CN1777021A - 压控振荡器 - Google Patents

Abstract

一种压控振荡器，主要涉及压控振荡器起振电路，尤其是涉及到多个压控振荡器切换时的起振电路。本发明提供了加速压控振荡器切换过程中的电路起振，缩短压控振荡器的起振时间。包括有振荡电路、快速起振电路、LC谐振回路。快速起振电路的输出端分别接于LC谐振回路的两端，在一个片内脉冲信号的作用下使LC谐振回路的两端产生大电压差，从而实现压控振荡器快速起振。快速起振电路分别由三个倒相器和一个PMOS管组成。倒相器由一个NMOS管和一个PMOS管组成。同时由于在振荡器电路中采用PMOS管提供尾电流可大大优化压控振荡器的相位噪声。

Description

压控振荡器

技术领域

本发明涉及到一种压控振荡器。

背景技术

压控振荡器是一种输出频率随输入电压变化的振荡器。在射频/无线领域内，压控振荡器主要用于为发送/接收机提供本振信号。电感电容振荡器一般由电感和电容并联构成LC谐振回路，一对交叉耦合的MOS管形成负阻，用以抵消电感和电容上的寄生电阻损耗，从而使得电感电容振荡器可以实现稳定的振荡，改变电容的值，就可以改变电感电容振荡器的中心振荡频率。

目前，在宽范围调谐接收系统中，如48~860MHz的数字电视调谐器中，一般采用多个压控振荡器覆盖宽范围的振荡频率，单个压控振荡器只覆盖某一段频率，为了达到频率覆盖范围要求，单个压控振荡器通常采用可变电容二极管或开关电容阵列的形式实现某一范围的频率振荡。在宽范围调谐接收时，必须在多个压控振荡器之间进行切换。压控振荡器电路在从静止状态到正常振荡有一转换时间，也即是压控振荡器的起振时间，而现有的压控振荡器在缩短压控振荡器的起振时间上存在不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种具有加速压控振荡器切换过程，缩短起振时间的压控振荡器电路。

本发明的上述目的由以下技术方案实现：

一种压控振荡器，包括：压控振荡器电路100，在压控振荡器电路100中有LC谐振回路101，LC谐振回路101两端接于压控振荡器电路100的两个输出端VO_P、VO_N，一个压控信号VT接于LC谐振回路101的压控端用于改变LC谐振回路101的固有频率，第一快速起振电路200的输出端连接压控振荡器电路100的第一输出端VO_P，第二快速起振电路300的输出端连接压控振荡器电路100的第二输出端VO_N，一个片内脉冲信号Vup接于第一快速起振电路200的输入端，第二快速起振电路300的输入端接地，当片内脉冲信号Vup高电平时，快速起振电路200的输出端输出高电平，压控振荡器电路100两个输出端VO_P、VO_N的电压差增大，亦即使LC谐振回路101的两端产生大电压差，从而实现压控振荡器快速起振。

上述压控振荡器电路由两个NMOS管M3、M4、三个PMOS管M1、M2、M5和一个片内固定偏置信号Vbias组成，第一NMOS管M3和第二NMOS管M4的源端接地，第一NMOS管M3的栅端、第二NMOS管M4的漏端、第一PMOS管M1的栅端、第二PMOS管M2的漏端、LC谐振回路101的第二端VO_N和第二快速起振电路300的输出端相连，第二NMOS管M4的栅端、第一NMOS管M3的漏端、第一PMOS管M1的漏端、第二PMOS管M2的栅端、LC谐振回路101的第一端VO_P和第一快速起振电路200的输出端相连，第一PMOS管M1的源端、第二PMOS管M2的源端和第三PMOS管M5的漏端相连，第三PMOS管M5的栅端接于片内固定偏置信号Vbias，第三PMOS管M5的源端接电源；第一PMOS管M1、第二PMOS管M2和第一NMOS管M3、第二NMOS管M4构成互补交叉耦合型压控振荡器，第三PMOS管M5为尾电流管，其电流大小由栅端的片内固定偏置信号Vbias决定。

