一种高频cmos压控振荡器的制造方法
【专利摘要】一种直流偏置的过采样数模转换器，电压控制的振荡器电路包括一个多级环形振荡器，其中多级环形振荡器包括多个由n沟道和p沟道晶体管组成的串联反相阶段。环形振荡器通过响应控制电流信号来控制环振荡器的振荡频率。一个电压/电流转换器，将一个调谐电压输入信号转换成相应的输出电流信号，不受n沟道和p沟道晶体管的通道强度影响。
【专利说明】一种高频CMOS压控振荡器
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种压控振荡器，尤其是，获取一个时钟频率变量的方法和装置，并且其在不同温度、过程和电源电压下有严格的输出范围和占空比。
【背景技术】:
[0002]图1所示为基本锁相回路(PLL)系统10，包括三个基本要素——一个相位探测器12 —个回路滤波器14和压控振荡器(VCO) 16——相互连接形成一个反馈系统。相位检波器12比较输入信号与Vs (t)的相位与压控振荡器(VCO) 16的输出频率V^t)，并生成一个相应的误差电压信号Vd(t)。误差电压信号Vd(t)通过回路滤波器14过滤，并以误差电压Ve(t)的形式接到(VCO) 16的控制终端，来控制其振荡的频率。
[0003]压控振荡器16是锁相回路系统10最关键的元素。控制斜率即输出频率VQ(t)依赖控制电压入⑴，并由压控振荡器16的转换增益常数Κνα)决定。同样，锁相回路系统10的电压频率线性转换特点仅由压控振荡器16的控制特性的局限性确定。因此，压控振荡器16的稳定和控制特点是单片锁相回路电路参数设计的关键。
[0004]压控振荡器16模拟电路必须不受芯片内外噪声来源的影响。否则，其输出V^t)会出现短期频率不稳定或波动现象。保持低VCO增益常数κνα)可以减少噪声灵敏度。通常压控振荡器所需的操作频率范围为几兆赫兹到200兆赫兹以上。调谐范围需要高达2:I。为容易兼容5V电源限制和最小相位检测器/电荷泵解决方案，调整电压应该大约为
1.5V (-1.5V)。
`[0005]如上所述，VCO增益常数Κνα)必须控制好，以确保循环过滤方案的可预测性和稳定性。这在数据采集和大容量存储应用程序时尤其重要，如磁盘控制器和恒定密度记录。在更高的输出频率，占空比也很关键。
[0006]在许多应用程序中，对压控振荡器设计的选择过程为互补金属氧化物半导体(CMOS)技术。但是现有的CMOS压控振荡器的设计已经严重受过程变化的影响，从而导致VCO增益常数Κνα)的大变化，并要求外部切边组件。外部组件增加了引脚和锁相回路芯片成本，并通过噪声可以被耦合到敏感的模拟部分芯片提供了一个天线。
[0007]因此，它将需要有一个以CMOS为基础的正式的锁相环，其中锁相环有压控振荡器频率控制，增益控制和较好的占空比特性，并且没有使用外部组件。
【发明内容】
:
[0008]本发明提供了一种包含增益常数和占空比补偿的高频CMOS压控振荡器。电压控制的振荡器电路包括一个多级环形振荡器，其中多级环形振荡器包括多个由η沟道和P沟道晶体管组成的串联反相阶段。环形振荡器通过响应控制电流信号来控制环振荡器的振荡频率。一个电压/电流转换器，将一个调谐电压输入信号转换成相应的输出电流信号，不受η沟道和P沟道晶体管的通道强度影响。流程反馈电路响应调谐电压输入信号，提供一个与P沟道和η沟道晶体管的通道强度对应的电流转存输出信号。跳变点反馈端响应输出信号和电流转存输出信号，并提供一个净环电流信号作为环形振荡器端的控制电流信号，净环电流信号代表输出信号和当前转存输出信号之间的差异。
[0009]本发明的技术解决方案:
[0010]通过参考下面的详细描述，利用体现发明上述特点的相应图纸，对本发明的特性和优势作更好的理解。
[0011]对比专利文献:CN201323551Y全差分压控振荡器电路200820145144.6【专利附图】
【附图说明】:
[0012]图1为一个常见锁相环(PLL)的基本元件框图说明。
[0013]图2为一个依照本发明的压控振荡器(VCO)框图。
[0014]图3为一个在图2所示的压控振荡器中使用的电压/电流转换器原理图。
[0015]图4为一个环形跳变点补偿电路和图2所示的压控振荡器中使用的普通环形振荡器原理图。
[0016]图4A为图4电路的概括性示意图。
[0017]图5为图2所示的压控振荡器中体现过程的补偿电路原理图。
