高精度的高頻環振蕩器電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種高精度的高頻環振蕩器電路，該振蕩器電路包括頻壓轉換器、濾波器、分頻器和壓控振蕩器，所述頻壓轉換器輸出連接至濾波器，所述濾波器輸出連接至壓控振蕩器，所述壓控振蕩器輸出連接到電路外以提供高頻振蕩，同時反饋輸出連接至分頻器，所述分頻器輸出連接至頻壓轉換器，所述頻壓轉換器通過對分頻器輸入信號頻率與設定頻率進行比較輸出控制信號。與現有技術相比，本實用新型具有設計難度小、設計效率高、使用簡單、成本低等優點。
【專利說明】高精度的高頻環振蕩器電路
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種聞頻環振蕩器電路，尤其是涉及一種聞精度的聞頻環振蕩器電路。
【背景技術】
[0002]傳統的環振蕩器使用奇數級反相延遲結構串聯成環以得到某個頻率的震蕩。若希望得到高精度的震蕩頻率，則需要保證每一級的延遲在各個工作條件(溫度、電源、工藝變化等)都盡可能相等，即延時偏差要小；若所需震蕩頻率較高，按照同樣的精度百分比計算，這個偏差的要求就更加苛刻，如震蕩頻率在30MHz以上，要求精確度I %，則總延遲偏差小于0.3ns，這個指標在工作條件變化較大時難以實現。所以高精度的高頻環振蕩器的直接設計較難實現。
[0003]在現有技術背景下，想得到高精度的高頻環振蕩器，還可以使用鎖相環(PLL)和鎖頻環(FLL)，如附圖1。他們都是閉環控制系統，采用一個高精度的低頻振蕩器作為基準，通過N倍頻電路可以得到一個高頻的N倍頻振蕩，當基準頻率的精確度很高時，N倍頻振蕩輸出也能得到很高的精確度。如采用晶體振蕩器作為基準，振蕩精度可達IOOppm以下，即精確度聞于0.01%。這種閉環控制系統雖然能得到極聞精度的聞頻振蕩，但是必須額外提供基準振蕩，增加了系統的復雜性，且系統總面積較大，不利于降低系統成本。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種設計難度小、設計效率高、使用簡單、成本低的高精度的高頻環振蕩器電路，能夠輕松達到30MHz以上頻率，約± I %的頻率精度。
[0005]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0006]一種高精度的高頻環振蕩器電路，其特征在于，該振蕩器電路包括頻壓轉換器、濾波器、分頻器和壓控振蕩器，所述頻壓轉換器輸出連接至濾波器，所述濾波器輸出連接至壓控振蕩器，所述壓控振蕩器對外輸出高頻振蕩，同時反饋輸出連接至分頻器，所述分頻器輸出連接至頻壓轉換器，所述頻壓轉換器通過對分頻器輸入信號頻率與設定頻率進行比較輸出控制信號。
[0007]所述頻壓轉換器包括電流源10，開關S0、S1、S2，對地電容CO、Cl，電壓源VO和比較器X0，所述電流源IO通過開關SO連接至比較器XO的正端，所述比較器XO的正端連接了對地電容CO，所述比較器XO的正端同時通過開關SI連接至對地電容Cl，所述對地電容Cl與開關S2并聯，所述比較器XO的負端連接至電壓源VO。
[0008]所述對地電容Cl的容值為C，所述對地電容電容CO的容值是對地電容Cl的k倍。
[0009]所述頻壓轉換器接收分頻器輸出的占空比50 %的方波，并分別發送給開關S0、S1、S2，其中發送給SO和S2是正相方波，SI是反相方波；
[0010]正相方波高電平期間，SO閉合，電流源IO對對地電容CO充電，充電時間為分頻器輸出振蕩的半周期t/2，CO上增加的電荷為V0/R*(t/2)，對地電容Cl上的電荷被釋放完全；
[0011]正相方波低電平期間，SO斷開，SI閉合，S2斷開，對地電容CO上的電荷被分配給Cl，分配后，CO和Cl上的電壓為原CO電壓的k/(k+l)，CO上減少的電荷為C*Vc*k/(k+l)，其中Vc為原CO電壓。
[0012]每個周期內，若CO上增加的電荷>減少的電荷，則電壓CO升高，比較器XO輸出高，通過濾波器調節壓控振蕩器，使其頻率上升，周期減小，這樣增加的電荷VO/R* (t/2)將減少；若0)上增加的電荷<減少的電荷，則CO電壓降低，比較器XO輸出低，使壓控振蕩器其頻率下降，周期增大，這樣增加的電荷V0/R*(t/2)將增加；
[0013]CO上的電壓穩定后會與比較器XO的負端電壓VO —致，此時閉環控制系統環路穩定，V0/R*(t/2) = C*V0*k/(k+l)，分頻器頻率 f = 1/t = (k+l)/(2kRC)。
[0014]與現有技術相比，本實用新型具有以下優點。
[0015]I)解決了技術障礙，降低設計難度，提高了設計效率。可以輕松的獲得較高精度的高頻振蕩，同時倍頻數可調，可擴展性強。
[0016]2)所設計出的環振蕩器具有使用簡單，易于系統集成，成本較低的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為鎖相環、鎖頻環的原理框圖；
