专利名称：金属氧化物半导体锁相环电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三波段数字电视调谐电路，尤其涉及一种三波段数字电视调谐电路中的锁相环电路。
背景技术：
三波段调谐接收的单变频调谐电路以其成本低、功耗低等优点成为目前数字电视调谐电路的主要电路形式。电路如图1所示，三波段调谐电路包括VHFL、VHFH和UHF三个波段的混频器(101、102、103)和压控振荡器(201、202、203)，还包括一个用于频率锁定及频道变换的锁相环电路300，目前三波段调谐芯片集成了三波段混频器所有电路、压控振荡器的有源电路部分和锁相环电路中的低压电路部分，锁相环电路的低压电路部分包括所有3.3V工作下的电路，有分频器、鉴相器、电荷泵以及晶振驱动电路等，压控振荡器的振荡回路(501、502、503分别对应三个波段的振荡器)由分离的电感和可变电容二极管构成，通过改变可变电容二极管上的偏置电压信号VT可以得到不同的振荡频率，从而可以接收不同的电视信号，可变电容二极管上的偏置电压信号VT是由锁相环电路和一个3.3V到33V的具有升压功能的有源滤波器产生的。
在现有技术中，由于三个波段的振荡回路501、502、503共用同一个调谐电压信号VT，而三个波段振荡回路中的可变电容二极管有效工作区域不同，因此，在三波段调谐接收电路进行波段切换时，往往会导致振荡器电路产生不正常的振荡频率，使得锁相环电路无法正常工作，不能提供正确的本振信号频率，从而导致调谐器无法接收指定的电视频道信号。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种消除波段切换时压控振荡器电路可能产生的畸形振荡频率，使锁相环电路正常锁定在指定频率的金属氧化物半导体锁相环电路。
本发明的上述目的由以下技术方案实现一种金属氧化物半导体锁相环电路，包括缓冲电路301、分频器302、鉴相器303、晶振驱动电路304、参考分频器305、电荷泵306、片外石英晶体600、片外有源滤波器400，缓冲电路301为三转一缓冲电路，三路差分输入分别来自三个振荡器的输出端，缓冲电路301输出连接分频器302的输入端，分频器302输出端连接鉴相器303的输入端，参考分频器305的输出端连接鉴相器303的另一输入端，鉴相器303的输出端连接电荷泵306的输入端，晶振驱动电路304连接片外石英晶体600，晶振驱动电路304输出端连接参考分频器305的输入端，电荷泵306的输出端接片外有源滤波器400的一个输入端，并对片外有源滤波器400进行充放电；电荷泵306输出端还连接到电流转换电路307的输入端，电流转换电路307的输出端连接到所述的片外有源滤波器400中三极管的偏置端和调谐电压提升电路308的输出端，电压到电流转换电路307输出产生片外有源滤波器400中三极管的偏置电流，使电荷泵306输出信号经电压到电流转换电路307转换产生与片外有源滤波器400输出的调谐电压信号(VT)一一对应，调谐电压提升电路308的输入端接芯片内产生高低电压变化的数字信号，调谐电压提升电路307输出端在芯片内产生高低电压变化的数字信号控制下使片外有源滤波器400中三极管截止或正常工作，截止时，调谐电压信号(VT)上升至片外有源滤波器400的电源端电压值，正常工作时，调谐电压信号(VT)值取决于电压到电流转换电路307输出的控制。所述的电压到电流转换电路307由六个NMOS管M1、M2、M5、M6、M10、M11和五个PMOS管M3、M4、M7、M8、M9以及芯片内基准电流源IREF组成，第一、第二、第三和第四NMOS管M1、M2、M5、M6的源端接地，第一NMOS管M1的栅端、第一NMOS管M1的漏端、片内基准电流源IREF和第二NMOS管M2的栅端相连，第一、第二、第三PMOS管M3、M4、M9的栅端和第一PMOS管M3的漏端以及第二NMOS管M2的漏端相连，第一、第二、第四和第五PMOS管M3、M4、M7、M8的源端接电源，第二PMOS管M4的漏端、第三NMOS管M5的漏