CMOS电流自动控制晶体振荡器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种CMOS电流自动控制Colpittis晶体振荡器，能够使 CMOS振荡电路启动时快速建立振荡，振荡产生后又很快调整偏置，使振荡电路 稳定在维持振荡的最小电流状态。技术方案：包括振荡电路(1)、幅度检测电 路(2)、自动增益控制电路(3)、电流源(4)和电平检测单元(5)；其中电流 源(4)接振荡电路(1)，振荡电路(1)信号输出端接振荡信号幅度检测电路 (2)，幅度检测电路(2)信号输出端接自动增益控制电路(3)，自动增益控制 电路(3)的反馈信号输出端接电流源(4)用以控制偏置电流；振荡电路(1) 的信号输出端还接电平检测单元(5)，电平检测单元(5)的关断信号输出端接 电流源(4)和自动增益控制电路(3)。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种CMOS工艺的电流自动控制Colpittis晶体振荡器。
技术介绍
振荡器是众多电子产品的必要部分，而晶体振荡器凭借其高精度和高频率 稳定度这一特点，在电子
中占有重要的地位。尤其是信息技术UT) 产业的高速发展，更使晶体振荡器煥发出勃勃生机。晶体振荡器在通信系统、 移动电话系统、全球定位系统(GPS)、导航、遥控、航空航天、高速计算机、 精密计测仪器及消费类民用电子产品中，作为标准频率源或脉冲信号源，提供 频率基准，是目前其它类型的振荡器所不能替代的。晶体振荡器是在没有外加 输入信号的条件下，依靠晶体的压电特性、有源激励和无源电抗网络产生振荡。 在CMOS工艺条件下，常用的振荡器形式有两种，Pierce振荡器和ColpiUis振 荡器，二者依据的都是三点式振荡原理，Pierce振荡器需要接晶体的两端，但 是在许多电路应用中要求晶体单端连接，Colpittis振荡器就体现出了应用优 势，而且ColpUtis振荡器的谐波特性好过Pierce振荡器。然而在振荡建立方 面，Colpittis振荡器相对于Pierce振荡器不容易起振，起振时间长，功耗也 较大。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是提供一种CMOS电流自动控制Colpittis晶体 振荡器，使CMOS振荡电路启动时快速建立振荡，振荡产生后又很快调整偏置， 使振荡电路稳定在维持振荡的最小电流状态。实现本技术专利技术目的的技术方案一种CM0S电流自动控制ColpiUis晶体振荡器，其特征在于包括振荡电 路(l)、幅度检测电路(2)、自动增益控制电路(3)、电流源(4)和电平检测 单元(5);其中电流源(4)接振荡电路(1)，振荡电路(1)信号输出端接幅 度检测电路(2 )，幅度检测电路(2 )信号输出端接自动增益控制电路(3 )，自 动增益控制电路(3)的反馈信号输出端接电流源(4)用以控制偏置电流；振 荡电路(1 )的信号输出端还接电平检测单元(5 )，电平检测单元(5 )的关断 信号输出端接电流源(4)和自动增益控制电路(3)。有益效果本技术通过采用幅度检测和自动增益控制的方法，调整电流源的偏置， 从而保证CMOS振荡电路启动时快速建立振荡，振荡产生后又很快调整偏置，使 振荡电路稳定在维持振荡的最小电流状态，有效地提高了起振速度，降低了功耗。附图说明图1为本技术的电路结构框图； 图2为本技术的振荡和电平检测功能框图； 图3为本技术各模块的电路原理图。具体实施方式如图l所示，电流源4接振荡电路1，为振荡电路提供偏置电流，振荡电路 1信号输出端接幅度检测电路2 ，幅度检测电路2信号输出端接自动增益控制电 路3,自动增益控制电路3的反馈信号输出端接电流源4用以控制偏置电流。如图2所示，振荡电路1的信号输出端还接电平检测单元5,电平检测单元 5的关断信号输出端接电流源4和自动增益控制电路3。如图3所示，振荡电路由丽0S主振管M1与电阻R1、 R2、 R3组成；主振管 Ml栅极同时与电阻R3和幅度4企测电路的信号输入端连接，主振管Ml源极接振 荡电容Col、 Co2和电平检测单元的信号输入端；振荡电容Col、 Co2串联后与 晶体并联，电阻Rl和R2串联在电源和地之间，串联点连接电阻R3。幅度检测电路由NM0S管M3、电容Cl、电阻R4组成，电容Cl与电阻R4串 联，串联点接丽0S管M3的栅极，电容Cl接主振管Ml的初开极。自动增益控制电路由PM0S管M4、两个电容C2、C3和一个电阻R5组成，PM0S 管M4的漏极接电容C2和电阻R5, PM0S管M4的漏极还与NM0S管M3的漏极相 接，电阻R5和电容C3串接，电容C3接丽0S管M3的源极并且连接到地。电平检测单元由两个PM0S管M5、 M7、两个NM0S管M6、 M8、 一个反相器组 成，PM0S管M5的源极与画0S管M6的漏极并联，连接至主振管Ml的源极，M5 的漏极与M6的源极并联，连接至PM0S管M7、丽0S管M8的栅极；PM0S管M5的 栅极与薩0S管M6的栅极相连，PM0S管M7的漏极和丽0S管M8的漏极相连， 接至反相器INV的信号输入端。画0S管M2为电流源中的NM0S管。振荡电路由电流源提供电流偏置，与晶体和两个电容构成三点式振荡，产 生增益，形成振荡信号。