CN118100804A - 一种压控振荡器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种压控振荡器，包括：LC谐振模块以及低通滤波模块；所述LC谐振模块包括：并联的主变容二极管电路以及辅变容二极管电路；所述辅变容二极管电路的输入端还串联有所述低通滤波模块。本申请，通过引入辅变容二极管电路，并在辅变容二极管电路的输入端接入低通滤波模块，使得辅变容二极管电路仅对低频敏感，也就是在低频下利用变容二极管电路对温度导致的频率漂移进行补偿；在高频下，复合环路回落到主变容二极管电路，环路保持正常的PLL行为和性能。由此不仅能够实现在相对较窄的频率范围内消除频率漂移，还可以实现宽带压控振荡器的振荡频率温度补偿。

Description

一种压控振荡器
技术领域
本发明涉电力电子技术领域，特别涉及一种压控振荡器。
背景技术
解决压控振荡器频率随温度漂移问题的传统方法是使用开环补偿技术，为主/辅助变容二极管提供温度相关的控制电压，以抵消频率漂移。由于压控振荡器VCO在不同的频率下、随温度漂移的特性不同，这种开环补偿技术需要在不同的VCO频率下进行调整。欠补偿和过补偿经常发生，因此造成压控振荡器频率漂移补偿不够准确。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种压控振荡器，主要目的在于解决目前存在压控振荡器输出频率补偿不够准确的问题。
为解决上述问题，本申请提供一种带有温度补偿的压控振荡器，包括：LC谐振模块以及低通滤波模块；
所述LC谐振模块包括：并联的主变容二极管电路以及辅变容二极管电路；
所述辅变容二极管电路的输入端还串联有所述低通滤波模块。
可选的，所述主变容二极管电路包括：并联的第一二极管和第二二极管、与第一二极管串联的第一电容、以及与第二二极管串联的第二电容；
第一二极管阳极与所述第二二极管阳极电气连接，作为所述主变容二极管电路的输入端，同时作为LC谐振模块的第一输入端；
所述第一电容的一端与所述第一二极管的阴极电气连接，另一端作为主变电容二极管电路的第一输出端，同时作为LC谐振模块的第一输出端。
所述第二电容的一端与所述第二二极管的阴极电气连接，另一端作为主变电容二极管电路的第二输出端，同时作为LC谐振模块的第二输出端。
可选的，所述辅变容二极管电路包括：并联的第三二极管和第四二极管、与第三二极管串联的第三电容、以及与第四二极管串联的第四电容；
第三二极管阳极与所述第四二极管阳极电气连接，作为所述辅变容二极管电路的输入端，同时作为LC谐振模块的第二输入端；
所述第三电容的一端与所述第三二极管的阴极电气连接，另一端作为辅变电容二极管电路的第一输出端、与所述主变容二极管电路的第一输出端电气连接，以作为LC谐振模块的第一输出端；
所述第四电容的一端与所述第四二极管的阴极电气连接，另一端作为辅变电容二极管电路的第二输出端、与所述主变容二极管电路的第二输出端电气连接，以作为LC谐振模块的第二输出端。
可选的，所述LC谐振模块，还包括：电感；
所述电感的第一端与所述主变容二极管电路的第一输出端电气连接，所述电感的另一端与所述主变容二极管电路的第二输出端电气连接。
可选的，所述LC谐振模块，还包括：频率调节电容阵列；
所述频率调节电容阵列的一端与所述辅变容二极管电路的第一输出端电气连接，所述频率调节电容阵列的另一端与所述辅变容二极管电路的第二输出端电气连接。
可选的，所述滤波模块包括：
滤波电感，一端与所述辅变容二极管电路的输入端电气连接，另一端与主变容二极管的输入端连接、以作为压控振荡器的输入端；
滤波电容，一端与所述辅变容二极管电路的输入端电气连接，另一端接地。
可选的，所述压控振荡器还包括：负阻模块；
所述LC谐振模块通过所述负阻模块电气连接于电源和地之间，以基于所述负阻模块为所述LC谐振模块提供负阻。
可选的，所述负阻模块包括第一交叉耦合电路以及第二交叉耦合电路；
所述第一交叉耦合电路包括：第一晶体管以及第二晶体管；所述第一晶体管的栅极与第二晶体管的漏极电气连接，并与所述LC谐振模块的第二输出端电气连接；所述第二晶体管的栅极与所述第一晶体管的漏极电气连接，并与所述LC谐振模块的第一输出端电气连接；所述第一晶体管和第二晶体管的源极与电源电气连接；
所述第二交叉耦合电路包括：第三晶体管以及第四晶体管；所述第三晶体管的栅极与第四晶体管的漏极电气连接，并与所述LC谐振模块的第二输出端电气连接；所述第四晶体管的栅极与所述第三晶体管的漏极电气连接，并与所述LC谐振模块的第一输出端电气连接；所述第三晶体管和第四晶体管的源极接地。