端、第三NMOS管M5的栅端和第四NMOS管M6的栅端相连，第四NMOS管M6的漏端、第五NMOS管M10的源端和第六NMOS管M11的源端相连，第五NMOS管M10的漏端、第三PMOS管M9的漏端、第四PMOS管M7的栅端和第五PMOS管M8的栅端相连，第三PMOS管M9的源端和第四PMOS管M7的漏端相连，第六NMOS管M11的漏端、第六NMOS管M11的栅端和第五PMOS管M8的漏端相连，第五NMOS管M10的栅端连接到电荷泵306的输出端，第六NMOS管M11的栅端为电压到电流转换电路307的输出端；芯片内基准电流源IREF为电压到电流转换电路307提供偏置电流，第一NMOS管M1和第二NMOS管M2、第一PMOS管M3和第二PMOS管M4、第三NMOS管M5和第四NMOS管M6分别构成电流镜电路，第一NMOS管M1栅漏端短接于芯片内基准电流源IREF端形成有源负载，第四PMOS管M7、第五PMOS管M8、第三PMOS管M9、第五NMOS管M10和第六NMOS管M11构成套筒式共源共栅结构的运算放大器；所述的调谐电压提升电路308由三个NMOS管MN1、MN2、M12和两个PMOS管MP1、MP2组成，芯片内产生高低电压变化的数字信号接调谐电压提升电路308的输入端，第一PMOS管MP1和第一NMOS管MN1的栅端相连，作为调谐电压提升电路308的输入端，第一PMOS管MP1的漏端、第一NMOS管MN1的漏端、第二PMOS管MP2的栅端和第二NMOS管MN2的栅端相连，第二PMOS管MP2的漏端、第二NMOS管MN2的漏端和第三NMOS管M12的栅端相连，第三NMOS管M12的漏端接电压到电流转换电路307的输出端，第一NMOS管MN1的源端、第二NMOS管MN2的源端和第三NMOS管M12的源端接地，第一PMOS管MP1的源端和第二PMOS管MP2的源端接电源，第一PMOS管MP1和第一NMOS管MN1、第二PMOS管MP和第二NMOS管MN2构成两级金属氧化物半导体反相器。
所述的片外有源滤波器400由一个NPN晶体管和电阻电容组成，NPN晶体管Q1的发射极接地，基极经一电阻R1接电压到电流转换电路307和调谐电压提升电路308的连接点，集电极分三路一路经一电阻R3接电源，一路经一电阻R4输出调谐电压信号VT，一路经一串联支路与电荷泵306的输出相连，该串联支路由一个电容C2和一个电阻R2并联后与一个电容C1相串联组成，低电压供电的锁相环电路电源电压为3.3V，高电压供电的片外有源滤波器400的电源电压为33V。
本发明的优点及效果是提供一种可消除畸形振荡频率的锁相环电路。本发明在一般锁相环电路的基础上，采用电压到电流转换电路307和调谐电压提升电路308共同消除波段切换时振荡器可能产生的畸频率。在波段切换时，调谐电压提升电路307输出端在芯片内产生高低电压变化的数字信号控制下使片外有源滤波器400中三极管截止，调谐电压信号VT上升至片外有源滤波器400的电源端电压值，振荡器正常振荡，正常工作后，芯片内的控制信号撤销，调谐电压信号VT值取决于电压到电流转换电路307输出的控制。实现锁相环电路正常工作，锁定所需频率点。
本发明采用简单的电路结构形式，可有效消除三波段数字电视调谐接收电路中的波段切换时可能导致的畸形振荡频率，该电路不影响调谐器波段切换时间，在波段切换过程中可快速锁定预定频率点，进行调谐选台。同时，本发明提出的电路具有规模小、电路简单、易于芯片集成等优点。
图1是本发明的三波段数字电视调谐电路框图。
图2是本发明的锁相环电路框图。
图3是本发明的电压到电流转换电路和调谐电压提升电路图。
图4是本发明的缓冲电路图。
图5是本发明的分频器电路图。
图6是本发明的鉴相器电路图。
图7是本发明的晶振驱动电路图。
图8是本发明的参考分频器电路图。
图9是本发明的电荷泵电路图。
具体实施例方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。
