CN114584073B - Lc振荡器电路、应用系统及温漂补偿方法 - Google Patents

Lc振荡器电路、应用系统及温漂补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种LC振荡器电路，包括LC振荡器、温度检测模块及边界设定模块；LC振荡器用于在设定电压范围内进行锁定并产生振荡频率；温度检测模块用于获取与当前温度相关的电压，并将其分别与N个呈递增变化的电压阈值进行比较以产生比较结果；边界设定模块连接温度检测模块的输出端，用于将边界电压范围划分为(N‑1)个电压区段，并根据比较结果从中选择相应电压区段作为设定电压范围；其中，(N‑1)个温度区段，(N‑1)个温度区段、(N‑1)个阈值区段及(N‑1)个电压区段一一对应。通过本发明提供的LC振荡器电路，解决了现有PLL或CDR因控制电压超出线性区而导致失锁或出现大量误码的问题。

Description

LC振荡器电路、应用系统及温漂补偿方法
技术领域
本发明涉及集成电路设计领域，特别是涉及一种LC振荡器电路、应用系统及温漂补偿方法。
背景技术
由于LC振荡器有较好的相噪性能，在低抖动PLL(锁相环)或者CDR(时钟数据恢复)设计中都会使用到，其中L和C的值决定着振荡器的频率，L是由金属环组成，受到PVT(工艺、电压、温度)的影响较小，C则是由可变电容、固定MIM电容以及MOS交叉耦合对寄生电容组成，整体受到PVT影响较大，其中温度影响最为突出。
常温下，PLL或者CDR锁定；当温度下降时，因Ctotal减小导致频率上升，此时，控制电压会下降来保持LC振荡器频率稳定；当温度上升时，因Ctotal增加导致频率下降，此时，控制电压会上升来保持LC振荡器频率稳定。而一旦PLL或者CDR在低温或者高温下锁定，由于控制电压的初始电压范围是固定的，随着温度上升或下降，控制电压很容易超出线性区，此时，PLL或者CDR将失锁或者出现大量误码。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LC振荡器电路、应用系统及温漂补偿方法，用于解决现有PLL或CDR因控制电压超出线性区而导致失锁或出现大量误码的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LC振荡器电路，所述LC振荡器电路包括：LC振荡器、温度检测模块及边界设定模块；
所述LC振荡器用于在设定电压范围内进行锁定并产生振荡频率；
所述温度检测模块用于获取与当前温度相关的电压，并将其分别与N个呈递增变化的电压阈值进行比较以产生比较结果；
所述边界设定模块连接所述温度检测模块的输出端，用于将边界电压范围划分为(N-1)个电压区段，并根据所述比较结果从中选择相应电压区段作为所述设定电压范围；
其中，所述LC振荡器的工作温度范围划分为(N-1)个温度区段，(N-1)个温度区段、N个电压阈值所形成的(N-1)个阈值区段及(N-1)个电压区段三者一一对应，且N为大于等于2的自然数。
可选地，所述温度检测模块包括：阈值提供单元、温度检测单元及比较单元；
所述阈值提供单元用于提供第一零温度系数电流，并根据所述第一零温度系数电流产生N个呈递增变化的电压阈值；
所述温度检测单元用于提供一正温度系数电流，并根据所述正温度系数电流产生所述与当前温度相关的电压；
所述比较单元连接所述阈值提供单元和所述温度检测单元的输出端，用于将所述与当前温度相关的电压分别与N个所述电压阈值进行比较并产生所述比较结果。
可选地，所述阈值提供单元包括：第一电流产生器及N个第一电阻；
所述第一电流产生器用于提供第一零温度系数电流；
N个所述第一电阻的第一端均连接所述第一电流产生器输出的第一零温度系数电流，并作为所述阈值提供单元的输出端以产生N个电压阈值，第二端均接地。
可选地，所述温度检测单元包括：第二电流产生器及第二电阻；
所述第二电流产生器用于提供一正温度系数电流；
所述第二电阻的第一端连接所述第二电流产生器输出的正温度系数电流，并作为所述温度检测单元的输出端，第二端接地。
