发明内容
本申请的一个目的在于能够在一定程度上降低振荡器的相位噪声。
为解决上述问题,本申请在一方面提供了一种振荡器,包括:振荡电路,用于产生振荡信号;负阻差分对电路,所述负阻差分对电路的输入端连接所述振荡电路的输出端,所述负阻差分对电路用于补偿所述振荡电路产生的等效电阻;尾电流电路,所述尾电流电路的输入端连接所述负阻差分对电路的输出端,所述尾电流电路的输出端接地,所述尾电流电路包括第一场效应管,所述尾电流电路用于为所述振荡器提供尾电流;幅度调节电路,所述幅度调节电路的输入端连接所述振荡电路的输出端,所述幅度调节电路的输出端连接所述第一场效应管的栅极,所述幅度调节电路用于调节所述尾电流的大小以调节所述振荡信号的幅度。
在本申请的一个实施例中,所述振荡电路的输出端包括正输出端和负输出端,所述振荡电路包括:第一电感,所述第一电感的第一端连接第一直流电源,所述第一电感的第二端作为所述振荡电路的正输出端;第二电感,所述第二电感的第一端连接所述第一直流电源,所述第二电感的第二端作为所述振荡电路的负输出端;可变电容阵列,所述可变电容阵列的第一端连接所述振荡电路的正输出端,所述可变电容阵列的第二端连接所述振荡电路的负输出端。
在本申请的一个实施例中,所述可变电容阵列包括多个相互并联的可变电容。
在本申请的一个实施例中,所述负阻差分对电路包括:第二场效应管,所述第二场效应管的源级连接所述振荡电路的正输出端,所述第二场效应管的栅级连接所述振荡电路的负输出端,所述第二场效应管的漏级作为所述负阻差分对电路的输出端;第三场效应管,所述第三场效应管的源级连接所述振荡电路的负输出端,所述第三场效应管的栅级连接所述振荡电路的正输出端,所述第三场效应管的漏级连接所述第二场效应管的漏级。
在本申请的一个实施例中,所述尾电流电路还包括:第一电阻,所述第一电阻的第一端连接所述第一场效应管的漏级,所述第一电阻的第二端接地。
在本申请的一个实施例中,所述幅度调节电路包括:整流电路,所述整流电路的输入端连接所述振荡电路的输出端;滤波电路,所述滤波电路的输入端连接所述整流电路的输出端;运算放大器,所述运算放大器的第一输入端连接所述滤波电路的输出端,所述运算放大器的第二输入端输入比较电压,所述运算放大器的输出端连接所述尾电流电路的控制端。
在本申请的一个实施例中,所述整流电路包括:第四场效应管,所述第四场效应管的源级连接第二直流电源,所述第四场效应管的栅级连接所述振荡电路的正输出端,所述第四场效应管的漏级作为所述整流电路的输出端;第五场效应管,所述第五场效应管的源级连接所述第二直流电源,所述第五场效应管的栅级连接所述振荡电路的负输出端,所述第五场效应管的漏级连接所述第四场效应管的漏级。
在本申请的一个实施例中,所述滤波电路包括:第二电阻,所述第二电阻的第一端连接所述整流电路的输出端,所述第二电阻的第二端通过负阻接地,所述第二电阻的第二端连接所述运算放大器的第一输入端;第一电容,所述第一电容的第一端连接所述第二电阻的第二端,所述第一电容的第二端接地。
在本申请的一个实施例中,所述第二电阻的第二端通过第六场效应管接地,所述第六场效应管的源极连接所述第二电阻的第二端,所述第六场效应管的漏极接地,所述第六场效应管的栅极连接第六场效应管偏置电压。
在本申请的一个实施例中,所述幅度调节电路还包括:第三电阻,所述第三电阻的第一端连接所述第二直流电源,所述第三电阻的第二端连接所述运算放大器的第二输入端;第四电阻,所述第四电阻的第一端连接所述第三电阻的第二端,所述第四电阻的第二端接地。
由上述技术方案可知,本申请至少具有如下优点和积极效果:
