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一种低电源 电压的数字/电压控制 振荡器

阅读：106发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种低电源电压的数字/电压控制振荡器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种低电源电压的数字/ 电压控制振荡器，数字/ 电压控制振荡器包括：环形振荡器，与环形振荡器连接的PMOS阵列、变容管和自动频率控制模块；PMOS阵列用于根据外部输入的第一数字控制信号控制环形振荡器的输出频率；变容管用于根据外部输入的电压控制信号控制环形振荡器的输出频率；自动频率控制模块用于比较外部输入的参考振荡频率信号与环形振荡器的输出频率信号之间的频率差，根据频率差产生第二数字控制信号，根据第二数字控制信号对数字/电压控制振荡器进行初始频率校准。本发明所提供的振荡器，实现了数字信号、电压信号和初始参考频率信号三输入控制，工作时无需偏置电流，能够实现振荡器初始振荡频率自动校准。，下面是一种低电源电压的数字/电压控制振荡器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，其特征在于，所述数字/电压控制振荡器包括：环形振荡器，与所述环形振荡器连接的PMOS阵列、变容管和自动频率控制模块；
所述PMOS阵列用于根据外部输入的第一数字控制信号控制所述环形振荡器的输出频率；
所述变容管用于根据外部输入的电压控制信号控制所述环形振荡器的输出频率；
所述自动频率控制模块用于比较外部输入的参考振荡频率信号与所述环形振荡器的输出频率信号之间的频率差，根据所述频率差产生第二数字控制信号，根据所述第二数字控制信号控制所述PMOS阵列对所述数字/电压控制振荡器进行初始频率校准。
2.根据权利要求1所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，其特征在于，所述环形振荡器由多级差分反相器级联成环组成。
3.根据权利要求2所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，其特征在于，所述环形振荡器中的每个差分反相器均设有正输入端、负输入端、正输出端和负输出端，在多级差分反相器环路中，前一级差分反相器的正输出端、负输出端分别与后一级差分反相器的正输入端、负输入端连接，最后一级差分反相器的正输出端、负输出端分别与第一级差分反相器的负输入端、正输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，其特征在于，所述PMOS阵列由多个PMOS管并联组成，所述PMOS阵列的源极与电源连接；所述PMOS阵列的漏极与所述环形振荡器连接，用于产生偏置电压为所述环形振荡器供电；所述PMOS阵列的栅极用于接收外部输入的所述第一数字控制信号和所述自动频率控制模块输入的所述第二数字控制信号，根据所述第一数字控制信号控制对应PMOS管的导通和截至，控制所述PMOS阵列的漏极的偏置电压，控制所述环形振荡器的输出频率，根据所述第二数字控制信号对所述数字/电压控制振荡器进行初始频率校准。
5.根据权利要求4所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，其特征在于，所述变容管跨接在所述环形振荡器中每个差分反相器的正输出端和负输出端之间，用于接收外部输入的电压控制信号，根据所述电压信号改变自身的容值，即改变所述环形振荡器的输出端负载电容的大小，控制所述环形振荡器的输出频率。
6.根据权利要求5所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，其特征在于，所述自动频率控制模块设有参考振荡频率信号输入端和环形振荡器输出频率信号输入端，所述参考振荡频率信号输入端用于接收外部输入的参考振荡频率信号，所述环形振荡器输出频率信号输入端与所述环形振荡器的输出端连接，用于接收所述环形振荡器的输出频率信号。
7.根据权利要求6所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，其特征在于，所述自动频率控制模块用于比较所述参考振荡频率信号与所述环形振荡器的输出频率信号之间的频率差，根据所述频率差产生第二数字控制信号，根据所述第二数字控制信号控制所述PMOS阵列中对应PMOS管的导通和截至，改变所述环形振荡器的输出频率，对所述数字/电压控制振荡器进行初始频率校准。
8.根据权利要求3所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，其特征在于，所述环形振荡器由三级差分反相器级联成环组成，第一级差分反相器的正输出端、负输出端分别与第二级差分反相器的正输入端、负输入端连接，所述第二级差分反相器的正输出端、负输出端分别与第三级差分反相器的正输入端、负输入端连接，所述第三级差分反相器的正输出端、负输出端分别与所述第一级差分反相器的负输入端、正输入端连接。
9.根据权利要求4所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，其特征在于，所述PMOS阵列由五个PMOS管并联组成，所述五个PMOS管的源极均与所述电源连接；所述五个PMOS管的漏极均与所述环形振荡器连接，用于产生偏置电压为所述环形振荡器供电；所述五个PMOS管中的其中三个PMOS管的栅极用于接收外部输入的所述第一数字控制信号，另外两个PMOS管的栅极用于接收所述自动频率控制模块输入的所述第二数字控制信号。
10.根据权利要求7所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，其特征在于，所述自动频率控制模块由锁频环构成。