上述第一快速起振电路200由三个倒相器201、202、203和一个PMOS管M6组成，第一快速起振电路200中的三个倒相器201、202、203串行连接，第一倒相器201的输入端接片内脉冲信号Vup，第二倒相器202的输入端连接第一倒相器201的输出端，第三倒相器203的输入端连接第二倒相器202的输出端，第三倒相器203的输出端连接PMOS管M6的栅端，PMOS管M6的源端接电源，PMOS管M6的漏端接LC谐振回路101的第一端VO_P；第二快速起振电路300由三个倒相器301、302、303和一个PMOS管M7组成，第二快速起振电路300中的三个倒相器301、302、303串行连接，第一倒相器301的输入端接地，第二倒相器302的输入端连接第一倒相器301的输出端，第三倒相器303的输入端连接第二倒相器302的输出端，第三倒相器303的输出端连接PMOS管M7的栅端，PMOS管M7的源端接电源，PMOS管M7的漏端接LC谐振回路101的第二端VO_N。

第一和第二快速起振电路200、300中的每个倒相器由一个NMOS管和一个PMOS管组成，两个管子栅端连接构成输入端，两个管子漏端连接构成输出端，NMOS管的源端接地，PMOS管的源端接电源，上述倒相器中的两个快速起振电路中的PMOS管尺寸完全相同，从而使压控振荡器两个输出端的负载相同。

上述LC谐振回路101由一个电感L、两个电容C1、C2、两个变容二极管D1、D2和两个电阻R1、R2组成，电感L两端各接一电容C1、C2，两电容C1、C2的另一端分别串接一电阻R1、R2，两个电阻R1、R2的另一端相连接于压控信号VT，两个电容C1、C2和电阻R1、R2的连接点分别接一变容二极管D1、D2的阴极，两个变容二极管D1、D2的阳极相连并接地，电感L两端构成LC谐振回路101的两端接入压控振荡器的输出端。

本发明的优点及效果：压控振荡器快速起振电路采用了六个倒相器和两个PMOS管，电路结构简单，可有效加速压控振荡器的起振，缩短压控振荡器起振时间，仿真结果如图3所示，大大提高多个压控振荡器之间的相互切换效率。

快速起振电路通过一个脉冲信号Vup可使压控振荡器的两个输出端VO_P、VO_N电位迅速产生很大的电压差，而压控振荡器是一个正反馈系统，输出端的电压差导致压控振荡器起振加速，大大缩短压控振荡器的起振时间，当压控振荡器正常起振后，脉冲信号Vup变为低电平，参数相同的两块快速起振电路仅作为压控振荡器的输出负载，不再影响振荡器的正常振荡。同时，由于PMOS管的1/f噪声比NMOS管的小，采用PMOS管提供尾电流可大大优化压控振荡器的相位噪声。

附图说明

图1是本发明的的压控振荡器电路图。

图2是本发明的LC谐振回路电路图。

图3是本发明的压控振荡器振荡仿真曲线图。

图4是本发明的快速起振电路中倒相器电路图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。如图1所示，压控振荡器电路主要构成电路有：PMOS管M1和PMOS管M2、NMOS管M3和NMOS管M4、偏置PMOS管M5、LC谐振回路。PMOS管M1源端、PMOS管M5的漏端和PMOS管M2的源端连在一起，PMOS管M1的栅端、PMOS管M2的漏端和NMOS管M4的漏端连在一起，作为压控振荡器的一个输出端。PMOS管M2的栅端、PMOS管M1的漏端和NMOS管M3的漏端相连，并作为压控振荡器的另一个输出端。NMOS管M3栅端与NMOS管M4漏端相连，NMOS管M4的栅端与NMOS管M3漏端相连，两者构成NMOS交叉耦合对。NMOS管M3和NMOS管M4的源端都接地。偏置管PMOS管M5栅端接芯片内产生固定偏置信号Vbias的基准电路输出端，源端接电源Vdd。PMOS管的1/f噪声比NMOS管的小，因此，采用PMOS管提供尾电流可大大优化压控振荡器的相位噪声。

