[發明專利]一種壓控振蕩器結構及鎖相環

在審

• 申請號: 202010717303.0
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111628766A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 劉玉春;王志利
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 徐偉

本發明提供了一種壓控振蕩器結構及鎖相環。上述的壓控振蕩器結構包括：電壓?電流轉換模塊，用于將上述壓控振蕩器的控制電壓Vc轉換為與其線性相關的控制電流Im；以及電流控制振蕩模塊，用于基于上述控制電流Im輸出低振幅的振蕩信號，以減低功耗。本發明還提供了一種包括上述壓控振蕩器結構的鎖相環，根據本發明所提供的壓控振蕩器結構，能夠實現低功耗、高線性度的設計指標，從而使得壓控振蕩器的增益Kvco較穩定，能夠保證壓控振蕩器及包含其的鎖相環具有較為優異的器件性能。

技術領域

本發明涉及半導體器件設計領域，尤其設計一種鎖相環中的壓控振蕩器的設計。

背景技術

鎖相環(Phase Locked Loop)具有穩頻特性，其產生一系列準確而又穩定的周期頻率信號，為系統內部的其他模塊提供穩定的時鐘頻率。同時，鎖相環可以糾正時鐘信號的占空比以消除時鐘在分布中產生的延時，保證不同模塊之間時鐘同步與同期。可以認為，鎖相環座位時鐘電路是集中芯片系統中的一個重要組成部分，具有廣泛的應用場景。

目前集成在CMOS圖像傳感器芯片中的鎖相環主流采用CMOS工藝。隨著特征尺寸的不斷縮減，其工作頻率也達到了GHz。現在，鎖相環設計主要關注的設計指標包括高速、高集成、寬可調、低電壓、低功耗、低噪聲等方面。常見的電荷泵型鎖相環通常包括鑒相器、濾波器、壓控振蕩器和分頻器。壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator)用于產生內部的頻率以和外部參考頻率作比較，因此，是鎖相環中的重要組成部分之一。可以說，壓控振蕩器的頻率范圍、噪聲特性、功耗情況均大大影響了鎖相環整體的性能。因此，在鎖相環電路設計中，壓控振蕩器尤為重要。

目前現有常見的壓控振蕩器的結構如圖1所示出的，壓控振蕩器采用全差分的環形振蕩器，使用了三級完全相同的延時單元首尾反相相連，最后一級經過整形輸出模塊DTS輸出。如圖1所示出的，對于第一級延時單元，NM1、NM2為差分輸入對管。PM2、PM3為鎖相結構，用以加快翻轉速度和提高穩定性。在此，PM1作為由控制電壓Vc控制的電阻，而PM4，PM5同樣受到外部輸入電壓Vc的控制，從而控制整個延時單元的電流和負載大小，最終控制壓控振蕩器輸出的振蕩頻率。但是現有技術中存在的上述壓控振蕩器結構的功耗較高，且電壓-頻率之間線性度不高。因此，現有技術中存在壓控振蕩器的性能較差，無法形成性能優異的鎖相環。

有鑒于此，希望能夠開發一種新型的壓控振蕩器結構，能夠改善現有技術中壓控振蕩器功耗較大

，電壓-頻率之間線性度不高的缺點，從而為形成低功耗、高性能的鎖相環提供可能。

發明內容

以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認出所有方面的關鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細的描述之序。

為了解決現有技術中的壓控振蕩器的功耗較大、電壓-頻率之間線性度較低的問題，本發明的一方面提供了一種壓控振蕩器結構，具體包括：

電壓-電流轉換模塊，用于將上述壓控振蕩器的控制電壓Vc轉換為與其線性相關的控制電流Im；以及

電流控制振蕩模塊，用于基于上述控制電流Im輸出低振幅的振蕩信號，以減低功耗。

在上述壓控振蕩器結構的一實施例中，可選的，上述電流控制振蕩模塊為全差分的環形振蕩器。

在上述壓控振蕩器結構的一實施例中，可選的，上述電流控制振蕩模塊包括n級反相級聯的延時單元，最后一級延時單元的輸出反相連接至第一級延時單元的輸入端，其中

n為大于1的奇數。

在上述壓控振蕩器結構的一實施例中，可選的，各個延時單元包括：電流控制模塊和差分對管；其中