说明书全文

一种低电源电压的数字/电压控制 振荡器

技术领域

[0001] 本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种低电源电压的数字/电压控制振荡器。

背景技术

[0002] 振荡器是锁相环的核心模块。对于传统的模拟锁相环，振荡器产生输出频率，经分频器反馈给鉴相器。鉴相器将参考频率信号和反馈信号的相位误差转化成电压信号，并通过低通滤波器产生控制电压控制振荡器的输出频率，实现负反馈控制。

[0003] 对于无偏置电流的半数字锁相环，比例路径和积分路径分别由模拟环路滤波器和有限状态机实现，即比例路径产生模拟电压控制信号而积分路径产生数字控制信号，这对无偏置电流的半数字锁相环电路中的振荡器提出了新的要求。第一，需要该振荡器可以接收模拟电压控制信号和数字控制信号的同时控制以调节振荡器的输出频率。第二，该振荡器不需要偏置电流即可正常工作。

发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，该振荡器可以接收模拟电压控制信号和数字控制信号的同时控制以调节振荡器的输出频率，同时不需要偏置电流即可正常工作。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0006] 一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，所述数字/电压控制振荡器包括：环形振荡器，与所述环形振荡器连接的PMOS阵列、变容管和自动频率控制模块；

[0007] 所述PMOS阵列用于根据外部输入的第一数字控制信号控制所述环形振荡器的输出频率；

[0008] 所述变容管用于根据外部输入的电压控制信号控制所述环形振荡器的输出频率；

[0009] 所述自动频率控制模块用于比较外部输入的参考振荡频率信号与所述环形振荡器的输出频率信号之间的频率差，根据所述频率差产生第二数字控制信号，根据所述第二数字控制信号控制所述PMOS阵列对所述数字/电压控制振荡器进行初始频率校准。

[0010] 进一步，如上所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，所述环形振荡器由多级差分反相器级联成环组成。

[0011] 进一步，如上所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，所述环形振荡器中的每个差分反相器均设有正输入端、负输入端、正输出端和负输出端，在多级差分反相器环路中，前一级差分反相器的正输出端、负输出端分别与后一级差分反相器的正输入端、负输入端连接，最后一级差分反相器的正输出端、负输出端分别与第一级差分反相器的负输入端、正输入端连接。

[0012] 进一步，如上所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，所述PMOS阵列由多个PMOS管并联组成，所述PMOS阵列的源极与电源连接；所述PMOS阵列的漏极与所述环形振荡器连接，用于产生偏置电压为所述环形振荡器供电；所述PMOS阵列的栅极用于接收外部输入的所述第一数字控制信号和所述自动频率控制模块输入的所述第二数字控制信号，根据所述第一数字控制信号控制对应PMOS管的导通和截至，控制所述PMOS阵列的漏极的偏置电压，控制所述环形振荡器的输出频率，根据所述第二数字控制信号对所述数字/电压控制振荡器进行初始频率校准。

[0013] 进一步，如上所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，所述变容管跨接在所述环形振荡器中每个差分反相器的正输出端和负输出端之间，用于接收外部输入的电压控制信号，根据所述电压信号改变自身的容值，即改变所述环形振荡器的输出端负载电容的大小，控制所述环形振荡器的输出频率。

