专利名称：一种数字控制的变频振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种振荡器，特别涉及的是一种能够通过外部数字控制信号，准
确调整时钟信号输出频率的数字控制的变频振荡器。
背景技术：
振荡器是电子系统的基本电路，它产生系统所需要的各种时钟信号。现在在很多 情况下都需要对振荡器进行变频，用以适应实际的工况需要；通常对于振荡器而言其频率 的改变是和电流、电压或电容大小有关；其大体的变频原理都集中在通过调整振荡器流过 的电流、电压或电容上，为此需要增加一些相应的外围结构，因此可以将基本的振荡器定义 为振荡器本体l，其是相对于增加外围结构后形成的新的振荡器所定义的名称；请参阅图1 所示，其为现有可变频率振荡器的工作原理示意图，该原理图体现了两种变频原理；其中， 压控振荡器(VC0)，其通常应用在射频电路中，通过调节电压Vdd来控制振荡器本体1输出 的频率大小；流控振荡器，其是通过调节pbias/nbias来调节整个通路上的电流大小，从而 间接调整振荡器本体1输出的频率大小。 虽然他们能够实现对振打器本体1输出时钟信号的频率调节，但是它们共同存在 的缺陷在于，由于利用模拟信号来控制振荡器本体频率的变化，因而不能保证控制的精度， 同时如此调节使所述的振荡器本体1输出频率的变化范围很小，不仅难以满足需要而且用 户难以掌握实际输出频率的大小。 鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种数字控制的变频振荡器，用以解决现有技术中，仅能 通过模拟控制的方式控制振荡器本体时钟信号输出的频率，从而造成的控制精度低，变化 范围小，并难于明确输出频率大小的缺陷。 为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种数字控制的变频振荡器， 其包括一振荡器本体，用以根据向其输入的控制电流的大小，从而产生一确定频率的时钟 信号输出；本发明的核心是还包括 —电流控制电路，其接受数字控制信号，并向所述的振荡器本体输出与所述数字 控制信号所表征的频率相对应的所述控制电流。由于数字控制信号是根据用户需要设置 的，即对应时钟信号的频率是明确的，从而清楚的知晓所述的控制电流的大小，进而明确所 述的振荡器实际输出的时钟信号的频率的大小。 为此本发明举出现有的振荡器本体的两种形式，但是需要强调的是本发明并不局
限于这两种作为振荡器本体的振荡器，其中，第一种振荡器本体可以是由N个反相器构成
的环形振荡器，其中N为大于等于3的奇数。 第二种振荡器本体可以是源极耦合压控振荡器。 对于电流控制电路而言其是与上述的振荡器本体相对应的，如针对上述的环形振荡器，所述的电流控制电路包括N组电流控制单元，其中，每组电流控制单元包括一第一 电流控制单元和一第二电流控制单元，每一所述的反相器分别与所述的第一电流控制单元 和第二电流控制单元相连接；且每组所述的电流控制单元都接受所述的数字控制信号的控 制。 如针对上述的源极耦合压控振荡器，所述的电流控制电路包括一组电流控制单 元，其中，该组电流控制单元包括两个第二电流控制单元，其分别设置于所述的源极耦合压 控振荡器的电容两端，且每二所述的第一电流控制单元都接受所述的数字控制信号的控 制。 较佳的，所述的电流控制单元包括n+2个电流支路组成，每一电流支路包括一开 关元件以及电流源，其中，一第一电流支路为常开状态；其余n+l个电流支路的开关元件受 所述的数字控制信号控制，从而控制所述的电流控制单元输出的电流大小，其中n大于等 于0。 其中，所述的开关元件和电流源为晶体管。 为了实现控制电流的输出，所述的作为电流源的晶体管，在其栅极上设置有一使 能控制信号。 为了控制所述振荡器本体输出时钟信号的极限频率范围，所述的控制电流的极限 值是可以通过设置所述晶体管的尺寸来实现的。 与现有技术比较本发明的有益效果在于，振荡器频率控制精度高，灵活性大，同时 频率可调节的范围宽，从芯片开发的角度而言，其占用面积小，降低芯片成本，功耗小，提高 芯片性能，受工艺变化影响小，可以提高良率。
