一种频率自适应的可变电容电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及自适应变电容电路结构技术，具体是指一种频率自适应的可变 电容电路。
【背景技术】
[0002] 在多模多频通信领域，多模多频滤波器结构中的电容往往需要具有随频率自适应 变化的特性。由于MOS晶体管电容器阵列已经部分取代了变容二极管，并且得到快速的发 展。因此基于MOS晶体管电容矩阵，构造一种电容值随频率变化的电路，具有广阔的应用前 景。
[0003] 2007年公开的申请号为200580033904. 3中国实用新型专利申请公布说明书公开 了"由MOS晶体管进行开关的电容器阵列"，是一种具有低损耗的集成可变电容，提出了一 种开关阵列的拓朴布局和独立于电容的串联电阻，开关阵列完全地或部分地集成到可调谐 LC滤波器和TV调谐器中。MOS晶体管电容矩阵能够实现电容值变化，但是此方案是通过 数字电路对矩阵电路进行编码实现电容的自适应变化，结构较复杂，成本较高，难以广泛应 用。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是设计一种频率自适应的可变电容电路，包括锁相环电路与频 率合成器电路，在输入信号频率与参考频率相差值固定时，重置电容矩阵和参考频率，实现 本电路的电容值与输入信号频率变化自适应。
[0005] 本实用新型设计的一种频率自适应的可变电容电路，包括电容矩阵和MOS晶体管 构成的电荷栗模块，还包括鉴相鉴频器、比较器、压控振荡器、移位计数器和混频器，输入 信号f in和参考信号fd接入鉴相鉴频器的输入端，鉴相鉴频器的输出端连接电荷栗模块的 s。、S1开关，控制其通断；电荷栗模块的输出端分别连接比较器的输入端和电容矩阵的输入 端；比较器的输出端连接电容矩阵的控制端和移位计数器的输入端；该移位计数器输出端 连接混频器输入端；电容矩阵的输出端经电阻R p产生电容矩阵支路电压V @接入压控振荡 器的输入端和比较器的输入端，压控振荡器输出端连接混频器输入端，混频器输出端输出 参考信号^接入鉴相鉴频器，鉴相鉴频器比较参考信号f d与输入信号f ιη。
[0006] 所述鉴相鉴频器包括D触发器和与门逻辑门。
[0007] 所述的电荷栗模块包括3个相同的N型MOS晶体管，还有2个相同的P型MOS晶 体管；所述的第一 P型MOS晶体管和第一 N型MOS晶体管串联，即它们的漏极相连；第一 P 型MOS晶体管和第二P型MOS晶体管的栅极相连接并连接第一 P型MOS晶体管和第一 N型 MOS晶体管的漏极，其接点引出电荷栗模块的参考电压Vraf输出端、接入比较器输入端；第 一、第二和第三N型MOS晶体管的栅极相连接并连接第一、第二P型MOS晶体管的源极；第 一、第二和第三N型MOS晶体管的源极相连接、接地，并连接电容矩阵的输出端；所述的第二 P型MOS晶体管的漏极连接电荷栗模块的PMOS开关s。，通过开关s。和电阻R p连接到电容 矩阵的输入端；第二N型MOS晶体管的漏极连接电荷栗模块的NMOS开关S1，通过开关81和 电阻Rp连接到电容矩阵的输入端。s c的活动接点与s :的固定接点连接，并连接比较器的另 一个输入端。
[0008] 所述N型MOS晶体管和P型MOS晶体管的沟道宽长比不同，N型MOS晶体管的沟道 宽长比与P型MOS晶体管的沟道宽长比的比值为0. 2~0. 5,在电路正常工作时，流过MOS 晶体管漏极电流值均为i。
