本发明专利技术属于射频集成电路技术领域，具体为一种实现粗、细双调谐适用于高频应用的低功耗ＣＭＯＳ压控环形振荡器，它由４级相同的差分延迟单元构成环形振荡环路。该压控环形振荡器利用不同相位的振荡信号驱动粗、细调谐输入管，其粗、细调谐均是采用在输入信号与调谐输入管栅极之间插入一个ＮＭＯＳ传输管控制输入信号耦合到调谐输入管栅极的程度。本发明专利技术可以在实现粗、细双调谐功能的同时提高电路的振荡频率，并改善振荡信号相位噪声性能，减小电路功耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于射频集成电路
，具体为一种实现粗、细双调谐适用于高频应用的低功耗CMOS压控环形振荡器。
技术介绍
在射频接收机和发送机芯片内部都存在一个重要的模块频率综 合器。频率综合器的作用是为收发机提供本振信号，通过混频器将接 收到的射频信号搬移到基带频段或者是将基带产生的信号搬移到射 频频段。 一些已存在的无线电连接技术要求本振信号振荡频率达到上千兆赫兹，例如超宽带无线通信技术要求本振信号从3.5 GHz到10 GHz，这就对频率综合器设计在频率上提出了新的挑战。作为频率综 合器的核心电路压控振荡器是实现高频、高性能的关键，同时压控振 荡电路功耗在整个频率综合器模块功耗中占极大比重，低功耗设计也 是压控振荡器设计的关键。在已经存在的压控振荡器电路技术中，电感电容谐振腔振荡器和 环形振荡器广泛应用在各种频率综合器模块中，其中电感电容振荡器 由于电感电容负载高品质因数特性可以产生高纯度的振荡信号频谱， 但是其存在不可克服的缺点是电感的面积过大并且电感的制造不适 合集成在普通的数字C MOS工艺中；而较小的版图面积和高集成度正 是环形振荡器的优点，此外环形振荡器振荡信号频率不高，相位噪声 差的缺点可以通过电路设计得到改善。由于环形振荡器使用的是有源MOS管，尤其是工作在高频情况下， 振荡频率受到温度和工艺影响更大，这就要求振荡器有相当大的调谐频率(/mne)(约为振荡频率的20% 30%)。但是为了抑制压控振荡器电压控制线抖动对振荡器相位噪声的影响，并减小参考时钟杂散，要求振荡器频率增益(《VC0)不能过大。在普通的压控振荡器设计中，频率调谐范围由《vco和调谐电压(AF)乘积决定，如果《vco取值较小就会限制/tune，如果/"tune取值保证克服温度、工艺变化影响就会使 《VCO取值过大影响频率综合器性能。为了解决这个矛盾可以使用粗细 双调谐结构，在这种结构中使用多个有交叠的频率调谐子带覆盖所要 求的频率范围，其中每条频率子带的调谐范围由《vo)和A棵积决定。 工作时使用粗调谐控制端选择振荡器工作的频率子带，使用细调谐控制端在频率子带上找到精确的振荡频率。公开号CN 1815877A、 CN 1815878AP以及ISSCC 2003文献、 CICC 2006文献为了实现振荡 器双调谐功能均提出了一些电路结构。图l是已有的实现粗、细双调谐功能的延迟单元电路。环形振 荡器振荡频率由公式//((^Fpp)决定，其中/是周期内延迟单元输出节点 流过的电流均方根值，C是输出节点等效电容，Fpp是输出电压峰峰值。在rpp值和等效电容c变化忽略不计情况下，改变/的大小就改变了振荡频率。M1 M6是无尾电流源、全摆幅输出结构的延迟单元。Fee 控制M5、 M6注入输出结点23、 24的电流值实现频率粗调谐。为了实 现频率细调谐，增加细调谐输入管M7、 M8, ^腔制M7、 M8管栅极 电压改变M7、 M8管注入结点23、 24的电流/3、 /4。图2示出了输出节 点23和细调谐电压的时域波形图。