可选地，所述比较单元包括N个比较器，N个所述比较器的正相输入端对应连接所述阈值提供单元输出的N个电压阈值，反相输入端均连接所述温度检测单元输出的与当前温度相关的电压，输出端产生所述比较结果。
可选地，所述边界设定模块包括：第三电流产生器、(N+1)个第三电阻及N个控制开关；
所述第三电流产生器用于提供第二零温度系数电流；
(N+1)个所述第三电阻串联于所述第三电流产生器的输出端和地之间；
N个所述控制开关的第一端对应连接相邻两个所述第三电阻的连接节点处，第二端作为所述边界设定模块的输出端以产生设定电压范围；
其中，N个所述控制开关受控于与所述比较结果相关的控制信号。
可选地，所述LC振荡器电路还包括控制信号产生模块，连接于所述温度检测模块和所述边界设定模块之间，用于根据所述比较结果产生所述控制信号。
本发明还提供了一种应用系统，所述应用系统包括如上任一项所述的LC振荡器电路。
可选地，所述应用系统包括锁相环系统或时钟数据恢复系统。
本发明还提供了一种LC振荡器的温漂补偿方法，所述温漂补偿方法包括：
将所述LC振荡器的工作温度范围划分为(N-1)个温度区段，基于N个呈递增变化的电压阈值形成(N-1)个阈值区段，将边界电压范围划分为(N-1)个电压区段；其中，(N-1)个温度区段、(N-1)个阈值区段及(N-1)个电压区段三者一一对应，且N为大于等于2的自然数；
获取与当前温度相关的电压，并根据电压值大小选出其所属阈值区段；
将与所述阈值区段对应的所述电压区段作为设定电压范围，所述LC振荡器在所述设定电压范围内进行锁定并产生振荡频率。
如上所述，本发明的一种LC振荡器电路、应用系统及温漂补偿方法，通过检测当前温度来设定初始电压范围(也即本发明中的设定电压范围)，使初始电压范围跟随温度变化而变化；而采用随温度变化的初始电压范围，可增大电压调整范围，能充分保证LC振荡器的正常工作，不受温度影响而导致失锁或者误码。
附图说明
图1显示为本发明LC振荡器电路的示意图。
图2显示为本发明温度检测模块的示意图。
图3显示为本发明边界设定模块的示意图。
图4显示为本发明LC振荡器电路的设定电压范围随温度变化示意图。
元件标号说明
100 LC振荡器
200 温度检测模块
201 阈值提供单元
201a 第一电流产生器
202 温度检测单元
202a 第二电流产生器
203 比较单元
300 边界设定模块
301 第三电流产生器
400 鉴相器
500 电荷泵
600 环路滤波器
700 分频器
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种LC振荡器电路，所述LC振荡器电路包括：LC振荡器100、温度检测模块200及边界设定模块300。
所述LC振荡器100用于在设定电压范围内进行锁定并产生振荡频率。所述LC振荡器100还用于在控制电压的控制下保持振荡频率稳定输出，其中，所述控制电压的初始值位于所述设定电压范围内，如为所述设定电压范围内最大值和最小值的均值；若温度上升，所述LC振荡器的总电容值Ctotal增大，导致振荡频率下降，此时，控制电压会上升来保持振荡频率稳定；若温度下降，所述LC振荡器的总电容值Ctotal减小，导致振荡频率上升，此时，控制电压会下降来保持振荡频率稳定。可选地，所述LC振荡器100为压控振荡器(VCO)。
所述温度检测模块200用于获取与当前温度相关的电压，并将其分别与N个呈递增变化的电压阈值进行比较以产生比较结果；其中，所述LC振荡器的工作温度范围划分为(N-1)个温度区段，(N-1)个温度区段与N个电压阈值所形成的(N-1)个阈值区段一一对应，且N为大于等于2的自然数。
具体的，所述温度检测模块200包括：阈值提供单元201、温度检测单元202及比较单元203。
所述阈值提供单元201用于提供第一零温度系数电流，并根据所述第一零温度系数电流产生N个呈递增变化的电压阈值V1-Vn。
更具体的，所述阈值提供单元201包括：第一电流产生器201a及N个第一电阻R11-R1n；所述第一电流产生器201a用于提供第一零温度系数电流；N个所述第一电阻R11-R1n的第一端均连接所述第一电流产生器201a输出的第一零温度系数电流，并作为所述阈值提供单元201的输出端以产生N个电压阈值V1-Vn，第二端均接地(如图2所示)。
