[实用新型]一种线性电压控制晶体振荡器

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体领域，具体涉及一种线性电压控制晶体振荡器。 

背景技术

通信技术在过去的几年里得到了极大的发展。越来越被广泛应用的数字调制技术，例如时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)等。随着信息传输密度的增加而对降低载波间距和减小调制带宽提出了更高的要求，因此通信系统中的参考振荡器的频率稳定性和精准度就变得越来越重要。压控晶体振荡器（VCXO）广泛应用于现代通信领域中,VCXO的频率或者相位必须与系统的外部时钟相匹配。最常见的例子就是数据接收器。数据由发送器的时钟按一定的比率编码后通过导线、光纤、或者无线的渠道进行发送，接收器只有在设定与发送器相同的比率与正确的相位后才能正确的解析出数据，否则通信将会中断。要能够正确的接收数据，接收器必须调整其时钟与发送器的时钟相匹配。接收器会用自己的时钟与接收到的信号中的嵌入的时钟相比较，如果有误差，则进行微调或者“拉”频率。常用的接收器利用石英晶体来产生自己的时钟，石英晶体接变容二极管做负载电容，通过施加一个模拟电压到变容二极管来控制时钟。改变该模拟电压就会改变晶体的负载电容，从而对频率进行微调。晶体振荡器振荡在其谐振频率上，该谐振频率的值取决于晶体的物理尺寸与切角方向。晶体振荡器的一个重要性质是它拥有非常高的品质因数Q，这意味着它的振荡频率被严格控制，可变化范围很小。压控晶体振荡器（VCXO），顾名思义，即在传统的晶体振荡器基础上增加电压控制的功能，通过改变外部电压来改变晶体振荡器的振荡频率。想改变晶体振荡器的频率（或“拉”）是非常困难的。事实上，一个压控晶体振荡器的频率最多能被改变几百PPM。这种狭小的牵引范围是晶体振荡器的一个重要优点。例如，在一个振荡器必须跟随外部已知频率的系统中，可以使用具有相同标称频率的压控晶体振荡器。这两个频率的初始误差很小(由于晶体振荡器只能改变几百PPM)，系统也不会锁定系统外部时钟的谐波上，因为VCXO的牵引范围小所以并不能产生这些谐波。另外，VCXO的频率增 益很低(单位输入电压变化仅会带来很小的频率变化)，这一点对于VCXO应用于大型的反馈回路控制系统是很有用的。图1为一个典型的晶体振荡器电路。反相器作为增益级，提供能量使晶体起振并保持振荡。电阻Rfb是用作反馈到反相器时使其在增益区偏置。电容Cg和Cd作为晶体的负载。该电路形成一个谐振振荡器，振荡频率由晶体决定。每颗晶体都会由制造商标明其恰好振荡在fo的负载电容。当减少负载电容，晶体振荡频率会相应变高；当增加负载电容，晶体振荡频率会相应变低。此属性已被应用于传统的压控晶体振荡电路。图2为一个典型的压控晶体振荡电路。在图1中出现的固定负载电容Cg和Cd被可变电容取代，其电容是由输入电压,或称为调谐电压,VIN控制的。在集成电路的工艺中，可变电容的电容变化是相当非线性的，如图3所示，是一个典型的变容二极管的电容与外加电压的变化曲线(C-V曲线)。变容二极管C-V曲线的非线性将导致VCXO的频率控制曲线也是非线性的，如图7所示。 

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种能够明显改善压控晶体振荡器频率牵引线性度的线性电压控制晶体振荡器。 

本实用新型的技术方案是：一种线性电压控制晶体振荡器，包括石英晶体，提供能量使晶体起振并保持振荡的增益级，反馈到反相器使其在增益区偏置的反馈电阻Rfb，所述线性电压控制晶体振荡器还包括两个具有线性变化的变容二极管阵列（如图2所示的可变电容Cg和Cd用所述的这两个具有线性变化的变容二极管阵列代替），所述变容二极管阵列包括奇数个串联有电容和变容二极管的的串联电路，偏置电压产生电路产生的偏置电压通过大电阻加到所述变容二极管的一端，变容二极管另一端与增益级相连。所述大电阻提供交流阻塞，但可以提供直流路径，不会影响晶体振荡器的负载电容的Q因子。所述可变电容二极管可以是AMOS变容二极管，突变结二极管，BiCMOS或配置为二极管的NMOS和PMOS器件。 

进一步的，所述变容二极管阵列中的串联有电容和变容二极管的串联电路的个数为3个、5个或7个。