如图2所示，图2中的锁相环电路包括缓冲电路301、分频器302、鉴相器303、晶振驱动电路304、参考分频器305、电荷泵306、电压到电流转换电路307、调谐电压提升电路308。缓冲电路301为一般的三转一缓冲电路，三路差分输入端1、2、3、4、5、6分别来自振荡器201、202、203的输出端，输出端7、8送至分频器302的输入端，作为分频器302的输入进行分频。缓冲电路301中的三对输入端一次只有一对输入端有信号，其他两对输入端上的信号无效。分频器302按照一定分频比对输入端7、8上的信号进行分频，输出端9、10接鉴相器303的输入端，为完成鉴相功能，鉴相器303还需要与参考分频器305的输出端13、14相连，鉴相器303的输出端15、16接电荷泵306的输入端，电荷泵306进行充放电。晶振驱动电路304驱动片外石英晶体600，输出端11、12上产生准确的参考频率信号，参考分频器305的输入端接晶振驱动电路304的输出端11、12，并对其输入端上的信号进行分频，以便鉴相器进行鉴相。电荷泵306输入端接鉴相器303的输出端15、16，电荷泵306的输出端17接片外有源滤波器400的一个输入端，并对片外有源滤波器400进行充放电，同时为了实现3.3V到33V的电压转换，采用一个电压到电流转换电路电压到电流转换电路307产生片外有源滤波器400中三极管Q1的偏置电流，使电荷泵输306出信号与片外有源滤波器400产生的调谐电压信号VT一一对应，实现升压功能。电压到电流转换电路307输入端接电荷泵306的输出端17，输出端18接片外有源滤波器400的另一输入端。
锁相环电路中的缓冲电路301、分频器302、鉴相器303、晶振驱动电路304、参考分频器305、电荷泵306都是采用传统经典的电路实施方式，具体电路实现方式分别如图4、5、6、7、8、9所示。
调谐电压提升电路308是一个控制电路，其输入端19接芯片系统产生高低变化的数字控制电路输出端，调谐电压提升电路308输出端接电压到电流转换电路307的输出端18，在输入端19上控制信号的控制下，调谐电压提升电路308可改变电压到电流转换电路307输出端18的工作电平，继而控制片外有源滤波器400中三极管Q1是否工作。当三极管Q1截止时，调谐电压信号VT可快速上升至33V，振荡器调谐回路501、502和503中变容二极管在最高电压33V处均可正常振荡，不会产生畸频率，只是振荡频率比预设频率低。当三极管Q1正常工作时，锁相环电路300可快速改变调谐电压信号VT，使振荡器振荡在指定频率点。
本发明在一般锁相环电路的基础上，采用电压到电流转换电路307和调谐电压提升电路308共同消除波段切换时振荡器可能产生的畸频率。在波段切换时，由系统产生调谐电压提升电路308输入端19上的控制信号，使片外有源滤波器400中的三极管Q1截止，调谐电压信号VT上升至33V，振荡器正常振荡，然后系统再撤销调谐电压提升电路308输入端19上的控制信号，锁相环电路300正常工作，锁定所需频率点。
电压到电流转换电路307和调谐电压提升电路308如图3所示。IREF为芯片内产生基准电流信号的基准源电路输出端，IREF端上的电流信号负责为电压到电流转换电路307提供偏置电流。NMOS管M1和NMOS管M2、PMOS管M3和PMOS管M4、NMOS管M5和NMOS管M6分别构成电流镜电路。NMOS管M1栅漏短接IREF端形成有源负载，源端接地电位。NMOS管M2栅端接IREF端，漏端接PMOS管M3的漏端，NMOS管M2源端接地。PMOS管M3的栅漏端短接，源端接电源。PMOS管M4栅端接PMOS管M3的栅端，漏端接NMOS管M5的栅漏短接端，源端接电源。栅漏短接的PMOS管M3形成的固定电位为PMOS管M9栅端提供偏置信号，PMOS管M9栅端与PMOS管M3栅端、PMOS管M4栅端相连。NMOS管M5与NMOS管M6构成NMOS电流镜，NMOS管M5栅漏端短接，NMOS管M6栅端接NMOS管M5的栅漏端，NMOS管M6产生的漏源电流为NMOS管M10和NMOS管M11提供偏置电流。