本实施例中，通过设定N个所述第一电阻R11-R1n的阻值呈递增变化，以此来得到N个呈递增变化的电压阈值V1-Vn；其中，相邻两电阻之间的阻值关系可根据实际需求来设定，本实施例对此不做限制。需要说明的是，所述第一电阻可以为阻值固定的电阻，也可以为阻值可调的电阻；实际应用中，可选用阻值可调的电阻作为所述第一电阻，以便于根据不同应用场景灵活设置电阻值。
所述温度检测单元202用于提供一正温度系数电流，并根据所述正温度系数电流产生所述与当前温度相关的电压Vp。
更具体的，所述温度检测单元202包括：第二电流产生器202a及第二电阻R2；所述第二电流产生器202a用于提供一正温度系数电流；所述第二电阻R2的第一端连接所述第二电流产生器202a输出的正温度系数电流，并作为所述温度检测单元202的输出端以产生与当前温度相关的电压Vp，第二端接地(如图2所示)。
本实施例中，利用所述第二电阻R2采样正温度系数电流，以此得到与当前温度相关的电压Vp；其中，所述第二电阻R2的阻值可根据实际需求来设定，本实施例对此不做限制。需要说明的是，所述第二电阻可以为阻值固定的电阻，也可以为阻值可调的电阻；实际应用中，可选用阻值可调的电阻作为所述第二电阻，以便于根据不同应用场景灵活设置电阻值。
所述比较单元203连接所述阈值提供单元201的输出端和所述温度检测单元202的输出端，用于将所述与当前温度相关的电压Vp分别与N个所述电压阈值V1-Vp进行比较并产生比较结果。
更具体的，所述比较单元203包括N个比较器CMP1-CMPn，N个所述比较器CMP1-CMPn的正相输入端对应连接所述阈值提供单元201输出的N个电压阈值V1-Vn，反相输入端均连接所述温度检测单元202输出的与当前温度相关的电压Vp，输出端产生所述比较结果。
本实施例中，N个所述电压阈值V1-Vp形成(N-1)个阈值区段，通过将所述与当前温度相关的电压Vp分别与N个所述电压阈值V1-Vp进行比较，从(N-1)个电压区段中找出Vp所属电压区段并产生对应比较结果。
所述边界设定模块300连接所述温度检测模块200的输出端，用于将边界电压范围划分为(N-1)个电压区段，并根据所述比较结果从中选择相应电压区段作为所述设定电压范围；其中，(N-1)个阈值区段与(N-1)个电压区段一一对应。
更具体的，所述边界设定模块300包括：第三电流产生器301、(N+1)个第三电阻R31-R3(n+1)及N个控制开关S1-Sn；所述第三电流产生器301用于提供第二零温度系数电流；(N+1)个所述第三电阻R31-R3(n+1)串联于所述第三电流产生器301的输出端和地之间；N个所述控制开关S1-Sn的第一端对应连接相邻两个所述第三电阻的连接节点处，第二端作为所述边界设定模块300的输出端以产生所述设定电压范围；其中，N个所述控制开关S1-Sn受控于与所述比较结果相关的控制信号。
进一步的，所述LC振荡器电路100还包括控制信号产生模块(图中未示出)，连接于所述温度检测模块200和所述边界设定模块300之间，用于根据所述比较结果产生所述控制信号。
所述第一电流产生器201a、所述第二电流产生器202a及所述第三电流产生器301采用同一带隙基准源实现，而采用带隙基准源提供零温度系数电流和正温度系数电流是本领域技术人员所公知的，此处不做赘述。
本实施例中，利用第三电阻分压得到N个电压点，实现将边界电压范围划分为(N-1)个电压区段；通过控制信号控制N个控制开关的断开、闭合，实现从(N-1)个电压区段中选择相应电压区段作为设定电压范围输出。需要说明的是，所述第三电阻可以为阻值固定的电阻，也可以为阻值可调的电阻；实际应用中，可选用阻值可调的电阻作为所述第三电阻，以便于根据不同应用场景灵活设置电阻值。
以N等于4为例，若Vp介于V1-V2之间，那么比较器CMP1-CMP4输出的比较结果为0111，所述控制信号为1100，此时，所述控制开关S1和S2闭合，所述边界设定模块300输出的设定电压范围为Vb1-Vb2；若Vp介于V2-V3之间，那么比较器CMP1-CMP4输出的比较结果为0011，所述控制信号为0110，此时，所述控制开关S2和S3闭合，所述边界设定模块300输出的设定电压范围为Vb2-Vb3；若Vp介于V3-V4之间，那么比较器CMP1-CMP4输出的比较结果为0001，所述控制信号为0011，此时，所述控制开关S3和S4闭合，所述边界设定模块300输出的设定电压范围为Vb3-Vb4。