振荡信号Vosci经过幅度检测电路的检测后输出直流 电平Vdiff，此电平包含了振荡幅度大小的信息。Vdiff送到自动增益控制电路 进行增益判断，并调整输出信号，即反馈信号Vf，送回电流源，改变电流，调 整振荡电路的偏置。由此，振荡电路的振荡在偏置电流和反馈电路的共同调整 下达到稳定。三点式振荡产生的另一个振荡信号Vosco与Vosci频率相同，相位相反。 电平检测单元采用Vosco和振荡电路送出的参考电平Vref进行比较，输出判断 电平Vpd，作为电流源和自动增益控制电路的使能关断信号。Vref是Vosci的偏置电平，Vosco的偏置电平比Vosci的偏置电平低一个栅源阈值电平Vt。因 而，在使用晶体产生振荡时，Vosco的电平一定比Vref低，Vpd输出低电平， 维持振荡电路和电流源工作。在使用外送振荡源时，置Vosco于电源电压，Vosco 和Vref的比较输出电平Vpd为高电平，此时电流源和自动增益控制电路关断， 保证振荡电路及所有反馈电路零功耗。当电路通电时，因为无电平比较结果，所以Vpd的初始状态为低电平，PMOS 管M4导通，电容C2被充电，电源电平引入到Vdiff点。由于丽OS管M3的栅 极有电阻R4连接到地，因而在最初上电未建立振荡时，M3是关闭的。Vdiff点 的电源电平因此由电阻R5引入到Vf点。NMOS管M9因Vpd为低电平而关闭，C3 是个小电容，能够快速累计电荷，使Vf稳定，电流源丽0S管M2在栅极电压Vf 的高偏置下迅速导通至饱和。振荡电路中的电阻Rl和R2产生分压参考电平 Vref ，通过电阻R3提供给振荡丽OS管Ml的栅极，R3的作用是隔离Vref和Vosci, 因而R3通常会设定为一个大电阻。现在振荡管Ml的^f册极偏置存在，电流源M2 已经建立电流，振荡电路于是与晶体和两个电容Col、 Co2形成三点式，迅速形 成振荡，由于M2的偏置处于最高，产生的漏源电流为最大，流过M1的漏源电 流也为最大，因而实现快速启动振荡。振荡一旦建立，振荡信号通过电容Cl和电阻R4被滤波采集到画0S管M3 的栅极，当Cl交流耦合振荡的正幅度时，幅度超过M3的栅源阈值电平Vt使M3 导通， 一旦M3导通，电容C2上的电荷就开始孝奪^:, Vdiff和Vf电平开始下降， 下降的快慢延时由电阻R5和电容C3决定。Vf电平的下降导致电流源画0S管 M2的漏源电流减小，振荡管Ml的偏置电流减小，振荡幅度随之减小。当振荡幅 度减小时，电容C1耦合至M3栅极的幅度也减小，令M3导通的过电压就减小， 导通时间和电流都变小，电容C2的电荷放电减緩，Vdiff下降变慢。因而Vf的下降也变緩，直接的结果是电流源M2和振荡管Ml的电流下降变慢，振荡幅度继续减小，但是减小幅度变小。如此反馈，振荡幅度和电流在一次次的反馈检 测中进行调整，最终达到稳定平衡，即达到保持振荡的最小电流。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＭＯＳ电流自动控制晶体振荡器，其特征在于：　包括振荡电路（１）、幅度检测电路（２）、自动增益控制电路（３）、电流源（４）和电平检测单元（５）；　其中电流源（４）接振荡电路（１），振荡电路（１）信号输出端接振荡信号幅度检测电 路（２），幅度检测电路（２）信号输出端接自动增益控制电路（３），自动增益控制电路（３）的反馈信号输出端接电流源（４）用以控制偏置电流；　振荡电路（１）的信号输出端还接电平检测单元（５），电平检测单元（５）的关断信号输出端接电流源（４） 和自动增益控制电路（３）。

【技术特征摘要】
1、一种CMOS电流自动控制晶体振荡器，其特征在于包括振荡电路(1)、幅度检测电路(2)、自动增益控制电路(3)、电流源(4)和电平检测单元(5)；其中电流源(4)接振荡电路(1)，振荡电路(1)信号输出端接振荡信号幅度检测电路(2)，幅度检测电路(2)信号输出端接自动增益控制电路(3)，自动增益控制电路(3)的反馈信号输出端接电流源(4)用以控制偏置电流；振荡电路(1)的信号输出端还接电平检测单元(5)，电平检测单元(5)的关断信号输出端接电流源(4)和自动增益控制电路(3)。2、 根据权利要求l所述的电流自动控制晶体振荡器，其特征在于振荡电 路(1)由NMOS主振管(Ml)与电阻(Rl)、电阻(R2)、电阻(R3)组成；主 振管(Ml)栅极同时与电阻(R3)、振荡电容(Col)和幅度检测电路(2)的信 号输入端连接，主振管(Ml)源极接振荡电容(Col)、电容(Co2)、电流源(4) 的输出端和电平检测单元(5)的信号输入端，主振管(Ml)漏极接电源；振荡 电容(Col)、电容(Co2)串联后与晶体并联；电容(Co2)与晶体的连接点连 接到地；电阻(Rl)和电阻(R2)串联在电源和地之间，串联点连接电阻(R3)。3、 根据权利要求l所述的电流自动控制晶体振荡器，其特征在于电流源 (4 )由NMOS管(M2 )和NMOS管(M9 )组成；画0S管(M2 )的漏极接主振管(Ml)的源极，NM0S管(M9)的漏极接NMOS管(M2)的栅极，周时连接到自动增益控 制电路(3 )的输出端，NMOS管(M2 )和NMOS管(M9 )的源极相连并且连接到 地...

【专利技术属性】
技术研发人员：王澜，袁远，
申请(专利权)人：王澜，袁远，
类型：实用新型
国别省市：94