CN115276648A - 振荡器电路、时钟信号生成电路及毫米波传感器电路 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种振荡器电路、时钟信号生成电路及毫米波传感器电路。所述振荡器电路，包括：依次连接并形成环路的压控振荡模块、电压转换模块、分频器模块、充放电模块和积分模块；所述压控振荡模块，接收所述积分模块输出的电压控制信号，并产生相应的频率信号；所述电压转换模块，对所述频率信号进行电压转换；所述分频器模块，对电压转换后的频率信号进行分频，得到分频时钟信号；所述充放电模块，具有电容，所述充放电模块以所述分频时钟信号为控制信号，控制所述电容进行充放电，并输出对应的电压信号；所述积分模块，接收所述电压信号，并输出所述电压控制信号。本申请方案，提高振荡器电路输出信号的频率稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种振荡器电路、时钟信号生成电路及毫米波传感器电路。
背景技术
振荡器电路负责驱动整个芯片工作，是芯片不可缺少的组成部分。振荡器一般分为石英振荡器、LC振荡器和RC振荡器等。由于RC振荡器具有结构简单、容易振荡、面积小、功耗低、易于集成的优点，被广泛应用于集成电路中。RC振荡器主要由基准电流源、充放电电容、比较器和RS触发器四部分构成。
随着半导体技术的发展，芯片对于振荡器稳定性的要求也越来越高。RC振荡器具有频率稳定性不高的劣势，由于比较器和逻辑门的延时特性变化大，输出信号的频率比较容易受到温度和电源电压的影响。现有技术也存在有采用VAF(Voltage AveragingFeedback)电路进行改进的方式，然而该结构采用比较器配合双边充放电电容，电路成本及功耗较高。
发明内容
本申请实施例提供振荡器电路，可以提高振荡器电路输出信号的频率稳定性。
一方面，本申请提供一种振荡器电路，包括：依次连接并形成环路的压控振荡模块、电压转换模块、分频器模块、充放电模块和积分模块；
所述压控振荡模块，接收所述积分模块输出的电压控制信号，并产生相应的频率信号；
所述电压转换模块，对所述频率信号进行电压转换；
所述分频器模块，对电压转换后的频率信号进行分频，得到分频时钟信号；
所述充放电模块，具有电容，所述充放电模块以所述分频时钟信号为控制信号，控制所述电容进行充放电，并输出对应的电压信号；
所述积分模块，接收所述电压信号，并输出所述电压控制信号。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述压控振荡模块，包括MOS管和环形振荡器，所述MOS管连接所述环形振荡器；所述MOS管的栅极连接所述积分模块，在本实现方式中，可以采用PMOS管驱动环形振荡器的架构，当电压控制信号增大时，环形振荡器输出信号的振荡频率降低，当电压控制信号减小时，环形振荡器输出信号的振荡频率升高，以此对电路形成负反馈作用。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述电压转换模块，具体为升压转换电路；
所述升压转换电路，包括第一电容C1、第二电容C2、第三MOS管M3、第四MOS管M4；所述第一电容C1的一端接地，另一端连接所述第三MOS管M3的漏极；所述第二电容C2的一端接地，另一端连接所述第四MOS管M4的漏极；所述第三MOS管M3的源极连接所述第四MOS管M4的栅极；所述第四MOS管M4的源极连接所述第三MOS管M3的栅极；所述第三MOS管M3的漏极连接所述第四MOS管M4的漏极，在本实现方式中，升压转换电路将压控振荡模块输出的振荡信号的电压转换到可以驱动电路正常工作的电源电压，从而保证后续电路的正常工作，否则无法实现对后续电路进行控制。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述分频器模块包括二分频电路。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述充放电模块，包括电流源IC、MOS管MN0，以及电容Cc组成的充放电电路；
所述MOS管MN0的源极连接所述电流源IC，漏极接地；所述MOS管MN0的栅极连接所述分频器模块的输出；所述电容Cc的一端连接所述MOS管MN0的源极，另一端接地；所述电容Cc非接地的一端作为所述电压信号的输出端。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，所述积分模块，包括运算放大器、电压源VREF、电阻R0和电容C0组成的积分电路；
