一种压控振荡器电路及锁相环电路的制作方法

本发明涉及压控振荡器，具体涉及一种压控振荡器电路及锁相环电路。

背景技术：

1、锁相环（phase locked loop，pll）是基于负反馈机制的控制电路，主要用于实现输出信号的频率和相位与输入参考信号的频率和相位自动同步。pll通常由鉴相器（phasedetector，pd）/鉴频鉴相器（ phase frequency detector，pfd）、电荷泵、低通滤波器（low-pass filter ，lpf）和压控振荡器（voltage-controlled oscillator，vco）等部分组成前向通路，由分频器（divider）组成频率相位的反馈通路。其中，pll也可以由pd/pfd、运算放大器、lpf和vco等部分组成前向通路。

2、vco是指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路，vco通常与前置的电荷泵-低通滤波器电路，或是运算放大器-低通滤波器电路线相连，pfd的功能是检测两输入信号的频率或相位差，并以包含频率或相位差信息的上端（up）电压信号和下端（down）电压信号输出。后续电路（电荷泵和低通滤波器、运算放大器和低通滤波器）需将up电压信号和down电压信号转换为包含频率或相位差信息的vco控制电压，以使vco产生所需的目标频率的信号。

3、但是，vco与前置的电荷泵-低通滤波器电路，或是运算放大器-低通滤波器电路线相连，增加了电路的复杂性，存在电流失配、开关延时失配、电荷注入、电荷共享和时钟溃通等问题。因此，目前亟需提供一种新的vco，改善电路性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种压控振荡器电路及锁相环电路，以解决电路复杂，存在电流失配、开关延时失配、电荷注入、电荷共享和时钟溃通的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种压控振荡器电路，所述压控振荡器电路包括压力电压产生模块和谐振振荡电路，所述压力电压产生模块用于将鉴频鉴相器的两个输出电压端输出的电压信号转换为目标控制电压信号，所述谐振振荡电路基于所述目标控制电压信号将输出的电压信号的频率调整为目标频率，和/或所述谐振振荡电路基于所述目标控制电压信号将输出的电压信号的相位调整为目标相位；所述压力电压产生模块包括第一输入电压端、第二输入电压端、第一电极、第二电极和第一输出电压端，所述谐振振荡电路包括第三输入电压端；所述第一输入电压端和所述鉴频鉴相器的一个输出电压端连接，所述第二输入电压端和所述鉴频鉴相器的另一个输出电压端连接；所述第一电极和所述第二电极沿第一方向间隔设置，所述第一电极和所述第二电极之间通过设置在柔性衬底上的二维材料层连接，形成所述第一输出电压端，所述第一输出电压端和所述第三输入电压端连接，其中，所述第一电极和所述第二电极在所述第一方向的相对距离随所述鉴频鉴相器的两个输出电压端的电压信号变化，以将所述鉴频鉴相器的两个输出电压端的电压信号转换为所述目标控制电压信号。

3、本发明提供的压控振荡器电路，通过设置压力电压产生模块，能够将鉴频鉴相器输出的up电压信号和down电压信号反映的频率差和/或相位差信息转换为两个电极的相对距离信息，改变连接两个电极的二维材料层所受应力，进而改变两个电极间的电压信号，得到相应的目标控制电压信号，具有高速、低噪声、低抖动等优良特性，从而能够直接和鉴频鉴相器的两个输出电压端连接，省略了电荷泵-低通滤波器电路，或是运算放大器-低通滤波器电路，避免了电流失配、开关延时失配、电荷注入、电荷共享和时钟溃通等问题，提升了电路的性能。

4、在一种可选的实施方式中，所述压力电压产生模块还包括半导体衬底、第一电机和第二电机；所述第一输入电压端还与所述第一电机连接，所述第二输入电压端还与所述第二电机连接；所述第一电机和所述第二电机在所述半导体衬底的一侧表面上沿所述第一方向间隔设置；所述第一电极设置在所述第一电机远离所述半导体衬底的一侧表面上，所述第二电极设置在所述第二电机远离所述半导体衬底的一侧表面上；所述二维材料层设置在所述柔性衬底远离所述半导体衬底的一侧表面上，所述第一电机基于所述第一输入电压端的电压信号控制所述第一电极沿所述第一方向移动，所述第二电机基于所述第二输入电压端的电压信号控制所述第二电极沿所述第一方向移动，以调整所述第一电极和所述第二电极在所述第一方向的相对距离。