PMOS管M1、PMOS管M2和NMOS管M3、NMOS管M4构成互补交叉耦合型压控振荡器。PMOS管M1、PMOS管M2和NMOS管M3、NMOS管M4分别构成交叉耦合对，提供负阻，以补偿LC谐振回路中的能量损失，从而使电路持续振荡。PMOS管M5为尾电流管，其电流大小由固定偏置信号Vbias决定，该信号来自芯片内一般基准电压电路。LC谐振回路是由电感、可变电容和电阻构成，如图2所示，可变电容二极管上的调谐电压信号VT来自芯片内锁相环电路的环路滤波器。

PMOS管M6、PMOS管M7以及6个倒相器(201、202、203、301、302、303)构成快速起振电路，倒相器201、202和203以及PMOS管M6组成快速起振电路200，倒相器301、302和303以及PMOS管M7组成快速起振电路300。快速起振电路200的三个倒相器201、202和203级联，倒相器201输入端接芯片内产生脉冲信号Vup的电路输出端，倒相器201的输出端接倒相器202的输入端，倒相器202的输出端接倒相器203的输入端，倒相器203的输出端接PMOS管M6的栅端，PMOS管M6的源端接电源，漏端接压控振荡器的输出端VO_P。快速起振电路300的三个倒相器301、302和303级联，倒相器301输入端接地，倒相器301输出端接倒相器302的输入端，倒相器302的输出端接倒相器303的输入端，倒相器303的输出端接PMOS管M7的栅端，PMOS管M7的源端接电源，漏端接压控振荡器的另一输出端VO_N。倒相器201、202、203、301、302、303都采用同一种电路，其具体实施方式如图4所示，PMOS管MP1和NMOS管MN1的栅端相连为倒相器的输入端，PMOS管MP1和NMOS管MN1的漏端相连为倒相器的输出端，PMOS管MP1的源端接电源，NMOS管MN1的源端接地。

PMOS管M6、PMOS管M7作为开关管工作，其漏端分别接压控振荡器的两个输出端，源端接电源电压Vdd，栅端接倒相器的输出端。倒相器301输入端接地，经过三级倒相后，PMOS管M7的栅极为高电平，即PMOS管M7始终处于关断状态。倒相器201的输入端输入脉冲信号Vup。当脉冲信号Vup为高电平时，PMOS管M6栅极为低电平，则PMOS管M6导通，PMOS管M6的漏端信号被强制上拉到电源电压Vdd。此时压控振荡器输出两端(VO_P、VO_N)产生很大的电压差，由于压控振荡器是一个正反馈系统，输出端的电压差导致压控振荡器快速启动。压控振荡器起振后，脉冲信号Vup再变为低电平，PMOS管M6处于关断状态。PMOS管M6、PMOS管M7的尺寸完全相同，以保证压控振荡器两个输出端的负载相同。脉冲信号Vup可由芯片内其他一般电路提供，如压控振荡器切换电路产生。

LC谐振回路主要由一个电感L、变容二极管D1和变容二极管D2、两个耦合电容C1和C2、两个电阻R1和R2构成，如图2所示。电阻R1和R2一端同时接产生调谐电压信号VT的锁相环电路中环路滤波器的输出端，电阻R1的另外一端与变容二极管D1的阴极、电容C1相连，电阻R2的另外一端与变容二极管D2的阴极、电容C2相连，两变容二极管的阳极相连并接地。电容C1的另外一端与电感L的一端相连并接压控振荡器的输出端，电容C2的另外一端与电感L的另外一端相连并连压控振荡器的另一输出端。电感L与变容二极管D1、D2构成谐振网络，中心振荡频率为 ${\mathrm{\ω}}_0=1/\sqrt{(1/2)\·L\·C_{\mathrm{var}}},$ 其中C_var为变容二极管D1、D2工作时的等效电容。电容C1、C2作为隔直电容，可防止高电压的调谐电压信号VT耦合到芯片管脚上。电阻R1和电阻R2一般为高阻值电阻。

Claims (5)