[0014] 进一步，如上所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，所述自动频率控制模块设有参考振荡频率信号输入端和环形振荡器输出频率信号输入端，所述参考振荡频率信号输入端用于接收外部输入的参考振荡频率信号，所述环形振荡器输出频率信号输入端与所述环形振荡器的输出端连接，用于接收所述环形振荡器的输出频率信号。

[0015] 进一步，如上所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，所述自动频率控制模块用于比较所述参考振荡频率信号与所述环形振荡器的输出频率信号之间的频率差，根据所述频率差产生第二数字控制信号，根据所述第二数字控制信号控制所述PMOS阵列中对应PMOS管的导通和截至，改变所述环形振荡器的输出频率，对所述数字/电压控制振荡器进行初始频率校准。

[0016] 进一步，如上所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，所述环形振荡器由三级差分反相器级联成环组成，第一级差分反相器的正输出端、负输出端分别与第二级差分反相器的正输入端、负输入端连接，所述第二级差分反相器的正输出端、负输出端分别与第三级差分反相器的正输入端、负输入端连接，所述第三级差分反相器的正输出端、负输出端分别与所述第一级差分反相器的负输入端、正输入端连接。

[0017] 进一步，如上所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，所述PMOS阵列由五个PMOS管并联组成，所述五个PMOS管的源极均与所述电源连接；所述五个PMOS管的漏极均与所述环形振荡器连接，用于产生偏置电压为所述环形振荡器供电；所述五个PMOS管中的其中三个PMOS管的栅极用于接收外部输入的所述第一数字控制信号，另外两个PMOS管的栅极用于接收所述自动频率控制模块输入的所述第二数字控制信号。

[0018] 进一步，如上所述的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，所述自动频率控制模块由锁频环构成。

[0019] 本发明的有益效果在于：本发明所提供的低电源电压的数字/电压控制振荡器，实现了数字信号、电压信号和初始参考频率信号三输入控制，工作时无需偏置电流，能够实现振荡器初始振荡频率自动校准，结构简单，适用于低电源电压的低功耗系统中。附图说明

[0020] 图1为本发明实施例中提供的一种低电源电压的数字/电压控制振荡器的电路图。

具体实施方式

[0021] 下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

[0022] 如图1所示，一种低电源电压的数字/电压控制振荡器，数字/电压控制振荡器包括：环形振荡器，与环形振荡器连接的PMOS阵列、变容管和自动频率控制模块；

[0023] 环形振荡器由多级差分反相器级联成环组成，环形振荡器中的每个差分反相器均设有正输入端、负输入端、正输出端和负输出端，在多级差分反相器环路中，前一级差分反相器的正输出端、负输出端分别与后一级差分反相器的正输入端、负输入端连接，最后一级差分反相器的正输出端、负输出端分别与第一级差分反相器的负输入端、正输入端连接。

[0024] 如图1所示，环形振荡器由三级差分反相器级联成环组成，第一级差分反相器的正输出端、负输出端分别与第二级差分反相器的正输入端、负输入端连接，第二级差分反相器的正输出端、负输出端分别与第三级差分反相器的正输入端、负输入端连接，第三级差分反相器的正输出端、负输出端分别与第一级差分反相器的负输入端、正输入端连接。

[0025] PMOS阵列用于根据外部输入的第一数字控制信号控制环形振荡器的输出频率；

[0026] PMOS阵列由多个PMOS管并联组成，PMOS阵列的源极与电源连接；PMOS阵列的漏极与环形振荡器连接，用于产生偏置电压为环形振荡器供电；PMOS阵列的栅极用于接收外部输入的第一数字控制信号和自动频率控制模块输入的第二数字控制信号，根据第一数字控制信号控制对应PMOS管的导通和截至，控制PMOS阵列的漏极的偏置电压，控制环形振荡器的输出频率，根据第二数字控制信号对数字/电压控制振荡器进行初始频率校准。

