[發明專利]一種用于數控振蕩器的最小變電容結構及其方法

在審

• 申請號: 201410818427.2
• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104539287A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 李斌;王銀強;吳朝暉
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭瑩

技術領域

本發明屬于射頻通信芯片設計領域，尤其是涉及一種用于數控振蕩器的最小變電容結構及其方法。

背景技術

隨著CMOS工藝的特征尺寸進入深亞微米和超深亞微米階段，集成電路的電源電壓隨著工藝尺寸的持續縮小而不斷降低，射頻電路的電壓裕度不斷降低，以及片內噪聲環境不斷惡化，CMOS工藝下射頻電路的設計面臨嚴峻挑戰。為了解決這一問題，數字射頻技術被提出。在數字射頻技術中，全數字鎖相環（ADPLL）是實現數字射頻的關鍵模塊。鎖相環中幾乎所有模塊都是數字的，部分模塊甚至可以通過硬件描述語言進行設計并綜合。

數控振蕩器（DCO）是全數字鎖相環（ADPLL）設計的重要組成部分，其能根據輸入的數字控制字產生相應的頻率信號，以取代傳統鎖相環中的壓控振蕩器。隨著電壓的降低，傳統的壓控振蕩器電壓調節范圍越來越小，而對于DCO，由于其輸入數字信號工作在高電平或低電平，電壓的降低對其影響較小。DCO與數模變換器一樣，由于自身調頻精度限制會引起量化噪聲。通常可采用Σ-Δ調制技術進一步提高量化精度，減小噪聲的影響。但最根本的辦法還是提高調頻精度。在特定工藝條件下，DCO頻率精度和相位噪聲性能很大程度上依賴于數字信號所能控制的最小變電容值。越先進的工藝能實現的最小變電容值越小，因此，為了獲得更高的調頻精度必需選擇更先進的工藝，但設計成本也隨之增加。

業內一般通過調整數控MOS變容管的結構來實現最小變電容值，常用的MOS變容管結構有兩種：

一種是只采用互補型數控MOS變容管結構而未跨接失配電容，這種結構可以在相同工藝下得到較小的最小變電容值（ΔC）。該互補型數控MOS變容管由一個較大尺寸的MOS變容管與一個較小尺寸的MOS變容管組成。通過合理設置兩個變容管的尺寸，可以使得最小變電容值（ΔC）小于一定工藝下最小變容管所能得到的最小變電容值。兩對變容管的尺寸越小且越接近，其能實現的最小變電容值（ΔC）就越小，但工藝誤差對設計結果的影響也越大。同時這種結構也不能解決大擺幅振蕩信號下的非線性問題。

另一種是采用失配電容對跨接單個MOS變容管結構，這種結構通過在單個MOS變容管兩端跨接失配電容對的方式，來實現最小變電容值（ΔC）。這種結構所能實現的最小變電容值與失配電容對的電容值大小有關，當失配電容對的電容值越小時，所能實現的最小變電容值（ΔC）越小。而常用的失配電容對一般采用MIM電容，這種電容的電容值較大，限制了這種結構所能實現的最小變電容值。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是：提供一種工藝誤差對設計結果影響小、精度高和失配電容對對最小電容值的限制小的，用于數控振蕩器的最小變電容結構。

本發明的另一目的是：提供一種工藝誤差對設計結果影響小、精度高和失配電容對的電容值對最小電容值的限制小的，用于數控振蕩器的最小變電容方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種用于數控振蕩器的最小變電容結構，包括互補型變容管、第一失配電容對、第二失配電容對和兩級反相器，所述兩級反相器的輸入端為該最小變電容結構的輸入端，所述兩級反相器的輸出端與互補型變容管的輸入端連接，所述互補型變容管的第一輸出端與第一失配電容對的輸入端連接，所述互補型變容管的第二輸出端與第二失配電容對的輸入端連接；所述第一失配電容對的第一輸出端與第二失配電容對的第一輸出端相連作為該最小變電容結構的第一輸出端，所述第一失配電容對的第二輸出端與第二失配電容對的第二輸出端相連作為該最小變電容結構的第二輸出端。

進一步，所述兩級反相器包括第一反相器和第二反相器，所述第一反相器的輸入端為該最小變電容結構的輸入端，所述第一反相器的輸出端分別與第二反相器的輸入端和互補型變容管的輸入端連接，所述第二反相器的輸出端與互補型變容管的輸入端連接。

進一步，所述互補型變容管包括第一變容管和第二變容管，所述第一變容管和第二變容管并行連接在第一失配電容對和第二失配電容對之間，所述第一變容管的輸入端與第一反相器的輸出端連接，所述第二變容管的輸入端與第二反相器的輸出端連接。

進一步，所述第二變容管的有效變電容值小于第一變容管的有效變電容值。