本申请中提出的一种振荡器包括振荡电路、负阻差分对电路、尾电流电路,振荡电路用于产生振荡信号,负阻差分对电路的输入端连接振荡电路的输出端,负阻差分对电路用于补偿振荡电路产生的等效电阻,充当补偿等效电阻的负阻,对振荡电路进行能量补偿,尾电流电路的输入端连接负阻差分对电路的输出端,尾电流电路的输出端接地,尾电流电路用于为负阻差分对电路提供偏置电流,从而为振荡器提供尾电流,尾电流能够抑制电源地的噪声进入谐振腔,从而能够减小振荡器的相位噪声,此外,尾电流电路包括第一场效应管,振荡器还包括幅度调节电路,振荡器尾电流幅度调节电路的输入端连接振荡电路的输出端,幅度调节电路的输出端连接第一场效应管的栅极,控制第一场效应管的电阻,从而控制尾电流的大小,尾电流越大,则负阻差分对电路导通所需的电压越小,则振荡信号的振幅越大;尾电流越小,则负阻差分对电路导通所需的电压越大,则振荡信号的振幅越小,当振荡信号的幅度偏大时,调节幅度调节电路减小尾电流,振荡信号的幅度减小;当振荡信号的幅度偏小时,调节幅度调节电路增大尾电流,振荡信号的幅度增大,幅度调节电路能够调节尾电流的大小以调节振荡信号的幅度,通过使用低噪声的自偏置模拟控制环路来调节尾电流电阻,实现了振荡器的低噪声。
具体实施方式
体现本申请特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本申请能够在不同的实施方式上具有各种的变化,其皆不脱离本申请的范围,且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用,而非用以限制本申请。
本实施例提供的一种振荡器包括振荡电路、负阻差分对电路、尾电流电路和幅度调节电路。
在本申请的一个实施例中,振荡电路包括第一电感L1、第二电感L2和可变电容阵列,第一电感的第一端111连接第一直流电源Vdd1,第一电感的第二端112作为振荡电路的正输出端V0+,第二电感的第一端121连接第一直流电源Vdd1,第二电感的第二端122作为振荡电路的负输出端V0-,可变电容阵列的第一端131连接振荡电路的正输出端V0+,可变电容阵列的第二端132连接振荡电路的负输出端V0-。
在该实施例中,第一电感L1、第二电感L2和可变电容阵列组成LC谐振网络,用于产生振荡信号。
在本申请的一个实施例中,可变电容阵列可以包括多个相互并联的可变电容。
在本申请的一个实施例中,可变电容阵列可以包括四个可变电容分别作为第一可变电容、第二可变电容、第三可变电容和第四可变电容,四个固定电容分别作为第一固定电容、第二固定电容、第三固定电容和第四固定电容电容,四个电阻分别作为第一阵列电阻、第二阵列电阻、第三阵列电阻和第四阵列电阻,其中,第一可变电容的第一端连接控制电压,第一可变电容的第二端通过第一阵列电阻连接第一参考电压,第二可变电容的第一端连接控制电压,第二可变电容的第二端通过第二阵列电阻连接第一参考电压,第三可变电容的第一端连接控制电压,第三可变电容的第二端通过第三阵列电阻连接第二参考电压,第四可变电容的第一端连接控制电压,第四可变电容的第二端通过第四阵列电阻连接第二参考电压,采用分布式变容管结构电路,相比于采用单偏置变容管结构,环路稳定性和环路噪声性能恶化程度降低,实现了该振荡器的高线性增益。
在本申请的一个实施例中,振荡电路可以包括一个电感和可变电容阵列,可变电容阵列可以包括两个可变电容和两个固定电容,两个可变电容的阳极可以连接电容调节电压,两个可变电容的阴极可以分别连接两个固定电容的第一端,两个固定电容的第二端可以分别作为振荡电路的正输出端V0+和负输出端,电感的两端可以分别连接振荡电路的正输出端V0+和负输出端。
在本申请的一个实施例中,负阻差分对电路的输入端连接振荡电路的输出端,LC振荡电路会等效出一个与分布式变容管结构电路并联的电阻,该等效电阻消耗能量,增加电路功耗,负阻差分对电路用于补偿振荡电路产生的等效电阻,负阻差分对电路充当补偿等效电阻的负阻,对振荡电路进行能量补偿。
在本申请的一个实施例中,负阻差分对电路包括第二场效应管M2和第三场效应管M3,第二场效应管M2的源级连接振荡电路的正输出端V0+,第二场效应管M2的栅级连接振荡电路的负输出端V0-,第二场效应管M2的漏级作为负阻差分对电路的输出端;第三场效应管M3的源级连接振荡电路的负输出端V0-,第三场效应管M3的栅级连接振荡电路的正输出端V0+,第三场效应管M3的漏级连接第二场效应管M2的漏级,负阻差分对电路通过一对交叉互补耦合的场效应管充当负阻对振荡电路进行能量补偿,以便于整个振荡器能无衰减振荡,降低功耗。
在本申请的一个实施例中,尾电流电路的输入端连接负阻差分对电路的输出端,尾电流电路的输出端接地,尾电流电路为负阻差分对电路提供偏置电流,从而为振荡器提供尾电流,其中,尾电流越大,则负阻差分对电路导通所需的电压越小,则振荡信号的振幅越大;尾电流越小,则负阻差分对电路导通所需的电压越大,则振荡信号的振幅越小。