PMOS管M7、PMOS管M8、PMOS管M9、NMOS管M10和NMOS管M11构成套筒式共源共栅结构的运放，套筒式共源共栅运放具有速度高，功耗、噪声低的特点，其增益和输出摆幅适中，同时为提高其输出摆幅，采取了输出端不对称的形式。PMOS管M7、PMOS管M8的栅端与PMOS管M9的漏端相连，PMOS管M7的漏端与PMOS管M9的源端相连，NMOS管M10和NMOS管M11的源端相连接至NMOS管M6的漏端，NMOS管M10的漏端与PMOS管M9的漏端、PMOS管M7的栅端、PMOS管M8的栅端连在一起，NMOS管M10的栅端为电荷泵306的输出端17。NMOS管M11的栅漏短接并与PMOS管M8的漏端相连，同时输出端18接片外有源滤波器400中的电阻R1一端。调谐电压提升电路308的输入端19接PMOS管MP1和NMOS管MN1的栅端，PMOS管MP1和NMOS管MN1的栅端与漏端分别相连构成金属氧化物半导体反相器，同理，PMOS管MP2、NMOS管MN2的栅端与漏端分别相连构成金属氧化物半导体反相器，同时PMOS管MP1、NMOS管MN1的漏端输出接PMOS管MP2、NMOS管MN2的栅端输入，PMOS管MP2、NMOS管MN2的漏端输出接NMOS管M12的栅端，NMOS管M12的漏端接电压到电流转换电路307的输出端18，PMOS管MP1、NMOS管MN1、PMOS管MP2和NMOS管MN2构成两级金属氧化物半导体反相器，提高输入端19上控制信号的驱动能力。当输入端19上控制信号为高电平时，NMOS管M12开启，电压到电流转换电路307的输出端18上信号为地电位，片外有源滤波器400中的三极管Q1截止，调谐电压信号VT迅速升至33V；当输入端19上控制信号为低电平时，NMOS管M12关断，锁相环电路300正常工作。
权利要求
1.一种金属氧化物半导体锁相环电路，包括缓冲电路(301)、分频器(302)、鉴相器(303)、晶振驱动电路(304)、参考分频器(305)、电荷泵(306)、片外石英晶体(600)、片外有源滤波器(400)，缓冲电路(301)为三转一缓冲电路，三路差分输入分别来自三个振荡器的输出端，缓冲电路(301)输出连接分频器(302)的输入端，分频器(302)输出端连接鉴相器(303)的输入端，参考分频器(305)的输出端连接鉴相器(303)的另一输入端，鉴相器(303)的输出端连接电荷泵(306)的输入端，晶振驱动电路(304)连接片外石英晶体(600)，晶振驱动电路(304)输出端连接参考分频器(305)的输入端，电荷泵(306)的输出端接片外有源滤波器(400)的一个输入端，并对片外有源滤波器(400)进行充放电；其特征在于所述的电荷泵(306)输出端还连接到电流转换电路(307)的输入端，电流转换电路(307)的输出端连接到所述的片外有源滤波器(400)中三极管的偏置端和调谐电压提升电路(308)的输出端，电压到电流转换电路(307)输出产生片外有源滤波器(400)中三极管的偏置电流，使电荷泵(306)输出信号经电压到电流转换电路(307)转换产生与片外有源滤波器(400)输出的调谐电压信号(VT)一一对应，调谐电压提升电路(308)的输入端接芯片内产生高低电压变化的数字信号，调谐电压提升电路(307)输出端在芯片内产生高低电压变化的数字信号控制下使片外有源滤波器(400)中三极管截止或正常工作，截止时，调谐电压信号(VT)上升至片外有源滤波器(400)的电源端电压值，正常工作时，调谐电压信号(VT)值取决于电压到电流转换电路(307)输出的控制。
