一种低相位噪声宽带环型振荡器制造技术

本发明专利技术公开了一种低相位噪声宽带环型振荡器，属于半导体集成电路技术领域，该环型振荡器包括第一级延迟模块(1)和第二级延迟模块(2)。其中，所述第一级延迟模块(1)包括输入输出反相器单元(11)、锁存器单元(12)、开关电容阵列单元(13)和传输门单元(14)；运用锁存器单元(12)本身提供的额外延迟使得两级延迟模块就可以维持振荡，节约了功耗；采用锁存器单元(12)形成的正反馈来提高振荡信号在边沿的转换速率；采用开关电容阵列单元(13)和传输门单元(14)可变电阻调节频率的方法，实现所述低相位噪声宽带环型振荡器的频率的粗调与细调。该低相位噪声宽带环型振荡器输出频率范围大，相位噪声低，功耗低。

A low phase noise broadband ring oscillator

【技术实现步骤摘要】
一种低相位噪声宽带环型振荡器
本专利技术涉及半导体集成电路
，尤其涉及一种低相位噪声宽带环型振荡器。
技术介绍
随着集成电路产业的发展，锁相环(PhaseLockedLoop，PLL)被广泛用于时钟和频率合成器的设计。时钟模块的应用包括给高性能的模数转换电路(AnalogtoDigitalConverter，ADC)和基带输出级接口电路提供高性能时钟等等。这些应用要求时钟锁相环具有低抖动宽频率范围的输出。一般来说，PLL的设计分为两个典型的大类，一类是采用电感电容压控振荡器(LCVoltage-ControlledOscillator，LC-VCO)的PLL，它的优点是噪声性能好，功耗低，缺点是面积大，调谐范围小；另一类是采用环型压控振荡器(RingVoltage-controlledOscillator，Ring-VCO)的PLL，它的优点是调谐范围大，面积小，工艺移植性好，不易受电磁耦合影响，缺点是噪声性能差，功耗相对较高。基于Ring-VCO的PLL由于其面积小等的优点使对其的设计和研究得到工程师们的重视。在基于Ring-VCO的PLL中，为了改善其输出相位噪声性能，需要解决电荷泵，分频器，量化噪声等对小带宽的要求与Ring-VCO对大带宽要求的最基本的矛盾，一些主流的方法采用下采样结构或者注入锁定环路等等来优化带内的噪声从而使环路可以采用大的带宽来抑制Ring-VCO的相位噪声，解决以上描述的带宽的矛盾，从而使基于Ring-VCO的PLL能得到与LC-VCOPLL一样的相位噪声性能。但采用下采样等环路会引入有限的捕获范围等问题，所以基于传统的PLL顶层结构设计Ring-VCO型PLL依然具有现实意义。为了解决Ring-VCO型PLL的相位噪声问题，设计低相位噪声的Ring-VCO变得尤为重要。现在最常用的两种现有技术是：现有技术一：采用电阻作负载的差分放大器作为延迟单元，四级延迟单元连接，环路中有一个延迟单元接成同相形式，而其他的延迟单元接成反相形式。延迟单元如图1所示，采用正反馈技术来调节延迟单元的延迟时间，当电流I1变化时，M3，M4的小信号等效阻抗会发生变化，差分对的等效负载阻抗也会发生变化，从而导致该延迟单元的延迟时间发生变化，进而调节振荡器的频率。这一技术的缺陷是：由于采用四级延迟单元，相位噪声性能受到限制，功耗大，通过调节负阻对的阻值来控制频率使得调谐范围小。同时，作为差分调谐结构，需要差分电荷泵结构对其进行控制，限制了其在PLL中的应用。现有技术二：采用两个反馈环路将单端的传输门环型振荡器转化成差分环型振荡器并具有对电源波动的抗干扰能力。如图2所示，MP1和MP2组成第一个反馈环路，用来补偿电源波动引起的延迟时间波动；MN1和MN2组成第二个反馈环路，构成相互耦合的锁存器用来实现差分操作以及进一步实现电源噪声抑制。这一技术的缺陷是：调谐控制器件处在延迟单元内部，起振容易受到图中调谐电压Vctrl的影响，同样需要四级延迟单元来满足起振条件，相位噪声性能受到限制，功耗大。可见，现有技术中Ring-VCO设计很难同时满足频率范围大，相位噪声低和功耗低的需求。
技术实现思路