在本申请的一个实施例中,幅度调节电路的输入端连接振荡电路的输出端,幅度调节电路的输出端连接尾电流电路的控制端,幅度调节电路用于调节尾电流的大小以调节振荡信号的幅度。
在本申请的一个实施例中,尾电流电路可以包括第一场效应管M1,第一场效应管M1的源级连接负阻差分对电路的输出端,第一场效应管M1的栅极作为尾电流电路的控制端,尾电流中使用可变电阻的第一场效应管M1,对振荡信号的振幅进行调节,实现了降低振荡信号的噪声。
在本申请的一个实施例中,尾电流电路还可以包括第一电阻R1,第一电阻的第一端211连接第一场效应管M1的漏级,第一电阻的第二端212接地,第一电阻R1为第一场效应管M1提供偏置电流,有利于第一场效应管M1的导通,利用低噪声的无源电阻结合第一场效应管M1可变电阻做尾电流源,阻隔电源地的噪声的同时实现了降低振荡信号的噪声。
在该实施例中,利用低噪声的无源电阻结合第一场效应管M1可变电阻做尾电流源,通过低噪声的自偏置模拟控制环路来控制第一场效应管M1可变电阻,从而实现了振荡器的低噪声。
在本申请的一个实施例中,尾电流电路的控制端输入的电流越小,则第一场效应管M1的电阻越大,则尾电流电路产生的尾电流越小,则负阻差分对电路导通所需的电压越大,则振荡信号的振幅越小;第一场效应管M1的栅极输入的电流越大,则第一场效应管M1的电阻越小,则尾电流电路产生的尾电流越大,则负阻差分对电路导通所需的电压越小,则振荡信号的振幅越大。
在本申请的一个实施例中,尾电流电路可以包括多个相互并联的电阻和与多个电阻一一对应的开关,可以根据振荡信号的振幅生成开关的控制信号,根据振幅的大小调节接入尾电流中的电阻的数量,从而对尾电流的大小进行调节,进而是实现对振荡信号的振幅的调整。
在本申请的一个实施例中,幅度调节电路可以包括整流电路、滤波电路和运算放大器Comp,整流电路的输入端连接振荡电路的输出端,滤波电路的输入端连接整流电路的输出端,运算放大器的第一输入端S-连接滤波电路的输出端,运算放大器的第二输入端S+输入比较电压Vref,运算放大器Comp的输出端输出尾电流调节电压Vbias1,运算放大器Comp的输出端连接尾电流电路的控制端,整流电路和滤波电路将振荡电路输出的振荡信号转化为直流电压Vdet,运算放大器Comp计算根据振荡信号得到的直流电压Vdet与比较电压Vref进行计算,计算结果输入尾电流的控制端,调节尾电流电路的电阻,从而调节尾电流的大小,以实现调节振荡信号振幅的目的。
在本申请的一个实施例中,运算放大器的第一输入端S-接收根据振荡信号得到的直流电压Vdet,运算放大器的第二输入端S+接收比较电压Vref,运算放大器Comp的计算公式可以为:[(S+)-(S-)]*x,其中,x为运算放大系数,可以根据需要设定。
在该实施例中,当振荡信号的幅度偏大时,运算放大器的第一输入端S-接收的电压偏大,则运算放大器Comp的输出端输出的电压偏小,尾电流的电阻变大,则尾电流变小,则负阻差分对电路导通所需的电压变大,则振荡信号的振幅变小,最终使振荡信号的幅度在适中范围内,此幅度调节电路实时自动调节,是一个模拟控制环路,相比于数字控制环路,鲁棒性更好,不需要引入额外的信号来较准。
在本申请的一个实施例中,整流电路包括第四场效应管M4和第五场效应管M5,第四场效应管M4的源级连接第二直流电源Vdd2,第四场效应管M4的栅级连接振荡电路的正输出端V0+,第四场效应管M4的漏级输出振荡电路的正输出端V0+输出的振荡信号的半波整流电路,第四场效应管M4的漏级作为整流电路的输出端,第五场效应管M5的源级连接第二直流电源Vdd2,第五场效应管M5的栅级连接振荡电路的负输出端V0-,第五场效应管M5的漏级连接第四场效应管M4的漏级,第五场效应管M5的漏级输出振荡电路的负输出端V0-输出的振荡信号的半波整流电路,而振荡电路的正输出端V0+输出的振荡信号与振荡电路的负输出端V0-输出的振荡信号振幅相等、相位相反,因此,整流电路的输出端输出的是脉动直流电压。
