[发明专利]一种可分段控制的高线性度低功耗压控振荡器及实现方法

说明书

本发明公开了一种可分段控制的高线性度低功耗压控振荡器及实现方法，所述压控振荡器包括：电压转换模块，用于将输入频率控制电压(VC)转换为电流镜栅极所需栅极电压(Vo)；电流镜像模块，用于根据所述栅极电压(Vo)通过电流镜像产生并分段控制环形振荡器所需的电流；环形振荡器，用于在所述在电流镜像模块输出的电流的控制下产生振荡。

技术领域

本发明涉及一种压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator，VCO)，特别是涉及一种可分段控制的高线性度低功耗压控振荡器及实现方法。

背景技术

模拟电路中广泛地使用锁相环电路，在锁相环(PLL)设计中，压控振荡器(VCO)是核心模块之一。

以电荷泵型PLL为例，电荷泵将鉴频检相器的输出转化为脉冲电流，经低通滤波器后转化为直流电压VC作为压控振荡器的输入电压控制信号。对于压控振荡器来说，输出振荡频率直接决定了PLL可以工作的频率范围。

随着半导体工艺的进步，MOS管的速度越来越快，这给设计高速锁相环带来了便利，但是先进工艺MOS管的电源电压越来越低，这对于设计VCO时，降低其KVCO带来了挑战，即对于高速且频率范围较大的VCO电路，由于VC可用范围受限，会导致其KVCO非常大，所以为了降低KVCO，我们通常会采用对VCO进行分段的方式。

现有的VCO电路由奇数个反相器构成环形振荡器，由滤波器的输出电压VC控制的PMOS管给环形振荡器提供驱动，如图1所示，VC不同，PMOS管给环形振荡器提供的电流能力不同，进而有不同的振荡频率输出。但是该VCO电路结构功耗较高，线性度也相对较差。

为了提高VCO的线性度，现有技术压控振荡器的反相器往往采用如图2a所示差分单元，级联得到图2b所示全差分环形振荡器结构，其使用了3级完全相同的VCO延时单元首尾反相相连，最后一级经过一个DTS整形输出。其中NM1、NM2为差分输入对管，PM2、PM3为锁存结构，加快翻转速度和稳定性。在此PM1作为由VC电压控制的电阻，而PM4、PM5同样受到外部输入VC电压的控制，从而控制整个延时单元的电流和负载大小，最终控制VCO输出的振荡频率。该结构适用于高频VCO设计，但是该VCO结构的功耗较高，且分段控制不均匀，线性度较差。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种可分段控制的高线性度低功耗压控振荡器及实现方法，以实现一种可分段控制且低功耗高线性度的压控振荡器。

为达上述及其它目的，本发明提出一种可分段控制的高线性度低功耗压控振荡器，包括：

电压转换模块，用于将输入频率控制电压(VC)转换为电流镜栅极所需栅极电压(Vo)；

电流镜像模块，用于根据所述栅极电压(Vo)通过电流镜像产生并分段控制环形振荡器所需的电流；

环形振荡器，用于在所述在电流镜像模块输出的电流的控制下产生振荡。

优选地，所述电压转换模块包括一个由运算放大器构成的电压转换器，所述运算放大器的同相输入端连接所述电流镜像模块，反相输入端连接所述输入频率控制电压(VC)，输出端输出栅极电压(Vo)至所述电流镜像模块。

优选地，所述电流镜像模块的主路电流由VC/R0获得，其中R0为电流设定电阻，通过电流镜像为不同比例的n路电流用来分段控制，不同的电流得出不同的频率，从而达到频率分段的目的。