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CMOS电流自动控制晶体振荡器制造技术

技术编号:5918557 阅读:192 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
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

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