[0018]图5A为环形振荡器控制电流与调谐电压示意图。
[0019]图6为本发明压控振荡器的频率与过程和操作条件曲线图。
【具体实施方式】:
[0020]图2所示为一个按照本发明包含增益常数和占空比补偿的CMOS压控振荡器(VCO) 20的原理框图。
[0021]压控振荡器20包括一个增益为Gm的电压到电流(V/I)转换器22，放大输入信号到电流镜和跳变补偿电路24。跳变补偿电路24的输出连接到CMOS环形振荡器26。环形振荡器26选定的相位信号作为通过输出缓冲区28的压控振荡器输出。
[0022]根据本发明，压控振荡器20包括电压/电流转换器22的过程和温度补偿，以及跳变补偿电路2424的过程补偿。跳变补偿电路24和输出缓冲28的工作周期补偿来源于两个电路元件中匹配的器件。
[0023]图3为压控振荡器20中应用的电压/电流转换器22内部原理图。
[0024]图3中电压电流转换电路22，调谐电压输入信号接到运算放大器OPAMPl的反相输入端。运算放大器OPAMPl的同相输入端连接到P沟道晶体管P4的漏极，其中晶体管P4由运算放大器OPAMPl的输出驱动。第二个运算放大器0PAMP2驱动η沟道感应晶体管NI，并且晶体管NI的源极连接到输出节点Α。运算放大器0ΡΑΜΡ2的同相输入端通过内部电流控制电阻Rl连接到P沟道感应晶体管Ρ4的漏极。运算放大器0ΡΑΜΡ2的反相输入端连接到驱动级输出接收，驱动级包括三个串联的P沟道晶体管Pl，Ρ2和Ρ3，连接在电源电压和地面之间。一个η沟道输出型晶体管Ν2连接输出节点A和地面之间。
[0025]因此，在电压/电流转换器22的节点A输出电流由电阻RpVdd/^和Vin控制。输
出电流，因此，
【权利要求】
1.一种高频CMOS压控振荡器，其特征是:一个压控振荡器电路包括:(a) —个多级环形振荡器，其中多级环形振荡器包括多个由η沟道和P沟道晶体管组成的串联反相阶段，环形振荡器通过响应控制电流信号来控制环振荡器的振荡频率；(b) 一个电压/电流转换器，将一个调谐电压输入信号转换成相应的输出电流信号，不受η沟道和P沟道晶体管的通道强度影响；(c)流程反馈电路响应调谐电压输入信号，提供一个与P沟道和η沟道晶体管的通道强度对应的电流转存输出信号；(d)跳变点反馈端响应输出信号和电流转存输出信号，并提供一个净环电流信号作为环形振荡器端的控制电流信号，净环电流信号代表输出信号和当前转存输出信号之间的差异，响应输出缓冲区的输入阈值和环形反相器模拟值之间的平衡。
2.根据权利要求1所述的一种高频CMOS压控振荡器，其特征是:电压/电流转换器端包括:(a)电源电压分压器两端分别与电源电压和地面相连，并提供一个电压驱动输出信号山)第一个运算放大器在其反相输入端接收调谐电压输入信号；(c)第二个运算放大器在其反相输入端接收电压驱动输出信号；(d) —个P沟道感应晶体管的门连接到第一个运算放大器的输出端，接收放大器的输出信号，源极连接到电源电压，漏极同时与第一个运算放大器的同相输入端和第一面的电流控制电阻相连；(e) —个η沟道感应晶体管的门连接到第二个运算放大器的输出端，接收放大器的输出信号，漏极同时与同第二个运算放大器的同相输入端和第二侧的电流控制电阻相连，源极与提供输出电流信号的输出节点相连；(f) 一个η沟道输出型晶体管，其漏极和门通常连接到输出结点，并且其源极连接到地面。
3.根据权利要求1所述的一种高频CMOS压控振荡器，其特征是:反馈端包括:(a)电源电压分配器端连接在电源电压与地面之间，用于产生第一和第二偏置电压输出信号；(b)通道强度传感端响应第一和第二偏置电压输出信号，并提供一个末端电流信号；(C)增益常数压缩端响应末端电流和调谐电压输入信号，提供与调谐电压输入信号对应的电流转存输出信号。
4.根据权利要求1所述的一种高频CMOS压控振荡器，其特征是:跳变端包括:(a)电流转向端根据η沟道和P沟道晶体管的通道强度控制电流信号到环形振荡器端；(b) —个提供电流转存输出信号作为末端电流到转向电流端的输入节点；(c) 一个η沟道晶体管连接输入节点和地面之间，提供环形振荡器的输入电流。
【文档编号】H03L7/099GK103618545SQ201310607723
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】不公告发明人 申请人:苏州贝克微电子有限公司