5、在本实施例中，通过电机驱动电极移动，可以精细调节转速和转矩，进而准确控制两个电极在第一方向上的相对距离，保证输出的目标控制电压信号的准确性，而且，电机的响应速度较快，从而更快速的将鉴频鉴相器输出的up电压信号和down电压信号转化为目标控制电压信号。

6、在一种可选的实施方式中，所述谐振振荡电路还包括第二输出电压端、第三输出电压端、谐振电路和负阻电路模块，所述谐振电路包括电感、第一变电容和第二变电容，所述负阻电路模块包括第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；所述第一开关管和所述第二开关管对称设置，所述第三开关管和所述第四开关管对称设置，所述第一开关管的一个连接端、所述第二开关管的控制端、所述第三开关管的一个连接端和所述第四开关管的控制端均与所述第二输出电压端连接，所述第一开关管的控制端、所述第二开关管的一个连接端、所述第三开关管的控制端和所述第四开关管的一个连接端均与所述第三输出电压端连接，所述第一开关管的另一个连接端和所述第二开关管的另一个连接端均与供电电源连接，所述第三开关管的另一个连接端和所述第四开关管的另一个连接端均接地；所述第一变电容和所述第二变电容对称设置，所述第一变电容的一端和所述第二变电容的一端均与所述第三输入电压端连接，所述第一变电容的另一端与所述第二输出电压端连接，所述第二变电容的另一端与所述第三输出电压端连接，所述电感的一端与所述第二输出电压端连接，所述电感的另一端与所述第三输出电压端连接。

7、在本实施例中，谐振振荡电路是一种电流偏置型负阻差分振荡器，差分设计可以提高谐振振荡电路的共模抑制能力，减少噪声干扰，提高振荡波形的质量，有助于获得更好的频率稳定性和纯净的输出信号。

8、在一种可选的实施方式中，所述谐振振荡电路还包括第四输入电压端、第三变电容和第四变电容；所述第三变电容和所述第四变电容对称设置，所述第三变电容的一端和所述第四变电容的一端均与所述第四输入电压端连接，所述第三变电容的另一端与所述第二输出电压端连接，所述第四变电容的另一端与所述第三输出电压端连接。

9、在本实施例中，通过设置第四输入电压端vcoarse对谐振振荡电路的频率进行初步调控，补偿工艺、温度、压力和湿度等环境因素对谐振振荡电路的工作频率的影响。

10、在一种可选的实施方式中，所述第三变电容和所述第四变电容的尺寸均大于所述第一变电容的尺寸，所述第三变电容和所述第四变电容的尺寸均大于所述第二变电容的尺寸。

11、在本实施例中，将与第三输入电压端口连接的第一变电容和第二变电容的尺寸取小一些，可以降低压控振荡器电路的压控灵敏度，进而减少vstrain上的控制电压纹波对压控振荡器电路的输出信号的影响。同时，将与第四输入电压端连接的第三变电容和第四变电容的尺寸取大一些，可以使不同工艺角下的压控振荡器电路都可以工作在所需要的频率下。

12、在一种可选的实施方式中，所述谐振振荡电路还包括第五电容、第六电容、第一电阻、第二电阻和第五输入电压端；所述第一变电容的另一端通过所述第五电容与所述第二输出电压端连接，所述第二变电容的另一端通过所述第六电容与所述第三输出电压端连接，所述第一电阻的一端连接所述第一变电容的另一端和所述第五电容，所述第二电阻的一端连接所述第二变电容的另一端和所述第六电容，所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的另一端均与所述第五输入电压端连接。

13、在本实施例中，将固定电容（第五电容）与第一变电容串联连接，固定电容（第六电容）与第二变电容串联连接，然后通过第五输入电压端外加偏置电压改变第一变电容和第二变电容的电容-电压特性曲线线性调节范围，从而调整压控灵敏度的线性度，提高压控灵敏度的线性度。

