专利摘要

集成电可调的正交电压振荡器，包括一多输出差动差分电流传输器、两接地电阻和两接地电容构成，通过改变MOS电阻偏置电流的大小可以改变电路的振荡频率；其中第一电阻串联于差动差分电流传输器的X端与地之间，X端电压作为一个电压输出端；第一电容与第二电阻并联于差动差分电流传输器的Vy1与Vy2端，Vy2端接地，两同相电流输出端的电流之和反馈到Vy1端，Vy3端与反相电流端连在一起并与地之间串接第二电容，取第二电容的电压作为另一个电压输出端。

权利要求

1.集成电可调的正交电压振荡器，其特征是包括一多输出差动差分电流传输器、两接地电阻和两接地电容构成，通过改变MOS电阻偏置电流的大小可以改变电路的振荡频率；其中第一电阻串联于差动差分电流传输器的X端与地之间，X端电压作为一个电压输出端；第一电容与第二电阻并联于差动差分电流传输器的Vy1与Vy2端，Vy2端接地，两同相电流输出端的电流之和反馈到Vy1端，Vy3端与反相电流端连在一起并与地之间串接第二电容，取第二电容的电压作为另一个电压输出端。

2.根据权利要求1所述的集成电可调的正交电压振荡器，其特征是第一电阻和第二电阻均采用电流控制的MOS电阻的电路实现：电流控制的MOS电阻的电路包括一个可调电流源、跨导线性环和四个电流镜电路构成，所述跨导线性环和四个电流镜电路采用第一至第四四个MOS（MR1,MR2,MR4,MR5）构成MOS跨导线性环作入输入级，实现x端与y端电压传送功能；第一至第五五个MOS管（MR10与MR11、MR7与MR8、MR9）构成了放大倍数为1的电流镜，为MOS跨导线性环提供直流偏置，第六至第七个MOC管（MR3和MR6）构成电流镜将x端的输入电流复制到z端，实现了z端与x端的电流跟随，同时也实现了x、y端口的寄生电阻的跟随，其中x、z端分别是差动差分电流传输器第一和第二电阻的接出端，y端接地。

3.根据权利要求1所述的集成电可调的正交电压振荡器制备成正交电流振荡器，其特征是集成电可调的正交电流振荡器再连接第二差动差分电流传输器构成积分电路；集成电可调电压正交振荡器中所述第二电容的电压输出并联到第二差动差分电流传输器的Vy1,Vy2端，Vy3端接地，X端与地串一电阻；第一、二差动差分电流传输器的两同相或反相电流端的输出电流成正交关系。

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种正交振荡器电路，尤其是全集成电压与电流可调正交振荡器。

二、背景技术

近年来，各种电流模式有源器件因具有更宽的动态范围和频率范围^[1]受到了人们的关注，并已越来越多的应用于模拟功能电路设计。正交振荡器能产生两个相位差90度的正弦波信号，在通信以及仪器仪表系统中得到广泛应用，例如在电信方面用来做相移混合器和单边带发生器，在测量方面用做向量产生器或选择性电压器。采用不同有源器件构成的正交振荡电路已有不少学者提出^[2-3]，文献[2]中采用了两个电流差分缓冲放大器(CDBAs)，三个浮地电阻和两个接地电容，文献[3]中采用了六个跨导运算放大器(OTAs)和两接地电阻、两接地电容。

三、发明内容

本发明目的是，提出一种全集成电可调正交振荡器。

本发明的技术方案是，集成电可调的正交电压输出振荡器，包括一差动差分电流传输器、两接地电阻和两接地电容构成，通过改变MOS电阻偏置电流的大小可以改变电路的振荡频率；其中第一电阻串联于差动差分电流传输器的X端与地之间，X端电压作为一个电压输出端；第一电容与第二电阻并联于差动差分电流传输器的Vy1与Vy2端，Vy2端接地，两同相电流输出端的电流之和反馈到Vy1端，Vy3端与反相电流端连在一起并与地之间串接第二电容，取第二电容的电压作为另一个电压输出端。

第一电阻和第二电阻均采用电流控制的MOS电阻的电路实现：电流控制的MOS电阻的电路包括一个可调电流源、跨导线性环和四个电流镜电路构成，所述跨导线性环和四个电流镜电路采用第一至第四四个MOS(MR1,MR2,MR4,MR5)构成MOS跨导线性环作入输入级，实现x端与y端电压传送功能；第一至第五五个MOS管(MR10与MR11、MR7与MR8、MR9)构成了放大倍数为1的电流镜，为MOS跨导线性环提供直流偏置，第六至第七个MOC管(MR3和MR6)构成电流镜将x端的输入电流复制到z端，实现了z端与x端的电流跟随，同时也实现了x、y端口的寄生电阻的跟随，其中x、z端分别是差动差分电流传输器第一和第二电阻的接出端，y端接地。

进一步，所述的集成电可调的正交电压振荡器制备成正交电流振荡器，其特征是集成电可调的正交电压振荡器再连接第二个差动差分电流传输器构成一积分电路；集成电可调电压正交振荡器中所述第二电容的电压输出并联到第二差动差分电流传输器的Vy1,Vy2端，Vy3端接地，X端与地串一电阻；第一、二差动差分电流传输器的两同相或反相电流端的输出电流成正交关系。

多输出差动差分电流传输器MDDCC(Differential Difference Current Conveyors)作为电流模式器件，除具有电流传输器的大动态、高线性、宽频带等特点外还具有差分放大功能、高输入阻抗等优点。

