本发明专利技术公开了一种基于绝缘体上硅工艺的ＣＭＯＳ环形振荡器，其电路设计采用增强型绝缘体上硅体连接（ＢＣ）ＮＭＯＳ管源端接耗尽型绝缘体上硅浮体（ＦＢ）ＮＭＯＳ管，利用浮体管体区悬浮的特殊器件结构，改进了上升时间与电源电压的关系，并改进了频率输出与电源电压的相关性，从而更好地提供稳定频率输出，并利用绝缘体上硅工艺器件的高阻衬底及隐埋氧化层，显著降低串扰和最小化寄生电容，更好地屏蔽衬底噪声。本发明专利技术的振荡频率随电源电压的变化很小，线路简单，具有很强的实用性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路设计及信号处理
，特别是一种基于绝缘体上硅工艺 的互补金属氧化物半导体(CMOS)环形振荡器。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，在射频前端应用领域越来越需要高性能、低成本 的锁相环(Phase Lock Loop)电路及其基本单元振荡器。锁相环是通信电路和高速系统中 锁相环模块电路的重要组成单元，它主要用来产生时间基准，其性能决定了整个系统性能 的好坏。压控振荡器(Voltage-ControlledOscillator)是锁相环电路中工作在最高频率 的单元，近年来，人们对压控振荡器进行了广泛的研究。在集成电路中实现的压控振荡器主 要有两类LC压控振荡器和环形振荡器。环形振荡器是广泛应用于多种集成电路芯片设计的振荡器标准结构之一，提供稳 定的频率输出。传统体硅CMOS环形振荡器由于工艺技术的局限性，导致无法实现高阻衬 底，同时也无法降低寄生电容量、无法很好地控制衬底噪声，振荡频率受电源电压及衬底电 压变化的影响很大，当电源电压降低一半时，振荡频率要降低一半以上。给出了传统体硅 CMOS环形振荡器的电路结构，如图1所示。目前集成电路领域应用于环形振荡器设计的主要工艺技术包括传统体硅RFCMOS 技术及SiGe BiCMOS技术，其中SiGe BiCMOS技术一般应用于LC压控振荡器设计，提供更好 的相位噪声性能；传统体硅RFCMOS技术更适宜于环形振荡器设计，然而，传统体硅RFCMOS 技术在噪声、特征频率方面的限制使之在高频、高性能射频应用中并不占优势。传统体硅CMOS器件结构剖面图，如图2所示，器件的有源区直接位于衬底之上，无 法实现全介质隔离，由此带来的寄生可控硅闩锁效应会使电路存在潜在失效危险，同时，由 于特征尺寸缩小，电源电压降低导致的软失效问题会使电路的抗干扰能力下降，可靠性降 低。传统体硅CMOS器件之间的隔离区所占芯片面积会随着器件尺寸的减小而增大， 由此带来更多寄生电容，不利于提高集成密度及电路速度。同时，由于器件尺寸缩小带来的 各种多维非线性效应会变得更加明显，严重影响电路性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是推出一种基于绝缘体上硅工艺的CMOS环形振荡器，该环形振荡 器充分利用了绝缘体上硅工艺技术的特点，并且在电路设计中采用经过改进的新型电路结 构形式，具有结构简单，噪声低，稳频性能好的优点，具有很好的应用前景。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术采用的绝缘体上硅CMOS器件结构为在绝缘衬底(硅衬底)上生长一层单 晶硅薄膜，器件就制造在表层很薄的这层硅膜中，器件与衬底之间由一层隐埋氧化层隔开。 以P管为例，通过光刻，氧化，淀积和离子注入等工艺手段，在硅膜中形成P型源漏区，N型沟道区及N型沟道区上方的栅氧和多晶硅栅。两个P管之间通过场区氧化层隔开。