[發明專利]分段低壓控增益環形振蕩器和調諧斜率轉換電路

有效

• 申請號: 201510572080.2
• 申請日: 2015-09-10
• 公開（公告）號: CN105207670B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 吳炎輝;范麟;鄒維;艾斌斌;萬天才;劉永光;徐驊;李明劍
• 申請（專利權）人: 重慶西南集成電路設計有限責任公司
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099;H03L7/08
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙)50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及環形振蕩器，具體涉及分段低壓控增益環形振蕩器和調諧斜率轉換電路。

背景技術

鎖相環作為頻率合成器和時鐘產生電路中的關鍵單元，廣泛應用于模擬、數字及射頻芯片中。LC壓控振蕩器或壓控環形振蕩器作為鎖相環中的關鍵單元，直接決定鎖相環輸出頻率范圍，對鎖相環輸出遠端相位噪聲有很大影響。近些年，消費電子對小面積、低功耗且性能較優的IC產品提出了更高要求。

傳統壓控環形振蕩器的壓控增益較高，可以覆蓋較寬的頻率范圍，但應用在鎖相環中時，對電壓調諧端，電源端的噪聲比較敏感。較難滿足低功耗、低成本、高性能射頻系統需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供分段低壓控增益環形振蕩器和調諧斜率轉換電路。

本發明為了解決上述技術問題，本發明的第一個技術方案是：

一種分段低壓控增益環形振蕩器，包括延遲級聯電路、調諧斜率轉換電路和振蕩頻率分段控制電路；其特征在于：

所述調諧斜率轉換電路用于對調諧電壓進行轉換，將轉換后的調諧電壓輸出到延遲級聯電路的調諧電壓端，以調節級聯延遲單元的延遲時間；

所述振蕩頻率分段控制電路接收外部控制信號，根據外部控制信號輸出不同大小的電流信號，對延遲級聯電路的調諧電壓端電壓進行調節；

所述延遲級聯電路由四級延遲單元構成，前三級延遲單元輸出正端連接在下一級延遲單元的負輸入端，前三級延遲單元輸出負端連接在下一級延遲單元的正輸入端；第四級延遲單元輸出正端連接在第一級延遲單元的正輸入端，第四級延遲單元輸出負端連接在第一級延遲單元的負輸入端；四級延遲單元的調諧電壓端接在一起，接收調諧斜率轉換電路輸出的調諧電壓。

本發明采用四級延遲單元級聯構成環形振蕩器振蕩源，四級延遲單元均采用相同的電路來實現，可以實現差分輸出或正交輸出兩種輸出模式。四級延遲單元的調諧電壓端接在一起，通過改變調諧電壓端電壓，可以改變每一級延遲單元延遲時間大小，從而實現對振蕩頻率的控制。利用第一級延遲單元正負輸出端和第三級延遲單元正負輸出端，即可輸出正交振蕩信號；同樣，利用第二級延遲單元正負輸出端和第四級延遲單元正負輸出端，也可以輸出正交振蕩信號；四級延遲單元的任意一級正負輸出端均為差分信號，可以輸出差分振蕩信號。

本發明采用調諧斜率轉換電路來實現低壓控增益。即通過采用調諧斜率轉換電路，可以將輸入端vt_in的電壓變化范圍從地到電源電壓轉換成電壓變化范圍較窄的調諧電壓加入調諧電壓端vt_out，然后通過調諧電壓端vt_out來實現對延遲單元延遲時間的控制，即實現了環形振蕩器的低壓控增益控制。

采用振蕩頻率分段控制電路來改變四級延遲級聯電路調諧電壓端的電壓，實現對振蕩頻率的離散控制。將振蕩頻率的離散控制與調諧斜率轉換電路對振蕩頻率的連續控制相結合，可以實現環形振蕩器的寬振蕩頻率覆蓋。

根據本發明所述的分段低壓控增益環形振蕩器的優選方案，所述調諧斜率轉換電路包括運算放大器、PMOS管MP1、MP2、NMOS管MN1和電阻R2、R3；PMOS管MP1、MP2的柵極連接在一起，并與運算放大器輸出端連接；PMOS管MP1、MP2的源極連接接在一起；PMOS管MP1的漏極接運算放大器負輸入端，并通過電阻R2接地；PMOS管MP2的漏極通過電阻R3連接NMOS管MN1的漏極和柵極。

根據本發明所述的分段低壓控增益環形振蕩器的優選方案，所述振蕩頻率分段控制電路中包含N路電流源,N取正整數；N路電流源由N-1路可控電流源和一路常開電流源構成；N-1路可控電流源和一路常開電流源的輸出同時連接所述調諧斜率轉換電路，即根據外部控制信號輸出不同大小的電流信號，對調諧斜率轉換電路輸出的調諧電壓進行調節，即對延遲級聯電路的調諧電壓端電壓進行調節；N-1路可控電流源由外部分段控制信號控制通斷。

根據本發明所述的分段低壓控增益環形振蕩器的優選方案，可控電流源和常開電流源均由二個PMOS管構成，其中，第一PMOS管的源極接電源，第一PMOS管的基極接收電流信號；第一PMOS管的漏極與第二PMOS管的源極相接，第二PMOS管的漏極連接所述調諧斜率轉換電路，對調諧斜率轉換電路輸出的調諧電壓進行調節；構成常開電流源的二個PMOS管中的第二PMOS管的柵極接地；構成可控電流源的二個PMOS管中的第二PMOS管的柵極接收外部分段控制信號。