2.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体锁相环电路，其特征是所述的电压到电流转换电路(307)由六个NMOS管(M1、M2、M5、M6、M10、M11)和五个PMOS管(M3、M4、M7、M8、M9)以及芯片内基准电流源(IREF)组成，第一、第二、第三和第四NMOS管(M1、M2、M5、M6)的源端接地，第一NMOS管(M1)的栅端、第一NMOS管(M1)的漏端、片内基准电流源(IREF)和第二NMOS管(M2)的栅端相连，第一、第二、第三PMOS管(M3、M4、M9)的栅端和第一PMOS管(M3)的漏端以及第二NMOS管(M2)的漏端相连，第一、第二、第四和第五PMOS管(M3、M4、M7、M8)的源端接电源，第二PMOS管(M4)的漏端、第三NMOS管(M5)的漏端、第三NMOS管(M5)的栅端和第四NMOS管(M6)的栅端相连，第四NMOS管(M6)的漏端、第五NMOS管(M10)的源端和第六NMOS管(M11)的源端相连，第五NMOS管(M10)的漏端、第三PMOS管(M9)的漏端、第四PMOS管(M7)的栅端和第五PMOS管(M8)的栅端相连，第三PMOS管(M9)的源端和第四PMOS管(M7)的漏端相连，第六NMOS管(M11)的漏端、第六NMOS管(M11)的栅端和第五PMOS管(M8)的漏端相连，第五NMOS管(M10)的栅端连接到电荷泵(306)的输出端，第六NMOS管(M11)的栅端为电压到电流转换电路(307)的输出端；芯片内基准电流源(IREF)为电压到电流转换电路(307)提供偏置电流，第一NMOS管(M1)和第二NMOS管(M2)、第一PMOS管(M3)和第二PMOS管(M4)、第三NMOS管(M5)和第四NMOS管(M6)分别构成电流镜电路，第一NMOS管(M1)栅漏端短接于芯片内基准电流源(IREF)端形成有源负载，第四PMOS管(M7)、第五PMOS管(M8)、第三PMOS管(M9)、第五NMOS管(M10)和第六NMOS管(M11)构成套筒式共源共栅结构的运算放大器；所述的调谐电压提升电路(308)由三个NMOS管(MN1、MN2、M12)和两个PMOS管(MP1、MP2)组成，芯片内产生高低电压变化的数字信号接调谐电压提升电路(308)的输入端，第一PMOS管(MP1)和第一NMOS管(MN1)的栅端相连，作为调谐电压提升电路(308)的输入端，第一PMOS管(MP1)的漏端、第一NMOS管(MN1)的漏端、第二PMOS管(MP2)的栅端和第二NMOS管(MN2)的栅端相连，第二PMOS管(MP2)的漏端、第二NMOS管(MN2)的漏端和第三NMOS管(M12)的栅端相连，第三NMOS管(M12)的漏端接电压到电流转换电路(307)的输出端，第一NMOS管(MN1)的源端、第二NMOS管(MN2)的源端和第三NMOS管(M12)的源端接地，第一PMOS管(MP1)的源端和第二PMOS管(MP2)的源端接电源，第一PMOS管(MP1)和第一NMOS管(MN1)、第二PMOS管(MP2)和第二NMOS管(MN2)构成两级金属氧化物半导体反相器。
3.根据权利要求1或2所述的金属氧化物半导体锁相环电路，其特征是所述的片外有源滤波器(400)由一个NPN晶体管和电阻电容组成，NPN晶体管(Q1)的发射极接地，基极经一电阻(R1)接电压到电流转换电路(307)和调谐电压提升电路(308)的连接点，集电极分三路一路经一电阻(R3)接电源，一路经一电阻(R4)输出调谐电压信号(VT)，一路经一串联支路与电荷泵(306)的输出相连，该串联支路由一个电容(C2)和一个电阻(R2)并联后与一个电容(C1)相串联组成，低电压供电的锁相环电路电源电压为3.3V，高电压供电的片外有源滤波器(400)的电源电压为33V。
全文摘要
一种COM锁相环电路。涉及三波段数字电视调谐电路，尤其涉及其内部的锁相环电路及其中的波段切换电路。用于消除波段切换时压控振荡器电路可能产生的畸形振荡频率，使锁相环电路正常锁定在指定频率。通过金属氧化物半导体锁相环电路中的电压到电流转换电路和调谐电压提升电路控制有源滤波器输出的调谐电压信号。在波段切换瞬间使调谐电压升至最大值，振荡器正常振荡，随后振荡器振荡频率受控于锁相环电路的输出。该电路结构简单，电路规模小，易于芯片集成。
文档编号H03J5/24GK1777033SQ20051012292
公开日2006年5月24日 申请日期2005年12月8日 优先权日2005年12月8日
发明者唐守龙, 宋莹莹, 吴烜, 吴建辉, 陆生礼, 时龙兴 申请人:东南大学