14、在一种可选的实施方式中，所述谐振振荡电路还包括偏置电压输入端和第五开关管；所述第三开关管的另一个连接端和所述第四开关管的另一个连接端均与所述第五开关管的一个连接端连接，所述第五开关管的另一个连接端接地，所述第五开关管的控制端与所述偏置电压输入端连接。

15、在一种可选的实施方式中，所述谐振电路的等效电阻大于所述负阻电路模块的有源负阻的绝对值。

16、在一种可选的实施方式中，所述第一开关管和所述第二开关管为p型mos管，所述第三开关管和所述第四开关管为n型mos管。

17、本发明将第一开关管m1和第二开关管m2设置为p型mos管，第三开关管m3和第四开关管m4设置为n型mos管，能够使谐振振荡电路具有较宽的调谐范围和较快的工作速度。

18、在一种可选的实施方式中，所述负阻电路模块的有源负阻基于n型mos管的小信号跨导和p型mos管的小信号跨导确定。

19、在一种可选的实施方式中，所述负阻电路模块的有源负阻通过如下公式确定：

20、

21、其中，表示所述有源负阻，表示p型mos管的小信号跨导，表示n型mos管的小信号跨导。

22、在一种可选的实施方式中，所述谐振电路的等效电阻基于谐振频率、电感值和品质因数确定。

23、在一种可选的实施方式中，所述谐振电路的等效电阻基于如下公式确定：

24、

25、其中，表示所述等效电阻，表示所述谐振频率，表示所述电感值，表示所述品质因数。

26、在一种可选的实施方式中，所述第一变电容和所述第二变电容均为积累型mos变容管。

27、在一种可选的实施方式中，所述二维材料层包括的原子层的数量的取值范围为1至20。

28、在一种可选的实施方式中，所述二维材料层的材料包括石墨烯、过渡金属二硫化物、过渡金属碳化物和氮化物和六方氮化硼中的至少一种。

29、在一种可选的实施方式中，所述柔性衬底的材料为聚二甲基硅氧烷、聚酰亚胺、聚碳酸酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。

30、第二方面，本发明提供了一种锁相环电路，包括鉴频鉴相器、上述第一方面或其对应的任一实施方式的压控振荡器电路和分频器；所述鉴频鉴相器包括两个输入电压端和两个输出电压端，所述鉴频鉴相器的一个输出电压端连接所述压控振荡器电路的第一输入电压端，所述鉴频鉴相器的另一个输出电压端连接所述压控振荡器电路的第二输入电压端，所述压控振荡器电路的输出端通过所述分频器与所述鉴频鉴相器的一个输入电压端连接，使所述鉴频鉴相器接收反馈电压信号，所述鉴频鉴相器的另一个输入电压端接收参考电压信号；所述鉴频鉴相器用于检测所述反馈电压信号和所述参考电压信号的频率差和/或相位差，并通过两个输出电压端输出包含频率差和/或相位差信息的电压信号。

31、在一种可选的实施方式中，在所述反馈电压信号的频率和所述参考电压信号的频率相同，且所述反馈电压信号的相位和所述参考电压信号的相位相同的情况下，所述鉴频鉴相器的两个输出电压端输出的电压信号均为低电平信号。

32、在一种可选的实施方式中，在所述反馈电压信号的频率和所述参考电压信号的频率不相同，和/或所述反馈电压信号的相位和所述参考电压信号的相位不相同的情况下，所述鉴频鉴相器的一个输出电压端输出的电压信号为高电平信号，所述鉴频鉴相器的另一个输出电压端输出的电压信号为低电平信号。

33、本发明提供的压控振荡器电路，可以直接将鉴频鉴相器输出的up电压信号和down电压信号输入到压控振荡器电路，省略了电荷泵-低通滤波器电路，或是运算放大器-低通滤波器电路，避免了电流失配、开关延时失配、电荷注入、电荷共享和时钟溃通等问题，提升了电路的性能。