一種頻率自適應(yīng)的可變電容電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及自適應(yīng)變電容電路結(jié)構(gòu)技術(shù)，具體是指一種頻率自適應(yīng)的可變電容 電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在多模多頻通信領(lǐng)域，多模多頻濾波器結(jié)構(gòu)中的電容往往需要具有隨頻率自適應(yīng) 變化的特性。由于MOS晶體管電容器陣列已經(jīng)部分取代了變?nèi)荻O管，并且得到快速的發(fā) 展。因此基于MOS晶體管電容矩陣，構(gòu)造一種電容值隨頻率變化的電路，具有廣闊的應(yīng)用前 景。
[0003] 2007年公開的申請?zhí)枮?00580033904. 3中國發(fā)明專利申請公布說明書公開了 "由MOS晶體管進(jìn)行開關(guān)的電容器陣列"，是一種具有低損耗的集成可變電容，提出了一種 開關(guān)陣列的拓樸布局和獨(dú)立于電容的串聯(lián)電阻，開關(guān)陣列完全地或部分地集成到可調(diào)諧LC 濾波器和TV調(diào)諧器中。MOS晶體管電容矩陣能夠?qū)崿F(xiàn)電容值變化，但是此方案是通過數(shù)字 電路對矩陣電路進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)電容的自適應(yīng)變化，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，難以廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種頻率自適應(yīng)的可變電容電路，包括鎖相環(huán)電路與頻率合 成器電路，在輸入信號頻率與參考頻率相差值固定時，重置電容矩陣和參考頻率，實(shí)現(xiàn)本電 路的電容值與輸入信號頻率變化自適應(yīng)。
[0005] 本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種頻率自適應(yīng)的可變電容電路，包括電容矩陣和MOS晶體管構(gòu)成 的電荷栗模塊，還包括鑒相鑒頻器、比較器、壓控振蕩器、移位計(jì)數(shù)器和混頻器，輸入信號 fin和參考信號fd接入鑒相鑒頻器的輸入端，鑒相鑒頻器的輸出端連接電荷栗模塊的s。、 S1開關(guān)，控制其通斷；電荷栗模塊的輸出端分別連接比較器的輸入端和電容矩陣的輸入端； 比較器的輸出端連接電容矩陣的控制端和移位計(jì)數(shù)器的輸入端；該移位計(jì)數(shù)器輸出端連接 混頻器輸入端；電容矩陣的輸出端經(jīng)電阻Rp產(chǎn)生電容矩陣支路電壓V@接入壓控振蕩器的 輸入端和比較器的輸入端，壓控振蕩器輸出端連接混頻器輸入端，混頻器輸出端輸出參考 信號匕接入鑒相鑒頻器，鑒相鑒頻器比較參考信號fd與輸入信號fin。
[0006] 所述鑒相鑒頻器包括D觸發(fā)器和與門邏輯門。
[0007] 所述的電荷栗模塊包括3個相同的N型MOS晶體管，還有2個相同的P型MOS晶 體管；所述的第一P型MOS晶體管和第一N型MOS晶體管串聯(lián)，即它們的漏極相連；第一P 型MOS晶體管和第二P型MOS晶體管的柵極相連接并連接第一P型MOS晶體管和第一N型 MOS晶體管的漏極，其接點(diǎn)引出電荷栗模塊的參考電壓Vraf輸出端、接入比較器輸入端；第 一、第二和第三N型MOS晶體管的柵極相連接并連接第一、第二P型MOS晶體管的源極；第 一、第二和第三N型MOS晶體管的源極相連接、接地，并連接電容矩陣的輸出端；所述的第二 P型MOS晶體管的漏極連接電荷栗模塊的PMOS開關(guān)s。，通過開關(guān)s。和電阻Rp連接到電容 矩陣的輸入端；第二N型MOS晶體管的漏極連接電荷栗模塊的NMOS開關(guān)S1，通過開關(guān)^和 電阻Rp連接到電容矩陣的輸入端。SC的活動接點(diǎn)與S:的固定接點(diǎn)連接，并連接比較器的另 一個輸入端。
[0008] 所述N型MOS晶體管和P型MOS晶體管的溝道寬長比不同，N型MOS晶體管的溝道 寬長比與P型MOS晶體管的溝道寬長比的比值為0. 2~0. 5,在電路正常工作時，流過MOS 晶體管漏極電流值均為i。
