一種全集成高精度晶振頻率產(chǎn)生電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及晶體振蕩器領(lǐng)域，具體涉及一種射頻通信芯片中的全集成高精度晶振頻率產(chǎn)生電路。
【背景技術(shù)】
[0002]晶體振蕩器作為穩(wěn)定的頻率基準(zhǔn)源，廣泛應(yīng)用在需要頻率控制和管理的現(xiàn)代電子系統(tǒng)和需要精密實頻計量等領(lǐng)域中。而且晶振在其中有著非常重要的地位，其性能直接影響到整個系統(tǒng)的指標(biāo)好壞，甚至正常工作與否。衛(wèi)星通訊，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等都將晶振作為高性能基準(zhǔn)頻率源。晶振還可以為電器時鐘脈沖源，近代物理實驗等電子設(shè)備提供精密頻標(biāo)和時基。這些晶振對功耗，相位噪聲，頻率穩(wěn)定性等指標(biāo)都有十分苛刻的要求。用于射頻收發(fā)系統(tǒng)的大部分晶體振蕩器都是外接在芯片之外，接入到芯片端口以及芯片內(nèi)部連線都會很長，導(dǎo)致振蕩頻率不高，這很大程度上影響了晶體振蕩器的精度和噪聲指標(biāo)等。隨著CMOS工藝的不斷發(fā)展，片上系統(tǒng)(SOC)的集成度也越來越高，在CMOS工藝上可以實現(xiàn)數(shù)字基帶，模擬基帶甚至射頻電路。為了降低體積、用料與成本，使射頻收發(fā)系統(tǒng)高度集成化，把晶體振蕩器除晶體外的所有器件集成到片內(nèi)就成了大勢所趨。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是提供一種射頻通信芯片中的全集成高精度晶振頻率產(chǎn)生電路，其可有效解決上述問題，減少了片外器件的數(shù)量，提高了集成度。在芯片內(nèi)部集成了晶振頻率廣生電路，有效的提尚振蕩頻率的精度。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案進行實施:
[0005]包含全集成高精度晶振頻率產(chǎn)生電路的射頻通信芯片中包括射頻接收電路模塊、射頻發(fā)射鏈路模塊，數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器，鎖相環(huán)，數(shù)字基帶以及高集成度片內(nèi)雙模晶振頻率產(chǎn)生器。其中高集成度片內(nèi)雙模晶振頻率產(chǎn)生器由前后依次連接的內(nèi)部模式電路和外部模式電路組成。倆種模式采用開關(guān)控制進行模式之間的切換以滿足不同的需要。全集成高精度晶振頻率產(chǎn)生電路的輸出分成三路，分別為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和鎖相環(huán)提供時鐘頻率以實現(xiàn)射頻接收模塊和射頻發(fā)射模塊的功能。射頻收發(fā)機集成了除晶體之外的其余頻率產(chǎn)生電路，包括后級數(shù)字分頻器。減少了片外器件的數(shù)量，提高了集成度。若采用外部晶振頻率產(chǎn)生電路，接入到芯片端口以及芯片內(nèi)部連線都會很長，導(dǎo)致振蕩頻率不高。本發(fā)明在芯片內(nèi)部集成了晶振頻率廣生電路，可以有效提尚振蕩頻率的精度。
【附圖說明】
[0006]圖1為包含本發(fā)明的射頻收發(fā)芯片結(jié)構(gòu)原理圖；
[0007]圖2為高集成度片內(nèi)雙模晶振頻率產(chǎn)生器內(nèi)部模式電路結(jié)構(gòu)原理圖；
[0008]圖3為高集成度片內(nèi)雙模晶振頻率產(chǎn)生器外部模式電路結(jié)構(gòu)原理圖；
[0009]圖4為開關(guān)控制模式切換原理圖；
[0010]圖5為外部模式電路結(jié)構(gòu)原理圖中的開關(guān)圖；
【具體實施方式】
[0011]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明進行具體說明。應(yīng)當(dāng)理解，以下文字僅僅用以描述本發(fā)明的一種或幾種具體的實施方式，并不對本發(fā)明具體請求的保護范圍進行嚴格限定。