针对现有技术中Ring-VCO设计存在功耗大，频率范围与VCO增益之间存在矛盾，即频率范围大时增益大，而增益太大会增大环路滤波器的面积以及恶化PLL杂散性能，以及相位噪声差等问题，本专利技术提供了一种低相位噪声宽带环型振荡器，该低相位噪声宽带环型振荡器输出频率范围大，相位噪声低，功耗低。本专利技术提供了一种低相位噪声宽带的低相位噪声宽带环型振荡器，包括第一级延迟模块和第二级延迟模块；所述第一级延迟模块和所述第二级延迟模块组成一个环路，用于提供所述低相位噪声宽带环型振荡器起振所需要的相移和增益；所述第一级延迟模块的一个输入端连接所述第二级延迟模块的一个输出端；所述第一级延迟模块的另一个输入端连接所述第二级延迟模块的另一个输出端；所述第一级延迟模块的一个输出端连接所述第二级延迟模块的一个输入端；所述第一级延迟模块的另一个输出端连接所述第二级延迟模块的另一个输入端；所述第一级延迟模块包括输入输出反相器单元、锁存器单元、开关电容阵列单元和传输门单元；所述第二级延迟模块包括输入输出反相器单元、锁存器单元、开关电容阵列单元和传输门单元；所述开关电容阵列单元和所述开关电容阵列单元使用相同的数字控制位进行控制；所述传输门单元和所述传输门单元共用相同的调谐电压。优选地，所述输入输出反相器单元包括第一反相器和第二反相器；所述锁存器单元包括第三反相器和第四反相器；所述第一反相器的输入端为所述第一级延迟模块的一个输入端；所述第二反相器的输入端为所述第一级延迟模块的另一个输入端；所述第三反相器的输入端和所述第四反相器的输出端对接，对接端连接所述第一反相器的输出端和所述开关电容阵列单元的一端；所述第三反相器的输出端和所述第四反相器的输入端对接，对接端连接所述第二反相器的输出端和所述开关电容阵列单元的另一端。优选地，所述开关电容阵列单元包括一条或者至少两条并联的开关电容支路，每条开关电容支路都设置有一个开关和两个容值相等的电容，且开关设置在两个电容之间；所述开关电容支路通过数字控制位进行开断控制，以调整所述开关电容支路输出的电容值，用于对所述低相位噪声宽带环型振荡器的输出频率的粗调以及输出频带的划分。优选地，所述传输门单元包括第一传输门和第二传输门；所述第一传输门的输入端连接所述开关电容阵列单元的一端；所述第一传输门的输出端连接所述低相位噪声宽带环型振荡器的一个输出端；所述第二传输门的输入端连接所述开关电容阵列单元的另一端，所述第二传输门的输出端连接所述低相位噪声宽带环型振荡器的另一个输出端。优选地，所述第一传输门包括第一PMOS管和第一NMOS管；所述第一PMOS管的源极和所述第一NMOS管的源极相连；所述第一PMOS管的漏极和所述第一NMOS管的漏极相连；所述第一PMOS管的栅极设置有一个连接第一接地电压的端口；所述第一NMOS管的栅极设置有一个连接第一调谐电压的端口；所述第二传输门包括第二PMOS管和第二NMOS管；所述第二PMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极相连；所述第二PMOS管的漏极和所述第二NMOS管的漏极相连；所述第二PMOS管的栅极设置有一个连接第二接地电压的端口；所述第二NMOS管的栅极设置有一个连接第二调谐电压的端口。优选地，所述端口连接的第一接地电压和所述端口连接的第二接地电压相等；所述端口连接的第一调谐电压和所述端口连接的第二调谐电压相等。优选地，所述第一PMOS管、所述第二PMOS管、所述第一NMOS管和所述第二NMOS管为低阈值器件，用于改善所述低相位噪声宽带环型振荡器的细调增益线性度。优选地，通过调节所述第一NMOS管和所述第二NMOS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低相位噪声宽带环型振荡器，其特征在于，所述低相位噪声宽带环型振荡器包括第一级延迟模块(1)和第二级延迟模块(2)；所述第一级延迟模块(1)和所述第二级延迟模块(2)组成一个环路，用于提供所述低相位噪声宽带环型振荡器起振所需要的相移和增益；/n所述第一级延迟模块(1)的一个输入端(IN1_P)连接所述第二级延迟模块(2)的一个输出端(OUT2_N)；/n所述第一级延迟模块(1)的另一个输入端(IN1_N)连接所述第二级延迟模块(2)的另一个输出端(OUT2_P)；/n所述第一级延迟模块(1)的一个输出端(OUT1_P)连接所述第二级延迟模块(2)的一个输入端(IN2_P)；/n所述第一级延迟模块(1)的另一个输出端(OUT1_N)连接所述第二级延迟模块(2)的另一个输入端(IN2_N)；/n所述第一级延迟模块(1)包括输入输出反相器单元(11)、锁存器单元(12)、开关电容阵列单元(13)和传输门单元(14)；/n所述第二级延迟模块(2)包括输入输出反相器单元(21)、锁存器单元(22)、开关电容阵列单元(23)和传输门单元(24)；/n所述开关电容阵列单元(13)和所述开关电容阵列单元(23)使用相同的数字控制位进行控制；/n所述传输门单元(14)和所述传输门单元(24)共用相同的调谐电压。/n...