相应的，本实施例还提供一种LC振荡器的温漂补偿方法，所述温漂补偿方法包括：步骤1)、步骤2)及步骤3)。
步骤1)将所述LC振荡器的工作温度范围划分为(N-1)个温度区段，基于N个呈递增变化的电压阈值形成(N-1)个阈值区段，将边界电压范围划分为(N-1)个电压区段；其中，(N-1)个温度区段、(N-1)个阈值区段及(N-1)个电压区段三者一一对应，且N为大于等于2的自然数。
步骤2)获取与当前温度相关的电压，并根据电压值大小选出其所属阈值区段。
具体的，利用电阻采样正温度系数电流以获取与当前温度相关的电压；通过将该电压分别与N个电压阈值进行比较，以此从(N-1)个阈值区段中选出该电压所属阈值区段。
步骤3)将与所述阈值区段对应的所述电压区段作为设定电压范围，所述LC振荡器在所述设定电压范围内进行锁定并产生振荡频率。
下面请结合图1-图3，参阅图4，对本实施例所述LC振荡器电路实现温漂补偿的原理进行说明；其中，N等于4。
假设所述LC振荡器的工作温度范围为-30℃-60℃，将其划分为3个温度区段，如-30℃-0℃、0℃-30℃及30℃-60℃；4个呈递增变化的电压阈值V1-V4形成3个阈值区段，如V1-V2、V2-V3及V3-V4；所述LC振荡器的边界电压范围为Vb1-Vb4，将其划分为3个电压区段，如Vb1-Vb2、Vb2-Vb3及Vb3-Vb4；其中，-30℃-0℃对应V1-V2对应Vb1-Vb2，0℃-30℃对应V2-V3对应Vb2-Vb3，30℃-60℃对应V3-V4对应Vb3-Vb4。
需要说明的是，温度区段、阈值区段及电压区段的分法相同，若所述LC振荡器的工作温度范围均分成为3个温度区段，对应的3个阈值区段和3个电压区段也为均分；反之，若所述LC振荡器的工作温度范围非均分成为3个温度区段，对应的3个阈值区段和3个电压区段也为非均分。
现有技术中，无论所述LC振荡器在工作温度范围内的哪个温度点上电，其控制电压VT的初始值为固定值，始终介于Vb2-Vb3之间；后续使用中，如果温度上升，则控制电压VT的可调电压范围为Vb3-Vb4；如果温度下降，则控制电压VT的可调电压范围为Vb1-Vb2。
对于本方案，若所述LC振荡器在-20℃下上电，则将其设定电压范围设为Vb1-Vb2，也即所述LC振荡器的控制电压初始值VT介于Vb1-Vb2之间；后续使用中，如果温度上升，则控制电压VT的可调电压范围变为Vb2-Vb4(相当于增大了一倍)，有较大的调整空间来补偿因温度上升而引起的振荡频率下降。
若所述LC振荡器在55℃下上电，则将其设定电压范围设为Vb3-Vb4，也即所述LC振荡器的控制电压初始值VT介于Vb3-Vb4之间；后续使用中，如果温度下降，则控制电压VT的可调电压范围变为Vb1-Vb3(相当于增大了一倍)，有较大的调整空间来补偿因温度下降而引起的振荡频率上升。
可见，针对所述LC振荡器在低温或高温下上电的情况，相较于现有技术，本方案增大了可调电压范围，能充分保证LC振荡器的正常工作，使其不受温度影响而导致失锁或者误码。
实施例二
如图1所示，本实施例提供一种应用系统，所述应用系统包括如实施例一所述的LC振荡器电路。
具体的，所述应用系统包括锁相环系统或时钟数据恢复系统。更具体的，所述应用系统为锁相环系统；所述锁相环系统还包括：鉴相器(PFD)400、电荷泵(CP)500、环路滤波器(LPF)600及分频器(DIV)700。
所述鉴相器400用于比较参考时钟REF_CLK和反馈时钟FB_CLK的相位并产生二者的相位差；所述电荷泵500连接于所述鉴相器400和所述LC振荡器100之间，用于将所述相位差转换为控制电压；所述环路滤波器连接所述电荷泵的输出端，用于滤波所述控制电压中的高频噪声；所述分频器700连接所述LC振荡器100和所述鉴相器400之间，用于对所述振荡频率进行分频并产生所述反馈时钟FB_CLK。
