[发明专利]无源晶体频率微调电路

说明书

本发明创造提供了无源晶体频率微调电路，包括直流电压调节模块、电容微调模块、无源晶体时钟产生模块以及链路阻抗优化电路，其中，所述直流电压调节模块，用于接收输入信号，对所述输入信号进行高频滤波后输出直流信号；所述电容微调模块，包括变容二极管，所述变容二极管接收所述直流电压调节模块输出的直流信号作为反向电压实现电容调节。本方案提出的无源晶体输出频率可微调电路，可以通过改变直流电压幅度或PWM信号频率占空比，调节变容二极管反向电压，改变无源晶体的负载电容值，进而改变频率，解决频率不能调节的问题。

技术领域

本发明创造属于时钟电路技术领域，尤其是涉及一种无源晶体频率微调电路。

背景技术

随着大数据的快速兴起，现代电路系统大部分都为数字电路，电路中大量使用如FPGA、CPU、DSP等数字芯片，这些芯片工作都需要系统时钟输入。芯片再将系统时钟经过锁相环倍频为各种频率值，给芯片内各个模块电路使用。

现在系统时钟输入方案是使用高成本的有源晶振如图1所示，直接输出一个固定频率值得时钟。也有使用无源晶体与反相器搭建的微调振荡电路，输出频率微调时钟，如图2所示。

现有技术有如下几个缺点：

1.一般使用有源晶振的型号确定后，其输出的频率值，只能是固定值。如果晶振批次有差异，其输出频率会出现频偏，当这个频偏超过芯片内锁相环的输入指标范围，而有源晶振又不能频率微调，就会出现锁相环无法工作，则导致芯片无法工作。或者会出现锁相环倍频后的频率值是带偏移的，有源晶振的误差会成倍的放大，导致芯片工作异常。

2.一般使用无源晶体的型号确定后，搭配反向器和可调负载电容构成科耳皮兹振荡电路，可以输出频率微调时钟。但是常用的可调电容都是机械旋钮调节，无法保证负载电容值调节的精确性和一致性，导致批次生产直通率降低。同时还存在可调电容旋钮老化，电容调节失效，输出时钟频率不稳定。当电容值调节稳定后，存在人为误操作，改变电容值，导致输出频率改变。

3.现代半导体技术不断突破，信号完整性问题在低频中也会出现。例如，晶振或晶体虽然频率为几百KHz-几十MHz，但是因为半导体工艺，其上升时间变得越来越陡峭，信号带宽也越来越宽，时钟传输时所面临的第一个挑战就是传输通道其波形质量的影响，常见现象是上升沿和下降沿有振铃和过冲，这就会产生高频寄生振荡、辐射和噪声等。同时PCB制板和Layout走线的工差也会产生上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种无源晶体频率微调电路，以实现时钟频率的精确微调。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

无源晶体频率微调电路，包括直流电压调节模块、电容微调模块、无源晶体时钟产生模块以及链路阻抗优化电路，其中，所述直流电压调节模块，用于接收输入信号，对所述输入信号进行高频滤波后输出直流信号；所述电容微调模块，包括变容二极管，所述变容二极管接收所述直流电压调节模块输出的直流信号作为反向电压实现电容调节；所述无源晶体时钟产生模块，是由无源晶体构成的时钟电路，所述时钟电路根据所述电容微调模块的输出来调节时钟频率；所述链路阻抗优化电路，接收所述无源晶体时钟产生模块输出的时钟信号后，进行阻抗优化后输出。

进一步的，所述直流电压调节模块为多阶可变低通滤波器，包括多阶低通滤波器和带宽选择控制电路，所述多阶低通滤波器包括多个依次串联的RC滤波结构，所述带宽选择控制电路包括多个由晶体管构成的开关电路，每一个RC滤波结构均由一个开关电路控制导通，所述每个开关电路的控制端由处理器输出的一个控制信号进行控制；所述多阶低通滤波器的输入信号为直流信号或者PWM信号。

进一步的，所述电容微调模块包括变容二极管D1和电容C4，变容二极管D1的正极接地，负极连接电容C4和直流电压调节模块的输出信号；电容C4的另一端连接时钟电路。