[0027] 如图1所示，PMOS阵列由五个PMOS管并联组成，五个PMOS管的源极均与电源连接；五个PMOS管的漏极均与环形振荡器连接，用于产生偏置电压为环形振荡器供电；五个PMOS管中的其中三个PMOS管的栅极用于接收外部输入的第一数字控制信号，另外两个PMOS管的栅极用于接收自动频率控制模块输入的第二数字控制信号。

[0028] 变容管用于根据外部输入的电压控制信号控制环形振荡器的输出频率；

[0029] 如图1所示，变容管跨接在环形振荡器中每个差分反相器的正输出端和负输出端之间，用于接收外部输入的电压控制信号，根据电压信号改变自身的容值，即改变环形振荡器的输出端负载电容的大小，控制环形振荡器的输出频率。

[0030] 自动频率控制模块用于比较外部输入的参考振荡频率信号与环形振荡器的输出频率信号之间的频率差，根据频率差产生第二数字控制信号，根据第二数字控制信号控制PMOS阵列对数字/电压控制振荡器进行初始频率校准。

[0031] 如图1所示，自动频率控制模块设有参考振荡频率信号输入端和环形振荡器输出频率信号输入端，参考振荡频率信号输入端用于接收外部输入的参考振荡频率信号，环形振荡器输出频率信号输入端与环形振荡器的输出端连接，用于接收环形振荡器的输出频率信号；

[0032] 自动频率控制模块用于比较参考振荡频率信号与环形振荡器的输出频率信号之间的频率差，根据频率差产生第二数字控制信号，根据第二数字控制信号控制PMOS阵列中对应PMOS管的导通和截至，改变环形振荡器的输出频率，对数字/电压控制振荡器进行初始频率校准。

[0033] 自动频率控制模块可以由锁频环构成。

[0034] 实施例一

[0035] 如图1所示，该低电源电压数字/电压控制振荡器包括：环形振荡器、PMOS阵列、变容管和自动频率控制模块。

[0036] 环形振荡器由任意多级差分反相器级联成环组成，差分反相器的级数越少，环形振荡器的振荡频率越高，在本实施例中，该环形振荡器由三级差分反相器构成，这样可以使该振荡器在低电源电压的应用下达到较高的输出频率。差分反相器设有正负输入独端IP、IN和正负输出端OP、ON，注意在差分反相器环路中，需要有一级差分反相器的正、负输出端分别连接到下一集差分反相器的负、正输入端，否则该环形振荡器无法震荡。

[0037] PMOS阵列由多个PMOS管并联组成，PMOS的数量可根据需求设定，在本实施例中选用5个PMOS组成该阵列。PMOS阵列的源极与低电源电压的数字/电压振荡器的电源VDD相连，PMOS阵列的漏极产生偏置电压为环形振荡器供电，PMOS阵列的栅极分别连接至不同的数字控制信号CW[0]、CW[1]、CW[2]。PMOS阵列中的PMOS管均工作在线性区，每个PMOS管可等效为一个电阻。每个PMOS管栅极的数字信号控制该PMOS管的导通和截至，代表阵列中的等效电阻接入或断开，从而控制PMOS阵列漏极的电压，进而控制环形振荡器的输出频率，实现振荡器输出频率的数字信号控制。

[0038] 变容管跨接在环形振荡器中差分反相器的正负输出端之间。外部输入电压信号Vc控制变容管容值改变，相当于改变了环形振荡器的输出端负载电容的大小，进而控制环形振荡器的输出频率，实现振荡器的电压信号控制。

[0039] 自动频率控制模块设有参考振荡频率信号F0输入端和反馈的环形振荡器输出频率信号输入端，自动频率控制模块比较两信号的频率差，输出数字控制信号AFC[1:0]控制PMOS阵列中的部分PMOS管，改变环形振荡器的输出频率，实现该低电源电压数字/模拟控制振荡器的初始频率校准。该自动频率控制模块可以由一个锁频环来实现。该振荡器实现了数字信号、电压信号和初始参考频率信号三输入控制，工作时无需偏置电流，能够实现振荡器初始振荡频率自动校准，结构简单，适用于低电源电压的低功耗系统中。

[0040] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

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