[0012]本發(fā)明采取的技術(shù)方案如圖1所示，包含全集成高精度晶振頻率產(chǎn)生電路的射頻通信芯片，包括射頻接收電路模塊、射頻發(fā)射鏈路模塊，數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器，鎖相環(huán)，數(shù)字基帶以及高集成度片內(nèi)雙模晶振頻率產(chǎn)生器。其中高集成度片內(nèi)雙模晶振頻率產(chǎn)生器由前后依次連接的內(nèi)部模式電路和外部模式電路組成。內(nèi)部模式更為簡便，不需要外接電流源，夕卜部模式需要外接電流源但是更為精確，精度更高。倆種模式共用輸入和輸出端口。采用開關(guān)控制進行模式之間的切換以滿足不同的需要。全集成高精度晶振頻率產(chǎn)生電路的輸出分成三路，分別為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和鎖相環(huán)提供時鐘頻率以實現(xiàn)射頻接收模塊和射頻發(fā)射模塊的功能。射頻收發(fā)機集成了除晶體之外的其余頻率產(chǎn)生電路，包括后級數(shù)字分頻器。減少了片外器件的數(shù)量，提高了集成度。若采用外部晶振頻率產(chǎn)生電路，接入到芯片端口以及芯片內(nèi)部連線都會很長，導(dǎo)致振蕩頻率不高。本發(fā)明在芯片內(nèi)部集成了晶振頻率廣生電路，可以有效提尚振蕩頻率的精度。
[0013]以下通過具體實施來對本發(fā)明進行具體說明:
[0014]射頻收發(fā)機集成了除晶體之外的其余頻率產(chǎn)生電路，端口包括射頻輸入Rf_input，射頻輸出Rf_output，外接晶體與晶振頻率產(chǎn)生電路連接點Ql，Q2 ;高集成度片內(nèi)雙模晶振頻率產(chǎn)生器通過Ql，Q2外接晶體，輸出信號分成三路分別為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和鎖相環(huán)提供時鐘頻率；射頻輸入信號Rf_input進入射頻接收電路模塊，射頻接收電路模塊對信號進行過濾，放大，解調(diào)后輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并輸入到數(shù)字基帶完成射頻接收機的功能；數(shù)字基帶模塊輸出信號通過輸出端進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號后進入射頻發(fā)射鏈路，射頻發(fā)射鏈路對信號進行調(diào)制，變頻，放大，濾波后將信號通過Rf_out發(fā)射出去，完成射頻發(fā)射機功能；鎖相環(huán)的輸出分成倆路，分別進入射頻發(fā)射鏈路和射頻接收鏈路。高集成度片內(nèi)雙模晶振頻率產(chǎn)生器由前后依次連接的內(nèi)部模式電路和外部模式電路組成。內(nèi)部模式電路用皮爾斯三點式結(jié)構(gòu)作為主結(jié)構(gòu)設(shè)計的晶振頻率產(chǎn)生電路，外部模式電路用桑托斯結(jié)構(gòu)作為主結(jié)構(gòu)設(shè)計的晶振頻率產(chǎn)生電路，倆種模式電路采用開關(guān)控制進行模式之間的切換以滿足不同的需要；
[0015]圖2為高集成度片內(nèi)雙模晶振頻率產(chǎn)生器內(nèi)部模式電路結(jié)構(gòu)原理圖，內(nèi)部模式電路用皮爾斯三點式結(jié)構(gòu)作為主結(jié)構(gòu)設(shè)計的晶振頻率產(chǎn)生電路，實現(xiàn)16MHz時鐘頻率的輸出。晶體管M6為主振蕩管，晶體管M3是偏置管。