当结点23处于上升沿时，延迟单元 左半边电路对结点23处的等效电容充电；当结点23处于下降沿时，延 迟单元左半边电路对结点23处等效电容放电。但是细调谐输入管M7 在整个周期都是对输出结点充电，这就是说增加细调谐输入管M7阻 碍了输出结点的放电过程，导致结点23输出信号上升下降沿不对称， 不利于抑制1// 噪声，恶化了振荡器相位噪声。虽然/3、 /4使/值增大， 但是作为细调谐电箭1/3、 /4取值很小， 一方面增加的M7、 M8管使输出 结点上的等效电容和电阻增大，另一方面占主导负面作用的是使得电 路振荡频率降低。这些已存在的技术是以在一定功耗下减小振荡频率为代价增加粗、细双调协功能，不适合应用在高频设计中。 参考文献-中国科学院半导体研究所.具有工艺温度补偿的数模混合信号环路 压控振荡器中国，200510011294.9 . 2006-08-09 Gu-Yeon Wei, John T.Stonick, Dan Weinlader， Jeff Sonntag， Shawn Searles. A 500 MHz MP/DLL clock generator for a 5 Gb/s backplane transceiver in 0.25拜 CMOS . IEEE CICC， 2006, 749-75
技术实现思路
本专利技术的目的是在已有技术基础上，提高输出频率、降低电路功 耗，提供一种能够粗、细双调谐适用于高频应用的低功耗CMOS压 控环形振荡器。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是 一种压控环形振荡器， 由4级相同的差分延迟单元构成环形振荡环路，其中前一级差分延迟 单元的输出端与后一级差分延迟单元的输入端相连；环路的4个差分 延迟单元的4组差分输入端分别是8个振荡信号源K(/为八进制数， /=0、 1、 "、 7)， f取值为w-4(=w+4)、 w-3、 w-2、 "-l、 "、 w+l、 w+2、 "+3 (n为差分延迟单元的级号，"=1、 2、 3、 4); 8个振荡信号源的 相位依次相差1/8周期，相位相差1/2周期的两个振荡信号源组成一 对差分信号；这8个相位的振荡信号均来自环形振荡器的振荡环路。所述差分延迟单元包含12个MOS管，呈对称分布，具有一组差 分输出信号端P 和Kn+4、四组差分输入信号端、 一个粗频率调谐电压控制端Fc和一个细频率调谐电压控制端K。在差分延迟单元的左半边，从环形振荡器环路中取不同相位的振 荡信号F^、 Fn.2、 ^ -3和P^4作为输入信号，其中F^连接主输入 管M10的栅极；Fn.2连接副输入管M12的栅极；^ .3连接粗调谐控制管M18的源极，M18的漏极连接粗调谐输入管M14的栅极，粗调谐 电压^连接M18的栅极；^.4连接细调谐控制管M20的源极，M20 的漏极连接细调谐输入管M16的栅极，细调谐电压Ff连接M20的栅 极；正输出信号端^连接主输入管M10和M12、 M14、 M16的漏极 公共结点。在差分延迟单元的右半边，从环形振荡器环路中取不同相位的振荡信号Fn+3、 Fn+2、 ^ +1和Fn作为输入信号，其中Fn+3连接主输入 管M11的栅极；Fn+2连接副输入管M13的栅极；^+1连接粗调谐控制管M19的源极，M19的漏极连接粗调谐输入管M15的栅极，粗调 谐电压K连接M19的栅极；Fn连接细调谐控制管M21的源极，M21 的漏极连接细调谐输入管M17的栅极，细调谐电压^连接M21的栅 极；负输出信号端Fn+4连接主输入管M11和M13、 M15、 M17的漏 极公共结点。