综上所述，本发明的一种LC振荡器电路、应用系统及温漂补偿方法，通过检测当前温度来设定初始电压范围(也即本发明中的设定电压范围)，使初始电压范围跟随温度变化而变化；而采用随温度变化的初始电压范围，可增大电压调整范围，能充分保证LC振荡器的正常工作，不受温度影响而导致失锁或者误码。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种LC振荡器电路，其特征在于，所述LC振荡器电路包括：LC振荡器、温度检测模块及边界设定模块；
所述LC振荡器用于在设定电压范围内进行锁定并产生振荡频率；
所述温度检测模块用于获取与当前温度相关的电压，并将其分别与N个呈递增变化的电压阈值进行比较以产生比较结果；
所述边界设定模块连接所述温度检测模块的输出端，用于将边界电压范围划分为(N-1)个电压区段，并根据所述比较结果从中选择相应电压区段作为所述设定电压范围；其中，所述LC振荡器的工作温度范围划分为(N-1)个温度区段，(N-1)个温度区段、N个电压阈值所形成的(N-1)个阈值区段及(N-1)个电压区段三者一一对应，且N为大于等于2的自然数。
2.根据权利要求1所述的LC振荡器电路，其特征在于，所述温度检测模块包括：阈值提供单元、温度检测单元及比较单元；
所述阈值提供单元用于提供第一零温度系数电流，并根据所述第一零温度系数电流产生N个呈递增变化的电压阈值；
所述温度检测单元用于提供一正温度系数电流，并根据所述正温度系数电流产生所述与当前温度相关的电压；
所述比较单元连接所述阈值提供单元和所述温度检测单元的输出端，用于将所述与当前温度相关的电压分别与N个所述电压阈值进行比较并产生所述比较结果。
3.根据权利要求2所述的LC振荡器电路，其特征在于，所述阈值提供单元包括：第一电流产生器及N个第一电阻；
所述第一电流产生器用于提供第一零温度系数电流；
N个所述第一电阻的第一端均连接所述第一电流产生器输出的第一零温度系数电流，并作为所述阈值提供单元的输出端以产生N个电压阈值，第二端均接地。
4.根据权利要求2所述的LC振荡器电路，其特征在于，所述温度检测单元包括：第二电流产生器及第二电阻；
所述第二电流产生器用于提供一正温度系数电流；
所述第二电阻的第一端连接所述第二电流产生器输出的正温度系数电流，并作为所述温度检测单元的输出端，第二端接地。
5.根据权利要求2所述的LC振荡器电路，其特征在于，所述比较单元包括N个比较器，N个所述比较器的正相输入端对应连接所述阈值提供单元输出的N个电压阈值，反相输入端均连接所述温度检测单元输出的与当前温度相关的电压，输出端产生所述比较结果。
6.根据权利要求1-5任一项所述的LC振荡器电路，其特征在于，所述边界设定模块包括：第三电流产生器、(N+1)个第三电阻及N个控制开关；
所述第三电流产生器用于提供第二零温度系数电流；
(N+1)个所述第三电阻串联于所述第三电流产生器的输出端和地之间；
N个所述控制开关的第一端对应连接相邻两个所述第三电阻的连接节点处，第二端作为所述边界设定模块的输出端以产生设定电压范围；
其中，N个所述控制开关受控于与所述比较结果相关的控制信号。
7.根据权利要求6所述的LC振荡器电路，其特征在于，所述LC振荡器电路还包括控制信号产生模块，连接于所述温度检测模块和所述边界设定模块之间，用于根据所述比较结果产生所述控制信号。
8.一种应用系统，其特征在于，所述应用系统包括如权利要求1-7任一项所述的LC振荡器电路。
9.根据权利要求8所述的应用系统，其特征在于，所述应用系统包括锁相环系统或时钟数据恢复系统。
10.一种LC振荡器的温漂补偿方法，其特征在于，所述温漂补偿方法包括：
将所述LC振荡器的工作温度范围划分为(N-1)个温度区段，基于N个呈递增变化的电压阈值形成(N-1)个阈值区段，将边界电压范围划分为(N-1)个电压区段；其中，(N-1)个温度区段、(N-1)个阈值区段及(N-1)个电压区段三者一一对应，且N为大于等于2的自然数；
获取与当前温度相关的电压，并根据电压值大小选出其所属阈值区段；
将与所述阈值区段对应的所述电压区段作为设定电压范围，所述LC振荡器在所述设定电压范围内进行锁定并产生振荡频率。
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