[发明专利]一种高调谐线性度宽调谐范围环形压控振荡器

说明书

技术领域

    本发明属于半导体集成电路设计领域，主要涉及到一种高调谐线性度、宽调谐范围的环形压控振荡器。

 

背景技术

    压控振荡器(Voltage-Controlled-Oscillator，VCO)是频率随电压变化的信号源，广泛应用于锁相环、时钟恢复和频率综合电路中，是这些电路的关键部件。在集成电路中，压控振荡器可以分为环形振荡器和电感电容振荡器两大类。电感电容振荡器的噪声性能较好，但需要额外的工艺集成电感，而且占用面积较大。环形振荡器可以采用标准CMOS工艺实现，相对面积较小，同时具有较宽的调谐范围，适合片上系统采用。

环形振荡器可分为单端结构和差分结构两类，如图1和图2所示。单端结构的环形振荡器结构简单，所占芯片面积小，可以实现全摆幅输出，但是对共模噪声及电源电压的噪声抑制能力差，相位噪声差。差分结构的环形振荡器对共模噪声的抑制能力优于单端结构，而且电路结构灵活，环形振荡器普遍采用差分结构实现。

如图3所示， 环形振荡器的一种实现频率调节方法是在延迟单元的耦合回路中加入控制管，控制电压控制耦合强度，实现频率调节。控制电压足够高时，电路才能实现耦合，耦合强度由电压控制，当电压低时，耦合强度不够，电路不易振荡，这种调节方式通常会导致调谐范围不够宽或者调谐线性度不够好。另一方面振荡器的频率受到工艺水平的限制，近年来在提高频率方面使用较多的是前馈技术，在延迟单元引入第二输入端，由电路前两级的输出提供前馈信号，使得次输入对管提前开启，对输出端充电，可以提高频率。

 

发明内容

发明目的：针对现有环形压控振荡器的问题和不足，本发明的目的是提供一种高调谐线性度、宽调谐范围的环形压控振荡器。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的一种高调谐线性度宽调谐范围环形压控振荡器，所述环形压控振荡器由串联的四级延迟单元组成，其中第一级延迟单元的输出接第二级延迟单元的主输入端同时交叉接第三级的次输入端，第二级延迟单元的输出接第三级延迟单元的主输入端同时接第四级延迟单元的次输入端，第三级的输出接第四级的主输入端同时接第一级的次输入端，第四级的输出交叉连接至第一级的主输入端同时接第二级的次输入端。

所述的延迟单元包括第一对NMOS管、第二对NMOS管、第三对NMOS管、第一对PMOS管、第二对PMOS管、第三对PMOS管，其中第一对NMOS管为主输入差分对管，其栅极分别接差分输入信号，漏极分别接差分输出节点，源极都接地；第二对NMOS管交叉耦合连接，其栅极分别接第三对NMOS管的源极，漏极分别接输出节点，源极接地；第三对NMOS管为第二对NMOS管的耦合强度控制管，其栅极接控制电压，漏极分别接输出节点，源极分别接第二对NMOS管的漏极；第一对PMOS管为次输入差分对管，栅极分别接环路前两级提供的前馈差分信号，漏极接输出节点，源极接电源VDD；第二对PMOS管的栅极接控制电压，漏极接输出节点源极接电源VDD；第三对PMOS管交叉耦合连接，栅极分别接输出节点，漏极接输出节点，源极接电源VDD。

有益效果：本发明改进了延迟单元电路的电压调节结构，结合运用了调节电流和调节耦合强度两种调节方式，扩大了控制电压的可调范围，提高了调谐线性度，且负载端引入一对PMOS交叉耦合对管确保电路振荡并且提供轨到轨的输出，采用前馈技术有效的提高了振荡频率。

 

附图说明

      图1是单端结构的环形振荡器电路图；

   图2是差分结构的环形振荡器电路图；

   图3是传统的控制耦合强度结构的延迟单元电路图；

   图4是本发明差分结构延迟单元电路图；

   图5是本发明环形振荡器电路图；

   图6是本发明与传统结构的环振的压控曲线对比示意图。

 

具体实施方式

为了进一步说明本发明的优势，以下将结合附图详细说明本发明的具体实施方式和电路结构。