一种采用叠层电流管的高精度数控环形振荡器制造技术

本发明专利技术提出了一种采用叠层电流管的高精度数控环形振荡器，包括：一细调阵列，包括多个阵列单元，每个阵列单元包括方向一致的多个阵列MOS管，所述阵列单元按照所述阵列MOS管的宽度W方向串联，按照所述阵列MOS管的长度L方向并联；与所述细调阵列并联的一固定电流电路。能够在有限的最小电流下，实现更高的频率精度；该细调阵列的阵列单元经过了优化，可以使得电流变化的速率很快，即从输入电流控制码切换发生到输出电流变化完成经历的时间很短，使得振荡器满足工作在高速率下的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路
，尤其涉及数控振荡器，具体涉及一种采用叠层电流管的高精度数控环形振荡器。
技术介绍
锁相环是现代电子系统的核心电路之一，是最常见的频率源。集成电路(IntegratedCircuits,IC)工艺技术的发展，使得数字化锁相环技术成为可能。相比于模拟锁相环，数字锁相环的特性受工艺、电压和温度波动的影响较小，有着更好的稳定性。数字锁相环利用数字码来控制振荡器，其输出频率不像压控振荡器一样是连续值，只能是不同控制码对应的一系列分立频率值。在数字锁相环中，这些分立的频率值与所需的频率之间存在着误差，即数控振荡器的量化误差。这些量化误差会在环路中引入额外的量化噪声，最终叠加到锁相环的最终频率，导致输出相噪声的恶化。因此，数控振荡器输出的频率精度越高，其量化误差也就越小，从而对相噪声的影响也就越小。图1是典型的电流型环形振荡器(以下简称电流型环振)，VDD表示电源，DCOcore表示振荡核心，其振荡频率可表示为： f o s c = I n C U - - - ( 1 ) ]]>其中，I表示电流源提供电流大小,n表示反相器级数，C表示反相器每个节点上的电容大小，一般可以认为反相器每个节点的电容大小相等，U表示电源电压。从式(1)可以看出，改变振荡频率主要有三种方法：改变电流源电流型、改变节点电容环振、改变电源电压。这其中，改变电流源有其他两种方法不可比拟的优势，那就是电流源与振荡频率呈线性关系，所以多数数控环振通过改变电流源改变振荡频率。然而，集成电路中，电流源的精度不可能是无限提高的，所带来的振荡频率的精度也就是有限的。以55nm工艺下1.2G振荡器为例，假使振荡器消耗电流为300uA，则改变1uA电流可以改变频率2.5MHz。就实际情况而言，电流精度最高做到百纳安量级，继续做高则一方面电流管工作区域渐渐工作在亚阈值区域导致电流镜像准确度下降，另一方面泄漏电流的大小也渐渐可以和镜像电流相比拟。
技术实现思路
针对数控振荡器的频率精度问题，本专利技术的目的是提出了一种采用叠层电流管的高精度数控环形振荡器，能够在有限的最小电流下，实现更高的频率精度；电流阵列的阵列单元经过了优化，可以使得电流变化的速率很快，即从输入电流控制码切换发生到输出电流变化完成经历的时间很短，使得振荡器满足工作在高速率下的要求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种采用叠层电流管的高精度数控环型振荡器，包括：一细调阵列，包括多个阵列单元，每个阵列单元包括方向一致的多个阵列MOS管，所述阵列单元按照所述阵列MOS管的宽度W方向串联，按照所述阵列MOS管的长度L方向并联；与所述细调阵列并联的一固定电流电路。进一步地，还包括一振荡核心，所述细调阵列的输出电流灌入所述振荡核心；一电压跟随电路，与所述细调阵列连接；一电流校准电路，用以为所述细调阵列提供基准电流。进一步地，还包括一粗调阵列，其包括并联的多个电流切换阵列单元。进一步地，还包括与所述细调阵列连接的一电流切换阵列，其包括并联的多个电流切换阵列单元。进一步的，所述电流切换阵列单元包括3个电流切换MOS管，其中1个为电流偏置管，4个为开关管；所述阵列MOS管的数量为5个，其中1个为电流偏置管，4个为开关管。进一步地，所述固定电流电路包括叠层并联的多个大长宽比MOS管。进一步地，所述大长宽比MOS管的长宽比是所述阵列MOS的长宽比的10倍以上。