一种幅度偏差自补偿晶体振荡器制造技术

本发明专利技术公开了一种能够补偿工艺和温度导致晶体振荡器幅度变化的电路，包括工艺补偿部分和温度补偿部分。其中，工艺补偿部分包括一个偏置产生电路和一个电流拆分电路，通过对偏置电压控制进而改变电流拆分电路的电流大小，有效补偿因工艺偏差造成的振荡器幅度变化问题。温度补偿部分包括温度传感器、数字处理以及N位电流开关阵列，通过感知温度进而输出对应的码字控制电流开关阵列，补偿了由于温度变化导致的振荡器的幅度变化。本发明专利技术根据工艺或者温度的变化补偿晶体振荡器振荡幅度，这种技术较之前已经公布的研究相比减少了对振荡器的振荡幅度调整反复迭代的过程，缩短了对振荡器电路幅度调整的响应时间。器电路幅度调整的响应时间。器电路幅度调整的响应时间。

【技术实现步骤摘要】
一种幅度偏差自补偿晶体振荡器


[0001]本专利技术涉及集成电路
，尤其涉及一种幅度偏差自补偿晶体振荡器。

技术介绍

[0002]晶体振荡器是无线收发器的重要组成部分。因高Q值特点，晶体振荡器特别适合为频率合成器、数据转换器等模块提供低相位噪声的基准时钟信号。对于一个性能良好的晶体振荡器，尽管振荡器振幅通常不会以指标形式出现，但为了保证良好的频率稳定性和相位噪声，振荡幅度需保持恒定。然而，工艺的变化是影响振荡幅值并降低晶体振荡器频率稳定性的重要因素。
[0003]目前所公布发表的晶体振荡器幅度控制电路基本都引入了幅度自动控制模块，具体可分为模拟幅度自动控制和数字幅度自动控制两种。数字幅度自动控制可隔离系统模块噪声源，具有相位噪声较低特点，但该种控制方式响应时间长、电路复杂性高。对应的，模拟幅度自动控制方式响应速度快，但其电路中误差放大器电压的抖动会影响相位噪声表现，并在输出频谱产生杂散。
[0004]对于晶体振荡器来说，恒定的振荡幅度可以保证良好的频率稳定性和相位噪声。但上述两种方法均不适用于低噪声、响应时间快的系统需求。

