[發(fā)明專(zhuān)利]電壓控制振蕩電路

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710193634.3
• 申請(qǐng)日: 2007-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101442310A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾子建
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 瑞昱半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H03L7/08
• 分類(lèi)號(hào): H03L7/08;H03L7/099;H03K17/687
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 蒲邁文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電壓控制振蕩器，特別是一種應(yīng)用于電流模式鎖存型的電壓控制振蕩器。

背景技術(shù)

一般傳統(tǒng)的電流模式(current?mode?logic，CML)鎖存(latch)型的電壓控制振蕩器(voltage?controlled?oscillator，VCO)，其輸出頻率曲線(xiàn)在一定的調(diào)制范圍內(nèi)可以維持一階(first-order)的特性。因此，具有線(xiàn)性度高的優(yōu)點(diǎn)，且如果應(yīng)用于鎖相回路(phase?locked?loop，PLL)中，振蕩器的相位噪聲(phase?noise)也相當(dāng)小。

傳統(tǒng)的電流模式鎖存型的電壓控制振蕩器(CML-latch?type?VCO)，實(shí)現(xiàn)方法如「圖1A」所示。電壓控制振蕩器A1包含：放大電路A10、交叉耦接鎖存電路(cross-coupled?latch)A20、負(fù)載電阻A30、及電流調(diào)制電路A40。且電壓控制振蕩器A1的電壓輸出處(V_out)連接負(fù)載電容(C_load)。因此，上述的電壓控制振蕩器A1(VCO?cell)的等效電路，可以看成是負(fù)載電阻A30和交叉耦接鎖存電路A20所形成的電阻(-1/gm)并聯(lián)，再與輸出的負(fù)載電容形成的一個(gè)RC回路。其中，放大電路A10作為電壓控制電流源以提供電流予RC回路，用以維持電壓控制振蕩器的振蕩能量。而藉由調(diào)整電流調(diào)制電路A40中的第一控制電壓V_C1與第二控制電壓V_C2，可以控制流過(guò)放大電路A10與交叉耦接鎖存電路A20的電流比例。

電流模式鎖存型的電壓控制振蕩器，其工作電壓及偏壓點(diǎn)(biasing?point)須保證所有的MOS晶體管皆操作于飽和區(qū)(saturation?region)。以「圖1A」作說(shuō)明，于電源電壓(V_dd)到接地電壓(V_GN)之間其中某一條回路為例，共串聯(lián)負(fù)載電阻A30、放大電路A10中的一顆MOS晶體管、電流調(diào)制電路A40中的一顆MOS晶體管，及電流調(diào)制電路A40中的電流源(電流源于實(shí)現(xiàn)上通常為MOS電流鏡所鏡像的電流，因此電流源也可當(dāng)作是MOS晶體管)。如此，總共串聯(lián)3顆MOS晶體管與一負(fù)載電阻A30。因此，整體來(lái)說(shuō)，為了使得電壓控制振蕩器能夠正確操作，所需的工作電壓至少為V_t+3*V_dsat+V_swing；其中，V_t為MOS晶體管的閥值電壓(threshold?voltage)，V_dsat為MOS晶體管的飽和電壓，而V_swing為負(fù)載電阻A30兩端的飄移電壓。從信號(hào)處理的角度觀之，V_swing的輸出振幅通常會(huì)希望取大一些，以使得電路具有較佳的抗噪聲及抗抖動(dòng)的能力，但實(shí)際上為了確保下一級(jí)電路的輸入放大器之MOS晶體管也能夠維持在飽和區(qū)，則V_swing的值最大為V_t。如此，整個(gè)電壓控制振蕩器所需的工作電壓至少為2*V_t+3*V_dsat。這對(duì)電源電壓日漸縮小的趨勢(shì)來(lái)說(shuō)是很?chē)?yán)苛的限制，特別是在先進(jìn)制程里，MOS晶體管的門(mén)檻電壓相較于電源電壓的比例提高，如此造成電源電壓的電壓余度(voltageheadroom)不足，將使得傳統(tǒng)的電流模式鎖存型的電壓控制振蕩器的應(yīng)用受到局限。

請(qǐng)參照「圖1B」，該圖所示為已知電流模式鎖存型的電壓控制振蕩器的第二例。為了解決上述的電壓余度的問(wèn)題，采用如「圖1B」的方式。利用電流鏡(current?mirror)A50將欲調(diào)制的電流折往電源端，改用PMOS晶體管A60來(lái)控制電壓調(diào)制量。采用這種做法可將原本第一例中電壓控制振蕩器的操作電壓限制由原來(lái)的2*V_t+3*V_dsat降低至2*V_t+2*V_dsat。減少了一個(gè)MOS晶體管的串聯(lián)所造成的壓降(即一個(gè)V_dsat)。

然而，采用上述第二例的方式將產(chǎn)生新的問(wèn)題。由于電流鏡A50間的不匹配會(huì)造成誤差的累加，進(jìn)而使得噪聲增加。因此，電流鏡A50的匹配度(matching)需要夠好，才不致讓誤差大過(guò)欲調(diào)制的量。由于制程條件的關(guān)系，不易制造出完全匹配的晶體管，而組成完全匹配的電流鏡。所以，第二例所采用的方式固然降低操作電壓的限制，而增加了電壓余度，但同時(shí)也因?yàn)殡娏麋R不匹配的關(guān)系，而增加了噪聲。

發(fā)明內(nèi)容