一种电阻电容型环形振荡器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电阻电容型环形振荡器，它包括二个电流通路和二个增益相位调制支路；第一电流通路包括ＮＭＯＳ管Ｍ１和ＰＭＯＳ管Ｍ２；第二电流通路由ＰＭＯＳ管Ｍ３与电流源Ｉｓｓ串联构成；第一增益相位调制支路包括电容Ｃ１，电阻Ｒ１，ＰＭＯＳ管Ｍ５与ＮＭＯＳ管Ｍ６；第二增益相位调制支路由第四ＰＭＯＳ管与第四ＮＭＯＳ管串联构成。本实用新型专利技术的特征是环路的传输函数在第一增益相位调制支路产生一个低频左半平面的零点的同时，通过第二增益相位调制支路，向第二电流通路耦合了一个右半平面的零点，满足巴克豪森准则以达到振荡的目的。该振荡器结构简单，实现成本低，能够在２．７－５Ｖ的工作范围内产生频率为１．５４４Ｍ的振荡，其稳定度可以达到４０７ｐｐｍ。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于模拟集成电路技术，具体涉及一种电阻电容型(RC) 环形振荡器，该电路能在宽工作电压范围内提供高稳定度的振荡频率。
技术介绍
振荡器在集成电路应用中非常广泛，是许多电子系统的主要部分，从 微处理器的时钟到蜂窝电话中的载波合成，而锁相环(PLL)中，振荡器更 是不可或缺的部分。LC振荡器因为其占用面积大的原因，在某些微型电路 中的应用受到了很大的限制，因此面积相对较小、稳定度较高的，特别是 宽工作电压范围的RC振荡器的设计，就成为现在模拟集成电路中的一个热 点。因为振荡频率跟尾电流源密切相关，电路中我们考虑一种理想的电流 源，实际上只需使电流源与电源电压弱相关，便可实现宽工作电压范围， 高稳定度的振荡电路。当一个电路环路增益在其相移为360。时大于0dB，电路便会产生振荡， 这便是巴克豪森准则。 一般的RC环形振荡器由多级相同的电路组成，比如 说，常用的单端环形振荡器为三级，五级，双端可为三四五级，因为每一 级最多可产生卯。的相位平移，对三级环形振荡器来说，每一级产生60。的 相移，只需要总的增益足够，便可以产生振荡，但是一般的这种环形振荡 器要使得振荡频率稳定，往往会需要较为复杂的电路。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种电阻电容型环形振荡器，该振荡器可 以在宽工作电源电压范围下提供高稳定度的振荡频率。本技术提供的电阻电容型环形振荡器，其结构为第一 PMOS管为二极管连接，并与第一 NMOS管串联，第一 PMOS 管的源极接外接电源，第一NMOS管的源极接地；第二 PMOS管栅极与第一 PMOS管栅极相连，第二 PMOS管的源极接 外接电源，第二PMOS管的漏极与电流源的正端相接，电流源的负端接地;第三PMOS管与第三NMOS管串联，电容CI接在第三PMOS管的栅 极和外接电源之间，电阻R1接在第三NMOS管的栅极和漏极之间，第三 PMOS管的源极接外接电源，第三NMOS管的源极接地；第四PMOS管栅极与第二 PMOS管漏极相连，第四NMOS管栅极与第 三NMOS管漏极相连，第四PMOS管的源极接外接电源，第四NMOS管 源极接地。本技术的特征是环路的传输函数在第一增益相位调制支路产生一 个低频左半平面的零点的同时，通过第二增益相位调制支路，向第二电流 通路耦合了一个右半平面的零点，以至于总的电路传输函数中，在OdB附 近，增益忽然上升，而相移继续下降，以在相移360。下的系统增益能在0dB 以上，从而满足巴克豪森准则以达到振荡的目的。该振荡器结构简单，实 现成本低，能够在2.7 — 5V的工作范围内产生频率为1.544M的振荡，其稳 定度可以达到407ppm。附图说明图1为本技术电阻电容型环形振荡器的结构示意图； 图2为开环状态下图1中第一电流通路I的交流小信号等效电路图； 图3为开环状态下图1中第二电流通路II的交流小信号等效电路图； 图4为开环状态下图1中第一增益相位调制支路III的交流小信号等效 电路图。具体实施方式以下结合附图和实例对本技术作进一步详细的说明。如图1所示，本技术电阻电容型环形振荡器包括第一电流通路I 、第二电流通路n 、第一增益相位调制支路ni和第二增益相位调制支路iv。第一电流通路I包括第一 NMOS管Ml和第一 PMOS管M2，第一 PMOS管M2为二极管连接，并与第一 NMOS管Ml串联，第一 PMOS管 M2的源极接外接电源Vcc，第一 NMOS管Ml的源极接地gnd。第二电流通路II由第二PMOS管M3与电流源Iss串联构成，其中，第 二 PMOS管M3栅极与第一 PMOS管M2栅极相连，第二 PMOS管M3的 源极接外接电源Vcc，第二 PMOS管M3的漏极与电流源Iss的正端相接， 电流源Iss的负端接地gnd。