和第二晶体管M2的源极接在AVSS(接地)。
第一晶体管M1的栅极与隔直电容C2第一端和电阻R1第一端均连接，第一晶体管M1的漏极与隔直电容C1第一端和调谐电容C3第一端还有电感 L1的第一端连接在一起且连接在输出端OP上。
第二晶体管M2的栅极与隔直电容C1第二端和电阻R2第一端均连接，第二晶体管M2的漏极与隔直电容C2第二端和调谐电容C4第一端还有电感 L1的第二端连接在一起且连接在输出端ON上。
电阻R1第二端、电阻R2第二端接在一起并且接在自适应偏置电路 (AdaptiveVbias)输出端上，调谐电容C3第二端、调谐电容C4第二端接在一起接在一控制电压Vctrl上。
电感L1的中心抽头接在电源电压AVDD上，利用自适应偏置模块输出一个合适的偏置电压，来保证起振和维持正常振荡的情况下保持最优的功耗。
如图3b所示，实施例二中的具有自适应偏置的振荡器装置包含负阻模块、谐振腔模块和自适应偏置模块。
其中，交叉耦合连接的第一晶体管M1、第二晶体管M2用来提供负阻，形成所述振荡器的负阻模块。同时，交叉耦合连接的第三晶体管M3、第四晶体管M4用来提供负阻，形成所述振荡器的另一负阻模块。
所述谐振腔模块由第一电容C1、第二电容C2、第五电容C5、第六电容 C6、第三电容C3、第四电容C4和电感L1组成，其中，第一电容C1、第二电容C2是隔直电容；同理，第五电容C5、第六电容C6也是隔直电容，另外，第三电容C3、第四电容C4是变电容用来调整频率范围，也称调谐电容。电阻R1、R2和自适应偏置电路120(Adaptive Vbias)组成所述自适应偏置模块，同理，电阻R3、R4和另一自适应偏置电路120(Adaptive Vbias)组成另一自适应偏置模块。
第一晶体管M1和第二晶体管M2的源极接在AVSS(接地)，同时，第三晶体管M3和第四晶体管M4的源极接在电源电压AVDD。
第一晶体管M1的栅极与隔直电容C2第一端和电阻R1第一端均连接，第一晶体管M1的漏极与隔直电容C1第一端和调谐电容C3第一端还有电感 L1的第一端连接在一起且连接在输出端OP上。同理，第三晶体管M3的栅极与隔直电容C6第一端和电阻R3第一端均连接，第三晶体管M3的漏极与隔直电容C5第一端和电感L1的第一端连接在一起且连接在输出端OP上。
第二晶体管M2的栅极与隔直电容C1第二端和电阻R2第一端均连接，第二晶体管M2的漏极与隔直电容C2第二端和调谐电容C4第一端还有电感 L1的第二端连接在一起且连接在输出端ON上。同理，第四晶体管M4的栅极与隔直电容C5第二端和电阻R4第一端均连接，第四晶体管M4的漏极与隔直电容C6第二端和电感L1的第二端连接在一起且连接在输出端ON上。
电阻R1第二端、电阻R2第二端接在一起并且接在自适应偏置电路120 (AdaptiveVbias)输出端上，调谐电容C3第二端、调谐电容C4第二端接在一起且接在控制电压Vctrl上。电阻R3第二端、电阻R4的第二端接在一起并且接在另一自适应偏置电路120输出端上。
本发明的振荡器110在正常的偏置电压和电源电压下起振产生周期性的振荡信号，该振荡器110结构可以是NMOS型cross-couple(交叉耦合)振荡器，也可以是PMOS型cross-couple振荡器，还可以是CMOS互补型 cross-couple振荡器，上述振荡器可以在任何工艺下制作(在CMOS工艺下制作或者在BiCMOS工艺下制作或者在Ge/Si工艺下制作)，其偏置电压来自自适应偏置电路，输出信号给自适应偏置电路。
如图4a和图4b所示为本发明的自适应偏置电路120的一个实施例，图 4b为分压电路示意图。自适应偏置电路120包含依次连接的信号检测模块 130、做差电路模块140和数字控制器150a，数字控制器150a还与一分压电路连接。
