具有自动幅度控制功能的压控振荡器的制作方法

本发明涉及压控振荡，特别是涉及一种具有自动幅度控制功能的压控振荡器。

背景技术：

1、锁相环作为频率合成器和时钟产生电路中的关键单元，广泛应用于模拟、数字及射频芯片中。压控振荡器作为锁相环中的关键单元，直接决定了锁相环的输出频率，并且由于锁相环的远端相位噪声主要由压控振荡器决定，所以对压控振荡器的相位噪声要求也愈加严格。

2、压控振荡器可以分为环形振荡器及lc型压控振荡器，其中lc型压控振荡器工作频率高、相位噪声低，具有广泛的应用。lc型压控振荡器核心部份通常由负阻有源器件和电感、电容、电阻等无源器件构成，电感、电容、电阻等无源器件构成谐振回路，通过反馈形成振荡，负阻有源器件则用来补偿谐振回路振荡的能量损失，从而产生持续稳定的振荡信号。压控振荡器作为锁相环的核心，起着提供本振频率的作用，其振荡频率与其控制电压成正比，为扩大其频率可调范围，还通常增加电容阵列。

3、提升lc型压控振荡器的相位噪声通常需要增大振荡幅度及减小有源器件自身的固有噪声。但是，传统的lc型压控振荡器通常将双极器件的集电极及基极极交叉耦合以构成反馈，形成负阻有源器件。由于lc型压控振荡器的振荡信号摆幅与工作频率相关，这使得压控振荡器在覆盖宽带振荡频率时，振荡幅度随振荡频率变化而变化。而双极型器件的噪声通常与其工作区紧密相关，如果振荡幅度随振荡频率不同发生较大变化，则会导致双极型器件在某些振荡频率下，出现噪声贡献急剧增加的情况，恶化振荡器的相位噪声性能。

4、因此，在振荡器的振荡频率变化时，需要校正振荡器的振荡幅度，使其稳定在较小的区间内，以优化振荡器的相位噪声，同时该过程需要自动快速完成，以适应快速跳频的应用需求。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种lc型压控振荡器技术方案，引入精确自动幅度控制电路，通过反馈实时校正振荡器的振荡幅度，使振荡器的振荡频率发生变化时，振荡幅度始终稳定在较小的区间范围内，从而保证lc型压控振荡器的双极型负阻器件始终工作在低噪声区域，实现优化宽带压控振荡器的相位噪声特性的目的。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供的技术方案如下。

3、一种具有自动幅度控制功能的压控振荡器，包括：

4、压控振荡模块，产生振荡信号；

5、幅度检测模块，与所述压控振荡模块连接，检测所述振荡信号的幅度，得到幅度检测电压；

6、比较模块，与所述幅度检测模块连接，将所述幅度检测电压分别与第一窗口电压及第二窗口电压进行比较，得到比较码；

7、幅度控制模块，与所述比较模块连接，对所述比较码进行判断计数，得到幅度控制码；

8、基准模块，与所述幅度控制模块连接，根据所述幅度控制码产生基准电压，所述基准电压反馈到所述压控振荡模块，作为所述压控振荡模块中负阻器件的偏置电压；

9、其中，所述压控振荡模块、所述幅度检测模块、所述比较模块、所述幅度控制模块及所述基准模块形成负反馈环路，当所述振荡信号的幅度发生变化时，基于所述基准电压的负反馈调节，消除所述振荡信号的幅度变化，以使所述振荡信号的幅度稳定在目标区间内。

10、可选地，所述压控振荡模块包括第一npn三极管、第二npn三极管、第一电感、第二电感、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第一压控可变电容及第二压控可变电容，

11、所述第一电感的中间抽头接电源电压，所述第一电感的第一端接所述第一npn三极管的集电极，所述第一电感的第二端接所述第二npn三极管的集电极，所述第一电感的第一端及所述第一电感的第二端端配合作为所述压控振荡模块的第一差分输出端，

12、所述第一电容的第一端接所述第一npn三极管的集电极，所述第一电容的第二端接所述第一压控可变电容的第一端，所述第一压控可变电容的第二端接调节电压，所述第一压控可变电容的第二端还接所述第二压控可变电容的第一端，所述第二压控可变电容的第二端接所述第二电容的第一端，所述第二电容的第二端接所述第二npn三极管的集电极，所述第一电阻的第一端接所述第一电容的第二端，所述第一电阻的第二端接调谐电压，所述第一电阻的第二端还接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端接所述第二电容的第一端，

