CN1671050B

CN1671050B - 压控振荡器用稳幅电路

Info

Publication number: CN1671050B
Application number: CN 200410064801
Authority: CN
Inventors: 罗岚; 孙文; 唐守龙; 吴烜; 时龙兴
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: CN1671050A

Abstract

本发明公开了一种涉及稳幅技术的压控振荡器用稳幅电路，由压控振荡器、幅度检测电路和第一比较器组成，压控振荡器的两输出端分别与幅度检测电路两输入端连接，幅度检测电路的输出端与第一比较器的反向输入端连接，第一比较器的正向输入端接参考电压，在幅度检测电路与压控振荡器之间设有第二比较器和电荷泵，第二比较器的反向输入端与幅度检测电路的输出端连接，电荷泵由上电流源，下电流源，开关管和单位增益放大器组成。本发明通过幅度检测器检测压控振荡器输出幅度的大小，得到的直流电平再通过比较器和参考电压比较，比较结果通过门电路输出控制电荷泵的充放电，从而在环路滤波器上产生一个合适的偏置电压，做为压控振荡器尾电流管的偏置。

Description

压控振荡器用稳幅电路

技术领域

本发明涉及一种压控振荡器的稳幅装置，特别涉及一种适用于数字/模拟电视信号接收电路中使用的低噪声压控振荡器用稳幅电路。

背景技术

压控振荡器广泛的应用于发送接收机中，作为提供本振信号的基本模块。众所周知，宽范围调谐压控振荡器在整个调谐范围内，存在着Q值随频率变化大，从而导致振荡幅度随频率变化的问题。因此，稳幅电路的设计成为压控振荡器设计的一个重要部分。目前，国内外文献和专利中公开的稳幅电路均包括三个组成部分：压控振荡电路，幅度检测电路，差分放大器。压控振荡器输出一对差分的谐振频率信号。电感和变容管形成一LC谐振回路。Q1，Q2形成负阻结构，抵消谐振回路的损耗。Q3控制整个压控振荡器的偏置电流，从而控制压控振荡器的摆幅。幅度检测电路则检测压控振荡器输出信号摆幅的大小，输出一个对应其大小的直流电平。通过R2和C1的并联，可以滤除输出信号的二次以及高次谐波。差分放大器放大幅度检测电路的输出和参考电压的差值，输出一个对应其差值的控制直流电平，反馈到压控振荡器中Q3的基极，从而达到控制压控振荡器摆幅的目的。其中Q6和Q7构成差分对，其射极接一电流源，R3和C2并联构成整个环路的主极点，保证环路的稳定性。然而，由于整个环路的稳定是一种动态的稳定，环路各个模块的噪声特别是幅度检测电路和参考电压的噪声，最终都会对压控振荡器的偏置电流噪声产生贡献。这种电流噪声会转化为谐振信号的幅度噪声，而由于振荡器本身的非线性和变容管的影响，幅度噪声又会转化为相位噪声，从而降低振荡器输出信号的频谱纯度。目前公开的解决方法是通过在压控振荡器的尾电流处增加大电感L_Tail和大电容C_Tail的方法，来抑制噪声电流对相位噪声的贡献。但是这种方法是通过减小AAC电路对尾电流的影响来降低相位噪声，无法从根本上解决环路噪声对压控振荡器相位噪声的影响。

