微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器制造技术

微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器，包括：比较器模块、三态死区鉴频模块、模拟乘法器模块；比较器模块接收外部微机械振荡器输入的两路差分信号，根据差分信号确定待测方波信号；三态死区鉴频模块接收外部输入的延迟参考方波信号，根据待测方波信号与所述延迟参考方波信号生成正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号；模拟乘法器模块获得所述差分信号对应的电流信号，同时接收外部输入的参考方波信号，使用参考方波信号对所述电压信号对应的电流信号进行斩波处理，生成正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号。本发明专利技术可以对MEMS谐振器输出的正弦信号实现较高精度的鉴频和鉴相功能。

Antialiasing Frequency and Phase Detector for Micromechanical Oscillators

【技术实现步骤摘要】
微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器
本专利技术涉及微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器，属于微机电系统

技术介绍
近年来，MEMS谐振器得到了很多的关注和研究，但MEMS谐振器作为时间基准，需要低噪声的频率综合器与之组合，频率综合器的性能也将直接决定基于MEMS的时间基准性能的优劣。鉴频/鉴相器作为频率综合器的核心组成部分，直接与MEMS谐振器连接，必须能够兼容MEMS谐振器输出信号特点的同时实现较高的鉴频/鉴相精度。现有的鉴频/鉴相器主要针对CMOS振荡器设计，所处理的主要为方波信号。文献一中异或门鉴相器[1]：该鉴相器需要输入两路待测信号均为方波信号，其输出为一单极性的周期脉冲信号，其脉宽正比于输入信号临近两个上升沿的时间差。然而该鉴相器无法分辨输入两信号频率的高低，因此无法实现鉴频功能。文献二中为三态鉴频/鉴相器[2]，该鉴相器同样需要方波信号输入，通过一对互补的电荷泵实现输出脉冲具有正负两个极性，相比于异或门鉴相器，能够分辨输入两信号频率的高低，因此可以实现鉴频功能。另外，文献一中乘法鉴相器[1]，该鉴相器同时支持正弦波或方波信号输入，通过模拟乘法器将输入两信号相乘，根据积化和差公式，其输出信号在一定范围内正比于输入信号的相位差，并基于该原理实现鉴频。然而该鉴相器无法分辨周期信号及其倍频相乘的结果，因此也无法实现鉴频功能。综上所述，现存的鉴相器无法同时实现正弦信号输入和鉴频功能。[1]R.E.Best,“Phase-LockedLoops:Theory,DesignandApplications”,Mcgraw-Hill,1993.[2]M.SoyuerandR.G.Meyer,"Frequencylimitationsofaconventionalphase-frequencydetector,"inIEEEJournalofSolid-StateCircuits,vol.25,no.4,pp.1019-1022,Aug.1990.
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器，解决了现有的鉴频鉴相器易产生噪声混叠导致鉴相精度下降，难以针对正弦信号精确鉴频的问题。本专利技术的技术方案是：微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器，包括：比较器模块、三态死区鉴频模块、模拟乘法器模块；比较器模块：接收外部微机械振荡器输入的两路电压信号，所述两路电压信号为差分信号，根据所述差分信号，确定待测方波信号n1，将所述待测方波信号n1传输给三态死区鉴频模块；三态死区鉴频模块：接收外部输入的延迟参考方波信号fb2和比较器模块传输的待测方波信号n1，根据待测方波信号n1与延迟参考方波信号fb2的频率值生成正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号，将所述正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号传输给输出模块；模拟乘法器模块：接收所述外部微机械振荡器输入的两路电压信号，获得所述电压信号对应的电流信号，同时，接收外部输入的参考方波信号fb1，使用参考方波信号fb1对所述电压信号对应的电流信号进行斩波处理，生成正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号，将所述正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号传输给输出模块；输出模块：接收三态死区鉴频模块传输的正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号，接收模拟乘法器模块传输的正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号，将所述正向鉴频电流信号和正向鉴相电流信号合并为一路作为抗混叠鉴频鉴相器的正向输出信号向外输出，将所述负向鉴频电流信号和负向鉴相电流信号合并为一路作为抗混叠鉴频鉴相器的负向输出信号向外输出；所述延迟参考方波信号fb2为参考方波信号fb1经过90°移相得到的同频方波信号。