本申请中的压控振荡器，通过引入辅变容二极管电路，并在辅变容二极管电路的输入端接入低通滤波模块，使得辅变容二极管电路仅对低频敏感，也就是在低频下利用变容二极管电路对温度导致的频率漂移进行补偿，在高频下，复合环路回落到主变容二极管电路，环路保持正常的PLL行为和性能。由此不仅能够实现在相对较窄的频率范围内消除频率漂移，还可以实现宽带压控振荡器的振荡频率温度补偿。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例一种振荡器的结构示意图；
图2为本申请又一实施例一种振荡器的电路图。
具体实施方式
此处参考附图描述本申请的各种方案以及特征。
应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本申请的范围和精神内的其他修改。
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且与上面给出的对本申请的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本申请的原理。
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式。
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本申请的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
此后参照附图描述本申请的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本申请的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本申请。
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本申请的相同或不同实施例中的一个或多个。
本申请实施例提供一种压控振荡器，如图1所示，包括LC谐振模块以及低通滤波模块。所述LC谐振模块包括：并联的主变容二极管电路以及辅变容二极管电路；所述辅变容二极管电路的输入端与所述低通滤波模块串联。本实施例中，低通滤波模块具体包括滤波电感Rf以及滤波电容Cf。滤波电感Rf的一端与所述辅变容二极管电路的输入端电气连接，滤波电感Rf另一端与主变容二极管的输入端连接、以作为压控振荡器的输入端。滤波电容Cf的一端与所述辅变容二极管电路的输入端电气连接，滤波电容Cf另一端接地。
本实施例中，压控振荡器输入端所输入的直流电压Vctrl，Vctrl在工作温度范围内的变化要求在特定的电压范围内，便于电荷泵工作在线性区。当VCO频率漂移时，锁相环PLL环路会调整Vctrl，使得VCO分频后锁定在参考频率。所以，变容二极管负责校正频率漂移。为了减轻变容二极管的负担，本申请中引入了具有辅助变容二极管的并联辅助回路，其中M是主变容二极管电路和辅变容二极管电路之间的器件比例因子。Rf和Cf构成低通滤波器，使辅助环路仅对低频敏感。对于VCO电路，输出频率漂移可以建模为Vctrl变化和KVCO的乘积，传输函数可以推导为：
本申请中的辅助回路(辅变容二极管电路)产生了一个额外的极点和零点。由于M通常大于或等于1，复合环路频率响应首先经历相位滞后，然后是相位超前，最后在高频时接近零相移。在低频时，如果温度变化，可以看出Kvco_composite＝KVCO(1+M)，由此形成了Kvco的增益倍增，因此，对于给定的频率漂移，与主环路Kvco相比，直流电压Vctrl变化减小了1+M倍。因此，主变容二极管电路的Vctrl变化为ΔVctrl/(1+M)Kvco，辅变容二极管电路的Vctrl变化为ΔVctrl/(1+M)Kvco。由此，有效的减小了主变容二极管电路Vctrl的变化，因此不需要温度斜率电路来补偿温度漂移。在高频下，复合环路回落到主变容二极管电路Kvco，环路保持正常的PLL行为和性能。
本申请中的压控振荡器，通过引入辅变容二极管电路，并在辅变容二极管电路的输入端接入低通滤波模块，使得辅变容二极管电路仅对低频敏感。也就是，在低频下利用辅变容二极管电路对温度导致的频率漂移进行补偿；在高频下，复合环路回落到主变容二极管电路，环路保持正常的PLL行为和性能。由此不仅能够实现在相对较窄的频率范围内消除频率漂移，还可以实现宽带压控振荡器的振荡频率温度补偿。并且，不需要增大芯片面积。