13、所述第二电感的中间抽头接所述基准电压，所述第二电感的第一端接所述第一npn三极管的基极，所述第二电感的第二端接所述第二npn三极管的基极，所述第一npn三极管的发射极经依次串接的所述第三电阻及所述第五电阻后接地，所述第二npn三极管的发射极经串接的所述第四电阻后接所述第三电阻与所述第五电阻的公共端。

14、可选地，所述压控振荡模块还包括开关电容阵列、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容及第九电容，

15、所述开关电容阵列的第一端接所述第一npn三极管的集电极，所述开关电容阵列的第二端接所述第二npn三极管的集电极，

16、所述第三电容的第一端接所述第一npn三极管的集电极，所述第四电容的第二端接所述第二npn三极管的集电极，所述第三电容的第二端及所述第四电容的第一端配合作为所述压控振荡模块的第二差分输出端，

17、所述第五电容的第一端接所述第一npn三极管的集电极，所述第五电容的第二端接所述第二npn三极管的基极，所述第六电容的第一端接所述第一npn三极管的基极，所述第六电容的第二端接所述第二npn三极管的集电极，

18、所述第七电容的第一端接所述第一npn三极管的集电极，所述第七电容的第二端接所述第一npn三极管的发射极，所述第八电容的第一端接所述第二npn三极管的集电极，所述第八电容的第二端接所述第二npn三极管的发射极，

19、所述第九电容与所述第五电阻并联。

20、可选地，所述幅度检测模块包括第三npn三极管、第四npn三极管、第一nmos管、第二nmos管、第六电阻、第七电阻、第十电容、第十一电容及第十二电容，

21、所述第三npn三极管的集电极接电源电压，所述第三npn三极管的基极经串接的所述第六电阻后接工作电压，所述第三npn三极管的发射极接所述第二nmos管的漏极，所述第四npn三极管的集电极接所述电源电压，所述第四npn三极管的基极经串接的所述第七电阻后接所述工作电压，所述第四npn三极管的发射极接所述第二nmos管的漏极，

22、所述第二nmos管的栅极接所述第一nmos管的栅极，所述第二nmos管的源极及衬底分别接地，所述第一nmos管的漏极接偏置电流，所述第一nmos管的栅极接所述第一nmos管的漏极，所述第一nmos管的源极及衬底分别接地，

23、所述第十电容的第二端接所述第三npn三极管的基极，所述第十一电容的第一端接所述第四npn三极管的基极，所述第十电容的第一端与所述第十一电容的第二端配合作为所述幅度检测模块的差分输入端，用于接收所述振荡信号，

24、所述第十二电容的第一端接所述第二nmos管的漏极，所述第十二电容的第二端接所述第二nmos管的源极，所述第十二电容的第一端作为所述幅度检测模块的输出端，用于输出所述幅度检测电压。

25、可选地，所述比较模块包括两个电压比较器，第一个所述电压比较器的同相输入端接所述幅度检测电压，第一个所述电压比较器的反相输入端接所述第一窗口电压，第二个所述电压比较器的同相输入端接所述幅度检测电压，第二个所述电压比较器的反相输入端接所述第二窗口电压，所述第一窗口电压大于所述第二窗口电压，第一个所述电压比较器的输出端输出所述比较码的低位，第二个所述电压比较器的输出端输出所述比较码的高位，得到两位的所述比较码。

26、可选地，所述电压比较器包括第一pmos管、第二pmos管、第三pmos管、第三nmos管、第四nmos管、第五nmos管、第六nmos管及反相器，

27、所述第一pmos管的源极及衬底分别接电源电压，所述第一pmos管的栅极接所述第一pmos管的漏极，所述第一pmos管的漏极接所述第三nmos管的漏极，所述第三nmos管的衬底接地，所述第二pmos管的源极及衬底分别接所述电源电压，所述第二pmos管的栅极接所述第一pmos管的栅极，所述第二pmos管的漏极接所述第四nmos管的漏极，所述第四nmos管的衬底接地，所述第四nmos管的源极接所述第三nmos管的源极，所述第四nmos管的源极还接所述第五nmos管的漏极，所述第五nmos管的栅极接nmos偏置电压，所述第五nmos管的源极及衬底分别接地，所述第三nmos管的栅极作为所述电压比较器的同相输入端，所述第四nmos管的栅极作为所述电压比较器的反相输入端，

28、所述第三pmos管的源极及衬底分别接所述电源电压，所述第三pmos管的栅极接所述第二pmos管的漏极，所述第三pmos管的漏极接所述第六nmos管的漏极，所述第六nmos管的栅极接所述第五nmos管的栅极，所述第六nmos管的源极及衬底分别接地，