发明内容

本发明提供一种对震荡器的相应噪声影响更低的压控震荡器用稳幅电路。

本发明采用如下技术方案：

一种涉及稳幅技术的压控震荡器用稳幅电路，由压控震荡器(100)、幅度检测电路(200)和第一比较器(300)组成，压控震荡器(100)的两输出端(U2和U3)分别与幅度检测电路(200)两输入端连接，幅度检测电路(200)的输出端与第一比较器(300)的反向输入端连接，第一比较器(300)的正向输入端接参考电压(Vrefh)，其特征在于在幅度检测电路(200)与压控震荡器(100)之间设有第二比较器(400)和电荷泵(500)，第二比较器(400)的反向输入端与幅度检测电路(200)的输出端连接，第二比较器(400)的正向输入端接参考电压(Vref1)，电荷泵(500)由上电流源，下电流源，开关管和单位增益放大器(700)组成，第一PMOS管(PM18)和第二PMOS管(PM19)串联，组成上电流源，其栅极端分别外接第一偏置电压(VB5)和第二偏置电压(VB6)，第二PMOS管(PM19)的源极端接电源，第二PMOS管(PM19)的漏极端接第一PMOS管(PM18)的源极，第一PMOS管(PM18)的漏极分别接第一NMOS管(NM19)、第二NMOS管(NM21)的漏极端和第三PMOS管(PM14)、第四PMOS管(PM15)的源极端；第三NMOS管(NM23)和第四NMOS管(NM24)串联，组成下电流源，其栅极端分别外接第三偏置电压(VB4)和第四偏置电压(VB3)，第四NMOS管(NM24)的源极端接地，其漏极端接第三NMOS管(NM23)的源极端，第三NMOS管(NM23)的漏极端分别接第五NMOS管(NM20)、第六NMOS管(NM22)的源极端和第五PMOS管(PM16)、第六PMOS管(PM17)的漏极端，第一NMOS管(NM19)，第五NMOS管(NM20)，第二NMOS管(NM21)，第六NMOS管(NM22)，分别和第三PMOS管(PM14)，第五PMOS管(PM16)，第四PMOS管(PM15)，第六PMOS管(PM17)组成互补结构的开关管，控制上下电流源的开启和断开，第一NMOS管(NM19)的源极端、第五NMOS管(NM20)的漏极端、第三PMOS管(PM14)的漏极端和第五PMOS管(PM16)的源极端短接后作为电荷泵的输出端(I1)与压控震荡器(100)的输入端连接，且与单位增益放大器(700)的输入正端连接，单位增益放大器(700)由第七PMOS管(PM20)、第八PMOS管(PM21)、第九PMOS管(PM22)和第七NMOS管(NM25)、第八NMOS管(NM26)组成，第七PMOS管(PM20)和第八PMOS管(PM21)构成差分输入，其栅极分别为单位增益放大器(700)的正极和负极，第七PMOS管(PM20)和第八PMOS管(PM21)的源极端短接后接第九PMOS管(PM22)的漏极端，第九PMOS管(PM22)为尾电流管，栅极外接第五偏置电压(VB7)，源极接电源，第七NMOS管(NM25)和第八NMOS管(NM26)组成电流镜负载，其漏极端分别接于第七PMOS管(PM20)和第八PMOS管(PM21)的漏极端，第七NMOS管(NM25)和第八NMOS管(NM26)的栅极短接后接到第七NMOS管(NM25)的漏极上，单位增益放大器(700)从第八PMOS管(PM21)的漏极端输出，并反馈到放大器的负输入端，第二NMOS管(NM21)的源极端、第六NMOS管(NM22)的漏极端、第四PMOS管(PM15)的漏极端、第六PMOS管(PM17)的源极端短接后与第八PMOS管(PM21)的栅极连接，第一比较器(300)的输出端和第二比较器(400)的输出端分别与与非门(801)的两输入端、或非门(901)的两输入端连接，与非门(801)的输出端与第三PMOS管(PM14)和第二NMOS管(NM21)的栅极短接后的接点连接，与非门(801)的输出端经反向器(802)后与第四PMOS管(PM15)和第一NMOS管(NM19)的栅极短接后的接点连接，或非门(901)的输出端与第六PMOS管(PM17)和第五NMOS管(NM20)的栅极短接后的接点连接，或非门(901)的输出端经反向器(902)后与第五PMOS管(PM16)和第六NMOS管(NM22)的栅极短接后的接点连接。

与现有技术相比，本发明内具有如下优点：

本发明利用了差分结构的MOS开关和单位增益放大器700(电压跟随器)，组成了“自举电路”，可以有效的抑制电荷泵的电荷共享问题。而MOS开关由NMOS和PMOS组成互补结构，也有利于抑制始终馈通和电荷注入。最终都是抑制电荷泵在上电流镜或者下电流镜开启的瞬间，电荷泵输出的电压波动。综上所述，本发明提供的自动幅度控制电路通过幅度检测器检测压控震荡器输出幅度的大小，得到的直流电平再通过比较器和参考电压比较，比较结果通过门电路输出控制电荷泵的充放电，从而在环路滤波器上产生一个合适的偏置电压，作为压控震荡器尾电流管的偏置。当环路稳定时，幅度检测器的输出必然落在参考电压Vrefh和Vref1之间，从而保证了在整个频率调谐范围内，压控震荡器的输出摆幅保持良好的一致性。

环路滤波器滤除电荷泵输出的高频成分，输出一个直流电平，作为压控震荡器的输入偏置电压。当环路稳定时，幅度检测电路的输出落在Vrefh和Vref1之间，电荷泵呈现高阻。压控震荡器的偏置电压完全由环路滤波器中电容上的电荷量来决定。整个环路其他模块的噪声对VCO偏置电压噪声没有贡献，因此使VCO具有更低的相位噪声。此时，门电路和电荷泵的引入，也增强了环路的稳定性和抗干扰的能力。