图1为现有可变频率振荡器的工作原理示意图； 图2为本发明数字控制的变频振荡器工作原理示意图； 图3为本发明数字控制的变频振荡器实施例一的示意图； 图4为本发明数字控制的变频振荡器实施例二的示意图； 图5为本发明数字控制的变频振荡器中第二电流控制单元的原理图； 图6为与图5对应的第二电流控制单元实施例的结构示意图； 图7为本发明数字控制的变频振荡器中第一电流控制单元的原理图； 图8为与图7对应的第一电流控制单元实施例的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图2所示，其为本发明数字控制的变频振荡器工作原理示意图；其包括 一振荡器本体l，用以根据向其输入的控制电流的大小，从而产生一确定频率的时钟信号 OSC—clk输出；为此还包括一与所述的振荡器本体1相结合的电流控制电路2，其接受外 部数字控制信号sel〈n:0〉，根据所述数字控制信号sel〈n:0〉对应的振荡器本体1输出时 钟信号频率的大小，从而使所述的电流控制电路2产生控制电流，向所述的振荡器本体1输 出，最终达到数字式的对振荡器本体1频率输出的精确控制。
请参阅图3所示，其为本发明数字控制的变频振荡器实施例一的示意图；本实施 例中所述的振荡器本体1是由N个反相器首尾相连构成的环形振荡器，其中N为大于等于 3的奇数。所述的环形振荡器特点是易于集成，因此广泛用作片内振荡器，其输出时钟的周
期近似等于反相器个数乘以反相器延时，其中，周期^ = 了 。 所述的电流控制电路包括N组电流控制单元，其中，每组电流控制单元包括一第 一电流控制单元21和一第二电流控制单元22，每一所述的反相器分别与所述的第一电流 控制单元21和第二电流控制单元22相连接；且每组所述的电流控制单元都接受所述的数 字控制信号sel〈n: 0>的控制，通过数字控制信号sel〈n: 0>控制打开的电流源个数，从而确 定输出电流的大小，使所述的反相器获取确定的控制电流，从而引起上述公式中I的变化， 从而使所述的环形振荡器的输出时钟信号0SC_clk的频率发生变化。 请参阅图4所示，其为本发明数字控制的变频振荡器实施例二的示意图；本实施 例中所述的振荡器本体是源极耦合压控振荡器，其频率受电流影响，可以通过近似计算式
=17^"更好的理解，所述的电流控制电路包括 —组电流控制单元，其中，该组电流控制单元包括两个第二电流控制单元，其分别 设置于所述的源极耦合压控振荡器的电容C两端，且每一所述的第二电流控制单元都接受 所述的数字控制信号sel〈n:0〉的控制。通过数字控制信号sel〈n:0〉控制所述的电流控制 单元向所述的源极耦合压控振荡器提供控制电流，从而引起上述公式中ID的变化，最终使 所述的源极耦合压控振荡器的输出时钟信号oSC_clk的频率发生变化。
需要强调的是本发明并不局限于这两种作为振荡器本体1的振荡器，其仅是举出 的具体实施方式
，以期本领域普通技术人员能够清楚明确本发明的主体对现有技术做出的 贡献，从而可以做出更多相应的等效和变换。 请参阅图5所示，其为本发明数字控制的变频振荡器中第二电流控制单元的原理 图；所述的电流控制单元包括n+2个电流支路组成，每一电流支路包括一开关元件221以 及电流源222，其中，一第一电流支路为常开状态，用以为本发明所述的数字控制的变频振 荡器提供一个基础频率；其余n+l个电流支路的开关元件受所述的数字控制信号sel〈n:0〉 控制，同时所述的电流源设置有用以触发工作的使能控制信号Vbias—B，协同控制所述的电 流控制单元输出的控制电流大小，其中n大于等于0 ;即对于每个与电流控制单元相结合的 振荡器本体l而言，其获得的控制电流实际上对应的n+2个电流支路实际流出的电流之和， 由于每一电流源实际输出的电流的大小是一定的，因而经过外部数字控制信号sel〈n:0〉 作用后，导通的支路的数量也就是确定的，从而确定了实际电流控制单元输出的电流大小， 这也就是本发明数字控制的变频振荡器能够精确控制振荡器本体1时钟信号osc—clk输出 频率原因所在。 请参阅图6所示，其是与图5对应的第二电流控制单元实施例的结构示意图；其 中，所述的开关元件221和电流源222为晶体管。所述的Nl、 N2的构成的就是上述第一电 流支路，其状态是默认开启的。其余n+l个支路由外部数字控制信号sel〈n:0〉来控制。