所述三态死区鉴频模块生成的正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号，具体如下：当n1的频率大于fb2的频率时，iout2+-iout2-＝K3-state；当n1的频率＝fb2的频率时，iout2+-iout2-＝0；当n1的频率小于fb2的频率时，iout2+-iout2-＝-K3-state；其中，iout2为正向鉴频电流信号的电流值，-iout2为负向鉴频电流信号的电流值，K3-state为三态死区鉴频模块增益设计值，K3-state＞0。三态死区鉴频模块包括：三态鉴频模块和全差分电荷泵模块；三态鉴频模块：接收外部输入的延迟参考方波信号和比较器模块传输的待测方波信号，比较待测方波信号与延迟参考方波信号的频率值的大小，获得比较结果的电压信号up2和dw2，将所述比较结果的电压信号传输给全差分电荷泵模块；全差分电荷泵模块：接收三态鉴频模块传输的所述比较结果的电压信号，根据所述比较结果的电压信号控制两对电流源的通断，生成正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号，将所述正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号传输给输出模块。所述全差分电荷泵模块的两对电流源分别为P型电流源1和N型电流源1、P型电流源2和N型电流源2；当所述up2为高位电压时，P型电流源1和N型电流源1接入全差分电荷泵模块，所述P型电流源1生成正向鉴频电流信号，所述N型电流源1生成负向鉴频电流信号；当所述dw2为高位电压时，P型电流源2和N型电流源2接入全差分电荷泵模块，所述P型电流源2生成正向鉴频电流信号，所述N型电流源2生成负向鉴频电流信号；所述N型电流源1、N型电流源2接地处理。所述三态鉴频模块包括：触发器D1、触发器D2、触发器D3、触发器D4、第一非门、第二非门、与门；触发器D1的触发端口作为三态鉴频模块输入端，接收外部比较器模块传输的待测方波信号，触发器D1的输入端口接收外部输入的高电平逻辑1；触发器D4的触发端口作为三态鉴频模块输入端，接收外部输入的延迟参考方波信号，触发器D4的输入端口接收外部输入的高电平逻辑1；所述触发器D1的输出端口和触发器D4的输出端口连接与门的输入端，所述与门的输出端链接所述触发器D1的复位端口和触发器D4的复位端口；触发器D1的输出端口连接触发器D2的输入端口，触发器D4的输出端口连接触发器D3的输入端口；待测方波信号通过第一非门连接触发器D2的触发端口，触发器D2的输出端口作为三态鉴频模块的输出端，向全差分电荷泵模块传输比较结果的电压信号up2；延迟参考方波信号通过第二非门连接触发器D3的触发端口，触发器D3的输出端口作为三态鉴频模块的输出端，向全差分电荷泵模块传输比较结果的电压信号dw2。所述模拟乘法器模块包括：电压电流转换器和混合器；电压电流转换器：接收所述外部微机械振荡器输入的两路电压信号，获得所述电压信号对应的电流信号，将所述电压信号对应的电流信号传输给混合器；混合器：接收电压电流转换器传输的所述电压信号对应的电流信号，同时，接收外部输入的参考方波信号fb1，使用所述参考方波信号fb1对所述电压信号对应的电流信号进行斩波处理，生成正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号，将所述正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号传输给外部输出模块。所述模拟乘法器模块包括：P型MOS管Rf1、P型MOS管Rf2、N型MOS管MN1、N型MOS管MN2、运算放大器、N型电流源3、N型电流源4、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻Rs、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关；电容C1的一端作为模拟乘法器模块的正向输入端，接收外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器，其特征在于，包括：比较器模块、三态死区鉴频模块、模拟乘法器模块；比较器模块：接收外部微机械振荡器输入的两路电压信号，所述两路电压信号为差分信号，根据所述差分信号，确定待测方波信号n1，将所述待测方波信号n1传输给三态死区鉴频模块；三态死区鉴频模块：接收外部输入的延迟参考方波信号fb2和比较器模块传输的待测方波信号n1，根据待测方波信号n1与延迟参考方波信号fb2的频率值生成正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号，将所述正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号传输给输出模块；模拟乘法器模块：接收所述外部微机械振荡器输入的两路电压信号，获得所述电压信号对应的电流信号，同时，接收外部输入的参考方波信号fb1，使用参考方波信号fb1对所述电压信号对应的电流信号进行斩波处理，生成正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号，将所述正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号传输给输出模块；输出模块：接收三态死区鉴频模块传输的正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号，接收模拟乘法器模块传输的正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号，将所述正向鉴频电流信号和正向鉴相电流信号合并为一路作为抗混叠鉴频鉴相器的正向输出信号向外输出，将所述负向鉴频电流信号和负向鉴相电流信号合并为一路作为抗混叠鉴频鉴相器的负向输出信号向外输出；所述延迟参考方波信号fb2为参考方波信号fb1经过90°移相得到的同频方波信号。...

