一种宽频率调节范围晶体振荡器的制作方法

1.本发明涉及晶体振荡器，尤其涉及一种宽频率调节范围晶体振荡器。


背景技术：

2.常见的晶体振荡器架构如图1所示，低噪声电源模块为整个系统提供供电。皮尔斯振荡器模块为片外晶体xo提供负阻抗，抵消晶体寄生电阻所消耗的能量，同时提供180
°
相位差，使整个系统满足巴克豪斯条件从而令晶体起振。第一可变电容阵列c2为振荡环路提供额外的正相位差，从而起到调节晶体震荡频率f的功能。
3.这种架构的主要问题有两个：
4.①
该频率调节方式为单方向调节，第一可变电容阵列c2仅能使震荡频率下降，而震荡频率的上限f
max
被片外寄生电容c1限制，即f
max
＝f1(c1)。
5.②
该频率调节方式为单维度调节，频率调节范围受第一可变电容阵列c2的大小限制，即δf
max
＝f2(c2)。


技术实现要素：

6.本发明目的在于提供一种宽频率调节范围晶体振荡器，以解决上述现有技术存在的问题。
7.本发明所述一种宽频率调节范围晶体振荡器，包括：皮尔斯振荡器模块、电源模块、第一可变电容阵列、和片外晶体；
8.所述的电源模块用于对所述皮尔斯振荡器模块提供工作电源；
9.所述的皮尔斯振荡器模块输出端经过第一可变电容阵列后并联至片外晶体两端；
10.所述的片外晶体两端与地之间存在片外寄生电容；
11.在片外晶体两端并联一可调节的有源电感模块。
12.所述的有源电感模块主要由若干跨导单元和可调节的第二可变电容阵列组成，将第二可变电容阵列的等效电容转换为有源电感模块对外的等效电感。
13.所述若干跨导单元包括第一跨导单元、第二跨导单元、第三跨导单元和第四跨导单元；
14.所述的第一跨导单元反相输出端与第二跨导单元的同相输入端共点后作为有源电感模块的第一电压输入端；
15.所述的第三跨导单元同相输入端与第四跨导单元的同相输出端共点后作为有源电感模块的第二电压输入端；
16.所述的第一跨导单元同相输入端、第二跨导单元同相输出端、第三跨导单元反相输出端和第四跨导单元同相输入端共点后经过所述的第二可变电容阵列接地；
17.所述的第一跨导单元、第二跨导单元、第三跨导单元和第四跨导单元的反相输入端均分别接地。
18.所述的第一跨导单元、第二跨导单元、第三跨导单元和第四跨导单元的跨导绝对
值相同。
19.所述跨导绝对值为0.1m至2m。
20.所述的第二可变电容阵列通过控制码调节自身等效电容。
21.本发明所述一种宽频率调节范围晶体振荡器，其优点在于，利用有源电感模块调节晶体的震荡频率f，增加调节频率的维度，从而拓宽单位电容的频率调节范围，具有相位噪声低、频率调节范围宽的特点。
附图说明
22.图1是现有技术中晶体振荡器的结构示意图。
23.图2是本发明所述一种宽频率调节范围晶体振荡器的结构示意图。
24.图3是本发明所述有源电感模块的结构示意图。
25.图4是本发明所述一种宽频率调节范围晶体振荡器的振荡频率调节示意图。
26.附图标记：
27.c1-片外寄生电容、c2-第一可变电容阵列、c3-第二可变电容阵列；
28.xo-片外晶体；
29.v1-第一电压输入端、v2-第二电压输入端；
30.gm1-第一跨导单元、gm2-第二跨导单元、gm3-第三跨导单元、gm4-第四跨导单元。
具体实施方式
31.如图2所示，本发明所述一种宽频率调节范围晶体振荡器至少包括皮尔斯振荡器模块、电源模块、第一可变电容阵列c2、片外晶体xo和有源电感模块。
32.所述的电源模块为带隙基准-稳压器低噪声供电模块，用于对所述皮尔斯振荡器模块提供工作电源，降低输出信号的相位噪声。
33.所述的皮尔斯振荡器模块为晶体提供负阻，保证晶体的起振，并保护晶体不被大电流损坏。皮尔斯振荡器模块的两路输出端经过第一可变电容阵列c2后并联至片外晶体xo两端。所述的片外晶体xo两端与地之间存在必然的片外寄生电容c1。
34.有源电感模块在片外晶体xo两端并联。该有源电感模块采用了基于反转器和无源电容的结构，实现在频率带宽内将电容转换为电感，以调节振荡频率的功能。与传统结构相比，增加了第二个调节频率的维度，从而拓宽了单位电容的频率调节范围，令δf
max
＝f3(c2,l)。其中，l是有源电感模块的等效电感值，δf
max
是最大可调频率范围，第一可变电容阵列c2是第一可变电容阵列的等效电容值。
35.所述的有源电感模块主要由若干跨导单元和可调节的第二可变电容阵列c3组成，将第二可变电容阵列c3的等效电容转换为有源电感模块对外的等效电感。所述若干跨导单元包括第一跨导单元gm1、第二跨导单元gm2、第三跨导单元gm3和第四跨导单元gm4。所述的第二可变电容阵列c3通过控制码调节自身等效电容。
36.结构如图3所示，所述的第一跨导单元gm1反相输出端与第二跨导单元gm2的同相输入端共点后作为有源电感模块的第一电压输入端v1。所述的第三跨导单元gm3同相输入端与第四跨导单元gm4的同相输出端共点后作为有源电感模块的第二电压输入端v2。所述的第一跨导单元gm1同相输入端、第二跨导单元gm2同相输出端、第三跨导单元gm3反相输出
端和第四跨导单元gm4同相输入端共点后经过所述的第二可变电容阵列c3接地。所述的第一跨导单元gm1、第二跨导单元gm2、第三跨导单元gm3和第四跨导单元gm4的反相输入端均分别接地。
37.优选地，所述的第一跨导单元gm1、第二跨导单元gm2、第三跨导单元gm3和第四跨导单元gm4的跨导绝对值相同。进一步，所述跨导绝对值为0.1m至2m。
38.本发明所述一种宽频率调节范围晶体振荡器工作原理：
39.有源电感模块的电路架构主要是反转器与无源电容阵列，该有源电感模块基于各跨导单元构成负反馈结构，实现将无源电容转换为有源电感的功能。从第一电压输入端v1和第二电压输入端v2两个端口看入，等同于接入了一个的电感，从而为频率调节方式增加新的维度，并可以补偿寄生电容带来的频率下降。式子中，i1是第一电压输入端v1的电流值，i2是第二电压输入端v2的电流值，gm是各跨导单元的跨导值，c是第二可变电容阵列的等效电容值，s＝jw为阻抗表达式中的虚数部分单位。
40.第一可变电容阵列c2和第二可变电容阵列c3由外接的上位机通过各自的控制码实现阵列的具体导通结构，实现两个电容阵列的电容供给。频率控制如图4所示，在有源电感模块关闭时，相当于现有技术中的电路结构，振荡频率f只随第一可变电容阵列c2变化而变化，上限值被片外寄生电容c1固定。当有源电感模块接入有效时，可以通过第二可变电容阵列c3的不同电容值等效转换为不同的电感值l。有源电感模块的一个具体电感值对应图4中的一条点状曲线。通过l的变化可以提高振荡频率f的上限值，相当于在现有技术的基础上，将变化曲线实现向上平移多个等级。振荡频率f的控制方式实现了二维变化。
41.对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。