N3、N5、N7等晶体管为设置在其余的n+l个电流支路的开关元件，它们分别是受外 部数字控制信号sel〈n:0〉控制，而N4、N6、N8等晶体管为设置在其余的n+l个电流支路的电流源，其是受使能控制信号Vbias这一偏置电压控制。 对于芯片设计而言可以通过调整N4、 N6、 N8等作为电流源的晶体管尺寸，从而可 以调整每一支路电流的输出的电流大小，最终通过这个手段可以在调节振荡器本体1的时 钟信号osc—clk输出极限频率范围。 请参阅图7、图8所示，其分别为本发明数字控制的变频振荡器中第一电流控制单 元的原理图以及对应实施例的结构示意图；其与所述的第二电流控制单元的差异在于，所 述的晶体管类型不一样，其它电路构成是相同的，这里就不再赘述。 综上可知本发明的振荡器频率控制精度高，用户根据预置的数字控制信号清楚的 得知此时振荡器本体l输出频率的大小，并且灵活性大，同时频率可调节的范围宽，从芯片 开发的角度而言，其占用面积小，降低芯片成本，功耗小，提高芯片性能，受工艺变化影响 小，可以最终提高良率。 以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解， 在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等 效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
一种数字控制的变频振荡器，其包括一振荡器本体，用以根据向其输入的控制电流的大小，产生一确定频率的时钟信号输出；其特征在于，还包括一电流控制电路，其接受数字控制信号，并向所述的振荡器本体输出与所述数字控制信号所表征的频率相对应的所述控制电流。
2. 根据权利要求1所述的数字控制的变频振荡器，其特征在于，所述的振荡器本体为 由N个反相器构成的环形振荡器，其中N为大于等于3的奇数。
3. 根据权利要求1所述的数字控制的变频振荡器，其特征在于，所述的振荡器本体是 源极耦合压控振荡器。
4. 根据权利要求2所述的数字控制的变频振荡器，其特征在于，所述的电流控制电路 包括N组电流控制单元，其中，每组电流控制单元包括一第一电流控制 单元和一第二电流 控制单元，每一所述的反相器分别与所述的第一电流控制单元和第二电流控制单元相连 接；且每组所述的电流控制单元都接受所述的数字控制信号的控制。
5. 根据权利要求3所述的数字控制的变频振荡器，其特征在于，所述的电流控制电路 包括一组电流控制单元，其中，该组电流控制单元包括两个第二电流控制单元，其分别设 置于所述的源极耦合压控振荡器的交叉耦合的晶体管漏端，且每一所述的第二电流控制单 元都接受所述的数字控制信号的控制。
6. 根据权利要求4或5所述的数字控制的变频振荡器，其特征在于，所述的电流控制单 元包括n+2个电流支路组成，每一电流支路包括一开关元件以及电流源，其中，一第一电 流支路为常开状态；其余n+l个电流支路的开关元件受所述的数字控制信号控制，从而控 制所述的电流控制单元输出的电流大小，其中n大于等于0。
7. 根据权利要求6所述的数字控制的变频振荡器，其特征在于，所述的开关元件和电 流源为晶体管。
8. 根据权利要求6所述的数字控制的变频振荡器，其特征在于，所述的作为电流源的 晶体管，在其栅极上设置有一使能控制信号。
9. 根据权利要求7所述的数字控制的变频振荡器，其特征在于，所述的控制电流的极 限值是通过设置所述晶体管的尺寸实现的，从而控制所述的振荡器本体输出时钟信号的极 限频率范围。
10. 根据权利要求8所述的数字控制的变频振荡器，其特征在于，还包括至少一电阻 设置在所述的电流支路上，用以稳定偏置电压。
全文摘要
本发明为一种数字控制的变频振荡器，其包括一振荡器本体，用以根据向其输入的控制电流的大小，产生一确定频率的时钟信号输出；还包括一电流控制电路，其接受数字控制信号，并向所述的振荡器本体输出与所述数字控制信号所表征的频率相对应的所述控制电流。
文档编号H03B5/00GK101729022SQ20081022538
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月31日 优先权日2008年10月31日
发明者张赛, 朱一明 申请人:北京芯技佳易微电子科技有限公司