在本申请的一个实施例中,滤波电路可以包括第二电阻R2和第一电容C1,第二电阻的第一端311连接整流电路的输出端,第二电阻的第二端312通过负阻接地,第二电阻的第二端312连接运算放大器的第一输入端S-,第一电容的第一端321连接第二电阻的第二端312,第一电容的第二端322接地,第二电阻R2和第一电容C1将脉动直流电压转化成平稳的直流电压Vdet,平稳的直流电压Vdet中携带了振荡信号中的振幅信息,平稳的直流电压Vdet便于使用运算放大器Comp计算,从而可以根据运算放大器Comp的计算结果调节振荡信号的振幅大小。
在本申请的一个实施例中,第二电阻的第二端312可以通过电阻接地,与第二电阻的第二端312连接的电阻为第四场效应管M4和第五场效应管M5提供偏置电流,有利于第四场效应管M4和第五场效应管M5的导通。
在本申请的一个实施例中,第二电阻的第二端312可以通过第六场效应管M6接地,第六场效应管M6的源极连接第二电阻的第二端312,第六场效应管M6的漏极接地,第六场效应管M6的栅极连接第六场效应管M6偏置电压,第六场效应管M6为第四场效应管M4和第五场效应管M5提供偏置电流,有利于第四场效应管M4和第五场效应管M5的导通,且由于第六场效应管M6偏置电压可以根据需要设定,可以调节第六场效应管M6偏置电压实现调节输入至运算放大器Comp第一端的电压大小,从而实现调节幅度调节电路输出至尾电流电路的控制端的电压大小,进而改变振荡信号的振幅大小。
在本申请的一个实施例中,幅度调节电路还可以包括串联的第三电阻R3和第四电阻R4,第三电阻的第一端411连接第二直流电源Vdd2,第三电阻的第二端412连接运算放大器的第二输入端S+,第四电阻的第一端421连接第三电阻的第二端412,第四电阻的第二端422接地,第三电阻R3为第四电阻R4分压,输入至运算放大器的第二输入端S+的电压为第四电阻R4分得的电压大小,可以通过调节第三电阻R3或第四电阻R4的大小改变比较电压Vref的大小,从而改变运算放大器Comp的运算结果,进而改变振荡信号的振幅大小。
在该实施例中,通过将第二直流电源Vdd2分压产生比较电压Vref,不必额外引入比较电压,使结构简单,鲁棒性更好。
在本申请的一个实施例中,幅度调节电路还可以包括第二电容C2,第二电容的第一端511连接在幅度调节电路的输出端,第二电容的第二端512接地,第二电容C2为幅度调节电路的输出进行滤波,以使幅度调节电路的输出更加稳定。
本申请中提出的一种振荡器包括振荡电路、负阻差分对电路、尾电流电路,振荡电路用于产生振荡信号,负阻差分对电路的输入端连接振荡电路的输出端,负阻差分对电路用于补偿振荡电路产生的等效电阻,充当补偿等效电阻的负阻,对振荡电路进行能量补偿,尾电流电路的输入端连接负阻差分对电路的输出端,尾电流电路的输出端接地,尾电流电路用于为负阻差分对电路提供偏置电流,从而为振荡器提供尾电流,尾电流能够抑制电源地的噪声进入谐振腔,从而能过减小振荡器的相位噪声,此外,尾电流电路包括第一场效应管M1,振荡器还包括幅度调节电路,振荡器尾电流幅度调节电路的输入端连接振荡电路的输出端,幅度调节电路的输出端连接第一场效应管M1的栅极,控制第一场效应管M1的电阻,从而控制尾电流的大小,尾电流越大,则负阻差分对电路导通所需的电压越小,则振荡信号的振幅越大;尾电流越小,则负阻差分对电路导通所需的电压越大,则振荡信号的振幅越小,当振荡信号的幅度偏大时,调节幅度调节电路减小尾电流,振荡信号的幅度减小;当振荡信号的幅度偏小时,调节幅度调节电路增大尾电流,振荡信号的幅度增大,幅度调节电路能够调节尾电流的大小以调节振荡信号的幅度,通过使用低噪声的自偏置模拟控制环路来尾电流电阻,从而实现了振荡器的低噪声。
虽然已参照几个典型实施方式描述了本申请,但应当理解,所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本申请能够以多种形式具体实施而不脱离申请的精神或实质,所以应当理解,上述实施方式不限于任何前述的细节,而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释,因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。