一種高速寬頻帶頻率電壓轉換電路的制作方法

本發明涉及集成電路技術領域，具體涉及一種高速寬頻帶頻率電壓轉換電路。

背景技術：

隨著無線通信系統的快速發展，無線電頻率大量被占用，使得研發智能可重構系統和電磁波頻率檢測電路成為迫切需求。對于前端系統，頻率檢測電路是一個關鍵模塊，它必須在復雜、惡劣的環境中進行無線電頻率快速識別，并為設備分配未被占用的頻帶。頻率檢測電路常用于頻率鎖定環路、自調諧可重構接收機等，在這類電路中，輸出建立時間必須非常短，以便適用于高速通信設備。

傳統的頻率電壓轉換電路多數基于電荷泵積分的方法，采用多個開關控制，在一個周期內對一個電容充電，在下一個周期內該電容放電并為另一個電容充電。然而，這種方法和電路結構需要經過多個周期，才能使輸出電壓達到穩定值，輸出建立時間長，限制了頻率鎖定環路等后續電路模塊的工作性能，而且控制開關寄生電容較大，檢測頻帶范圍窄，電路功耗高，準確度與靈敏度不高，占用過多的芯片面積，易受溫度、噪聲和外界因素的干擾，降低了整體電路系統的性能指標。

技術實現要素：

本發明所要解決的是傳統的頻率電壓轉換電路所存在的問題，提供一種高速寬頻帶頻率電壓轉換電路。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種高速寬頻帶頻率電壓轉換電路，包括反相器i2～i11，與非門i12，pmos管pm1～pm9，nmos管nm1～nm10，以及電容c；反相器i2的輸入端形成本頻率電壓轉換電路的輸入端口vin；反相器i2的輸出端連接反相器i3的輸入端，反相器i3的輸出端同時連接nmos管nm4的柵極、nmos管nm1的漏極、pmos管pm1的漏極、與非門i12的一個輸入端和反相器i8的輸入端；nmos管nm4的漏極連接反相器i5的輸入端、pmos管pm4的漏極、pmos管pm5的漏極、pmos管pm8的柵極和反相器i6的輸入端；反相器i8的輸出端接pmos管pm4的柵極；pmos管pm8的源極與pmos管pm7的漏極相連；pmos管pm7的柵極接偏置電壓vb；反相器i6的輸出端接反相器i7的輸入端，反相器i7的輸出端接nmos管nm6的柵極；nmos管nm1的源極、pmos管pm1的源極、pmos管pm2的漏極和pmos管pm3的柵極相連；pmos管pm3的漏極、nmos管nm2的漏極、nmos管nm3的漏極、nmos管nm5的柵極和反相器i4的輸入端相連；反相器i4的輸出端接nmos管nm2的柵極；nmos管nm5的漏極接nmos管nm4的源極；反相器i8的輸出端經反相器i與反相器i10的輸入端連接，反相器i10的輸出端接與非門i12的另一個輸入端；與非門i12的輸出端接pmos管pm6的柵極；pmos管pm6的漏極、nmos管nm7的漏極、nmos管nm8的漏極、nmos管nm6的漏極、pmos管pm9的柵極和反相器i11的輸入端相連；反相器i11的輸出端接nmos管nm7的柵極；pmos管pm9的源極、nmos管nm9的漏極和pmos管pm8的漏極相連；nmos管nm10的的漏極、pmos管pm9的漏極和電容c的一端相連后，形成本頻率電壓轉換電路的輸出端口vout；nmos管nm1、pmos管pm2和pmos管pm5的柵極同時接復位信號rst；pmos管pm1、nmos管nm3、nmos管nm8～nmos管nm10的柵極同時接復位信號～rst；上述復位信號rst與復位信號～rst互為反向信號；pmos管pm2～pmos管pm7的源極接電源vdd；電容c的另一端、nmos管nm2、nmos管nm3、以及nmos管nm5～nmos管nm10的源極與地gnd相連。

