[发明专利]基于堆叠式的低功耗FBAR振荡器电路及其工作方法

说明书

本发明提出一种基于堆叠式的低功耗FBAR振荡器电路及其工作方法，其特征在于，包括：依次连接的：电源端口、电流产生电路单元和基于堆叠式核心振荡电路单元；所述电流产生电路单元用于产生与输入电源电压无关的电流；所述基于堆叠式核心振荡单元用于提供负阻用于补偿谐振回路的能量损耗。该电路基于堆叠式的Pierce振荡器结构，能够实现较大的输出摆幅，并且具有低功耗、低相位噪声、面积小等特性。

技术领域

本发明属于振荡电路技术领域，具体为一种低功耗、低相位噪声、面积小的振荡电路，尤其涉及一种基于堆叠式的低功耗FBAR振荡器电路及其工作方法。

背景技术

随着物联网的快速发展，对无线传感器节点提出了低功耗，低相位噪声，低成本的高要求。由于石英晶振尺寸大，加工过程困难，抗冲击和抗振动能力差已经无法满足无线通信系统的需求。因此一个精准度高，低功耗，低相位噪声的FBAR振荡电路尤为重要。

对于传统的Pierce振荡器，振荡器的功耗主要由反相器电路组成的负阻决定。因此对于Pierce振荡器的优化都局限于改进反相器降低功耗，例如让反相器中晶体管工作在弱反型区等技术，但是缺点在于稳定性差且不适合于高频频段，因此无法满足于无线通信中。

发明内容

有鉴于此，为了弥补现有技术的空白和不足，本发明的目的在于提供一种基于堆叠式的低功耗FBAR振荡器电路及其工作方法，克服了Pierce振荡器中功耗高，相位噪声性能差的缺点，且可集成度高。提供的基于堆叠式的低功耗FBAR振荡器电路包括：电源端口、电流产生电路单元和基于堆叠式核心振荡电路单元；电源端口，用于提供一个3.3V的电源电压；电流产生电路单元，用于产生一个与输入电源电压无关的电流；基于堆叠式基于堆叠式核心振荡电路单元，其中包括由负载电容C₁、C₂和FBAR谐振器构成的Π型网络的带通(低通)滤波器和N阶堆叠的反相器用于提供负阻补偿谐振回路的能量损耗。该电路基于堆叠式的Pierce振荡器结构，能够实现较大的输出摆幅，并且具有低功耗、低相位噪声、面积小等特性。

本发明具体采用以下技术方案：

一种基于堆叠式的低功耗FBAR振荡器电路，其特征在于，包括：依次连接的：电源端口、电流产生电路单元和基于堆叠式核心振荡电路单元；所述电流产生电路单元用于产生与输入电源电压无关的电流；所述基于堆叠式核心振荡单元用于提供负阻用于补偿谐振回路的能量损耗。

进一步地，所述电源端口用于提供3.3V的电源电压；电路中MOS管的电源电压均为3.3V。

进一步地，所述电流产生电路单元采用Widlar电流镜结构。

进一步地，所述电流产生电路单元包括MOS管PM₁、PM₂、NM₁、NM₂、NM₃、NM₄、PM₃和控制电阻R_b，其中，MOS管PM₁、PM₂和PM₃的栅极相连接，漏极也相连接；MOS管PM₁、PM₂、NM₁、NM₂的源极和栅极均连接电源端口；MOS管PM₃的漏极为产生电流输出端；MOS管NM₁和NM₂的漏极分别连接MOS管NM₃和NM₄的源极；MOS管NM₃和NM₄的栅极相连接，MOS管NM₃的漏极经控制电阻R_b接地，NM₄的漏极直接接地。

进一步地，所述基于堆叠式核心振荡电路单元包括由负载电容和FBAR谐振器构成的Π型网络形式的带通滤波器，以及N阶反相器；所述N阶反相器为N个并联的反相器。