所述分压电路包含一电阻串，该电阻串的一端接地，另一端接参考电压 Vref，电阻串中包含若干个相互串联的电阻(例如五个电阻，电阻R1、R2、 R3、R4、R5，该电阻个数与需要的偏置电压进行调整)。
其中，电阻R1的第一端与参考电压Vref连接，电阻R1的第二端与第一开关D0的第一端连接，电阻R2的第一端与电阻R1的第二端连接，电阻 R2的第二端与第二开关D1的第一端连接；电阻R3的第一端与电阻R2的第二端连接，电阻R3的第二端与第三开关D2的第一端连接，电阻R4的第一端与电阻R3的第二端连接，电阻R4的第二端与第四开关D3的第一端连接，同时第一开关D0、第二开关D1、第三开关D2、第四开关D3的第二端连接在一起。另，电阻R5的第一端与电阻R4的第二端连接，电阻R5的第二端接地。
当信号检测模块130检测振荡器110的输出端信号的幅度，产生一个信号经过做差电路模块140得到增强的信号，并传输给数字控制器150a，数字控制器150a根据所述增强的信号，对应地输出一个n(取值视具体情况而定) bit的控制信号来控制所述分压电路相应的开关(如图4b中的开关D0、D1、 D2、D3)的闭合或断开，从而输出一个合适的偏置的电压(例如VD0、VD1、 VD2、VD3)，本发明的自适应偏置电路120输出的自适应偏置电压的数值是通过基准电压分压进行调整，从而达到正常起振的情况下优化功耗。
当第一开关D0闭合时，其他的开关均断开，自适应偏置电路120对应地输出偏置电压VD0；当第二开关D1闭合时，其他的开关均断开，自适应偏置电路120对应地输出偏置电压VD1；当第三开关D2闭合时，其他的开关均断开，自适应偏置电路120对应地输出偏置电压VD2；当第四开关D3 闭合时，其他的开关均断开，自适应偏置电路120对应地输出偏置电压VD3。
如图5所示为为本发明的自适应偏置电路120的另一个实施例。
自适应偏置电路120包含依次连接的信号检测模块130、做差电路模块 140、比较器160和计数器170。利用信号检测模块130检测振荡器110的输出端电压幅度并产生一个信号经过做差电路模块140，得到增强的信号，并经过比较器160，将接收的增强的信号与设定的基准电压Vref进行比较，对应地输出一个增加控制信号或者减小控制信号(例如输出结果用逻辑信号表示，0或1)，并将该控制信号传送给计数器170，然后计数器170通过一个低频时钟采样不断的计数来增加或减小输出电压，即输出偏置电压。
当振荡器110没有起振时，通过比较器160输出产生一个增加控制信号将偏置电压增大，使得交叉耦合管子的跨导增加使其满足起振条件，如果偏置电压增加后依然不能满足起振条件，输出端电压幅度依然很小，将进一步增加偏置电压直至起振。当振荡器110的振荡信号幅度达到一定数值时，比较器160的输出发生翻转，将会产生上升沿或下降沿，使得计数器170检测到对应的控制信号，从而使得计数器170保持原有状态不再发生变化。上述经过仿真验证增加的电路的功耗远低于没有自适应偏置产生的功耗，相比前一种结构(图4a和图4b所示的实施例)控制精度更高。
以图3a为例说明如下，本发明中具有自适应偏置的振荡器电路设计过程如下：
(1)首先根据振荡器的调谐频率范围大概选定上述电感L的数值，即可确定品质因数Q、电感内阻RS、电阻RP(Rp是电感的自身电阻和电容的自身电阻等效成LC等效电路的输出电阻，如图6所示)。
(2)根据
确定振荡器整体电容值的最大值最小值。
(3)选定振荡器中电容类型，仿真电容在高低电平偏置下上述整体电容值的最大值和最小值之间关系，使得满足最高频和最低频所需电容，如果不满足通过增加固定电容来调整。
