[發(fā)明專利]一種高速的環(huán)形壓控振蕩器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310342362.4
• 申請日: 2013-08-08
• 公開（公告）號: CN103414466A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張長春;房軍梁;陳德媛;郭宇鋒;方玉明
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路設(shè)計領(lǐng)域，主要涉及到一種高速的、高調(diào)諧線性度的環(huán)形壓控振蕩器。

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(yīng)用于鎖相環(huán)、時鐘恢復(fù)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(biāo)準(zhǔn)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。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)。圖1為傳統(tǒng)的延遲單元結(jié)構(gòu)。

環(huán)形振蕩器的頻率主要由環(huán)路級數(shù)與延遲單元的延遲時間決定，為了提高環(huán)形振蕩器的振蕩頻率，目前提出的有針對改進(jìn)環(huán)路結(jié)構(gòu)的前饋技術(shù)、矢量疊加法等。由振蕩理論可知，將帶寬拓展技術(shù)應(yīng)用于延遲單元電路，拓展延遲單元的帶寬也會有效提高振蕩頻率。

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速、高調(diào)諧線性度的環(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)明的高速的環(huán)形壓控振蕩器由四級延遲單元串聯(lián)組成，其中每一級延遲單元的負(fù)輸出端Vout-接下一級延遲單元的正輸入端Vin+，每一級延遲單元的正輸出端Vout+接下一級延遲單元的負(fù)輸入端Vin-；最后一級延遲單元的負(fù)輸出端Vout-接至第一級延遲單元的負(fù)輸入端Vin-，最后一級延遲單元的正輸出端Vout+?接至第一級延遲單元的正輸入端Vin+。

所述的延遲單元包括第一對NMOS管M1a，M1b、第一對PMOS管M2a，M2b、第二對NMOS管M3a，M3b、第二對PMOS管M4a，M4b、第三對PMOS管M5a，M5b，尾電流管M6，其中：

第一對NMOS管M1a，M1b為差分輸入對管，其柵極分別接正輸入端Vin+和負(fù)輸入端Vin-，漏極分別接負(fù)輸出端Vout-和正輸出端Vout+，源極接尾電流管M6的漏極；

第一對PMOS管M2a，M2b與第二對NMOS管M3a，M3b為有源電感結(jié)構(gòu)，第一對PMOS管M2a，M2b的柵極接偏置電壓Vbias1，源極接電源vdd，漏極分別接第二對NMOS管M3a，M3b的柵極；

第二對NMOS管M3a，M3b的源極分別接負(fù)輸出端Vout-和正輸出端Vout+，漏極接電源vdd；

第二對PMOS管M4a，M4b的柵極接地gnd，源極接電源vdd，漏極分別接負(fù)輸出端Vout-和正輸出端Vout+；

第三對PMOS管M5a，M5b作壓控電阻用，其柵極接控制電壓Vc，源極接電源vdd，漏極接負(fù)輸出端Vout-和正輸出端Vout+；

尾電流管M6柵極接偏置電壓Vbias2，漏極接第一對NMOS管的源極，尾電流管M6源極接地。

有益效果：本發(fā)明在延遲單元結(jié)構(gòu)中引入有源電感結(jié)構(gòu)，拓展了延遲單元的帶寬，環(huán)形振蕩器的頻率有效提高。采用由柵極電壓控制工作在線性區(qū)的MOS管的阻值的方式調(diào)節(jié)頻率，與控制尾電流的調(diào)節(jié)方式相比，輸出擺幅在整個調(diào)諧范圍內(nèi)穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)的延遲單元結(jié)構(gòu)；

圖2是本發(fā)明差分結(jié)構(gòu)延遲單元電路圖；

圖3是本發(fā)明環(huán)形振蕩器電路圖；

圖4是本發(fā)明環(huán)形壓控振蕩器的壓控曲線示意圖；

圖5是本發(fā)明環(huán)形壓控振蕩器在Vc=600mV時的相位噪聲曲線。

具體實施方式

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

本發(fā)明的高速的環(huán)形壓控振蕩器由四級延遲單元串聯(lián)組成，其中每一級延遲單元的負(fù)輸出端Vout-接下一級延遲單元的正輸入端Vin+，每一級延遲單元的正輸出端Vout+接下一級延遲單元的負(fù)輸入端Vin-；最后一級延遲單元的負(fù)輸出端Vout-接至第一級延遲單元的負(fù)輸入端Vin-，最后一級延遲單元的正輸出端Vout+?接至第一級延遲單元的正輸入端Vin+。