进一步地，所述振荡核心包括多级伪差分反相器，在先一级伪差分反相器的输入接入在后一级伪差分反相器的输出。进一步地，每一级所述伪差分反相器的输出包括一对互补反相器。通过采取上述技术方案，本专利技术利用MOS管组成的阵列单元叠层式阵列布置构成的电流阵列作为细调阵列来提高数控振荡器的频率精度。与现有的高精度数控振荡器方案相比，本专利技术的优点在于：1)频率精度高：通过改变阵列单元的叠层数目，可以将数控振荡器的频率精度提高1个数量级；2)相应速度快，传统电流型环形振荡器如果使用电流型结构，为了进一步提高精度往往采用sigma-delta调制器，而这通常需要对输出电流进行滤波以保证输出频率的稳定，这种滤波限制了振荡器的响应速度。如果要求输出频率越稳定，则要求低通滤波的截止频率越低，最终导致振荡器响应速度越低。3)可与其他高精度方案相结合：现有的高精度数控振荡器方案之间难以有效的结合。而本专利技术的细调阵列，可灵活采用已有的高精度方案，例如可以和sigma-delta调制器或者可变电容结合以进一步提高数控振荡器精度。附图说明图1是
技术介绍
中常规的基于电流型结构的环形振荡器的结构示意图；图2是本专利技术一实施例中采用叠层电流管的高精度数控环形振荡器的结构示意图；图3是本专利技术一实施例中单个阵列单元的结构示意图；图4是本专利技术一实施例中采用的振荡器核心的结构示意图；图5是本专利技术另一实施例中采用叠层电流管的高精度数控环形振荡器的结构示意图；图6是传统电流切换阵列单元的结构示意图。具体实施方式本专利技术所述的低功耗高精度的数控振荡器具体实施方案如下：如图2所示，在一实施例中，提供的采用叠层电流管的高精度数控环型振荡器，包括：位于图中右侧由多个阵列单元unit1～unit16组成的细调阵列，每个阵列单元包括方向一致的多个阵列MOS管，所述阵列单元按照所述阵列MOS管的宽度W方向串联，按照所述阵列MOS管的长度L方向并联；阵列单元在长度L方向上面的所叠层数越多，则频率精度越高。例如叠层数为8，则频率精度可提高8倍。根据频率精度要求和设定的最小电流精度即可以确定叠层管数目。具体而言，叠层的阵列单元数目可以决定单位电流的大小，于是可以决定频率精度的大小，由事先要求的频率精度即可以得到需要的阵列单元数目。根据计算结果表明，叠层的阵列单元的新结构的电流线性度依然可以比拟传统电流型环型振荡器环型振荡器，变化单位电流的大小为： Δ I = Δ W * Δ L W * L 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用叠层电流管的高精度数控环型振荡器，其特征在于，包括：一细调阵列，包括多个阵列单元，每个阵列单元包括方向一致的多个阵列MOS管，所述阵列单元按照所述阵列MOS管的宽度W方向串联，按照所述阵列MOS管的长度L方向并联；与所述细调阵列并联的一固定电流电路。

【技术特征摘要】
1.一种采用叠层电流管的高精度数控环型振荡器，其特征在于，包括：
一细调阵列，包括多个阵列单元，每个阵列单元包括方向一致的多个阵列MOS管，所
述阵列单元按照所述阵列MOS管的宽度W方向串联，按照所述阵列MOS管的长度L方向
并联；
与所述细调阵列并联的一固定电流电路。
2.如权利要求1所述的采用叠层电流管的高精度数控环型振荡器，其特征在于，还包括一振
荡核心，所述细调阵列的输出电流灌入所述振荡核心；
一电压跟随电路，与所述细调阵列连接；
一电流校准电路，用以为所述细调阵列提供基准电流。
3.如权利要求2所述的采用叠层电流管的高精度数控环型振荡器，其特征在于，还包括一粗
调阵列，其包括并联的多个电流切换阵列单元。
4.如权利要求3所述的采用叠层电流管的高精度数控环型振荡器，其特征在于，还包括与所
述细调阵列连接的一电流切换阵列，其包括并联的多个电流切换阵列单元。
5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖怀林，王润华，杨帆，刘军华，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11