端口 Ql和Q2分別連接片外外接晶體的兩端；電源電壓VDD分三路分別連接晶體管Ml、M2和M3的源極；晶體管Ml的柵極與漏極短接，并連接晶體管M2的柵極、晶體管M3的柵極、晶體管MO的源極、晶體管M4的漏極；晶體管M2的漏極與M5的漏極相連；晶體管M3的漏極連接晶體管M6的漏極，連接點上引出了外接晶體的端口 Q2 ;晶體管MO的柵極連接電阻R5，漏極與電阻R5的另一端分別接地GND ；晶體管M4的源極連接電阻R0，柵極連接電容CO，電阻RO的另一端和電容CO的另一端分別接地GND ；電阻Rl為dummy電阻，自身短路；晶體管M5的漏極連接晶體管M2的漏極，源極接地GND，電容Cl連接在晶體管M5的源極和漏極之間，電阻R3連接在晶體管M5的漏極和柵極之間，電容C2連接在晶體管M5的柵極和地GND之間；電阻R2連接在晶體管M4的柵極和晶體管M5漏極之間；晶體管M6的漏極和柵極之間連接電阻R4，同時晶體管M6的柵極的連接點引出端口 Ql與外接晶體連接，源極接地GND ；電容C3連接在電容C2和晶體管M6的柵極之間；
[0016]圖3為高集成度片內(nèi)雙模晶振頻率產(chǎn)生器外部模式電路結(jié)構(gòu)原理圖，外部模式電路用桑托斯結(jié)構(gòu)作為主結(jié)構(gòu)設(shè)計的晶振頻率產(chǎn)生電路，實現(xiàn)16MHz時鐘頻率的輸出。晶體管M15為主振蕩管，晶體管M13是偏置管。Rfjnput為從bandgap過來的為輸入信號，接入晶體管M7的漏極；0utput為輸出信號，輸出到數(shù)字基帶；電源電壓VDD分成九路分別晶體管MlO、M25、Mil、M13、M14、M19、M20、M21、M23的源極；晶體管M7的漏極與柵極短接，并且連接晶體管M8的柵極，晶體管M7的源極接地GND ;晶體管M8的漏極連接晶體管MlO的漏極，源極接地GND ;晶體管MlO的柵極與晶體管Ml1、晶體管M25、晶體管M19的柵極連接；晶體管M25的源極和漏極短接后接入電源電壓VDD，作為一個電容來用；晶體管Mll的漏極與晶體管M9的漏極相連；晶體管M9的柵極與晶體管M16、晶體管M12的柵極連接；晶體管M12的源極和漏極短接后接入電源電壓VDD，作為一個電容來用；晶體管Mll的柵極和晶體管M13的柵極之間連接電阻R7 ；電阻R6連接在晶體管M12的柵極、晶體管M16的柵極與晶體管Ml5的柵極之間；電容C4、C5與電容C6、C7分別并聯(lián)后串聯(lián)，連接在晶體管Ml3和晶體管M15的柵極之間，其串聯(lián)節(jié)點接入Ql開關(guān)S5 ;開關(guān)S5的另一端接入端口 Ql ;晶體管M13的漏極與晶體管M15的漏極、晶體管M14的柵極、晶體管M17的柵極相連，晶體管M15源極接地GND ;晶體管M14的漏極與晶體管M16的漏極、晶體管M20的柵極連接，晶體管M16的源極接地GND ;晶體管M19的漏極與晶體管M17的漏極、晶體管M18的柵極連接，晶體管M17的源極接地GND ;晶體管M21和晶體管M22的柵極相接之后與晶體管M20的漏極、晶體管M18的漏極相接，晶體管M21和M22漏極相連之后與開關(guān)S4連接，晶體管M22的源極接地；晶體管M23和晶體管M24的柵極相連之后與開關(guān)S4、開關(guān)S2連接，晶體管M23和M24的漏極相連，并且從它們的漏極連出輸出Rf_out ;開關(guān)SI和S2分別與開關(guān)S3 —端連接，S3的另一端接地GND ;端口 Ql與開關(guān)SI 一端相連；
[0017]圖4為外部晶體、內(nèi)、外部模式電路、開關(guān)控制之間的連接原理框圖。高集成度片內(nèi)雙模晶振頻率產(chǎn)生器的控制電路由開關(guān)S1、S2、S3、S4、S5組成，它們的關(guān)斷和閉合控制振蕩器工作在內(nèi)部模式和外部模式。內(nèi)部模式的輸出是從主震蕩管柵極輸出的。當(dāng)振蕩器工作在內(nèi)部模式時，開關(guān)S1、S2閉合將內(nèi)部模式的輸出Ql接到總的輸出路徑上來。開關(guān)S3、S4、S5關(guān)斷以隔離外部模式電路。當(dāng)電路工作在外部模式時，開關(guān)S1、S3閉合，這樣將外接晶體通過Ql接入了外部模式電路。開關(guān)S2斷開這樣隔離了內(nèi)部模式的輸出。開關(guān)S4閉合將外部模式的輸出接入輸出通路。開關(guān)S5閉合將晶體的另一端接入電路。通過以上原來完成了內(nèi)外模式的轉(zhuǎn)換