一種高頻cmos壓控振蕩器的制造方法
【專利摘要】一種直流偏置的過采樣數模轉換器，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。
【專利說明】一種高頻CMOS壓控振蕩器
【技術領域】:
[0001]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】:
[0002]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 —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Vs (t)的相位與壓控振蕩器(VCO) 16的輸出頻率V^t)，并生成一個相應的誤差電壓信號Vd(t)。誤差電壓信號Vd(t)通過回路濾波器14過濾，并以誤差電壓Ve(t)的形式接到(VCO) 16的控制終端，來控制其振蕩的頻率。
[0003]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VQ(t)依賴控制電壓入⑴，并由壓控振蕩器16的轉換增益常數Κνα)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。
[0004]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^t)會出現短期頻率不穩定或波動現象。保持低VCO增益常數κνα)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:I。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)。
`[0005]如上所述，VCO增益常數Κνα)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。
[0006]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Κνα)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。
[0007]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】
:
[0008]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η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η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η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。
[0009]本發明的技術解決方案:
[0010]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。
[0011]對比專利文獻:CN201323551Y全差分壓控振蕩器電路200820145144.6【專利附圖】

【附圖說明】:
[0012]圖1為一個常見鎖相環(PLL)的基本元件框圖說明。
[0013]圖2為一個依照本發明的壓控振蕩器(VCO)框圖。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]圖4A為圖4電路的概括性示意圖。
[0017]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。
[0018]圖5A為環形振蕩器控制電流與調諧電壓示意圖。
[0019]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】:
[0020]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。
[0021]壓控振蕩器20包括一個增益為Gm的電壓到電流(V/I)轉換器22，放大輸入信號到電流鏡和跳變補償電路24。跳變補償電路24的輸出連接到CMOS環形振蕩器26。環形振蕩器26選定的相位信號作為通過輸出緩沖區28的壓控振蕩器輸出。
[0022]根據本發明，壓控振蕩器20包括電壓/電流轉換器22的過程和溫度補償，以及跳變補償電路2424的過程補償。跳變補償電路24和輸出緩沖28的工作周期補償來源于兩個電路元件中匹配的器件。
[0023]圖3為壓控振蕩器20中應用的電壓/電流轉換器22內部原理圖。
[0024]圖3中電壓電流轉換電路22，調諧電壓輸入信號接到運算放大器OPAMPl的反相輸入端。運算放大器OPAMPl的同相輸入端連接到P溝道晶體管P4的漏極，其中晶體管P4由運算放大器OPAMPl的輸出驅動。第二個運算放大器0PAMP2驅動η溝道感應晶體管NI，并且晶體管NI的源極連接到輸出節點Α。運算放大器0ΡΑΜΡ2的同相輸入端通過內部電流控制電阻Rl連接到P溝道感應晶體管Ρ4的漏極。運算放大器0ΡΑΜΡ2的反相輸入端連接到驅動級輸出接收，驅動級包括三個串聯的P溝道晶體管Pl，Ρ2和Ρ3，連接在電源電壓和地面之間。一個η溝道輸出型晶體管Ν2連接輸出節點A和地面之間。
[0025]因此，在電壓/電流轉換器22的節點A輸出電流由電阻RpVdd/^和Vin控制。輸
出電流，因此，
【權利要求】
1.一種高頻CMOS壓控振蕩器，其特征是:一個壓控振蕩器電路包括:(a) —個多級環形振蕩器，其中多級環形振蕩器包括多個由η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；(b) 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η溝道和P溝道晶體管的通道強度影響；(c)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η溝道晶體管的通道強度對應的電流轉存輸出信號；(d)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，響應輸出緩沖區的輸入閾值和環形反相器模擬值之間的平衡。
2.根據權利要求1所述的一種高頻CMOS壓控振蕩器，其特征是:電壓/電流轉換器端包括:(a)電源電壓分壓器兩端分別與電源電壓和地面相連，并提供一個電壓驅動輸出信號山)第一個運算放大器在其反相輸入端接收調諧電壓輸入信號；(c)第二個運算放大器在其反相輸入端接收電壓驅動輸出信號；(d) —個P溝道感應晶體管的門連接到第一個運算放大器的輸出端，接收放大器的輸出信號，源極連接到電源電壓，漏極同時與第一個運算放大器的同相輸入端和第一面的電流控制電阻相連；(e) —個η溝道感應晶體管的門連接到第二個運算放大器的輸出端，接收放大器的輸出信號，漏極同時與同第二個運算放大器的同相輸入端和第二側的電流控制電阻相連，源極與提供輸出電流信號的輸出節點相連；(f) 一個η溝道輸出型晶體管，其漏極和門通常連接到輸出結點，并且其源極連接到地面。
3.根據權利要求1所述的一種高頻CMOS壓控振蕩器，其特征是:反饋端包括:(a)電源電壓分配器端連接在電源電壓與地面之間，用于產生第一和第二偏置電壓輸出信號；(b)通道強度傳感端響應第一和第二偏置電壓輸出信號，并提供一個末端電流信號；(C)增益常數壓縮端響應末端電流和調諧電壓輸入信號，提供與調諧電壓輸入信號對應的電流轉存輸出信號。
4.根據權利要求1所述的一種高頻CMOS壓控振蕩器，其特征是:跳變端包括:(a)電流轉向端根據η溝道和P溝道晶體管的通道強度控制電流信號到環形振蕩器端；(b) —個提供電流轉存輸出信號作為末端電流到轉向電流端的輸入節點；(c) 一個η溝道晶體管連接輸入節點和地面之間，提供環形振蕩器的輸入電流。
【文檔編號】H03L7/099GK103618545SQ201310607723
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】不公告發明人 申請人:蘇州貝克微電子有限公司