上述高速寬頻帶頻率電壓轉換電路，進一步包括反相器i1，該反相器i1的一端連接復位信號rst，反相器i1的另一端連接復位信號～rst。

與現有技術相比，本發明具體如下特點：

1、輸入信號的第一個上升沿控制一個開關由關斷轉換為導通，用第二個上升沿控制另一個開關由導通轉換為關斷，頻率電壓轉換電路僅需要一個輸入信號周期，就可以完成從頻率到電壓的轉換，減少輸出信號建立時間，提高整體電路系統的工作效率和響應速度；

2、完成從頻率到電壓的轉換，不需要施加外部控制信號，有效地減少了控制開關所產生的寄生電容，增大了頻率檢測范圍，提高了靈敏度；

3、電容充電時間僅為輸入信號的一個周期，有效地降低了整體電路的功耗。

附圖說明

圖1為一種高速寬頻帶頻率電壓轉換電路的電路原理圖。

圖2為本發明的輸入輸出關系圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。

一種一種高速寬頻帶頻率電壓轉換電路，如圖1所示，主要由反相器i1～i11，與非門i12，pmos管pm1～pm9，nmos管nm1～nm10，以及電容c組成。反相器i1的輸入端接電路輸入端口rst，反相器i1的輸出端接線～rst，反相器i2、i3級聯，i2的輸入端接電路的輸入端口vin，i3的輸出端與pm1、nm1的漏極相連，pm1的柵極接線rst，nm1的柵極接rst，pm1、nm1的源極相連后與pm2的漏極相連，pm2的源極接電源vdd，pm2的柵極接rst，pm3的源極接電源vdd，pm3的柵極與pm2的漏極相連，pm3的漏極接反相器i4的輸入端，反相器i4的輸出端與nm2的柵極相連，nm2的漏極與pm3的漏極相連，nm2的源極與地gnd相連。nm3的漏極與pm3的漏極相連，nm3的柵極與線～rst相連，nm3的源極與地gnd相連。pm4的源極與電源vdd相連，pm4的柵極與反相器i5的輸出端相連，pm4的漏極與反相器i5的輸入端相連，nm4的漏極與pm4的漏極相連，nm4的柵極與反相器i3的輸出端相連，nm4的源極與nm5的漏極相連，nm5的柵極與pm3的漏極相連，nm5的源極與地gnd相連。pm5的源極與電源vdd相連，pm5的柵極與rst相連，pm5的漏極與pm4的漏極相連，反相器i6的輸入端與pm5的漏極相連，反相器i6與反相器i7級聯，反相器i7的輸出端與nm6的柵極相連，nm6的源極與地gnd相連，nm6的漏極與pm6的漏極相連。pm7的源極與電源vdd相連，pm7的柵極與vb相連，pm7的漏極與pm8的源極相連。pm8的柵極與pm5的漏極相連，pm8的漏極與nm9的漏極相連，nm9的柵極與線～rst相連，nm9的源極與地gnd相連。反相器i8、i9、i10相級聯，反相器i8的輸入端與反相器i3的輸出端相連，反相器i10的輸出端同與非門i12的一個輸入端相連，與非門i12的另一個輸入端與反相器i3的輸出端相連，與非門i12的輸出端與pm6的柵極相連，pm6的源極與電源vdd相連，pm6的漏極與反相器i11的輸入端相連，反相器i11的輸出端與nm7的柵極相連，nm7的漏極與pm6的漏極相連，nm7的源極與地gnd相連，nm8的漏極與pm6的漏極相連，nm8的柵極與線～rst相連，nm8的源極與地gnd相連。pm9的源極與nm9的漏極相連，pm9的柵極與pm6的漏極相連，pm9的漏極與nm10的漏極相連，nm10的柵極與向～rst相連，nm10的源極與地gnd相連。電容c的一端與pm9的漏極相連后接電路的輸出端vout，電容c的另一端與地gnd相連。