本申请另一实施例提供一种压控振荡器，具体如图2所示，本实施例中，主变容二极管电路包括：第一二极管VAR1，与第一二极管VAR1并联的第二二极管VAR2，与第一二极管VAR1串联的第一电容C1、以及与第二二极管VAR2串联的第二电容C2。具体的，本实施例中，第一二极管VAR1阳极与所述第二二极管VAR2阳极电气连接，作为所述主变容二极管电路的输入端，同时作为LC谐振模块的第一输入端，并作为接压控振荡器的输入端Vctrl、以接收直流电压信号。第一电容C1的第一端与第一二极管VAR1的阴极电气连接，第一电容C1的第二端作为主变电容二极管电路的第一输出端，同时作为LC谐振模块的第一输出端。第二电容C2的第一端与所述第二二极管VAR2的阴极电气连接，第二电容C2的第二端作为主变电容二极管电路的第二输出端，同时作为LC谐振模块的第二输出端。
本实施例中，所述辅变容二极管电路包括：第三二极管VAR3，与第三二极管并联的第四二极管VAR4、与第三二极管VAR3串联的第三电容C3、以及与第四二极管VAR4串联的第四电容C4。具体的，第三二极管VAR3阳极与所述第四二极管VAR4阳极电气连接，作为所述辅变容二极管电路的输入端，同时作为LC谐振模块的第二输入端。第三电容C3的第一端与所述第三二极管VAR3的阴极电气连接，第三电容C3的第二端作为辅变电容二极管电路的第一输出端、与主变容二极管电路的第一输出端电气连接，以作为LC谐振模块的第一输出端。所述第四电容C4的第一端与所述第四二极管VAR4的阴极电气连接，第四电容C4的第二端作为辅变电容二极管电路的第二输出端，与主变容二极管电路的第二输出端电气连接，以作为LC谐振模块的第二输出端。
也就是说，第一二极管VAR1的阳极与第二二极管VAR2的阳极相互连接，并作为压控振荡器的电压信号输入端、以接收直流电压Vctrl。第一二极管VAR1的阴极通过第一电容C1作为主变容二极管电路的第一并联耦合端(第一输出端)，第二二极管VAR2的阴极通过第二电容C2作为主变容二极管电路的第二并联耦合端(第二输出端)。
第三二极管VAR3的阳极与第四二极管VAR4的阳极相互连接，并通过滤波电感Rf和滤波电容Cf后接压控振荡器的电压信号输入端Vctrl。第三二极管VAR3的阴极通过串联第三电容C3作为辅变容二极管电路的第一输出端，并与主变容二极管电路的第一并联耦合端(主变容二极管电路的第一输出端)电气连接，从而构成LC谐振模块的第一输出端(即压控振荡器的第一输出端)。第四二极管VAR4的阴极通过串联第四电容C4作为辅变容二极管电路的第二输出端，并与主变容二极管电路的第二并联耦合端(主变容二极管电路的第二输出端)电气连接，从而构成LC谐振模块的第二输出端(即压控振荡器的第二输出端)。
具体的，本实施例中的压控振荡器，LC谐振模块还包括：电感L以及频率调节电容阵列C5；电容阵列C5由多个可切换电容单元电路并联组成，实现宽频覆盖不同的频段。所述电感L的第一端与所述主变容二极管电路的第一输出端电气连接，也就是电感L的第一端与第一电容C1的第二端电气连接。所述电感L的第二端与所述主变容二极管电路的第二输出端电气连接，也就是电感L的第二端与第二电容C2的第二端电气连接。
同理，所述频率调节电容阵列C5的第一端与所述辅变容二极管电路的第一输出端电气连接，也就是频率调节电容阵列C5的第一端与第三电容C3的第二端电气连接。所述频率调节电容阵列C5的第二端与所述辅变容二极管电路的第二输出端电气连接，也就是频率调节电容阵列C5的第二端与第四电容C4的第二端电气连接。
本实施例在具体实施过程中，所述压控振荡器还包括：负阻模块；所述LC谐振模块通过所述负阻模块电气连接于电源和地之间，以基于所述负阻模块为所述LC谐振模块提供负阻。具体的，所述负阻模块包括由第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3以及第四晶体管M4构成的第一交叉耦合电路以及第二交叉耦合电路。本实施例中负阻模块/负阻电路，用于补偿LC谐振腔中的正电阻，使压控振荡器输出产生信号。本实施例中第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3以及第四晶体管M4具体可以为MOS管。
本实施例中的第一交叉耦合电路包括：第一MOS管以及第二MOS管；所述第一MOS管M1的栅极G与第二MOS管M2的漏极D电气连接，并与所述LC谐振模块的第二输出端电气连接；所述第二MOS管M2的栅极G与所述第一晶体管M1的漏极D电气连接，并与所述LC谐振模块的第一输出端电气连接；所述第一MOS管M1和第二MOS管M2的源极S与电源VDD电气连接。