【技术特征摘要】
1.一种低相位噪声宽带环型振荡器，其特征在于，所述低相位噪声宽带环型振荡器包括第一级延迟模块(1)和第二级延迟模块(2)；所述第一级延迟模块(1)和所述第二级延迟模块(2)组成一个环路，用于提供所述低相位噪声宽带环型振荡器起振所需要的相移和增益；
所述第一级延迟模块(1)的一个输入端(IN1_P)连接所述第二级延迟模块(2)的一个输出端(OUT2_N)；
所述第一级延迟模块(1)的另一个输入端(IN1_N)连接所述第二级延迟模块(2)的另一个输出端(OUT2_P)；
所述第一级延迟模块(1)的一个输出端(OUT1_P)连接所述第二级延迟模块(2)的一个输入端(IN2_P)；
所述第一级延迟模块(1)的另一个输出端(OUT1_N)连接所述第二级延迟模块(2)的另一个输入端(IN2_N)；
所述第一级延迟模块(1)包括输入输出反相器单元(11)、锁存器单元(12)、开关电容阵列单元(13)和传输门单元(14)；
所述第二级延迟模块(2)包括输入输出反相器单元(21)、锁存器单元(22)、开关电容阵列单元(23)和传输门单元(24)；
所述开关电容阵列单元(13)和所述开关电容阵列单元(23)使用相同的数字控制位进行控制；
所述传输门单元(14)和所述传输门单元(24)共用相同的调谐电压。


2.根据权利要求1所述的低相位噪声宽带环型振荡器，其特征在于，所述输入输出反相器单元(11)包括第一反相器(X1)和第二反相器(X2)；
所述锁存器单元(12)包括第三反相器(X3)和第四反相器(X4)；
所述第一反相器(X1)的输入端为所述第一级延迟模块(1)的一个输入端(IN1_P)；
所述第二反相器(X2)的输入端为所述第一级延迟模块(1)的另一个输入端(IN1_N)；
所述第三反相器(X3)的输入端和所述第四反相器(X4)的输出端对接，对接端连接所述第一反相器(X1)的输出端和所述开关电容阵列单元(13)的一端；
所述第三反相器(X3)的输出端和所述第四反相器(X4)的输入端对接，对接端连接所述第二反相器(X2)的输出端和所述开关电容阵列单元(13)的另一端。


3.根据权利要求1所述的低相位噪声宽带环型振荡器，其特征在于，所述开关电容阵列单元(13)包括一条或至少两条并联的开关电容支路，每条开关电容支路都设置有一个开关和两个容值相等的电容，且开关设置在两个电容之间；所述开关电容支路通过数字控制位进行开断控制，以调整所述开关电容支路输出的电容值，用于对所述低相位噪声宽带环型振荡器的输出频率的粗调以及输出频带的划分。


4.根据权利要求1所述的低相位噪声宽带环型振荡器，其特征在于，所述传输门单元(14)包括第一传输门(141)和第二传输门(142)；
所述第一传输门(141)...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹维，张科峰，刘览琦，逯召静，石琴琴，胡昂，杨阳，谭珍，
申请(专利权)人：武汉芯泰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42