[0009] 输入信号fin和参考信号f d同时输入鉴相鉴频器，f d= f。+4, f。为压控振荡器输 出信号频率。鉴相鉴频器比较fldP f d，输入信号fln和参考频率f ,的频率差值产生控制电 荷栗模块的控制信号，控制信号控制电荷栗模块使之产生的输出信号作用于电容矩阵，决 定电容矩阵支路电压的值。比较器比较输入的参考电压V raf和电容矩阵支路电压 随电容充电逐渐增大，电容值改变的同时V @也随之改变，当Vep彡Vraf时，产生一个计数 脉冲使得移位计数器重置电容矩阵并控制混频器。与此同时，电容矩阵支路电压Ip控制压 控振荡器输出信号频率f。与输入信号频率f ln相同。当移位计数器的控制信号输入混频器 后，触发混频器产生输出频率为fd= f Jfn的参考信号送入鉴相鉴频器，同时也送入电容矩 阵；电容矩阵一方面根据电荷栗模块的控制信号进行动态变换，并利用接入混频器的信号 频率f n的可调特性，调节频率间隙Λ f的取值为（0. 2~I. 2MHz)，则最终使得重置的电容 矩阵对应的电容值与参考信号频率匕相适应。
[0010] 所述鉴相鉴频器对输入信号fin和参考信号f d进行相位比较，它的输出端的输出 信号连接电荷栗模块的s。、S1开关，控制其通断，以对电容矩阵充电，电流值为i。
[0011] 压控振荡器输出电压为：
D为参考 信号起始相位，C为当前接入本电路的电容矩阵电容值，S是拉普拉斯变换后的变量参数；W 是输入信号角频率，j为虚数单位，拉普拉斯变换后的变量参数S = jw。
[0012] N型MOS晶体管导通电阻简化表达式为：
[0013]
[0014] 其中，W和L分别是N型MOS晶体管的沟道宽度和长度，Vgs、Vth分别是栅极电压和 开启电压，仏和C M是IC技术相关常数；U n为电子迀移率，C M为单位面积的栅氧化层电容。
[0015] Vcp= VR+Vc；Vref= iRon〇
[0016] Vr是电阻R P的电压，V c是电容矩阵的电压，临界分析当V m = V 且V = kV R时， k为比例系数，即
C'是电容矩阵的电容值，Q为电容 矩阵的电荷量。
[0017] 比较器输出计数脉冲。所述移位计数器得到比较器的计数脉冲信号后，输出重置 电容矩阵和控制混频器的信号。
[0018] 所述电容矩阵的输出端Rp连接到压控振荡电路的输入端，压控振荡电路的输 出端连接混频器输入端。混频器获得频率为f d的参考信号，fdifc+fm。当输入信号频 率fin小于参考信号频率f，匕时，计数器无控制信号，电容矩阵的电容值保持不变。而 当输入信号频率fln达到参考信号频率f d+匕时，计数器发出控制信号送入电容矩阵和混 频器，重置电容矩阵和触发混频器，同时改变电容值和参考频率，此时输入信号频率fln为 fd+fm^ f f d+2fn〇
[0019] 与现有技术相比，本实用新型一种频率自适应的可变电容电路的优点为：1、电容 矩阵的电容值可根据输入信号频率自适应地改变；2、结构简单，成本低廉，可以广泛应用 于多模多频滤波器的设计中。
【附图说明】
[0020] 图1为本频率自适应的可变电容电路实施例基本结构框图；
[0021] 图2为本频率自适应的可变电容电路实施例电路连接示意图；
[0022] 图3为本频率自适应的可变电容电路实施例电容矩阵结构示意图；
[0023] 图4为本频率自适应的可变电容电路实施例电容矩阵电容值随频率变化曲线图。
[0024] 图中标号为：
[0025] J、鉴相鉴频器、B、比较器，C、电容矩阵；
[0026] N。、第一 N型MOS晶体管,N1、第二N型MOS晶体管，N2、第三N型MOS晶体管,P1、第 一 P型MOS晶体管，P2、第二P型MOS晶体管。
【具体实施方式】
[0027] 为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，特举以下实施例和附图进一步 详细说明。
[0028] 本频率自适应的可变电容电路实施例基本结构如图1所示，包括电容矩阵C、5个 MOS晶体管HN2UP P 2构成的电荷栗模块、鉴相鉴频器J、比较器B、压控振荡器、移位 计数器和混频器，输入信号fin和参考信号f 4妾入鉴相鉴频器J的输入端，鉴相鉴频器J的 输出端连接电荷栗模块的s。、S1开关，控制其通断；电