(4)根据所需最小值电容与版图中控制电压Vctrl最小时所对应的最小寄生最终确定振荡器最小电容值再反过来优化电感值L，并根据电感值确定品质因数Q值和电阻Rp，然后根据起振条件来确定gm(跨导、也称增益)，如下式：
RP＝Q2RS RS为电感内阻
同时，根据gm来确定NMOS管子跨导的值，从而确定管子尺寸的大小，为了满足PVT(工艺角、电压和温度)变化下能正常起振，一般不小于3倍。
(5)通过振荡器的调谐步长来确定每个变电容(如上述的第三电容C3、第四电容C4)的大小。
综上所述，本发明提供的具有自适应偏置的振荡器结合了传统型振荡器低功耗和宽带的特点并采用自适应偏置电路，可以根据检测到的振荡器的输出信号判定振荡器是否正常振荡自己调整产生一个合适的偏置电压，本发明能在宽的调谐范围下自动检测输出信号的信息调整偏置，能够极大地提高芯片良率和功耗的优化，解除了宽带低功耗之间的矛盾，满足了在宽带下低功耗的需求。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种具有自适应电压偏置的宽带低功耗的振荡器装置，其特征在于，包含:振荡器；
自适应偏置电路，用于输出偏置电压至所述振荡器；
所述自适应偏置电路进一步设有：
信号检测电路模块，用于检测所述振荡器的输出信号；
信号做差电路模块，接收所述信号检测电路模块的检测结果，并对所述振荡器输出的两个信号进行做差，产生一增强的信号；
控制电压自调整模块，根据所述信号做差电路模块发送的所述增强的信号，对应地产生一控制信号控制所述自适应偏置电路输出电压的大小，以输出适配的偏置电压给所述振荡器。
2.如权利要求1所述的振荡器装置，其特征在于，
所述振荡器、所述信号检测电路模块、所述信号做差电路模块和所述控制电压自调整模块形成一环路。
3.如权利要求1所述的振荡器装置，其特征在于，
所述信号检测电路模块检测振荡器的输出信号为电流信号，或者电压信号的幅度，或者电压信号的范围。
4.如权利要求1所述的振荡器装置，其特征在于，
所述自适应偏置电路包含依次连接的信号检测模块、做差电路模块和数字控制器，所述数字控制器还与一分压电路连接；
当所述信号检测模块检测所述振荡器的输出信号，将得到的检测结果发送至所述做差电路模块进行做差，将得到的一增强的信号传输给所述数字控制器，所述数字控制器对应地输出一多bit的控制信号以控制所述分压电路中相应开关进行闭合或断开，输出与所述振荡器适配的偏置电压。
5.如权利要求4所述的振荡器装置，其特征在于，
所述分压电路包含一电阻串和N个开关，该电阻串的第一端接参考电压，第二端接地；
所述电阻串中设有N+1个相互串联的电阻，且从该电阻串的第一端到第二端依次称为第一电阻到第N+1电阻，各个电阻的两端沿参考电压端到接地端方向分别称为第一端和第二端，每个电阻的第二端均与对应的一开关的第一端相连，各开关的第二端均连接在一起；
当任意一开关闭合时，其他的开关均断开，所述自适应偏置电路输出对应的偏置电压。
6.如权利要求1所述的振荡器装置，其特征在于，
所述自适应偏置电路包含依次连接的信号检测模块、做差电路模块、比较器和计数器；
当所述信号检测模块检测所述振荡器的输出信号，将得到的检测结果发送至所述做差电路模块进行做差，得到的一增强的信号被传输给所述比较器，并与设定的基准电压进行比较，对应地输出一增加控制信号或者一减小控制信号，进一步将该控制信号传送给所述计数器，所述计数器通过一低频时钟采样进行计数，用以增加或减小输出电压，所述自适应偏置电路与所述振荡器适配的偏置电压。
7.如权利要求6所述的振荡器装置，其特征在于，
