[發明專利]一種可提高數控振蕩器頻率分辨率的變容管

有效

• 申請號: 201210181417.3
• 申請日: 2012-06-05
• 公開（公告）號: CN102694031A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 李巍;牛楊楊;李寧;任俊彥
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H03L7/099
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，具體涉及一種可提高數控振蕩器頻率分辨率的變容管，可用于全數字鎖相環、頻率綜合器等需要進行精細調諧的數?；旌闲酒?。

背景技術

隨著CMOS工藝進入納米時代，工藝尺寸的減小和集成度的增加，數?；旌霞呻娐返脑O計和應用越來越廣泛，例如，與小尺寸半導體工藝發展趨勢相適應的全數字鎖相環替代電荷泵鎖相環。數控振蕩器是數?；旌霞呻娐分械闹匾K之一。但是數控振蕩器輸出的頻點是離散的，所以會引入額外的量化噪聲。為了保證該量化噪聲不會顯著影響系統的性能，數控振蕩器需要很精細的頻率分辨率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能實現精細的電容調諧、提高數控振蕩器的頻率分辨率的變容管，從而降低數控振蕩器引入的量化噪聲。?

本發明提供的變容管，由單個金屬氧化物半導體場效應晶體管構成。所述金屬氧化物半導體場效應晶體管可以有兩種形式：P型金屬氧化物半導體場效應晶體管和N型金屬氧化物半導體場效應晶體管；當由單個P型金屬氧化物半導體場效應晶體管構成時，該晶體管源端和體端都連接到電源，控制電壓連接到漏端，輸出電容在柵端得到；當由單個N型金屬氧化物半導體場效應晶體管構成時，該晶體管源端和體端都連接到地，控制電壓連接到漏端，輸出電容在柵端得到。

本發明的變容管，利用了金屬氧化物半導體場效應晶體管工作在線性區和飽和區時柵電容的差值，實現精細的電容調諧，提高了數控振蕩器的頻率分辨率，從而降低數控振蕩器引入的量化噪聲。?

附圖說明

圖1由單個P型金屬氧化物半導體場效應晶體管構成的變容管。

圖2由單個N型金屬氧化物半導體場效應晶體管構成的變容管。

圖3由單個P型金屬氧化物半導體場效應晶體管構成的變容管的電容-電壓特性曲線（P型金屬氧化物半導體場效應晶體管的尺寸取0.13μm?CMOS工藝中的最小尺寸）。

圖4由單個N型金屬氧化物半導體場效應晶體管構成的變容管的電容-電壓特性曲線（N型金屬氧化物半導體場效應晶體管取0.13μm工藝中的最小尺寸）。

圖5數控振蕩器拓撲結構。

圖6數字控制粗調諧電容陣列的單元結構。

圖7數字控制中等調諧電容陣列的單元結構列。

圖8數字控制精細調諧電容陣列的單元結構。

圖9精細調諧曲線（3087MHz頻點附近）。

圖中標號：501為數字控制粗調諧電容陣列；502為數字控制中等調諧電容陣列，503為數字控制精細調諧電容陣列。

具體實施方式

如圖1所示，是由單個P型金屬氧化物半導體場效應晶體管構成的變容管。其源端和體端都連接到電源，控制電壓連接到漏端，輸出電容在柵端得到。

如圖2所示，是由單個N型金屬氧化物半導體場效應晶體管構成的變容管。其源端和體端都連接到地，控制電壓連接到漏端，輸出電容在柵端得到。

下面說明本發明提供的變容管的工作原理。

如圖3所示，是由單個P型金屬氧化物半導體場效應晶體管構成的變容管的電容-電壓特性曲線（P型金屬氧化物半導體場效應晶體管取0.13μm工藝中的最小尺寸）。當控制電壓為1.2V、P型變容管處于圖3中的區域1時，P型金屬氧化物半導體場效應晶體管工作在線性區，其電容可以表示為：

其中，W和L表示金屬氧化物半導體場效應晶體管的柵長和寬，C_ox表示單位面積的柵氧化層電容，C_ov表示單位寬度的交疊電容。當控制電壓為0V、P型變容管處于圖3中的區域1時，P型金屬氧化物半導體場效應晶體管工作在飽和區，其電容可以表示為：

當P型變容管處于圖3中的區域2時，無論控制電壓為1.2V還是0V，P型金屬氧化物半導體場效應晶體管都工作處于耗盡模式，其電容值保持在較小值。

由式（1）和（2）可知，當控制電壓在高、低電平之間改變時，本發明中P型變容管的電容值臺階約為1/3*(W*L*C_ox)。兩種狀態的平均電容值變化量同標準變容管和反型變容管相比大大減小，從而可以提高數控振蕩器的頻率分辨率。