一种压控振荡器的自动摆幅校准电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种集成电路，特别涉及一种电感-电容压控振荡器(LCVCO)的一种自动摆幅校准电路。
【背景技术】
[0002]在现代通信系统中，电感-电容压控振荡器(LCVCO)是一个极其关键的模块，其调谐范围和相位噪声决定了一个接收机的基本性能。由于相位噪声性能较好，电感-电容压控振荡器(LCVCO)被广泛用于射频锁相环(PLL)电路中，用以生成频率受控信号。在一定的范围内，相位噪声随着LCVCO的振荡信号摆幅的增大而增大。然而，在LCVCO的设计中，无论是片上集成的电感、电容元件还是片外分立的电感电容元件，其Q值都会随工艺、温度等外部条件的变化而变化，难以保证产品一致性。同时LCVCO的偏置电流也会随工艺和温度变化而变化，因此难以保证VCO工作时振荡信号摆幅的稳定性。在Q值很大的场合，理论上可以降低VCO的工作电流，得到同样的摆幅，获得同样的VCO性能。相反，最严重的情况下如果Q值太小，LCVCO会不满足起振条件，停止振荡。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本实用新型公开一种压控振荡器的自动摆幅校准电路。本实用新型的目的是，实现LCVCO振荡摆幅的自动控制:当某种寄生因素导致摆幅太小时，自动增大摆幅；当某种寄生因素导致摆幅太大时，自动减小摆幅。实际上本实用新型间接保证了LCVCO的相位噪声性能。
[0004]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0005]一种压控振荡器的自动摆幅校准电路，包括:摆幅监测电路、比较电路、逻辑电路、带摆幅控制电路的压控振荡器，所有的电路接成反馈环路，其特征在于，摆幅监测电路输入端接压控振荡器的振荡信号输出端，摆幅监测电路输出端接比较器输入端，比较器的另一个输入端接参考电压，比较器的输出端送入逻辑电路，逻辑电路的输出接压控振荡器的摆幅控制电路。
[0006]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0007](I)本实用新型的新型摆幅监测电路工作频率高，引入反馈电路保证了监测精度尚O
[0008](2)本实用新型的逻辑电路简单、实用，从根本上保证了 LCVCO能够满足起振条件。
[0009](3)本实用新型可以实现摆幅自动校准，校准之后的VCO可以取得相位噪声性能和功耗的最优折衷。
【附图说明】
[0010]通过附图中的图形，以示例方式，而非限制方式来图解本实用新型的实施例，在这些附图中相同的参考数字指代相似的元件。
[0011]图1是本实用新型的锁相环电路的图示。
[0012]图2是本实用新型的压控振荡器的自动摆幅校准电路的图示。
[0013]图3是本实用新型的压控振荡器及其摆幅控制电路的图示。
[0014]图4是本实用新型的摆幅监测电路的图示。
[0015]图5以波形的形式详细示出了本实用新型的逻辑电路的具体实施例。
【具体实施方式】
[0016]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0017]图1示出了使用本实用新型的技术方案的锁相环电路。通常包括输入输出端依次相连的相位-频率检测器(PFD) 101，电荷泵(CP) 102，环路滤波器(LF) 103，LCVC0104(包括摆幅自动校准电路106和自动频率校准(AFC)电路107)，可编程分频器电路105，缓冲器电路108。
[0018]自动频率控制电路107 (AFC)监测VT信号，选择校准边带，控制LCVCO的输出频率；自动摆幅校准电路106监测LCVCO的输出信号摆幅，通过控制电流，控制LCVCO的摆幅。
[0019]图2示出了本实用新型中利用摆幅监测电路进行自动摆幅校准的实施例。包括摆幅监测电路204，比较电路201，逻辑电路202，LCVCO及其摆幅控制电路203。如图所示，所有的电路接成反馈环路。摆幅监测电路输入端接压控振荡器的振荡信号输出端，摆幅监测电路输出端接比较器输入端，比较器的另一个输入端接参考电压，比较器的输出端送入逻辑电路，逻辑电路的输出接压控振荡器的摆幅控制电路。通过对由锁相环(PLL)中压控振荡器(VCO)生成的振荡信号摆幅进行监测、反馈、比较、控制，实现VCO摆幅自动校准。
[0020]图3示出了本实用新型的压控振荡器及其摆幅控制电路的实施例。4bit控制码(C3C2C1C0)控制4路开关(S3S2S1S0)，对应控制4bit的二进制电流源是否接入LCVCO核心电路(LC Tank)中，二进制电流源的大小决定了 LC Tank的差分振荡信号(VC0_P\VC0_N)摆幅，Ib电流源不受控制信号控制。其中，射频NMOS管丽1、丽2交叉耦合，PMOS管MP1、MP2交叉耦合，它们和电感L、电容C 一起组成了 LCVCO核心电路(LC Tank)。
