[發(fā)明專利]一種高調(diào)諧線性度寬調(diào)諧范圍環(huán)形壓控振蕩器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310040693.2
• 申請日: 2013-02-03
• 公開（公告）號: CN103117706A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張長春;房軍梁;陳德媛;郭宇鋒;方玉明;李衛(wèi);劉蕾蕾
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H03B5/32
• 分類號: H03B5/32
• 代理公司: 江蘇愛信律師事務所 32241
• 代理人: 唐小紅

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明屬于半導體集成電路設(shè)計領(lǐng)域，主要涉及到一種高調(diào)諧線性度、寬調(diào)諧范圍的環(huán)形壓控振蕩器。

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背景技術(shù)

????壓控振蕩器(Voltage-Controlled-Oscillator，VCO)是頻率隨電壓變化的信號源，廣泛應用于鎖相環(huán)、時鐘恢復和頻率綜合電路中，是這些電路的關(guān)鍵部件。在集成電路中，壓控振蕩器可以分為環(huán)形振蕩器和電感電容振蕩器兩大類。電感電容振蕩器的噪聲性能較好，但需要額外的工藝集成電感，而且占用面積較大。環(huán)形振蕩器可以采用標準CMOS工藝實現(xiàn)，相對面積較小，同時具有較寬的調(diào)諧范圍，適合片上系統(tǒng)采用。

環(huán)形振蕩器可分為單端結(jié)構(gòu)和差分結(jié)構(gòu)兩類，如圖1和圖2所示。單端結(jié)構(gòu)的環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)簡單，所占芯片面積小，可以實現(xiàn)全擺幅輸出，但是對共模噪聲及電源電壓的噪聲抑制能力差，相位噪聲差。差分結(jié)構(gòu)的環(huán)形振蕩器對共模噪聲的抑制能力優(yōu)于單端結(jié)構(gòu)，而且電路結(jié)構(gòu)靈活，環(huán)形振蕩器普遍采用差分結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。

如圖3所示，?環(huán)形振蕩器的一種實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)方法是在延遲單元的耦合回路中加入控制管，控制電壓控制耦合強度，實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)。控制電壓足夠高時，電路才能實現(xiàn)耦合，耦合強度由電壓控制，當電壓低時，耦合強度不夠，電路不易振蕩，這種調(diào)節(jié)方式通常會導致調(diào)諧范圍不夠?qū)捇蛘哒{(diào)諧線性度不夠好。另一方面振蕩器的頻率受到工藝水平的限制，近年來在提高頻率方面使用較多的是前饋技術(shù)，在延遲單元引入第二輸入端，由電路前兩級的輸出提供前饋信號，使得次輸入對管提前開啟，對輸出端充電，可以提高頻率。

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發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有環(huán)形壓控振蕩器的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種高調(diào)諧線性度、寬調(diào)諧范圍的環(huán)形壓控振蕩器。

技術(shù)方案：為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一種高調(diào)諧線性度寬調(diào)諧范圍環(huán)形壓控振蕩器，所述環(huán)形壓控振蕩器由串聯(lián)的四級延遲單元組成，其中第一級延遲單元的輸出接第二級延遲單元的主輸入端同時交叉接第三級的次輸入端，第二級延遲單元的輸出接第三級延遲單元的主輸入端同時接第四級延遲單元的次輸入端，第三級的輸出接第四級的主輸入端同時接第一級的次輸入端，第四級的輸出交叉連接至第一級的主輸入端同時接第二級的次輸入端。

所述的延遲單元包括第一對NMOS管、第二對NMOS管、第三對NMOS管、第一對PMOS管、第二對PMOS管、第三對PMOS管，其中第一對NMOS管為主輸入差分對管，其柵極分別接差分輸入信號，漏極分別接差分輸出節(jié)點，源極都接地；第二對NMOS管交叉耦合連接，其柵極分別接第三對NMOS管的源極，漏極分別接輸出節(jié)點，源極接地；第三對NMOS管為第二對NMOS管的耦合強度控制管，其柵極接控制電壓，漏極分別接輸出節(jié)點，源極分別接第二對NMOS管的漏極；第一對PMOS管為次輸入差分對管，柵極分別接環(huán)路前兩級提供的前饋差分信號，漏極接輸出節(jié)點，源極接電源VDD；第二對PMOS管的柵極接控制電壓，漏極接輸出節(jié)點源極接電源VDD；第三對PMOS管交叉耦合連接，柵極分別接輸出節(jié)點，漏極接輸出節(jié)點，源極接電源VDD。

有益效果：本發(fā)明改進了延遲單元電路的電壓調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，結(jié)合運用了調(diào)節(jié)電流和調(diào)節(jié)耦合強度兩種調(diào)節(jié)方式，擴大了控制電壓的可調(diào)范圍，提高了調(diào)諧線性度，且負載端引入一對PMOS交叉耦合對管確保電路振蕩并且提供軌到軌的輸出，采用前饋技術(shù)有效的提高了振蕩頻率。

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附圖說明

??????圖1是單端結(jié)構(gòu)的環(huán)形振蕩器電路圖；

???圖2是差分結(jié)構(gòu)的環(huán)形振蕩器電路圖；

???圖3是傳統(tǒng)的控制耦合強度結(jié)構(gòu)的延遲單元電路圖；

???圖4是本發(fā)明差分結(jié)構(gòu)延遲單元電路圖；

???圖5是本發(fā)明環(huán)形振蕩器電路圖；

???圖6是本發(fā)明與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的環(huán)振的壓控曲線對比示意圖。

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具體實施方式

為了進一步說明本發(fā)明的優(yōu)勢，以下將結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式和電路結(jié)構(gòu)。