附图说明

图1为本发明自动幅度控制电路的原理图。

图2为本发明自动幅度控制电路的具体电路框图。

图3为在本发明提供的自动幅度控制电路稳定过程中，压控震荡器尾电流管的偏置电压变化曲线。

图4为在本发明提供的自动幅度控制电路稳定过程中，压控震荡器输出震荡信号的变化曲线。

具体实施方式

一种涉及稳幅技术的压控震荡器用稳幅电路，由压控震荡器(100)、幅度检测电路(200)和第一比较器(300)组成，压控震荡器(100)的两输出端(U2和U3)分别与幅度检测电路(200)两输入端连接，幅度检测电路(200)的输出端与第一比较器(300)的反向输入端连接，第一比较器(300)的正向输入端接参考电压(Vrefh)，其特征在于在幅度检测电路(200)与压控震荡器(100)之间设有第二比较器(400)和电荷泵(500)，第二比较器(400)的反向输入端与幅度检测电路(200)的输出端连接，第二比较器(400)的正向输入端接参考电压(Vref1)，电荷泵(500)由上电流源，下电流源，开关管和单位增益放大器(700)组成，第一PMOS管(PM18)和第二PMOS管(PM19)串联，组成上电流源，其栅极端分别外接第一偏置电压(VB5)和第二偏置电压(VB6)，第二PMOS管(PM19)的源极端接电源，第二PMOS管(PM19)的漏极端接第一PMOS管(PM18)的源极，第一PMOS管(PM18)的漏极分别接第一NMOS管(NM19)、第二NMOS管(NM21)的漏极端和第三PMOS管(PM14)、第四PMOS管(PM15)的源极端；第三NMOS管(NM23)和第四NMOS管(NM24)串联，组成下电流源，其栅极端分别外接第三偏置电压(VB4)和第四偏置电压(VB3)，第四NMOS管(NM24)的源极端接地，其漏极端接第三NMOS管(NM23)的源极端，第三NMOS管(NM23)的漏极端分别接第五NMOS管(NM20)、第六NMOS管(NM22)的源极端和第五PMOS管(PM16)、第六PMOS管(PM17)的漏极端，第一NMOS管(NM19)，第五NMOS管(NM20)，第二NMOS管(NM21)，第六NMOS管(NM22)，分别和第三PMOS管(PM14)，第五PMOS管(PM16)，第四PMOS管(PM15)，第六PMOS管(PM17)组成互补结构的开关管，控制上下电流源的开启和断开，第一NMOS管(NM19)的源极端、第五NMOS管(NM20)的漏极端、第三PMOS管(PM14)的漏极端和第五PMOS管(PM16)的源极端短接后作为电荷泵的输出端(I1)与压控震荡器(100)的输入端连接，且与单位增益放大器(700)的输入正端连接，单位增益放大器(700)由第七PMOS管(PM20)、第八PMOS管(PM21)、第九PMOS管(PM22)和第七NMOS管(NM25)、第八NMOS管(NM26)组成，第七PMOS管(PM20)和第八PMOS管(PM21)构成差分输入，其栅极分别为单位增益放大器(700)的正极和负极，第七PMOS管(PM20)和第八PMOS管(PM21)的源极端短接后接第九PMOS管(PM22)的漏极端，第九PMOS管(PM22)为尾电流管，栅极外接第五偏置电压(VB7)，源极接电源，第七NMOS管(NM25)和第八NMOS管(NM26)组成电流镜负载，其漏极端分别接于第七PMOS管(PM20)和第八PMOS管(PM21)的漏极端，第七NMOS管(NM25)和第八NMOS管(NM26)的栅极短接后接到第七NMOS管(NM25)的漏极上，单位增益放大器(700)从第八PMOS管(PM21)的漏极端输出，并反馈到放大器的负输入端，第二NMOS管(NM21)的源极端、第六NMOS管(NM22)的漏极端、第四PMOS管(PM15)的漏极端、第六PMOS管(PM17)的源极端短接后与第八PMOS管(PM21)的栅极连接，第一比较器(300)的输出端和第二比较器(400)的输出端分别与与非门(801)的两输入端、或非门(901)的两输入端连接，与非门(801)的输出端与第三PMOS管(PM14)和第二NMOS管(NM21)的栅极短接后的接点连接，与非门(801)的输出端经反向器(802)后与第四PMOS管(PM15)和第一NMOS管(NM19)的栅极短接后的接点连接，或非门(901)的输出端与第六PMOS管(PM17)和第五NMOS管(NM20)的栅极短接后的接点连接，或非门(901)的输出端经反向器(902)后与第五PMOS管(PM16)和第六NMOS管(NM22)的栅极短接后的接点连接。在电荷泵的输出端(I1)与压控震荡器(100)的输入端之间连接有环路滤波器(600)，环路滤波器(600)由电容(C6)和电阻(R6)组成，电阻(R6)的一端接电荷泵的输出端(I1)，另一端接电容(C6)的一端，并且作为环路滤波器(600)的输出，接到压控震荡器(100)尾电流管(NM3)的栅极上，电容(C6)的另一端接地。