所述运算放大器的第一输入端连接所述电压源VREF；所述运算放大器的第二输入端经所述电阻R0连接所述充放电模块的输出；所述运算放大器的第二输入端经所述电容C0连接所述运算放大器的输出端；所述运算放大器的输出端输出所述电压控制信号。
第二方面，本申请提供一种时钟信号生成电路，包括上述第一方面所述的振荡器电路。
结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述振荡器电路，向MCU芯片提供高速外部时钟HSE或低速外部时钟LSE信号。
结合第二方面，在一种可行的实现方式中，所述MCU芯片包括晶振OSC和处理器；
所述振荡器电路连接所述晶振OSC，所述晶振OSC连接所述处理器。
第三方面，本申请提供一种毫米波传感器电路，包括：信号处理模块、振荡器电路、信号发送模块、信号接收模块以及存储模块；
所述信号处理模块连接所述振荡器电路，所述振荡器电路连接所述信号发送模块；所述信号接收模块连接所述信号处理模块；所述信号处理模块连接所述存储模块；
所述振荡器电路为上述第一方面所述的振荡器电路。
本申请提供振荡器电路，包括形成反馈环路的压控振荡模块、电压转换模块、分频器模块、充放电模块和积分模块，压控振荡模块根据积分模块输出的电压控制信号输出频率信号，电压转换模块对频率信号进行电压转换，将电压转换到可以驱动电路正常的级别，分频器模块对电压转换后的信号进行分频，得到分频时钟信号，分频时钟信号被用于控制充放电模块中的电容进行充放电，并输出相应的电压信号，积分模块根据该电压信号输出电压控制信号，最终使得分频器模块分频后的分频时钟信号趋于稳定，提高频率输出的稳定性，并且其电路成本和功耗较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，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是本申请实施例中的一种振荡器电路的结构示意图；
图2是本申请一个实施例中的升压转换电路的结构示意图；
图3a是本申请实施例中的充放电电路输入的分频器时钟信号，以及充放电电路输出的电压信号的时序示意图；
图3b是本申请实施例中的振荡器电路在环路循环工作过程中的信号变化示意图；
图4a是本申请实施例提供的一种时钟信号生成电路的结构示意图；
图4b是本申请实施例中的一种MCU芯片的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种毫米波传感器电路的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
参见图1，在本申请的实施例中提供了一种振荡器电路。本申请实施例中的振荡器电路，可以提高输出的时钟信号的频率稳定性。
在本申请实施例中，所述的振荡器电路，包括：依次连接并形成环路的压控振荡模块101、电压转换模块102、分频器模块103、充放电模块104和积分模块105。
其中，压控振荡模块101，接收积分模块105输出的电压控制信号，并产生相应的频率信号；
电压转换模块102，对频率信号进行电压转换；
分频器模块103，对电压转换后的频率信号进行分频，得到分频时钟信号；
充放电模块104，具有电容，充放电模块104以分频时钟信号为控制信号，控制电容进行充放电，并输出对应的电压信号；
积分模块105，接收电压信号，并输出电压控制信号。
上述本申请实施例提供的振荡器电路，包括形成反馈环路的压控振荡模块、电压转换模块、分频器模块、充放电模块和积分模块，压控振荡模块根据积分模块输出的电压控制信号输出频率信号，电压转换模块对频率信号进行电压转换，将电压转换到可以驱动电路正常的级别，分频器模块对电压转换后的信号进行分频，得到分频时钟信号，分频时钟信号被用于控制充放电模块中的电容进行充放电，并输出相应的电压信号，积分模块根据该电压信号输出电压控制信号，最终使得分频器模块分频后的分频时钟信号趋于稳定，提高频率输出的稳定性，并且其电路成本和功耗较低。
下面在本申请的一个更为详细的实施例中说明上述振荡器电路。
振荡器电路，包括：依次连接并形成环路的压控振荡模块101、电压转换模块102、分频器模块103、充放电模块104和积分模块105。