29、所述反相器的输入端接所述第三pmos管的漏极，所述反相器的输出端作为所述电压比较器的输出端。

30、可选地，所述幅度控制模块接时钟信号、使能信号及所述比较码，在所述时钟信号及所述使能信号的控制下，对所述比较码进行判断计数，得到所述幅度控制码：

31、当所述使能信号为逻辑低电平时，所述幅度控制模块停止工作，所述幅度控制码固定为默认值；

32、当所述使能信号为逻辑高电平时，所述幅度控制模块正常工作并每隔所述时钟信号的一个时钟周期进行一次判断计数，若所述比较码为00，则所述幅度控制码的二进制值加1；若所述比较码为11，则所述幅度控制码的二进制值减1；若所述比较码为10，则结束判断，所述幅度控制码固定为当前的二进制值。

33、可选地，所述幅度控制码为六位二进制码，所述默认值为100000。

34、可选地，所述基准模块包括第五npn三极管、第一传输门、第二传输门、第三传输门、第四传输门、第五传输门、第六传输门、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻及第十五电阻，

35、所述第八电阻的第一端接参考电流源，所述第八电阻的第二端经依次串接的所述第九电阻、所述第十电阻、所述第十一电阻、所述第十二电阻、所述第十三电阻、所述第十四电阻及所述第十五电阻后接所述第五npn三极管的集电极，所述第五npn三极管的基极接所述第五npn三极管的集电极，所述第五npn三极管的发射极接地，

36、所述第一传输门与所述第十电阻并联，所述第一传输门的控制端接所述幅度控制码的第一位，所述第二传输门与所述第十一电阻并联，所述第二传输门的控制端接所述幅度控制码的第二位，所述第三传输门与所述第十二电阻并联，所述第三传输门的控制端接所述幅度控制码的第三位，所述第四传输门与所述第十三电阻并联，所述第四传输门的控制端接所述幅度控制码的第四位，所述第五传输门与所述第十四电阻并联，所述第五传输门的控制端接所述幅度控制码的第五位，所述第六传输门与所述第十五电阻并联，所述第六传输门的控制端接所述幅度控制码的第六位，

37、所述第八电阻的第二端作为所述基准模块的输出端，用于输出所述基准电压。

38、可选地，当所述幅度控制码的第一位为0时，所述第一传输门导通，所述第十电阻被旁路；当所述幅度控制码的第一位为1时，所述第一传输门断开，所述第十电阻没有被旁路；

39、当所述幅度控制码的第二位为0时，所述第二传输门导通，所述第十一电阻被旁路；当所述幅度控制码的第二位为1时，所述第二传输门断开，所述第十一电阻没有被旁路；

40、当所述幅度控制码的第三位为0时，所述第三传输门导通，所述第十二电阻被旁路；当所述幅度控制码的第三位为1时，所述第三传输门断开，所述第十二电阻没有被旁路；

41、当所述幅度控制码的第四位为0时，所述第四传输门导通，所述第十三电阻被旁路；当所述幅度控制码的第四位为1时，所述第四传输门断开，所述第十三电阻没有被旁路；

42、当所述幅度控制码的第五位为0时，所述第五传输门导通，所述第十四电阻被旁路；当所述幅度控制码的第五位为1时，所述第五传输门断开，所述第十四电阻没有被旁路；

43、当所述幅度控制码的第六位为0时，所述第六传输门导通，所述第十五电阻被旁路；当所述幅度控制码的第六位为1时，所述第六传输门断开，所述第十五电阻没有被旁路；

44、以使所述基准电压与所述幅度控制码正相关。

45、如上所述，本发明的具有自动幅度控制功能的压控振荡器，至少具有以下有益效果：

46、结合压控振荡模块、幅度检测模块、比较模块、幅度控制模块及基准模块设计压控振荡器，使得压控振荡模块、幅度检测模块、比较模块、幅度控制模块及基准模块形成负反馈环路，当压控振荡模块输出的振荡信号的幅度发生变化时，基于基准模块输出的基准电压的负反馈调节，能有效消除振荡信号的幅度变化，使得振荡信号的幅度稳定在目标区间内，实现对压控振荡模块的输出幅度的控制；通过自动调节压控振荡模块的振荡幅度，使压控振荡模块工作在不同的振荡频率时，振荡幅度基本保持一致，保证压控振荡模块内部的双极型晶体管始终工作在合适的工作区域，减小双极型晶体管因工作区域不当带来的噪声贡献，从而优化压控振荡模块的相位噪声特性。