本發明的工作原理為：

反相器i2、i3將輸入信號放大、整形，pm1、nm1構成一個由rst信號控制的開關，pm2在rst為低時，將pm3柵極電壓拉高，pm3用于下降沿檢測，當pm3檢測到第一個下降沿之后，反相器i4與nm2將pm3的漏極鎖定為低電平，保證nm5導通，當～rst為高電平時，nm3用于將nm5的柵極電壓拉低。當nm5導通后，nm4用于檢測輸入信號的上升沿，當nm4檢測到輸入信號的上升沿，反相器i5與pm4將nm4的漏極電壓鎖定為高電平，nm4的漏極為高電平時，pm8由關斷狀態變為導通狀態，pm5用于確保復位信號rst為低電平時，pm8的柵極為高電平，保證pm8處于關斷狀態。反相器i8、i9、i10用于將輸入信號延遲一段時間，延遲后的信號與未延遲的信號經過與非門i12之后形成窄脈沖，pm6用于檢測該脈沖的下降沿，檢測到下降沿之后，反相器i11與nm7將pm6的漏極電壓鎖定為低電平，pm6的漏極為高電平時，pm9由導通狀態轉換為關斷狀態，nm8用于確保～rst為高電平時，pm9的柵極為低電平，保證pm9處于導通狀態。反相器i6、i7和nm6確保pm7導通之后pm9才可以轉為關斷狀態。當～rst為高電平時，nm10導通，將電容c上存儲的電荷釋放。

整體電路，當復位信號無效后，先檢測到輸入信號的第一個下降沿，此后再檢測輸入信號的兩次上升沿，第一個上升沿使pm8由關斷狀態轉換為導通狀態，第二個上升沿使pm9由導通狀態轉換為關斷狀態，因此，電容c僅被偏置電流源充電一個輸入信號周期，之后一直保持存儲的電荷，直到復位信號再次有效，將電容c上存儲的電荷釋放。

因為電容c僅被充電一個輸入信號周期，所以輸出信號僅延后輸入信號一個周期，該電路可對輸入信號做出快速響應，達到高速轉換的效果。

經過頻率電壓轉換電路后，最終輸出電壓為：

其中，fin為輸入信號的頻率，為pmos管pm7產生的電流。

本發明采用檢測輸入信號進行兩次上升沿檢測，控制兩個開關狀態的轉換，使得兩個開關共同導通時，偏置電流源為電容充電時間僅為輸入信號的一個周期，從而實現電路由頻率信號到電壓信號的快速轉換，減少輸出建立時間，提高整體電路系統的工作效率和響應速度。此外，本發明在簡化電路結構的同時，提升了電路對輸入信號的處理速度，降低了功耗，未使用電阻，僅使用一個電容，不需要外部施加控制信號，有效地減小了寄生電容效應、由溫度變化引起的熱噪聲影響并減小版圖面積，完全與標準cmos工藝兼容，降低了生產成本。電路僅需要一個輸入信號周期，就可以完成從頻率到電壓的轉換，減少輸出建立時間，提高整體電路系統的工作效率和響應速度。圖2為本發明的輸入輸出關系圖。在0.18-umcmos工藝標準下，cadencespectre仿真表明，可檢測頻率范圍0.3g～4g，輸出電壓范圍175mv～1.735v，1.8v供電條件下總功耗為1.410mw，電路延時最少可為260.732ps。本發明能夠克服傳統的頻率電壓轉換電路的輸出建立時間長，反應速度較慢，檢測頻帶范圍窄、靈敏度較低、易受噪聲影響、芯片面積和功耗過大等問題，

本發明對于輸入信號進行兩次上升沿檢測，在檢測到第一個上升沿之后，控制一個開關由關斷狀態轉為導通狀態，在檢測到第二個上升沿之后，控制另一個開關由導通狀態轉為關斷狀態，兩個開關共同導通時，偏置電流源為電容充電，這樣兩個開關共同導通的時間僅為輸入信號的一個周期，電容被充電也僅為輸入信號的一個周期，便能夠實現電路由頻率信號到電壓信號的快速轉換，并達到低延遲、快速響應的效果。此外，本發明還簡化了電路結構，降低了功耗，未使用電阻，僅使用一個電容，有效地減小了寄生電容效應、由溫度變化引起的熱噪聲影響并減小版圖面積，完全與標準的cmos工藝兼容，降低了生產成本。

需要說明的是，盡管以上本發明所述的實施例是說明性的，但這并非是對本發明的限制，因此本發明并不局限于上述具體實施方式中。在不脫離本發明原理的情況下，凡是本領域技術人員在本發明的啟示下獲得的其它實施方式，均視為在本發明的保護之內。