在本申请实施例中，压控振荡模块(VCO)101可以有多种实现方式，只需实现VCO101根据积分模块105输入的电压控制信号Vcont，输出对应于Vcont的频率信号即可。在一个优选的实施例中，VCO 101可以包括MOS管和环形振荡器，其中，MOS管连接环形振荡器；MOS管的栅极连接积分模块105输出的电压控制信号Vcont。如图1，采用PMOS管MP0驱动环形振荡器的架构，MP0的源极拉高，漏极连接环形振荡器，栅极连接电压控制信号Vcont，当电压控制信号Vcont的电压增大时，环形振荡器输出振荡信号的频率减小，而当电压控制信号Vcont的电压减小时，环形振荡器输出振荡信号的频率增大，以此形成了负反馈电路。
在本申请实施例中，电压转换模块102的作用是对环形振荡器输出的振荡信号进行电压转换，将其电压转换到可以驱动电子电路进行正常工作的电压范围，例如0.8V～5V。优选的，电压转换模块102，具体为升压转换电路102。
如图2所示意，升压转换电路102的结构中，包括第一电容C1、第二电容C2、第三MOS管M3、第四MOS管M4；其中，第一电容C1的一端接地，另一端连接所述第三MOS管M3的漏极；所述第二电容C2的一端接地，另一端连接所述第四MOS管M4的漏极；所述第三MOS管M3的源极连接所述第四MOS管M4的栅极；所述第四MOS管M4的源极连接所述第三MOS管M3的栅极；所述第三MOS管M3的漏极连接所述第四MOS管M4的漏极。上述升压转换电路102由两个PMOS管和两个电容组成，当Vout_n变高，Vout_p变低时，M3开启，M4截止，电容充电到VCO 101输出电压的最大值附近，从而在VCO 101有效输出的直流电压为VDD时，升压转换电路102可以实现将近2VDD的电压输出，在一个具体示例中，当VCO 101输出的电压为0.5V左右时，经过升压转换电路实现0.8V级别的电压输出，当VCO 101输出的电压更高时，经过升压转换电路就可以实现更大的电压输出，从而驱动电子电路在正常电压范围内进行工作。
在本申请实施例中，分频器模块103可以有多种实现方式，在此不再详细赘述。分频器模块103可以是二分频电路，对VCO 101输出的振荡信号进行二分频，以保证输出信号CLK的占空比为50％。分频器模块103输出的信号，还可以作为其它电子电路或器件的外部时钟信号FREQ，例如作为MCU的外部时钟信号驱动MCU工作，后续将进一步详细说明。
在本申请实施例中，分频器模块103输出的分频时钟信号CLK，作为充放电模块104的输入，充放电模块104根据分频时钟信号CLK，控制电容的充放电动作，并输出相应的电压信号。
具体的，如图1，充放电模块104，包括电流源IC、MOS管MN0，以及电容Cc组成的充放电电路104；所述MOS管MN0的源极连接所述电流源IC，漏极接地；所述MOS管MN0的栅极连接所述分频器模块103的输出CLK；所述电容Cc的一端连接所述MOS管MN0的源极，另一端接地；所述电容Cc非接地的一端作为所述电压信号的输出端Vc。由此可知，在分频时钟信号CLK的电压为低电平时，MN0断开，电流源IC为电容Cc充电，电压信号Vc逐渐上升。而当分频时钟信号CLK的电压为高电平时，MN0闭合，电容Cc进行放电，电压信号Vc逐渐降低。
在本申请实施例中，积分模块105，包括运算放大器、电压源VREF、电阻R0和电容C0组成的积分电路105；所述运算放大器的第一输入端连接所述电压源VREF；所述运算放大器的第二输入端经所述电阻R0连接所述充放电电路104输出的电压信号Vc；所述运算放大器的第二输入端经所述电容C0连接所述运算放大器的输出端；所述运算放大器的输出端输出所述电压控制信号Vcont。
本申请的振荡器电路的电路原理如下：
振荡器电路在上电启动后，积分电路105输出的电压控制信号Vcont信号为低电平，此时MOS管MP0完全打开，环形振荡器输入的电流最大，输出的振荡信号的振荡频率最高，VCO 101的输出信号经过升压转换电路102将电压转到电路正常工作的电压范围，再经过分频器103，保证分频时钟信号CLK的占空比为50％。
当CLK为低电平时，MN0关闭，电流源IC为电容Cc充电，电压信号Vc上升；当CLK为高电平时，MN0开启，通过MN0，电容Cc将电荷快速泄放到地，电压信号Vc下降至低电平。CLK信号与Vc信号动作时序图见下图图3a。由于电路启动时，Vcont信号为低电平，CLK频率高，积分电路105在单个周期内对Vc电压的积分VCR电压小于VREF，此时积分器输出电压Vcont升高。Vcont电压升高，MP0逐渐断开，环形振荡器的电流减小，频率降低，从而分频后CLK频率降低。CLK频率降低，单个周期内对Vc电压的积分VCR电压升高，当VCR电压大于VREF时，积分器输出电压Vcont下降，环形振荡器电流增大，从而CLK频率增加，单个周期内对VC电压的积分VCR电压降低。从而，环路将循环工作，由于积分电路中运算放大器的高增益，环路最终将稳定工作，上述循环工作中的电压Vcont、VCR电压以及CLK频率的变化过程如图3b所示意。