第一增益相位调制支路III包括电容Cl，电阻Rl，第三PMOS管M5 与第三NMOS管M6，其中，第三PMOS管M5与第三NMOS管M6串联， 电容Cl接在第三PMOS管M5的栅极和外接电源Vcc之间，电阻Rl接在 第三NMOS管M6的栅极和漏极之间，第三PMOS管M5的源极接外接电 源Vcc，第三NMOS管M6的源极接地gnd。第二增益相位调制支路IV由第四PMOS管M7与第四NMOS管M8串联 构成，其中第四PMOS管M7栅极与第二PMOS管M3漏极相连，第四NMOS 管M8栅极与第三NMOS管M6漏极相连，第四PMOS管M7的源极接外 接电源Vcc，第四NMOS管M8源极接地gnd。电阻电容型环形振荡器中，第二电流通路II的电流源Iss，为整个电路 提供稳定电流，由于第四PMOS管M7在直流工作点工作于线性区，栅漏 电容比较大，以至于能与栅源电容进行比拟，使得第二增益相位调制支路iv放大稳定信号的同时，通过栅漏电容反馈影响第二电流通路n。图中虚线圈表示求开环传输函数时由此处断开。第二电流通路n为高增益极，并产生主极点，其交流小信号等效图如图3，对节点B，根据基尔霍夫电流定律得(不考虑通过M7的栅漏电容 Cgd7的反馈)<formula>formula see original document page 5</formula>(1) 可得-<formula>formula see original document page 6</formula>g中Csi = Cft3 + Ci + Cgrf + O(l + A3) Ci + Cg,5 ( 3 )Cdb3为PMOS管M3的漏衬电容，Cgs5为PMOS管的栅源电容，Cgd5 为PMOS管的栅漏电容，Av3为第三级低频增益。可得主极点为 1(4)Cgl和ro3皆很大，所得频率很低，可低至1K左右。 第一增益相位调制支路III产生一个左半平面得低频零点，如图4，对节 点C，根据基尔霍夫电流定律得<formula>formula see original document page 6</formula>(5)得:K训"— gm5/W1 ( 6 )卩3 (1 + 5T卯,lC^2) + 厂训,1其中<formula>formula see original document page 6</formula>( 7 )厂训n =厂"5 〃&6 (8)Cdb6和Cdb5分别为M6和M5的漏衬电容，Cgs8和Cgd8分别为M8 的栅源电容和栅漏电容，Cgd5 (l + l/Av3)为M5的栅漏电容的密勒等效 电容。产生的左半平面的零点为<formula>formula see original document page 6</formula>此处R1较大，Cgs6也较大，产生的零点频率可低至50K左右。 由于第二增益相位调制支路IV的PMOS管M7处于线性区，M7的栅漏 电容较大，使得输出Vout2可以反馈影响V3，但是正因如此，此级电路无 法用饱和区的MOS交流小信号等效。对于此级的大信号电流来说，同样根 据基尔霍夫电流定律<formula>formula see original document page 0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻电容型环形振荡器，其特征在于：该振荡器的结构为：第一ＰＭＯＳ管（Ｍ２）为二极管连接，并与第一ＮＭＯＳ管（Ｍ１）串联，第一ＰＭＯＳ管（Ｍ２）的源极接外接电源，第一ＮＭＯＳ管（Ｍ１）的源极接地；第二ＰＭＯＳ管（Ｍ３）栅极 与第一ＰＭＯＳ管（Ｍ２）栅极相连，第二ＰＭＯＳ管（Ｍ３）的源极接外接电源，第二ＰＭＯＳ管（Ｍ３）的漏极与电流源的正端相接，电流源的负端接地；第三ＰＭＯＳ管（Ｍ５）与第三ＮＭＯＳ管（Ｍ６）串联，电容Ｃ１接在第三ＰＭＯＳ管（Ｍ５）的栅极 和外接电源之间，电阻Ｒ１接在第三ＮＭＯＳ管（Ｍ６）的栅极和漏极之间，第三ＰＭＯＳ管（Ｍ５）的源极接外接电源，第三ＮＭＯＳ管（Ｍ６）的源极接地；第四ＰＭＯＳ管（Ｍ７）栅极与第二ＰＭＯＳ管（Ｍ３）漏极相连，第四ＮＭＯＳ管（Ｍ８）栅极与第 三ＮＭＯＳ管（Ｍ６）漏极相连，第四ＰＭＯＳ管（Ｍ７）的源极接外接电源，第四ＮＭＯＳ管（Ｍ８）源极接地。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷鑑铭，贺黉胤，邹雪城，邹志革，邹望辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]