[发明专利]CMOS电流自动控制晶体振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及一种CMOS工艺的电流自动控制Colpittis晶体振荡器。

背景技术

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，在电子技术领域中占有重要的地位。尤其是信息技术(IT)产业的高速发展，更使晶体振荡器焕发出勃勃生机。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Colpittis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Colpittis振荡器的谐波特性优于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。

发明内容

本发明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振荡电路启动时由大电流驱动快速建立振荡，振荡产生后很快调整电流偏置，使振荡电路稳定在维持振荡的最小电流状态，有效缩短了起振时间，显著降低了电路功耗。

实现本发明目的的技术方案：

一种CMOS电流自动控制Colpittis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：

本发明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振荡电路在电路启动的初始时刻依靠大电流的驱动快速可靠地建立振荡，振荡产生后利用反馈回路快速调整振荡电流，使振荡电路迅速稳定在维持振荡的最小电流状态，有效地提高了Colpittis晶体振荡器起振速度，显著地降低了功耗。

与未使用本发明的Colpittis晶体振荡电路相比，在相同振荡幅度的条件下本发明电路的起振时间缩短了1/2，电路功耗降低了1/2。而且由于在初始时刻的振荡偏置电流最大，因此起振的可靠性得到了有力保证。最显著的特点是在不同工作电压、不同晶体振荡频率和制造工艺偏差的条件下，电路功耗依据反馈回路自动调节成为维持振荡幅度的最小数值，极大程度地减小了电压变化等外界因素对功耗的影响，以此真正实现了低功耗的Colpittis晶体振荡电路。

附图说明

图1为本发明的电路结构框图；

图2为本发明的振荡和电平检测功能框图；

图3为本发明各模块的电路原理图。

具体实施方式

如图1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NMOS主振管M1与电阻R1、R2、R3组成；主振管M1栅极同时与电阻R3和幅度检测电路的信号输入端连接，主振管M1源极接振荡电容Co1、Co2和电平检测单元的信号输入端；振荡电容Co1、Co2串联后与晶体并联，电阻R1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NMOS管M3、电容C1、电阻R4组成，电容C1与电阻R4串联，串联点接NMOS管M3的栅极，电容C1接主振管M1的栅极。

自动增益控制电路由PMOS管M4、两个电容C2、C3和一个电阻R5组成，PMOS管M4的漏极接电容C2和电阻R5，PMOS管M4的漏极还与NMOS管M3的漏极相接，电阻R5和电容C3串接，电容C3接NMOS管M3的源极并且连接到地。