正是采用这种独特的结构使得本专利技术绝缘体上硅CMOS器件具有了普通体硅器件无法比拟的优点。一种基于绝缘体上硅工艺的CMOS环形振荡器，含IN端、OUT端、电源VDD和地线 GND，其中IN端为监测端，OUT端为输出端，特点是该基于绝缘体上硅工艺的CMOS环形振 荡器还含第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第 六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十MOS管M10、第^^一 MOS管 Mil、第十二 MOS管M12、第十三MOS管M13、第十四MOS管M14、第十五MOS管M15、第十六 MOS管M16、第十七MOS管M17、第十八MOS管M18、第十九MOS管M19、第二十MOS管M20、第 二i^一 MOS管M21、第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六 电容C6、第七电容C7，其中第一 MOS管Ml、第三MOS管M3、第五MOS管M5、第七MOS管M7、 第九MOS管M9、第i^一 MOS管Mil、第十三MOS管M13为增强型绝缘体上硅体连接(BC)PMOS 管，第二 MOS管M2、第四MOS管M4、第六MOS管M6、第八MOS管M8、第十MOS管MlO、第十二 MOS管M12、第十四MOS管M14为增强型绝缘体上硅体连接(BC)NMOS管，第十五MOS管M15、 第十六MOS管M16、第十七MOS管M17、第十八MOS管M18、第十九MOS管M19、第二十MOS管 M20、第二^^一 MOS管M21为耗尽型绝缘体上硅浮体(FB)NMOS管。一种基于绝缘体上硅工艺的CMOS环形振荡器的电路连接，第一 MOS管Ml与第二 MOS管M2栅极、漏极分别连接在一起，第一 MOS管Ml的源极与电源连接，第二 MOS管M2的 源极与第十五MOS管M15的漏极连接，第十五MOS管M15的源极与栅极连接在一起后接地， 第一 MOS管Ml、第二MOS管M2、第十五MOS管M15构成了环形振荡器的第一级(stagel)；第 三MOS管M3与第四MOS管M4栅极、漏极分别连接在一起，第三MOS管M3的源极与电源连 接，第四MOS管M4的源极与第十六MOS管M16的漏极连接，第十六MOS管M16的源极与栅极 连接在一起后接地，第三MOS管M3、第四MOS管M4、第十六MOS管M16构成了环形振荡器的 第二级(Stage2)；第五MOS管M5与第六MOS管M6栅极、漏极分别连接在一起，第五MOS管 M5的源极与电源连接，第六MOS管M6的源极与第十七MOS管M17的漏极连接，第十七MOS 管M17的源极与栅极连接在一起后接地，第五MOS管M5、第六MOS管M6、第十七MOS管M17 构成了环形振荡器的第三级(Stage3)；第七MOS管M7与第八MOS管M8栅极、漏极分别连 接在一起，第七MOS管M7的源极与电源连接，第八MOS管M8的源极与第十八MOS管M18的 漏极连接，第十八MOS管M18的源极与栅极连接在一起后接地，第七MOS管M7、第八MOS管 M8、第十八MOS管M18构成了环形振荡器的第四级(staged ；第九MOS管M9与第十MOS管 MlO栅极、漏极分别连接在一起，第九MOS管M9的源极与电源连接，第十MOS管MlO的源极 与第十九MOS管M19的漏极连接，第十九MOS管M19的源极与栅极连接在一起后接地，第九 MOS管M9、第十MOS管M10、第十九MOS管Ml五构成了环形振荡器的第五级(Stage5)；第 十一 MOS管Ml 1与第十二 MOS管M12栅极、漏极分别连接在一起，第十一 