【技术特征摘要】
1.微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器，其特征在于，包括：比较器模块、三态死区鉴频模块、模拟乘法器模块；比较器模块：接收外部微机械振荡器输入的两路电压信号，所述两路电压信号为差分信号，根据所述差分信号，确定待测方波信号n1，将所述待测方波信号n1传输给三态死区鉴频模块；三态死区鉴频模块：接收外部输入的延迟参考方波信号fb2和比较器模块传输的待测方波信号n1，根据待测方波信号n1与延迟参考方波信号fb2的频率值生成正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号，将所述正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号传输给输出模块；模拟乘法器模块：接收所述外部微机械振荡器输入的两路电压信号，获得所述电压信号对应的电流信号，同时，接收外部输入的参考方波信号fb1，使用参考方波信号fb1对所述电压信号对应的电流信号进行斩波处理，生成正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号，将所述正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号传输给输出模块；输出模块：接收三态死区鉴频模块传输的正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号，接收模拟乘法器模块传输的正向鉴相电流信号和负向鉴相电流信号，将所述正向鉴频电流信号和正向鉴相电流信号合并为一路作为抗混叠鉴频鉴相器的正向输出信号向外输出，将所述负向鉴频电流信号和负向鉴相电流信号合并为一路作为抗混叠鉴频鉴相器的负向输出信号向外输出；所述延迟参考方波信号fb2为参考方波信号fb1经过90°移相得到的同频方波信号。2.根据权利要求1所述的微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器，其特征在于，所述三态死区鉴频模块生成的正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号，具体如下：当n1的频率大于fb2的频率时，iout2+-iout2-＝K3-state；当n1的频率＝fb2的频率时，iout2+-iout2-＝0；当n1的频率小于fb2的频率时，iout2+-iout2-＝-K3-state；其中，iout2为正向鉴频电流信号的电流值，-iout2为负向鉴频电流信号的电流值，K3-state为三态死区鉴频模块增益设计值，K3-state＞0。3.根据权利要求2所述的微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器，其特征在于，所述三态死区鉴频模块包括：三态鉴频模块和全差分电荷泵模块；三态鉴频模块：接收外部输入的延迟参考方波信号和比较器模块传输的待测方波信号，比较待测方波信号与延迟参考方波信号的频率值的大小，获得比较结果的电压信号up2和dw2，将所述比较结果的电压信号传输给全差分电荷泵模块；全差分电荷泵模块：接收三态鉴频模块传输的所述比较结果的电压信号，根据所述比较结果的电压信号控制两对电流源的通断，生成正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号，将所述正向鉴频电流信号和负向鉴频电流信号传输给输出模块。4.根据权利要求3所述的微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器，其特征在于，所述全差分电荷泵模块的两对电流源分别为P型电流源1和N型电流源1、P型电流源2和N型电流源2；当所述up2为高位电压时，P型电流源1和N型电流源1接入全差分电荷泵模块，所述P型电流源1生成正向鉴频电流信号，所述N型电流源1生成负向鉴频电流信号；当所述dw2为高位电压时，P型电流源2和N型电流源2接入全差分电荷泵模块，所述P型电流源2生成正向鉴频电流信号，所述N型电流源2生成负向鉴频电流信号；所述N型电流源1、N型电流源2接地处理。5.根据权利要求3所述的微机械振荡器用抗混叠鉴频鉴相器，其特征在于，所述三态鉴频模块包括：触发器D1、触发器D2、触发器D3、触发器D4、第一非门、第二非门、与门；触发器D1的触发端口作为三态鉴频模块输入端，接收外部比较器模块传输的待测方波信号，触发器D1的输入端口...

【专利技术属性】
技术研发人员：於陈程，王颜，谭旭，李永亮，张俊辉，杜兴华，曾婷，
申请(专利权)人：北京卫星制造厂有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11