Claims

1.一种涉及稳幅技术的压控震荡器用稳幅电路，由压控震荡器(100)、幅度检测电路(200)和第一比较器(300)组成，压控震荡器(100)的两输出端(U2和U3)分别与幅度检测电路(200)两输入端连接，幅度检测电路(200)的输出端与第一比较器(300)的反向输入端连接，第一比较器(300)的正向输入端接参考电压(Vrefh)，其特征在于在幅度检测电路(200)与压控震荡器(100)之间设有第二比较器(400)和电荷泵(500)，第二比较器(400)的反向输入端与幅度检测电路(200)的输出端连接，第二比较器(400)的正向输入端接参考电压(Vrefl)，电荷泵(500)由上电流源，下电流源，开关管和单位增益放大器(700)组成，第一PMOS管(PM18)和第二PMOS管(PM19)串联，组成上电流源，其栅极端分别外接第一偏置电压(VB5)和第二偏置电压(VB6)，第二PMOS管(PM19)的源极端接电源，第二PMOS管(PM19)的漏极端接第一PMOS管(PM18)的源极，第一PMOS管(PM18)的漏极分别接第一NMOS管(NM19)、第二NMOS管(NM21)的漏极端和第三PMOS管(PM14)、第四PMOS管(PM15)的源极端；第三NMOS管(NM23)和第四NMOS管(NM24)串联，组成下电流源，其栅极端分别外接第三偏置电压(VB4)和第四偏置电压(VB3)，第四NMOS管(NM24)的源极端接地，其漏极端接第三NMOS管(NM23)的源极端，第三NMOS管(NM23)的漏极端分别接第五NMOS管(NM20)、第六NMOS管(NM22)的源极端和第五PMOS管(PM16)、第六PMOS管(PM17)的漏极端，第一NMOS管(NM19)，第五NMOS管(NM20)，第二NMOS管(NM21)，第六NMOS管(NM22)，分别和第三PMOS管(PM14)，第五PMOS管(PM16)，第四PMOS管(PM15)，第六PMOS管(PM17)组成互补结构的开关管，控制上下电流源的开启和断开，第一NMOS管(NM19)的源极端、第五NMOS管(NM20)的漏极端、第三PMOS管(PM14)的漏极端和第五PMOS管(PM16)的源极端短接后作为电荷泵的输出端(I1)与压控震荡器(100)的输入端连接，且与单位增益放大器(700)的输入正端连接，单位增益放大器(700)由第七PMOS管(PM20)、第八PMOS管(PM21)、第九PMOS管(PM22)和第七NMOS管(NM25)、第八NMOS管(NM26)组成，第七PMOS管(PM20)和第八PMOS管(PM21)构成差分输入，其栅极分别为单位增益放大器(700)的正极和负极，第七PMOS管(PM20)和第八PMOS管(PM21)的源极端短接后接第九PMOS管(PM22)的漏极端，第九PMOS管(PM22)为尾电流管，栅极外接第五偏置电压(VB7)，源极接电源，第七NMOS管(NM25)和第八NMOS管(NM26)组成电流镜负载，其漏极端分别接于第七PMOS管(PM20)和第八PMOS管(PM21)的漏极端，第七NMOS管(NM25)和第八NMOS管(NM26)的栅极短接后接到第七NMOS管(NM25)的漏极上，单位增益放大器(700)从第八PMOS管(PM21)的漏极端输出，并反馈到放大器的负输入端，第二NMOS管(NM21)的源极端、第六NMOS管(NM22)的漏极端、第四PMOS管(PM15)的漏极端、第六PMOS管(PM17)的源极端短接后与第八PMOS管(PM21)的栅极连接，第一比较器(300)的输出端和第二比较器(400)的输出端分别与与非门(801)的两输入端、或非门(901)的两输入端连接，与非门(801)的输出端与第三PMOS管(PM14)和第二NMOS管(NM21)的栅极短接后的接点连接，与非门(801)的输出端经反向器(802)后与第四PMOS管(PM15)和第一NMOS管(NM19)的栅极短接后的接点连接，或非门(901)的输出端与第六PMOS管(PM17)和第五NMOS管(NM20)的栅极短接后的接点连接，或非门(901)的输出端经反向器(902)后与第五PMOS管(PM16)和第六NMOS管(NM22)的栅极短接后的接点连接。

2.根据权利要求1所述的压控震荡器用稳幅电路，其特征在于在电荷泵的输出端(I1)与压控震荡器(100)的输入端之间连接有环路滤波器(600)，环路滤波器(600)由电容(C6)和电阻(R6)组成，电阻(R6)的一端接电荷泵的输出端(I1)，另一端接电容(C6)的一端，并且作为环路滤波器(600)的输出，接到压控震荡器(100)尾电流管(NM3)的栅极上，电容(C6)的另一端接地。