[0021]图4示出了本实用新型的摆幅监测电路的实施例。所述摆幅监测电路包括一个接成反馈结构的差分放大器，该放大器具有两个接收压控振荡器摆幅信号的差分信号引脚和一个反馈信号引脚，反馈引脚接摆幅信号存储电容，放大器输出端控制电流源对摆幅信号存储电容充电。压控振荡器的差分输出振荡信号VC0_P、VC0_N，通过电容CAP1、CAP2和R1、R2构成的高通滤波器耦合到摆幅监测电路的差分输入端V+\V-。摆幅监测电路的主体电路由偏置电流Ibias,电流镜单元N1、N2，差分对管N4、N5、N6，P型MOS管Pl、P2、P3和电容CAP3组成，N3在摆幅监测电路上电初期，先将CAP3的电荷放掉，其后，CAP3只受反馈回路控制。本实用新型中，电阻R1、R2提供摆幅信号的共模电压，最终，摆幅信号存储电容CAP3的电压Vamp即为LCVCO的振荡信号的摆幅值加共模值VCM所形成的直流信号，与LCVCO的振荡信号的摆幅成一次线性关系。通过选择合适的比较电路参考电压Vref的值可以将上述共模值VCM减掉。值得说明的是，为了适应射频电路对频率的要求，本实用新型的新型摆幅监测电路均采用射频MOS管，电路结构简单，寄生少，工作频率高，响应速度快，引入的反馈机制保证了摆幅监测电路的精确度。
[0022]图5以波形的形式更详细示出了本实用新型的逻辑电路的具体实施例。其中，CLK、Start和Stop是逻辑电路202的输入信号，CLK为校准时钟，Start为校准起始信号，Stop为校准停止信号。C3、C2、C1、C0和Latch、AMP_0K为逻辑电路202的输出，C3、C2、C1和CO是逻辑电路输出的校准控制码，控制LCVCO的偏置电流，从而间接控制LCVCO的摆幅大小。Latch是锁存信号，当LCVCO的摆幅充分接近目标摆幅时，停止校准，锁定校准控制码，从而固定LCVCO的输出信号VC0_P和VC0_N的摆幅。校准完成后，逻辑电路给出标志信号AMP_0K。Vref和Vamp是比较器的输入信号，Vref是校准的目标摆幅，Vamp是摆幅监测电路的输出信号，为待比较信号。启动校准后，摆幅控制码C3、C2、C1、C0在校准时钟CLK的控制下，从0000开始，对应VCO的振荡信号VC0_P、VC0_N的摆幅最小。每过一个时钟周期，4bit的控制码增加1，对应VCO的振荡信号VC0_P\VC0_N的摆幅逐级增大，摆幅监测电路的输出信号Vamp也逐级增大，直至充分接近并超过目标幅度Vref，比较器翻转，Stop信号由低电平变为高电平，产生锁存信号Latch，锁定校准控制码，校准完成，给出标志信号AMP_OK, LCVCO摆幅固定不变。从摆幅最小的控制码0000开始校准的好处在于逐周期增大控制码后，VCO振荡信号摆幅也逐周期增大，这样比较器翻转之后的结果肯定能保证LCVCO能够起振。反之，如果从摆幅最大的控制码1111开始校准，逐周期减小控制码，比较器翻转停止校准过程，则有压控振荡器不起振的可能性。
[0023]上述实施例仅为本实用新型较佳的实现方式，不应当用于限制本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的主体设计思想和精神下做出的无实质意义的改动或润色的技术方案，其解决的技术问题实质上与本实用新型一致的，均应当在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种压控振荡器的自动摆幅校准电路，包括:摆幅监测电路、比较电路、逻辑电路、带摆幅控制电路的压控振荡器，所有的电路接成反馈环路，其特征在于，摆幅监测电路输入端接压控振荡器的振荡信号输出端，摆幅监测电路输出端接比较器输入端，比较器的另一个输入端接参考电压，比较器的输出端送入逻辑电路，逻辑电路的输出接压控振荡器的摆幅控制电路。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述摆幅监测电路包括一个接成反馈结构的差分放大器，该放大器具有两个接收压控振荡器摆幅信号的差分信号引脚和一个反馈信号引脚，反馈引脚接摆幅信号存储电容，放大器输出端控制电流源对摆幅信号存储电容充电。
【专利摘要】本实用新型公开一种压控振荡器的自动摆幅校准电路，包括摆幅监测电路、比较电路、逻辑电路、压控振荡器及其摆幅控制电路。通过一种新型的摆幅监测电路对压控振荡器的振荡信号的摆幅进行监测、反馈、比较、控制，实现压控振荡器的自动摆幅校准。所述摆幅监测电路监测精度高、速度快，逻辑电路简单、实用。校准之后的压控振荡器可以取得相位噪声性能和功耗的最优折衷。
【IPC分类】H03L7-099
【公开号】CN204517791
【申请号】CN201520197165
【发明人】王本川, 范涛
【申请人】南京能瑞自动化设备股份有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月3日