在环路稳定工作时，应当满足：
VCR＝VREF (2)
又由于充电的过程仅在半个周期内，满足
最终求解的周期
即周期T仅与电容Cc、VREF、IC有关，由于电容Cc温度特性很小，而VREF、IC选取来源于BGQ且R0足够大，则振荡器温度特性跟随BG温度特性；或VREF、IC具有相同温度系数时，振荡器温度特性理想情况下则为零温特性。
上述振荡器电路，可以应用于集成电路的时钟信号生成电路中，从而作为时钟信号生成电路的一部分，为电子器件提供外部时钟信号。
具体如图4a所示意，时钟信号生成电路200中包括有前述实施例所述的振荡器电路。本申请实施例中的振荡器电路100输出的时钟信号FREQ可以但不限于向MCU芯片提供高速外部时钟HSE或低速外部时钟LSE信号。
图4b是振荡器电路应用于MCU芯片的一个具体示例。MCU芯片包括时钟信号生成电路200，时钟信号生成电路200中包括有前述实施例中的振荡器电路100。MCU 300包括晶振301和处理器302。在本示例中，振荡器电路100的输出连接晶振301，晶振301连接处理器302。
本申请提供的上述振荡器电路，还可以应用于毫米波传感器电路。
上述的毫米波传感器，可以但不限于应用于与汽车相关的产业领域中，例如毫米波传感器安装在汽车上，在汽车的行驶过程中，测定汽车与预设物体之间的距离。预设的物体，可以是有生命的物体，如行人，也可以是无生命的物体，包括障碍物或其它车辆等。预设的物体可以是静止的物体，也可以是运动的物体。预设物体可以与汽车的运动方向相同或是对向，或与汽车的运动方向成一定角度，在此不在过多赘述。
毫米波传感器的原理是向外发送毫米波的电磁波，并被预设物体反射后，接收反射的反射波，进一步根据信号测定汽车与预设物体之间的距离。
如图5所示，提供了上述毫米波传感器的毫米波传感器电路的结构示意图。
在本实施例中，毫米波传感器电路，包括：信号处理模块501、振荡器电路502、信号发送模块503、信号接收模块504以及存储模块505。
其中，信号处理模块501连接振荡器电路502，振荡器电路502连接信号发送模块503；信号接收模块503连接信号处理模块501；信号处理模块501连接所述存储模块505。
振荡器电路502的结构可参见前述实施例，其结构、工作原理与前述实施例相同，在本实施例中就不再重复叙述。
下面进一步说明在一个实施例中的毫米波传感器电路的工作过程。
在一个实施例中，在毫米波方式的距离测定时，可以但不限于使用调频连续波雷达(FMCW，Frequency Modulated Continuous Wave Radar)。FMCW雷达扫描发送的电波的频率生成发送信号，例如使用79GHz频带的电波的毫米波方式的FMCW雷达中，使用的电波的频率77GHz～81GHz，比通常的频带宽度如24GHz、60GHz等具有更宽的频带宽度。本申请实施例中，还可以采用比FMCW更短的时间周期发送FCM(Fast-Chirp Modulation)信号。上述的FMCW或FCM的信号序列可以存储于存储模块505中，信号处理模块501可以根据信号序列控制振荡器电路502生成相应的电信号。当然，毫米波传感器还可以存储和生成其它序列的信号，在此不作过多限定。
在振荡器电路502在信号处理模块501的控制下生成电信号之后，由信号发送模块503根据电信号作进一步处理，得到发射出去的毫米波。其处理过程，例如可以是先对振荡器电路502输出的电信号进行信号合成，使得其频率上升到规定频带的频率。经过频率上升处理的信号进一步被供给给相位处理以及混频，其中相位处理可以由多个相位控制器来完成，不同的相位控制器对相位进行不同的提前或延迟，相位处理之后的信号再进行混频处理，生成发送波束，发送波束可以通过信号发送模块503中的发射天线发射出去。
发送波束经预设物体的反射，发射波束可以被信号接收模块504所接收。信号接收模块504可以是一个接收模块，或者是多个接收模块，或者在一个接收模块中设置多个接收天线，不同的接收模块或接收天线，可以接收不同方向或角度的发射波束。
信号接收模块504接收到发射波束，可以作进一步的信号处理，例如对发射波束进行降噪放大处理。再根据发送波束的频率与降噪放大处理后的信号进行混合处理，以生成差拍信号，再进一步对差拍信号进行频率转换以及模数转换处理，模数转换处理后可以得到数字信号，以供信号处理模块501确定汽车与预设物体之间的距离。
