一种环形压控振荡器及锁相环电路制造技术

本发明专利技术适用于电路领域，提供了一种环形压控振荡器及锁相环电路，所述环形压控振荡器包括：电压-电流转换器，用于将控制电压转换成电流输出；噪声消除电路，用于根据所述电压-电流转换器的输出产生补偿电流，所述补偿电流是根据所述电压-电流转换器输出的电流按一定的比例缩小镜像的；以及电流控制振荡器，用于根据所述噪声消除电路输出的电流信号产生相应的振荡频率。本发明专利技术在电压-电流转换器与电流控制振荡器之间增加了一个噪声消除电路，产生补偿电流，抵消电压-电流转换器输出电流受电源噪声引起的变化，最大程度上消除了电源噪声对电流的影响，降低了环形压控振荡器对电源或衬底噪声的灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电路领域，尤其涉及一种环形压控振荡器及锁相环电路。
技术介绍
压控振荡器(VoltageControlled Oscillator, VC0)是锁相环(Phase L0CkedL00p，PLL)核心的模块电路，锁相环的输出频率直接就是由压控振荡器产生的。压控振荡器可以分成几种，各有各的优缺点。其中环形压控振荡器(ringVCO)由于其低功耗，面积小，易于集成等优点而被应用于锁相环中，特别是在片上系统中，更是得到广泛的应用。环形压控振荡器是一个对噪声非常敏感的电路模块。在芯片系统中，电源或衬底的噪声很容易干扰到环形压控振荡器，这样将会影响到其输出频率的性能，导致锁相环输出时钟的抖动(jitter)性能指标。调节线性度也是环形压控振荡器的一个重要性能指标，非线性将会影响到锁相环的稳定性。在压控振荡器的控制电压Vctrl两端，Kvco (VC0的增益)一般会比较低，存在着非线性。这一点必须要解决好，以保证在控制电压Vctrl的整个有效工作范围内，都具有很好的线性度。在锁相环电路中，设计好一个输出频率为低抖动的压控振荡器是最重要的一个环节。因为一些噪声会直接耦合到压控振荡器的控制电压上，然后就会直接传导给振荡频率， 导致振荡频率发生抖动变化。同时，也要保证在控制电压Vctrl的整个有效工作范围内，都具有很好的线性度。环形压控振荡器的普遍结构如图1所示，电压-电流转换器(V-I Converter)的作用是将控制电压转换成电流，要求具有高的输出阻抗，高的电源抑制比。电流控制振荡器 (Current-Controlled Oscillator,CC0)是由一组延迟单元组成一个环行振荡器以产生振荡频率。电平转换器(Level shifter)是将电流控制振荡器产生的频率转换为输出所想要电平的频率。在很多高性能的数字系统中，电流控制振荡器中的延迟单元很多都是由CMOS延迟缓冲器来实现。这是因为CMOS延迟缓冲器具有很多优点能够产生很宽的振荡频率范围；简单便于设计；对缓冲器的供电电源的幅度没有很大的要求。但CMOS延迟缓冲器的有一个缺点就是其延迟时间对供电电源的噪声很敏感。因此这是在设计中必须要解决的问题。在目前的实际应用中，普遍采用带反馈共源共栅的环形压控振荡器，如图2所示， 虚线框中为电压-电流转换器，虚线框图以外部分为电流控制振荡器，cl_c5为延迟单元。 为了降低对电源VDD噪声的灵敏度，采用的是带反馈的共源共栅来增加电压_电流转换器的输出阻抗，这里的反馈环路用到一个运算跨导放大器(OTA)。同时为了对电源VDD的高频噪声进行滤波，在节点Vcco处增加了一个耦合电容Cf，这样就比较好的降低了电源VDD噪声的灵敏度。但该方案消耗了很大的功耗。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种环形压控振荡器，旨在降低环形压控振荡器对电源或衬底噪声的灵敏度。本专利技术实施例是这样实现的，一种环形压控振荡器，所述环形压控振荡器包括电压-电流转换器，用于将控制电压转换成电流输出；噪声消除电路，用于根据所述电压-电流转换器的输出产生补偿电流，所述补偿电流是根据所述电压-电流转换器输出的电流按一定的比例缩小镜像的；以及电流控制振荡器，用于根据所述噪声消除电路输出的电流信号产生相应的振荡频率。本专利技术实施例的另一目的在于提供一种锁相环电路，所述锁相环电路包括上述的环形压控振荡器。本专利技术实施例中，在电压_电流转换器与电流控制振荡器之间增加了一个噪声消除电路，产生补偿电流，抵消电压_电流转换器输出电流受电源噪声引起的变化，最大程度上消除了电源噪声对电流的影响，降低了环形压控振荡器对电源或衬底噪声的灵敏度。