[0009] 輸入信號fin和參考信號fd同時輸入鑒相鑒頻器，fd=f。+4,f。為壓控振蕩器輸 出信號頻率。鑒相鑒頻器比較fldPfd，輸入信號fln和參考頻率f,的頻率差值產(chǎn)生控制電 荷栗模塊的控制信號，控制信號控制電荷栗模塊使之產(chǎn)生的輸出信號作用于電容矩陣，決 定電容矩陣支路電壓的值。比較器比較輸入的參考電壓Vraf和電容矩陣支路電壓 隨電容充電逐漸增大，電容值改變的同時V@也隨之改變，當(dāng)Vep彡Vraf時，產(chǎn)生一個計(jì)數(shù) 脈沖使得移位計(jì)數(shù)器重置電容矩陣并控制混頻器。與此同時，電容矩陣支路電壓Ip控制壓 控振蕩器輸出信號頻率f。與輸入信號頻率fln相同。當(dāng)移位計(jì)數(shù)器的控制信號輸入混頻器 后，觸發(fā)混頻器產(chǎn)生輸出頻率為fd=fJfn的參考信號送入鑒相鑒頻器，同時也送入電容矩 陣；電容矩陣一方面根據(jù)電荷栗模塊的控制信號進(jìn)行動態(tài)變換，并利用接入混頻器的信號 頻率fn的可調(diào)特性，調(diào)節(jié)頻率間隙Af?的取值為（〇. 2~I. 2MHz)，則最終使得重置的電容 矩陣對應(yīng)的電容值與參考信號頻率匕相適應(yīng)。
[0010] 所述鑒相鑒頻器對輸入信號fin和參考信號fd進(jìn)行相位比較，它的輸出端的輸出 信號連接電荷栗模塊的s。、S1開關(guān)，控制其通斷，以對電容矩陣充電，電流值為i。
[0011] 壓控振蕩器輸出電壓為
A0 = 0QU(t)，9。為參考 信號起始相位，C為當(dāng)前接入本電路的電容矩陣電容值，S是拉普拉斯變換后的變量參數(shù)；W是輸入信號角頻率，j為虛數(shù)單位，拉普拉斯變換后的變量參數(shù)S=jw。
[0012] N型MOS晶體管導(dǎo)通電阻簡化表達(dá)式為：
[0014] 其中，W和L分別是N型MOS晶體管的溝道寬度和長度，Vgs、Vth分別是柵極電壓和 開啟電壓，仏和CM是IC技術(shù)相關(guān)常數(shù)；Un為電子迀移率，CM為單位面積的柵氧化層電容。
[0015] Vcp= VR+Vc；Vref= iRon〇
[0016] Vr是電阻R P的電壓，Vc是電容矩陣的電壓，臨界分析當(dāng)Vm= V 且V = kVR時， k為比例系數(shù)，
；C'是電容矩陣的電容值，Q為電容 矩陣的電荷量。
[0017] 比較器輸出計(jì)數(shù)脈沖。所述移位計(jì)數(shù)器得到比較器的計(jì)數(shù)脈沖信號后，輸出重置 電容矩陣和控制混頻器的信號。
[0018] 所述電容矩陣的輸出端Rp連接到壓控振蕩電路的輸入端，壓控振蕩電路的輸 出端連接混頻器輸入端?；祛l器獲得頻率為fd的參考信號，fdifc+fm。當(dāng)輸入信號頻 率fin小于參考信號頻率f，匕時，計(jì)數(shù)器無控制信號，電容矩陣的電容值保持不變。而 當(dāng)輸入信號頻率fin達(dá)到參考信號頻率f，匕時，計(jì)數(shù)器發(fā)出控制信號送入電容矩陣和混 頻器，重置電容矩陣和觸發(fā)混頻器，同時改變電容值和參考頻率，此時輸入信號頻率fln為fd+fm^ffd+2fn〇
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種頻率自適應(yīng)的可變電容電路的優(yōu)點(diǎn)為：1、電容矩陣 的電容值可根據(jù)輸入信號頻率自適應(yīng)地改變；2、結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可以廣泛應(yīng)用于多 模多頻濾波器的設(shè)計(jì)中。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本頻率自適應(yīng)的可變電容電路實(shí)施例基本結(jié)構(gòu)框圖；
[0021] 圖2為本頻率自適應(yīng)的可變電容電路實(shí)施例電路連接示意圖；
[0022] 圖3為本頻率自適應(yīng)的可變電容電路實(shí)施例電容矩陣結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖4為本頻率自適應(yīng)的可變電容電路實(shí)施例電容矩陣電容值隨頻率變化曲線圖。
[0024] 圖中標(biāo)號為：
[0025] J、鑒相鑒頻器、B、比較器，C、電容矩陣；
[0026] N。、第一N型MOS晶體管，N1、第二N型MOS晶體管，N2、第三N型MOS
[0027] 晶體管，P1、第一P型MOS晶體管，P2、第二P型MOS晶體管。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實(shí)施例和附圖進(jìn)一步詳細(xì) 說明。
[0029] 本頻率自適應(yīng)的可變電容電路實(shí)施例基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括電容矩陣C、5個 MOS晶體管HN2UPP2構(gòu)成的電荷栗模塊、鑒相鑒頻器J、比較器B、壓控振蕩器、移位 計(jì)數(shù)器和混頻器，輸入信號fin和參考信號f4妾入鑒相鑒頻器J的輸入端，鑒相鑒頻器J的 輸出端連接電荷栗模塊的s。、S1開關(guān)，控制