在本申请的实施例中，信号处理模块501可以对前述的数字信号进行处理，例如基于傅里叶变换确定汽车与预设物体之间的距离，当然，还可以确定汽车与预设物体之间的相对速度、相对角度等等。
上述本申请实施例中的振荡器电路，应用于毫米波传感器中，可以供毫米波传感器产生高稳定的频率信号的输出，以供毫米传感器根据该频率信号生成发送波束信号，从而提供了一种产生高稳定性频率输出的方式，且电子器件的成本低，功耗低。
以上上述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种振荡器电路，其特征在于，包括：依次连接并形成环路的压控振荡模块、电压转换模块、分频器模块、充放电模块和积分模块；
所述压控振荡模块，接收所述积分模块输出的电压控制信号，并产生相应的频率信号；
所述电压转换模块，对所述频率信号进行电压转换；
所述分频器模块，对电压转换后的频率信号进行分频，得到分频时钟信号；
所述充放电模块，具有电容，所述充放电模块以所述分频时钟信号为控制信号，控制所述电容进行充放电，并输出对应的电压信号；
所述积分模块，接收所述电压信号，并输出所述电压控制信号。
2.根据权利要求1所述的振荡器电路，其特征在于，所述压控振荡模块，包括MOS管和环形振荡器，所述MOS管连接所述环形振荡器；所述MOS管的栅极连接所述积分模块。
3.根据权利要求1所述的振荡器电路，其特征在于，所述电压转换模块，具体为升压转换电路；
所述升压转换电路，包括第一电容C1、第二电容C2、第三MOS管M3、第四MOS管M4；所述第一电容C1的一端接地，另一端连接所述第三MOS管M3的漏极；所述第二电容C2的一端接地，另一端连接所述第四MOS管M4的漏极；所述第三MOS管M3的源极连接所述第四MOS管M4的栅极；所述第四MOS管M4的源极连接所述第三MOS管M3的栅极；所述第三MOS管M3的漏极连接所述第四MOS管M4的漏极。
4.根据权利要求1所述的振荡器电路，其特征在于，所述分频器模块包括二分频电路。
5.根据权利要求1所述的振荡器电路，其特征在于，所述充放电模块，包括电流源IC、MOS管MN0，以及电容Cc组成的充放电电路；
所述MOS管MN0的源极连接所述电流源IC，漏极接地；所述MOS管MN0的栅极连接所述分频器模块的输出；所述电容Cc的一端连接所述MOS管MN0的源极，另一端接地；所述电容Cc非接地的一端作为所述电压信号的输出端。
6.根据权利要求1所述的振荡器电路，其特征在于，所述积分模块，包括运算放大器、电压源VREF、电阻R0和电容C0组成的积分电路；
所述运算放大器的第一输入端连接所述电压源VREF；所述运算放大器的第二输入端经所述电阻R0连接所述充放电模块的输出；所述运算放大器的第二输入端经所述电容C0连接所述运算放大器的输出端；所述运算放大器的输出端输出所述电压控制信号。
7.一种时钟信号生成电路，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的振荡器电路。
8.根据权利要求7所述的时钟信号生成电路，其特征在于，所述振荡器电路，向MCU芯片提供高速外部时钟HSE或低速外部时钟LSE信号。
9.根据权利要求8所述的时钟信号生成电路，其特征在于，所述MCU芯片包括晶振OSC和处理器；
所述振荡器电路连接所述晶振OSC，所述晶振OSC连接所述处理器。
10.一种毫米波传感器电路，其特征在于，包括：信号处理模块、振荡器电路、信号发送模块、信号接收模块以及存储模块；
所述信号处理模块连接所述振荡器电路，所述振荡器电路连接所述信号发送模块；所述信号接收模块连接所述信号处理模块；所述信号处理模块连接所述存储模块；
所述振荡器电路为权利要求1至6任一项所述的振荡器电路。
Priority Applications (2)
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| CN202211083841.4A CN115276648A (zh) | 2022-09-06 | 2022-09-06 | 振荡器电路、时钟信号生成电路及毫米波传感器电路 |
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Applications Claiming Priority (1)
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