所述第二交叉耦合电路包括：第三MOS管M3以及第四MOS管M4；所述第三MOS管M3的栅极G与第四MOS管M4的漏极D电气连接，并与所述LC谐振模块的第二输出端电气连接；所述第四MOS管M4的栅极G与所述第三MOS管M3的漏极D电气连接，并与所述LC谐振模块的第一输出端电气连接；所述第三MOS管M3和第四MOS管M4的源极S接地。
以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种压控振荡器，其特征在于，包括：LC谐振模块以及低通滤波模块；
所述LC谐振模块包括：并联的主变容二极管电路以及辅变容二极管电路；
所述辅变容二极管电路的输入端还串联有所述低通滤波模块。
2.如权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，所述主变容二极管电路包括：并联的第一二极管和第二二极管、与第一二极管串联的第一电容、以及与第二二极管串联的第二电容；
第一二极管阳极与所述第二二极管阳极电气连接，作为所述主变容二极管电路的输入端，同时作为LC谐振模块的第一输入端；
所述第一电容的一端与所述第一二极管的阴极电气连接，另一端作为主变电容二极管电路的第一输出端，同时作为LC谐振模块的第一输出端。
所述第二电容的一端与所述第二二极管的阴极电气连接，另一端作为主变电容二极管电路的第二输出端，同时作为LC谐振模块的第二输出端。
3.如权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，所述辅变容二极管电路包括：并联的第三二极管和第四二极管、与第三二极管串联的第三电容、以及与第四二极管串联的第四电容；
第三二极管阳极与所述第四二极管阳极电气连接，作为所述辅变容二极管电路的输入端，同时作为LC谐振模块的第二输入端；
所述第三电容的一端与所述第三二极管的阴极电气连接，另一端作为辅变电容二极管电路的第一输出端、与所述主变容二极管电路的第一输出端电气连接，以作为LC谐振模块的第一输出端；
所述第四电容的一端与所述第四二极管的阴极电气连接，另一端作为辅变电容二极管电路的第二输出端、与所述主变容二极管电路的第二输出端电气连接，以作为LC谐振模块的第二输出端。
4.如权利要求2所述的压控振荡器，其特征在于，所述LC谐振模块，还包括：电感；
所述电感的第一端与所述主变容二极管电路的第一输出端电气连接，所述电感的另一端与所述主变容二极管电路的第二输出端电气连接。
5.如权利要求3所述的压控振荡器，其特征在于，所述LC谐振模块，还包括：频率调节电容阵列；
所述频率调节电容阵列的一端与所述辅变容二极管电路的第一输出端电气连接，所述频率调节电容阵列的另一端与所述辅变容二极管电路的第二输出端电气连接。
6.如权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，所述滤波模块包括：
滤波电感，一端与所述辅变容二极管电路的输入端电气连接，另一端与主变容二极管的输入端连接、以作为压控振荡器的输入端；
滤波电容，一端与所述辅变容二极管电路的输入端电气连接，另一端接地。
7.如权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，所述压控振荡器还包括：负阻模块；
所述LC谐振模块通过所述负阻模块电气连接于电源和地之间，以基于所述负阻模块为所述LC谐振模块提供负阻。
8.如权利要求7所述的压控振荡器，其特征在于，所述负阻模块包括第一交叉耦合电路以及第二交叉耦合电路；
所述第一交叉耦合电路包括：第一晶体管以及第二晶体管；所述第一晶体管的栅极与第二晶体管的漏极电气连接，并与所述LC谐振模块的第二输出端电气连接；所述第二晶体管的栅极与所述第一晶体管的漏极电气连接，并与所述LC谐振模块的第一输出端电气连接；所述第一晶体管和第二晶体管的源极与电源电气连接；
所述第二交叉耦合电路包括：第三晶体管以及第四晶体管；所述第三晶体管的栅极与第四晶体管的漏极电气连接，并与所述LC谐振模块的第二输出端电气连接；所述第四晶体管的栅极与所述第三晶体管的漏极电气连接，并与所述LC谐振模块的第一输出端电气连接；所述第三晶体管和第四晶体管的源极接地。
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