附图说明图1是现有技术提供的环形压控振荡器的结构原理图；图2是现有技术提供的带反馈共源共栅的环形压控振荡器的结构图；图3是本专利技术实施例提供的环形压控振荡器的结构原理图；图4是本专利技术实施例提供的环形压控振荡器的电路结构图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例中，在电压_电流转换器与电流控制振荡器之间增加了一个噪声消除电路，产生补偿电流，抵消电压-电流转换器输出电流受电源噪声引起的变化。图3示出了本专利技术实施例提供的环形压控振荡器的结构原理，为了便于说明，仅示出了与本专利技术实施例相关的部分。电压-电流转换器1其将控制电压转换成电流输出。在本专利技术实施例中，电压-电流转换器1采用反馈共源共栅电流镜结构，增强电流源的输出阻抗。噪声消除电路2，其根据电压_电流转换器1的输出产生补偿电流，该补偿电流是根据电压_电流转换器1输出的电流按一定的比例缩小镜像过来的。电流控制振荡器3，其根据噪声消除电路2输出的电流信号产生相应的振荡频率。在本专利技术实施例中，控制电压经过电压-电流转换器1转换成电流，输出的电流流至噪声消除电路2，噪声消除电路2产生补偿电流，消除电源噪声对电流的影响，噪声消除电路2输出电流至电流控制振荡器3，控制电流控制振荡器3产生想要的振荡频率范围。图4示出了本专利技术实施例提供的环形压控振荡器的结构，为了便于说明，仅示出4了与本专利技术实施例相关的部分。电压-电流转换器1包括匪OS管Mnl、Mn2和PMOS管Mpl、Mp2、Mp3、Mp4。PMOS管Mp2，Mp4和Mp3组成一个反馈共源共栅电流镜，这样可以增强电流源的输出阻抗，其中 PMOS管Mp2与PMOS管Mpl的栅极相连，其源极接电源VDD，其漏极与PMOS管Mp4 栅极相连，PMOS管Mp4的源极接电源VDD，其漏极与PMOS管Mp3栅极相连，PMOS管Mp3的源极与PMOS管Mp4的栅极相连，其栅极与NMOS管Mn2漏极相连，从PMOS管Mp3漏极流出的电流为12。当控制电压Vctrl彡Vtnl时(Vtnl是管Mnl的阈值电压)，NMOS管Mnl与 PMOS管Mpl导通，流经NMOS管Mnl的电流为II。控制电压Vctrl的有效工作范围是 Vtnl彡Vctrl彡VDD,当Vctrl接近VDD时，管Mnl会处于深线性区，电流Il就会减少，降低Kvco (VC0的增益)，调节线性度会变得非线性。作为本专利技术实施例的优选实施例，为了补偿控制电压Vctrl在比较高的电压，接近电源VDD的区域中，Kvco会下降的问题，增加了一个源跟随器，其中作为源跟随器的NMOS管Mn3的栅极接控制电压Vctrl，其漏极接电源VDD，其源极与PMOS管Mp3的漏极相连，NMOS管Mn3的源极输出电压为Ncco,从NMOS管Mn3源极流出的电流为13。当Vctrl-Vcco < Vtn3时(Vtn3是管Mn3的阈值电压)，NM0S管Mn3会保证关断； 当Vctrl-Vcco > Vtn3，在Vctrl比较高电压时，NMOS管Mn3就会打开，电流13就会叠加到电流12上，补偿了电流12的下降。这样就保证了环形压控振荡器有比较好的线性度。因此，通过增加一个源跟随器可以很好的补偿Kvco在控制电压Vctrl接近电源VDD区域中的下降。尽管电压_电流转换器1采用反馈共源共栅电流镜结构，可以降低对电源噪声的灵敏度，但其输出电流12仍然还会部分受本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种环形压控振荡器，其特征在于，所述环形压控振荡器包括：电压－电流转换器，用于将控制电压转换成电流输出；噪声消除电路，用于根据所述电压－电流转换器的输出产生补偿电流，所述补偿电流是根据所述电压－电流转换器输出的电流按一定的比例缩小镜像的；以及电流控制振荡器，用于根据所述噪声消除电路输出的电流信号产生相应的振荡频率。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁仁光，胡胜发，
申请(专利权)人：安凯广州微电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：81