当所述振荡器未起振时，所述比较器输出增加控制信号，增大偏置电压，使得交叉耦合管子的跨导增加使其满足起振条件；其中，当该偏置电压增加后，若还不满足起振条件，则进一步增加偏置电压直至振荡器起振；
当所述振荡器的振荡信号幅度达到一定数值时，所述比较器的输出发生翻转产生上升沿或下降沿，所述计数器检测到对应的控制信号，使得所述计数器保持原有状态不再发生变化。
8.如权利要求1所述的振荡器装置，其特征在于，
所述振荡器为NMOS型cross-couple振荡器，或者为PMOS型cross-couple振荡器，或者为CMOS互补型cross-couple振荡器。
9.如权利要求1或8所述的振荡器装置，其特征在于，
所述振荡器包含：
一负阻模块，包含交叉耦合连接且用于提供负阻的第一晶体管和第二晶体管；
一谐振腔模块，包含第一隔直电容、第二隔直电容、第三调谐电容、第四调谐电容和一电感；所述电感的中心抽头连接在一电源电压上；
一对电阻，分别为第一电阻和第二电阻，与所述自适应偏置电路形成一自适应偏置模块，输出适配的偏置电压；
所述第一晶体管和所述第二晶体管的源极接地，所述第一晶体管的栅极与所述第二隔直电容的第一端和所述第一电阻第一端均连接，所述第一晶体管的漏极与所述第一隔直电容的第一端、所述第三调谐电容的第一端、所述电感的第一端连接在一起且连接在所述谐振腔模块的第一输出端上；
所述第二晶体管的栅极与所述第一隔直电容的第二端、所述第二电阻的第一端均连接，所述第二晶体管的漏极与所述第二隔直电容的第二端、所述第四调谐电容的第一端、所述电感的第二端连接在一起且连接在所述谐振腔模块的第二输出端上；
所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端连接在一起且接在所述自适应偏置电路的输出端上，所述第三调谐电容的第二端、所述第四调谐电容的第二端连接在一起并接在一控制电压上。
10.如权利要求1或8所述的振荡器装置，其特征在于，
所述振荡器包含：
第一负阻模块，包含交叉耦合连接且用于提供负阻的第一晶体管和第二晶体管；
第二负阻模块，包含交叉耦合连接且用于提供负阻的第三晶体管和第四晶体管；
一谐振腔模块，包含第一隔直电容、第二隔直电容、第三调谐电容、第四调谐电容、第五隔直电容、第六隔直电容和一电感；
第一对电阻，分别为第一电阻和第二电阻，与第一自适应偏置电路形成第一自适应偏置模块，输出适配的偏置电压；
第二对电阻，分别为第三电阻和第四电阻，与第二自适应偏置电路形成第二自适应偏置模块，输出适配的偏置电压；
所述第一晶体管和所述第二晶体管的源极接地，所述第三晶体管和所述第四晶体管的源极接一电源电压，所述第一晶体管的栅极与所述第二隔直电容的第一端和所述第一电阻第一端均连接，所述第一晶体管的漏极与所述第一隔直电容的第一端、所述第三调谐电容的第一端、所述电感的第一端连接在一起且连接在所述谐振腔模块的第一输出端上；
所述第二晶体管的栅极与所述第一隔直电容的第二端、所述第二电阻的第一端均连接，所述第二晶体管的漏极与所述第二隔直电容的第二端、所述第四调谐电容的第一端、所述电感的第二端连接在一起且连接在所述谐振腔模块的第二输出端上；所述第四晶体管的栅极与所述第五隔直电容的第二端、所述第四电阻的第一端均连接，所述第四晶体管的漏极与所述第六隔直电容的第二端、所述电感的第二端连接在一起且连接在所述谐振腔模块的第二输出端上；
所述第一电阻的第二端、所述电阻的第二端接在一起且接在第一自适应偏置电路的输出端上，所述第三调谐电容的第二端、所述第四调谐电容的第二端接在一起且接在一控制电压上，所述第三电阻的第二端、所述第四电阻的第二端接在一起且接在第二自适应偏置电路的输出端上。
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