1、一种压控振荡器，包括：压控振荡器电路(100)，在压控振荡器电路(100)中有LC谐振回路(101)，LC谐振回路(101)两端接于压控振荡器电路(100)的两个输出端(VO_P、VO_N)，一个压控信号(VT)接于LC谐振回路(101)的压控端用于改变LC谐振回路(101)的固有频率，其特征还在于第一快速起振电路(200)的输出端连接压控振荡器电路(100)的第一输出端(VO_P)，第二快速起振电路(300)的输出端连接压控振荡器电路(100)的第二输出端(VO_N)，一个片内脉冲信号(Vup)接于第一快速起振电路(200)的输入端，第二快速起振电路(300)的输入端接地。

2、根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征是所述的压控振荡器电路由两个NMOS管(M3、M4)、三个PMOS管(M1、M2、M5)和一个片内固定偏置信号(Vbias)组成，第一NMOS管(M3)和第二NMOS管(M4)的源端接地，第一NMOS管(M3)的栅端、第二NMOS管(M4)的漏端、第一PMOS管(M1)的栅端、第二PMOS管(M2)的漏端、LC谐振回路(101)的第二端(VO_N)和第二快速起振电路(300)的输出端相连，第二NMOS管(M4)的栅端、第一NMOS管(M3)的漏端、第一PMOS管(M1)的漏端、第二PMOS管(M2)的栅端、LC谐振回路(101)的第一端(VO_P)和第一快速起振电路(200)的输出端相连，第一PMOS管(M1)的源端、第二PMOS管(M2)的源端和第三PMOS管(M5)的漏端相连，第三PMOS管(M5)的栅端接于片内固定偏置信号(Vbias)，第三PMOS管(M5)的源端接电源；第一PMOS管(M1)、第二PMOS管(M2)和第一NMOS管(M3)、第二NMOS管(M4)构成互补交叉耦合型压控振荡器，第三PMOS管(M5)为尾电流管，其电流大小由栅端的片内固定偏置信号(Vbias)决定。

3、根据权利要求1或2所述的压控振荡器，其特征是所述的第一快速起振电路(200)由三个倒相器(201、202、203)和一个PMOS管(M6)组成，第一快速起振电路(200)中的三个倒相器(201、202、203)串行连接，第一倒相器(201)的输入端接片内脉冲信号(Vup)，第二倒相器(202)的输入端连接第一倒相器(201)的输出端，第三倒相器(203)的输入端连接第二倒相器(202)的输出端，第三倒相器(203)的输出端连接PMOS管(M6)的栅端，PMOS管(M6)的源端接电源，PMOS管(M6)的漏端接LC谐振回路(101)的第一端(VO_P)；第二快速起振电路(300)由三个倒相器(301、302、303)和一个PMOS管(M7)组成，第二快速起振电路(300)中的三个倒相器(301、302、303)串行连接，第一倒相器(301)的输入端接地，第二倒相器(302)的输入端连接第一倒相器(301)的输出端，第三倒相器(303)的输入端连接第二倒相器(302)的输出端，第三倒相器(303)的输出端连接PMOS管(M7)的栅端，PMOS管(M7)的源端接电源，PMOS管(M7)的漏端接LC谐振回路(101)的第二端(VO_N)。

4、根据权利要求3所述的压控振荡器，其特征是所述的第一和第二快速起振电路(200、300)中的每个倒相器由一个NMOS管和一个PMOS管组成，两个管子栅端连接构成输入端，两个管子漏端连接构成输出端，NMOS管的源端接地，PMOS管的源端接电源。

5、根据权利要求1或2所述的压控振荡器，其特征是所述的LC谐振回路(101)由一个电感(L)、两个电容(C1、C2)、两个变容二极管(D1、D2)和两个电阻(R1、R2)组成，电感(L)两端各接一电容(C1、C2)，两电容(C1、C2)的另一端分别串接一电阻(R1、R2)，两个电阻(R1、R2)的另一端相连接于压控信号(VT)，两个电容(C1、C2)和电阻(R1、R2)的连接点分别接一变容二极管(D1、D2)的阴极，两个变容二极管(D1、D2)的阳极相连并接地，电感(L)两端构成LC谐振回路(101)的两端接入压控振荡器的输出端。

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