技术实现思路

[0005]技术问题：本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型振荡器幅度变化补偿办法，可有效解决振荡器振荡幅度受工艺影响的问题。旨在根据振荡器幅度在工艺角下变化的程度来进行补偿，增强了电路的鲁棒性，缩短了电路的响应时间。
[0006]技术方案：本专利技术的一种幅度偏差自补偿晶体振荡器电路，包括偏置产生电路、电流拆分电路、电流镜电路和晶体振荡电路；偏置产生电路和电流拆分电路连接，电流拆分电路另一端连接在电流镜电路的一个输出端；晶体振荡电路连接在电流镜电路的另一个输出端。偏置产生电路和电流拆分电路共同用于工艺补偿，通过对偏置电压控制进而改变电流拆分电路的电流大小，有效补偿因工艺偏差造成的振荡器幅度变化问题。
[0007]进一步的，所述电流镜电路包括晶体管M1和晶体管M2；晶体管M1和晶体管M2共栅极，晶体管M1的栅漏短接后连接电流拆分电路输出端；晶体管M2的漏极连接晶体振荡电路。
[0008]进一步的，本专利技术的一种幅度偏差自补偿晶体振荡器电路还包括温度传感器、数字处理以及N位电流开关阵列；温度传感器、数字处理和N位电流开关阵列依次串联，N位电流开关阵列的另一端与电流拆分电路共同连接在电流镜电路的输入端。温度传感器用于感知温度，经数字处理电路处理后输出对应的码字，从而控制电流开关阵列中电流开关的通断，补偿由于温度变化导致的振荡器的幅度变化。
[0009]进一步，所述偏置电压产生电路包括晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M10、晶体管M11和电阻R；晶体管M3与晶体管M4共栅、晶体管M10与晶体管M11共栅、电阻R连接在晶体管M3的栅极与漏极之间，且电阻R的正端连接晶体管M10的栅极；晶体管M3的源
极连接晶体管M10的漏极；晶体管M11的漏极和晶体管M4的源极相连，晶体管M6的栅极与漏极短接后连接到晶体管M5的漏极，晶体管M5的栅极与漏极短接后连接到晶体管M4的漏极，同时也作为偏置电压产生电路的输出端，输出偏置电压VB到电流拆分电路。
[0010]进一步的，所述电流拆分电路包括晶体管M7、晶体管M8和晶体管M9；晶体管M7的栅极作为电流拆分电路的输入端，晶体管M7的漏极连接晶体管M8的漏极，晶体管M8的栅漏短接，晶体管M8和晶体管M9共栅，晶体管M9的漏极为电流拆分电路的输出端，与电流镜电路的输入端连接。
[0011]工作原理：晶体振荡器振荡幅度会在工艺影响下变化，同时偏置产生电路在工艺的影响下控制电流拆分电路的电流大小，进而改变了流入晶体振荡器的电流大小，补偿了晶体振荡器振荡幅度受工艺的影响。同样，晶体振荡器振荡幅度会在温度影响下变化，温度传感器通过感应温度的大小由数字处理输出对应的码字，控制电流开关阵列的开断，并通过设置电流步进补偿在一定温度范围振荡幅度的变化，进而改变了流入晶体振荡器的电流大小，补偿了晶体振荡器振荡幅度受温度的影响。
[0012]有益效果：本专利技术和传统的数字和模拟幅度自动控制相比，本专利技术通过对偏置电压控制进而改变电流拆分电路的电流大小，有效补偿因工艺偏差造成的振荡器幅度变化问题。进一步的，利用温度传感器来感知温度，利用开关切换的方式对偏置电流进行调整，从而解决振荡幅度受温度影响的问题，本专利技术能够更准确的提供这个温度下需要补偿的电流大小，最终达到稳态。本专利技术通过工艺补偿和温度补偿相结合的方式节省了功耗，缩短了响应时间，将振幅控制在合理的范围内，提高了频率稳定性和相位噪声。
附图说明
[0013]图1是本次专利技术的工艺补偿和温度补偿结构示意图；
[0014]图2是所提出的工艺补偿部分的偏置产生电路和电流拆分电路；
[0015]图3是温度传感器和数字处理模块所控制的开关电流阵列；
[0016]图4是所提出的无工艺补偿部分仿真结果图；
[0017]图5是工艺补偿后的仿真结果图；
[0018]图6是工艺补偿和温度补偿后的仿真结果图。
具体实施方式
[0019]下面结合摘要图、附图和举例说明对本专利技术的具体技术方案进行详细阐述：
[0020]整体电路框图如图1所示，其中包括工艺补偿部分、温度补偿部分、晶体管M1、晶体管M2和晶体振荡器电路；
[0021]晶体管M1和晶体管M2组成了电流镜电路，晶体管M1的栅极和漏极与晶体管M2的栅极相连，晶体管M2的漏极连接到晶体振荡器中；
[0022]工艺补偿部分和温度补偿部分共同连接在晶体管M1的漏极(A点)，工艺补偿部分对工艺角的变化导致的晶体振荡器振荡幅度的变化进行补偿，振荡幅度小时，流入晶体振荡器的电流增大；振荡幅度大时，流入晶体振荡器的电流减小。温度补偿部分中采用温度传感器和数字处理感知某一温度范围从而输出固定的码字调整电流开关阵列的开断，通过控制电流大小进而补偿幅度的变化。
[0023]图2为工艺补偿部分的偏置产生电路和电流拆分电路，偏置电压产生电路包含晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6、晶体管M10、晶体管M11和电阻R。其中晶体管M5的栅极和漏极相连，连接到晶体管M7的栅极和晶体管M4的漏极，晶体管M10的栅极连接到电阻的正端并且连接到晶体管M11的栅极，晶体管M3的栅极连接到电阻的负端并且连接到晶体管M4的栅极，晶体管M11的漏极和晶体管M4的源极连接在一起，晶体管M6的栅极和漏极连接在一起，并且连接到晶体管M5的源极。电流拆分电路包含晶体管M7、晶体管M8、晶体管M9。其中晶体管M8的栅极和漏极连接到晶体管M9的栅极和晶体管M7的漏极，晶体管M7的栅极连接到晶体管M5的漏极，晶体管M9的漏极接到晶体管M1的漏极上。晶体管M6为了增加压降，以提供晶体管M7足够的电压产生较大范围随工艺角变化的电流。晶体管M8和晶体管M9负责对流入晶体振荡器中的电流进行拆分，流经晶体管M8和晶体管M9漏极的电源均为I1，可以得到Ibias＝Iout本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种幅度偏差自补偿晶体振荡器，其特征在于，包括偏置产生电路、电流拆分电路、电流镜电路和晶体振荡电路；偏置产生电路和电流拆分电路连接，电流拆分电路另一端连接在电流镜电路的一个输出端；晶体振荡电路连接在电流镜电路的另一个输出端。2.根据权利要求1所述一种幅度偏差自补偿晶体振荡器，其特征在于，电流镜电路包括晶体管M1和晶体管M2；晶体管M1和晶体管M2共栅极，晶体管M1的栅漏短接后连接电流拆分电路输出端；晶体管M2的漏极连接晶体振荡电路。3.根据权利要求1或2所述一种幅度偏差自补偿晶体振荡器，其特征在于，还包括温度传感器、数字处理以及N位电流开关阵列；温度传感器、数字处理和N位电流开关阵列依次串联，N位电流开关阵列的另一端与电流拆分电路共同连接在电流镜电路的输入端。4.根据权利要求1所述一种幅度偏差自补偿晶体振荡器，其特征在于，所述偏置电压产生电路包括晶体管M3、晶体管M4...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴旭，王环瑜，李连鸣，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：