MOS管Ml 1的源极 与电源连接，第十二 MOS管M12的源极与第二十MOS管M20的漏极连接，第二十MOS管M20 的源极与栅极连接在一起后接地，第i^一 MOS管Mil、第十二 MOS管M12、第二十MOS管M20 构成了环形振荡器的第六级(stagee)，第十三MOS管M13与第十四MOS管M14栅极、漏极分 别连接在一起，第十三MOS管M13的源极与电源连接，第十四MOS管M14的源极与第二十一 MOS管M21的漏极连接，第二十一 MOS管M21的源极与栅极连接在一起后接地，第十三MOS 管M13、第十四MOS管M14、第二i^一 MOS管M21构成了环形振荡器的第七级(Stage7).本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于绝缘体上硅工艺的ＣＭＯＳ环形振荡器，该振荡器含ＩＮ端、ＯＵＴ端、电源ＶＤＤ和地线ＧＮＤ，其中ＩＮ端为监测端，ＯＵＴ端为输出端，其特征在于，该振荡器还含第一ＭＯＳ管Ｍ１、第二ＭＯＳ管Ｍ２、第三ＭＯＳ管Ｍ３、第四ＭＯＳ管Ｍ４、第五ＭＯＳ管Ｍ５、第六ＭＯＳ管Ｍ６、第七ＭＯＳ管Ｍ７、第八ＭＯＳ管Ｍ８、第九ＭＯＳ管Ｍ９、第十ＭＯＳ管Ｍ１０、第十一ＭＯＳ管Ｍ１１、第十二ＭＯＳ管Ｍ１２、第十三ＭＯＳ管Ｍ１３、第十四ＭＯＳ管Ｍ１４、第十五ＭＯＳ管Ｍ１５、第十六ＭＯＳ管Ｍ１６、第十七Ｍ８构成了环形振荡器的第四级（ｓｔａｇｅ４）；第九ＭＯＳ管Ｍ９与第十ＭＯＳ管Ｍ１０栅极、漏极分别连接在一起，第九ＭＯＳ管Ｍ９的源极与电源连接，第十ＭＯＳ管Ｍ１０的源极与第十九ＭＯＳ管Ｍ１９的漏极连接，第十九ＭＯＳ管Ｍ１９的源极与栅极连接在一起后接地，第九ＭＯＳ管Ｍ９、第十ＭＯＳ管Ｍ１０、第十九ＭＯＳ管Ｍ１９构成了环形振荡器的第五级（ｓｔａｇｅ５）；第十一ＭＯＳ管Ｍ１１与第十二ＭＯＳ管Ｍ１２栅极、漏极分别连接在一起，第十一ＭＯＳ管Ｍ１１的源极与电源连接，第十二ＭＯＳ管Ｍ１２的源极与第二十ＭＯＳ管Ｍ２０的漏极连接，第二十ＭＯＳ管Ｍ２０的源极与栅极连接在一起后接地，第十一ＭＯＳ管Ｍ１１、第十二ＭＯＳ管Ｍ１２、第二十ＭＯＳ管Ｍ２０构成了环形振荡器的第六级（ｓｔａｇｅ６）；第十三ＭＯＳ管Ｍ１３与第十四ＭＯＳ管Ｍ１４栅极、漏极分别连接在一起，第十三ＭＯＳ管Ｍ１３的源极与电源连接，第十四ＭＯＳ管Ｍ１４的源极与第二十一ＭＯＳ管Ｍ２１的漏极连接，第二十一ＭＯＳ管Ｍ２１的源极与栅极连接在一起后接地，第十三ＭＯＳ管Ｍ１３、第十四ＭＯＳ管Ｍ１４、第二十一ＭＯＳ管Ｍ２１构成了环形振荡器的第七级（ｓｔａｇｅ７）。ＯＳ管Ｍ１７、第十八ＭＯＳ管Ｍ１８、第十九ＭＯＳ管Ｍ１９、第二十ＭＯＳ管Ｍ２０、第二十一ＭＯＳ管Ｍ２１、第一电容Ｃ１、第二电容Ｃ２、第三电容Ｃ３、第四电容Ｃ４、第五电容Ｃ５、第六电容Ｃ６、第七电容Ｃ７，其中第一ＭＯＳ管Ｍ１、第三ＭＯＳ管Ｍ３、第五ＭＯＳ管Ｍ５、第七ＭＯＳ管Ｍ７、第九ＭＯＳ管Ｍ９、第十一ＭＯＳ管Ｍ１１、第十三ＭＯＳ管Ｍ１３为增强型绝缘体上硅体连接（ＢＣ）ＰＭＯＳ管；第二ＭＯＳ管Ｍ２、第四ＭＯＳ管Ｍ４、第六ＭＯＳ管Ｍ６、第八ＭＯＳ管Ｍ８、第十ＭＯＳ管Ｍ１０、第十二ＭＯＳ管Ｍ１２、第十四ＭＯＳ管Ｍ１４为增强型绝缘体上硅体连接（ＢＣ）ＮＭＯＳ管；第十五Ｍ...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：石春琦，陈磊，赖宗声，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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