电源FoD连接M12、 M14、 M16、 M13、 M15、 M17的源极公共 结点；主输入管MIO、 Mll的源极共同接地。所述主输入管MIO、 Mll和粗、细调谐控制管M18 M21均为 NMOS管，所述副输人管M12、 M13和粗、细调谐输入管M14 M17 均为PMOS管。所述环路设有粗频率调谐电压控制端口 &和细频率调谐电压控 制端口 Ff,这两个控制端口分别与每个延迟单元的相应Fc和Ff端口 相连；粗、细调谐分别由控制电压^c和Ff通过调谐控制管M1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高频双调谐压控环形振荡器，由４级相同的差分延迟单元构成环形振荡环路，其中前一级差分延迟单元的输出端与后一级差分延迟单元的输入端相连，其特征在于： ａ．所述环形振荡环路的４个差分延迟单元的４组差分输入端分别是８个振荡信号源Ｖ↓［ｉ］，ｉ为八进制数（０、１、…、７），ｉ取值为ｎ－４（＝ｎ＋４）、ｎ－３、ｎ－２、ｎ－１、ｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、ｎ＋３，ｎ为差分延迟单元的级号（ｎ＝１、２、３、４）；所述８个振荡信号源的相位依次相差１／８周期，相位相差１／２周期的两个振荡信号源组成一对差分信号，这８个相位的振荡信号均来自环形振荡器的振荡环路； ｂ．所述差分延迟单元包含１２个ＭＯＳ管，呈对称分布，具有一组差分输出信号端Ｖ↓［ｎ］和Ｖ↓［ｎ＋４］、四组差分输入信号端、一个粗频率调谐电压控制端Ｖ↓［ｃ］和一个细频率调谐电压控制端Ｖ↓［ｆ］； 在差分延迟单元的左半边，从环形振荡器环路中取不同相位的振荡信号Ｖ↓［ｎ－１］、Ｖ↓［ｎ－２］、Ｖ↓［ｎ－３］和Ｖ↓［ｎ－４］作为输入信号，其中：Ｖ↓［ｎ－１］连接主输入管Ｍ１０的栅极；Ｖ↓［ｎ－２］连接副输入管Ｍ１２的栅极；Ｖ↓［ｎ－３］连接粗调谐控制管Ｍ１８的源极，Ｍ１８的漏极连接粗调谐输入管Ｍ１４的栅极，粗调谐电压Ｖ↓［ｃ］连接Ｍ１８的栅极；Ｖ↓［ｎ－４］连接细调谐控制管Ｍ２０的源极，Ｍ２０的漏极连接细调谐输入管Ｍ１６的栅极，细调谐电压Ｖ↓［ｆ］连接Ｍ２０的栅极；正输出信号端Ｖ↓［ｎ］连接主输入管Ｍ１０和Ｍ１２、Ｍ１４、Ｍ１６的漏极公共结点； 在差分延迟单元的右半边，从环形振荡器环路中取不同相位的振荡信号Ｖ↓［ｎ＋３］、Ｖ↓［ｎ＋２］、Ｖ↓［ｎ＋１］和Ｖ↓［ｎ］作为输入信号，其中：Ｖ↓［ｎ＋３］连接主输入管Ｍ１１的栅极；Ｖ↓［ｎ＋２］连接副输入管Ｍ１３的栅极；Ｖ↓［ｎ＋１］连接粗调谐控制管Ｍ１９的源极，Ｍ１９的漏极连接粗调谐输入管Ｍ１５的栅极，粗调谐电压Ｖ↓［ｃ］连接Ｍ１９的栅极；Ｖ↓［ｎ］连接细调谐控制管Ｍ２１的源极，Ｍ２１的漏极连接细调谐输入管Ｍ１７的栅极，细调谐电压Ｖ↓［ｆ］连接Ｍ２１的栅极；负输出信号端Ｖ↓［ｎ＋４］连接主输入管Ｍ１１和Ｍ１３、Ｍ１５、Ｍ１７的漏极公共结点； 电源Ｖ↓［ＤＤ］连接Ｍ１２、Ｍ１４、Ｍ１６、Ｍ１３、Ｍ１５、Ｍ１７的源极公共结点；主输入管Ｍ１０、Ｍ１１的源极共同接地； ｃ．所述环路设有粗频率调谐电压控制端口Ｖ↓［ｃ］和细频率调谐电压控制端口Ｖ↓［ｆ］，...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，邓晶晶，任俊彦，李巍，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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