[發明專利]一種高頻CMOS壓控振蕩器

在審

• 申請號: 201310607723.3
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103618545A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蘇州貝克微電子有限公司
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種壓控振蕩器,尤其是,獲取一個時鐘頻率變量的方法和裝置，并且其在不同溫度、過程和電源電壓下有嚴格的輸出范圍和占空比。

背景技術：

圖1所示為基本鎖相回路(PLL)系統10,包括三個基本要素——一個相位探測器12一個回路濾波器14和壓控振蕩器(VCO)16——相互連接形成一個反饋系統。相位檢波器12比較輸入信號與V_S(t)的相位與壓控振蕩器（VCO）16的輸出頻率V_O(t)，并生成一個相應的誤差電壓信號V_d(t)。誤差電壓信號V_d(t)通過回路濾波器14過濾，并以誤差電壓V_e(t)的形式接到（VCO）16的控制終端，來控制其振蕩的頻率。

壓控振蕩器16是鎖相回路系統10最關鍵的元素。控制斜率即輸出頻率V_O(t)依賴控制電壓V_e(t),并由壓控振蕩器16的轉換增益常數K_VCO決定。同樣,鎖相回路系統10的電壓頻率線性轉換特點僅由壓控振蕩器16的控制特性的局限性確定。因此,壓控振蕩器16的穩定和控制特點是單片鎖相回路電路參數設計的關鍵。

壓控振蕩器16模擬電路必須不受芯片內外噪聲來源的影響。否則,其輸出V_O(t)會出現短期頻率不穩定或波動現象。保持低VCO增益常數K_VCO可以減少噪聲靈敏度。通常壓控振蕩器所需的操作頻率范圍為幾兆赫茲到200兆赫茲以上。調諧范圍需要高達2：1。為容易兼容5V電源限制和最小相位檢測器/電荷泵解決方案,調整電壓應該大約為1.5V(-1.5V)。

如上所述,VCO增益常數K_VCO必須控制好,以確保循環過濾方案的可預測性和穩定性。這在數據采集和大容量存儲應用程序時尤其重要，如磁盤控制器和恒定密度記錄。在更高的輸出頻率,占空比也很關鍵。

在許多應用程序中,對壓控振蕩器設計的選擇過程為互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術。但是現有的CMOS壓控振蕩器的設計已經嚴重受過程變化的影響,從而導致VCO增益常數K_VCO的大變化,并要求外部切邊組件。外部組件增加了引腳和鎖相回路芯片成本，并通過噪聲可以被耦合到敏感的模擬部分芯片提供了一個天線。

因此，它將需要有一個以CMOS為基礎的正式的鎖相環，其中鎖相環有壓控振蕩器頻率控制,增益控制和較好的占空比特性，并且沒有使用外部組件。

發明內容：

本發明提供了一種包含增益常數和占空比補償的高頻CMOS壓控振蕩器。電壓控制的振蕩器電路包括一個多級環形振蕩器,其中多級環形振蕩器包括多個由n溝道和p溝道晶體管組成的串聯反相階段。環形振蕩器通過響應控制電流信號來控制環振蕩器的振蕩頻率。一個電壓/電流轉換器，將一個調諧電壓輸入信號轉換成相應的輸出電流信號,不受n溝道和p溝道晶體管的通道強度影響。流程反饋電路響應調諧電壓輸入信號，提供一個與p溝道和n溝道晶體管的通道強度對應的電流轉存輸出信號。跳變點反饋端響應輸出信號和電流轉存輸出信號，并提供一個凈環電流信號作為環形振蕩器端的控制電流信號,凈環電流信號代表輸出信號和當前轉存輸出信號之間的差異。

本發明的技術解決方案：

通過參考下面的詳細描述，利用體現發明上述特點的相應圖紙，對本發明的特性和優勢作更好的理解。

對比專利文獻：CN201323551Y全差分壓控振蕩器電路200820145144.6

附圖說明：

圖1為一個常見鎖相環(PLL)的基本元件框圖說明。

圖2為一個依照本發明的壓控振蕩器(VCO)框圖。

圖3為一個在圖2所示的壓控振蕩器中使用的電壓/電流轉換器原理圖。

圖4為一個環形跳變點補償電路和圖2所示的壓控振蕩器中使用的普通環形振蕩器原理圖。

圖4A為圖4電路的概括性示意圖。

圖5為圖2所示的壓控振蕩器中體現過程的補償電路原理圖。

圖5A為環形振蕩器控制電流與調諧電壓示意圖。

圖6為本發明壓控振蕩器的頻率與過程和操作條件曲線圖。

具體實施方式：

圖2所示為一個按照本發明包含增益常數和占空比補償的CMOS壓控振蕩器(VCO)20的原理框圖。