本发明提出的电压模式正交振荡电路，仅采用一个MDDCC、两接地电阻和两接地电容构成，通过改变MOS电阻偏置电流的大小可以改变电路的振荡频率，电路无源灵敏度、功耗均很低。

本发明的有益效果：该电路采用电流模式有源器件多输出差动差分电流传输器构成，具有电流模式电路低电压，低功耗，较宽的频率范围、良好的线性度和动态范围大特点，电路结构简单，仅由一个MDDCC、两接地电阻和两接地电容构成，有利于VLSI集成，电路中的电阻采用MOS电阻，改变MOS电阻的偏置电流，振荡频率ω₀实现独立电可调，并具有较低的无源灵敏度。PSPICE仿真结果验证了电路的正确性。在集成电可调的电压输出正交振荡器的基础上，增加一积分电路，实现输出电流正交振荡电路。

四、附图说明

图1(a)为MDDCC电路符号,(b)为MDDCC的CMOS实现电路；

图2为本发明所提的电压模式正交振荡器；

图3电流控制的CMOS电阻电路；

图4为本发明具有电压和电流输出的正交振荡器；

图5本发明工作时起振时V_O2的瞬时波形；

图6本发明工作时正交输出电压波形；

图7正交输出电流波形；

图8改变I_R输出电压的频谱图。

五、具体实施方式

差动差分电流传输器(DDCC器件)是一五端口有源器件，采用交叉耦合电流镜技术构成多输出差动差分电流传输器MDDCC(Multi-output Differential Difference Current Conveyors)，MDDCC器件的电路符号和CMOS实现电路分别如图1(a)、(b)所示，其端口理想特性为：

      VXIY1IY2IY3IZ+IZ-=1-1100000000000000001000-1Vy1Vy2Vy3Ix---(1)]]>      

式(1)中，I_Z+＝I_x为同相电流输出，I_Z-＝-I_x为反相电流输出，V_x＝V_y1-V_y2+V_y3，有三个电压输入端V_y1，V_y2，V_y3，利于电压算术运算。图1MDDCC电路中MDDCC电路符号和MDDCC的CMOS实现电路。

全集成电可调电压模式正交振荡器的提出，图2是基于MDDCC构成的电压模式正交振荡器，根据MDDCC的端口理想特性，推算出电路的特征方程：

      S2+S(1R2C1-2R1C1+1R1C2)+1R1R2C1C2=0---(2)]]>      

振荡条件：1R2C1+1R1C2≤2R1C1---(3)]]>

振荡频率：ω0=1R1R2C1C2---(4)]]>

设C₁＝C₂＝C，R₁＝R₂＝R，则 图2中， 电路振荡稳定时ω＝ω₀，V_o2＝jV_o1，V_o2超前V_o1相位 构成两正交的输出电压。

R1,R2为相等的电阻，考虑电路集成及电阻的匹配，用图3所示的电流控制的CMOS电阻代替R₁，R₂，谐振频率具有电调谐功能。设图4中所有PMOS，NMOS管参数匹配，并都工作在饱和区，则R₁，R₂表示为： I_R是偏置电流，μ是电子迁移率，C_ox是单位面积的栅极电容量，W/L是MOS管的沟道宽长比。

图4具有电压和电流输出的正交振荡器，为具有同时电压和电流输出的电可调正交振荡器电路，由MDDCC的端口特性可推出：，I_O1超前 电路中三个电阻值相等即R3＝R2＝R1，考虑电路集成及电阻的匹配，可在图3中添加两MOS管(一个PMOS管与MR3相并列，型号、宽长比与MR3一致，一个NMOS管与MR6并列，型号、宽长比与MR6一致)构成两电流镜，实现R3电阻。

灵敏度分析

根据无源灵敏度定义 由式(4)可知，该电路的无源灵敏度为：

      Sα3,βω0=-SR1R2C1C2ω0=12,]]>其绝对值均小于1。

电路的仿真分析

为了验证所提振荡电路的正确性，对电路进行了PSPICE仿真。MDDCC采用0.5μm TSMC^[6]工艺参数，图1所示的CMOS电路结构，MOS管的宽长比见表1，仿真条件为V_DD＝-V_SS＝2.5V，V_B＝-1.7V，图3中所有的NMOS管宽长比为：2μm/1μm，PMOS管的宽长比为：8μm/1μm。设电阻R₁＝R₂＝R₃＝5KΩ(I_R＝18μA)，C₁＝C₂＝20PF，可以计算出该振荡器的理想振荡频率为1.59MHz。

表1MOS管沟道宽长比

图5为振荡器起振时的V_o2瞬时输出波形。图6为振荡稳定时，V_o1,V_o2端输出电压波形，图7为I_O1、I_O2端输出电流波形

图8为固定C₁＝C₂＝20PF，偏置电流IR分别为10μA、20μA、25μA时输出信号的频谱，理论计算出对应的谐振频率分别为1.183MHz、1.672MHz、1.870MHz，实际仿真结果分别是1.132MHz、1.634MHz、1.819MHz，这主要由MDDCC器件的电压、电流跟随误差造成，改变偏置电流I_R的大小可以调节电路的振荡频率。

本发明所提出了电压模式正交振荡器的设计电路，PSPICE仿真结果证明该电路可行。振荡电路具有以下特点：(1)电路结构简单，所有电容均接地，采用MOS管构成的电阻也利于VLSI集成，(2)电路的振荡频率可以通过偏置电流进行线性调节，(3)使用有源器件数量较少，无源灵敏度很低。

全集成电可调正交振荡器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。