[0018]圖2為本實用新型的原理框圖；
[0019]圖3為本實用新型中的頻壓轉換器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0021]如圖2所示，一種高精度的高頻環振蕩器電路，該振蕩器電路包括頻壓轉換器1、濾波器I1、分頻器III和壓控振蕩器IV，頻壓轉換器I輸出連接至濾波器II，濾波器II輸出連接至壓控振蕩器IV，壓控振蕩器IV輸出連接到電路外以提供高頻振蕩，同時另反饋輸出連接至分頻器III，分頻器III輸出連接至頻壓轉換器I，頻壓轉換器I通過對分頻器輸入信號頻率與設定頻率進行比較輸出控制信號。
[0022]所述的濾波器、壓控振蕩器、分頻器，在現有技術背景下有多種實現方式，這里不做限制。和圖1所示的鎖相環、鎖頻環結構相比，本實用新型用頻壓轉化器I取代了鑒相器(或鑒頻器)以及外接基準頻率。所以本實施例重點介紹頻壓轉換器。
[0023]如圖3所示，頻壓轉換器包括電流源10，開關S0、S1、S2，對地電容CO、Cl，電壓源VO和比較器X0，電流源IO通過開關SO連接至比較器XO的正端，比較器XO的正端連接了對地電容CO，比較器XO的正端同時通過開關SI連接至對地電容Cl，對地電容Cl與開關S2并聯，比較器XO的負端連接至電壓源W。
[0024]電流源10，比較器X0，以及開關S0、S1、S2，都由CMOS工藝電路構成，可以有多種具體結構。[0025]電壓源V0，是一個處于比較器XO共模范圍內的電壓值，為電源電壓的電阻串分壓。
[0026]電流源IO的電流值通過電壓源VO除以一個電阻阻值R得到。
[0027]頻壓轉換器通過對分頻器輸入信號頻率與設定頻率的比較輸出控制信號，通過濾波器調節壓控振蕩器的頻率大小，從而使震蕩輸出穩定并與電源電壓無關。
[0028]設對地電容Cl的容值為C，對地電容CO的容值是電容Cl的k倍。
[0029]分頻器輸出的占空比50%的方波提供給開關S0、S1、S2，其中SO和S2是正相的，SI是反相的。
[0030]正相方波高電平期間，SO閉合，電流源IO對電容CO充電，充電時間為分頻器輸出振蕩的半周期t/2，C0上增加的電荷為V0/R*(t/2)。SI斷開，S2閉合，電容Cl上的電荷被放到地上。
[0031]正相方波低電平期間，SO斷開，SI閉合，S2斷開，電容CO上的電荷被平均分配給Cl，由于在上一個相位上Cl的電壓被放成了 0，C0容值是Cl的k倍，所以電荷平均分配后，CO和Cl上的電壓為原CO電壓的k/(k+l)，即CO上減少的電荷為C*Vc*k/(k+l)，其中Vc為原CO電壓。
[0032]每一個周期，如果CO上增加的電荷>減少的電荷，則電壓CO升高，比較器XO輸出高，通過濾波器調節壓控振蕩器，使其頻率上升，周期減小，這樣增加的電荷VO/R* (t/2)將變少；如果CO上增加的電荷<減少的電荷，則CO電壓降低，比較器XO輸出低，通過濾波器調節壓控振蕩器，使其頻率下降，周期增大，這樣增加的電荷V0/R*(t/2)又會變多。
[0033]最終CO上的電壓會穩定在與比較器XO的負端電壓VO—樣位置上，此時閉環控制系統環路穩定，V0/R*(t/2) = C*V0*k/(k+1),可推算出分頻器頻率f = 1/t = (k+1)/(2kRC)。
[0034]可見，這種振蕩器得到的振蕩頻率與電源電壓無關，若采用多種電阻和電容以平衡他們的溫度系數，則可以得到一個與溫度也無關的頻率。這樣振蕩器的精度取決于電阻電容的匹配程度，而頻率高低則可以通過增加分頻器的分頻數以達到倍頻的目的。
【權利要求】
1.一種高精度的高頻環振蕩器電路，其特征在于，該振蕩器電路包括頻壓轉換器、濾波器、分頻器和壓控振蕩器，所述頻壓轉換器輸出連接至濾波器，所述濾波器輸出連接至壓控振蕩器，所述壓控振蕩器對外輸出高頻振蕩，同時反饋輸出連接至分頻器，所述分頻器輸出連接至頻壓轉換器。
2.根據權利要求1所述的一種高精度的高頻環振蕩器電路，其特征在于，所述頻壓轉換器包括電流源10，開關S0、S1、S2，對地電容CO、Cl，電壓源VO和比較器X0，所述電流源IO通過開關SO連接至比較器XO的正端，所述比較器XO的正端連接了對地電容CO，所述比較器XO的正端同時通過開關SI連接至對地電容Cl，所述對地電容Cl與開關S2并聯，所述比較器XO的負端連接至電壓源W。
3.根據權利要求2所述的一種高精度的高頻環振蕩器電路，其特征在于，所述對地電容Cl的容值為C，所述對地電容電容CO的容值是對地電容Cl的k倍。
【文檔編號】H03L7/18GK203722608SQ201420081462
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年2月25日 優先權日:2014年2月25日
【發明者】陳云龑 申請人:上海菱沃鉑智能技術有限公司