專利名稱：一種高調(diào)諧精度的數(shù)字控制振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)控振蕩器，引入新型開關(guān)PMOS電容單元，獲得小的單位開關(guān)電容，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)的頻率調(diào)諧步長即高的頻率調(diào)諧精度。
背景技術(shù)：
數(shù)控振蕩器可以看成一種數(shù)字到頻率轉(zhuǎn)換的裝置，它由輸入數(shù)字信號控制，能夠產(chǎn)生頻率與輸入控制字對應(yīng)的振蕩信號，是數(shù)字鎖相環(huán)中最重要的模塊之一，通過鎖相環(huán)的環(huán)路反饋控制產(chǎn)生頻率相位穩(wěn)定的輸出信號，為電子系統(tǒng)提供參考時(shí)鐘或本振信號。數(shù)控振蕩器的頻率調(diào)諧精度是關(guān)鍵的指標(biāo)之一，往往決定了其應(yīng)用場合，同時(shí)較高的頻率調(diào)諧精度對于降低其相位噪聲也是有利的，因此設(shè)計(jì)高的頻率調(diào)諧精度的數(shù)控振蕩器是非常有必要的。數(shù)控振蕩器主要包括環(huán)形數(shù)控振蕩器和電感電容型數(shù)控振蕩器兩類，環(huán)形數(shù)控振蕩器由奇數(shù)級反相單元級聯(lián)構(gòu)成，通過數(shù)字控制每一級的驅(qū)動電流或驅(qū)動負(fù)載電容可以輕易地實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧，電感電容型數(shù)控振蕩器由電感電容諧振回路和有源電路組成，其中諧振回路確定振蕩頻率，有源電路等效為“負(fù)阻”，補(bǔ)償每個(gè)振蕩周期中在電阻上產(chǎn)生的能量損耗。由于電感電容型數(shù)控振蕩器具有較優(yōu)的相位噪聲性能和低抖動特性，在目前的CMOS 工藝中獲得了廣泛地應(yīng)用。電感電容數(shù)控振蕩器的結(jié)構(gòu)比較固定，主要區(qū)別為產(chǎn)生“負(fù)阻”的有源電路和諧振網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字控制的電容陣列的結(jié)構(gòu)?！柏?fù)阻”用于補(bǔ)償電感電容諧振回路的損耗，維持振蕩，由于交叉耦合管對采用差分結(jié)構(gòu)，具有良好的共模抑制效果，是目前最常用的“負(fù)阻”產(chǎn)生電路；考慮降低功耗，及提高電源抑制比，互補(bǔ)的PM0S、NM0S交叉耦合管對相對于單獨(dú)的 NMOS交叉耦合管對或者PMOS交叉耦合管對具有明顯的優(yōu)勢，在電感電容型數(shù)控振蕩器中得到了廣泛使用。附圖I所示為傳統(tǒng)采用互補(bǔ)的PMOS、NMOS交叉耦合管對作為“負(fù)阻”產(chǎn)生電路的電感電容型數(shù)控振蕩器，稱為互補(bǔ)交叉耦合電感電容型數(shù)控振蕩器。在該數(shù)控振蕩器中開關(guān)電容陣列采用PMOS管實(shí)現(xiàn)，控制位Dn電平在電源和地之間切換。當(dāng)Dn為電源電平時(shí)，PMOS管工作于強(qiáng)反型，表現(xiàn)為強(qiáng)反型電容；而當(dāng)Dn為地電平時(shí)，PMOS管工作于耗盡區(qū)，表現(xiàn)為耗盡區(qū)電容。因此單位開關(guān)電容大小為強(qiáng)反型電容與耗盡區(qū)電容的差值，受限于工藝的特征尺寸，該電容值通常較大，從而導(dǎo)致數(shù)控振蕩器的調(diào)諧精度有限，即調(diào)諧步長較大。這在一定程度上限制了電感電容型數(shù)控振蕩器的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)的缺陷，提供一種確實(shí)可行的提高電感電容型數(shù)控振蕩器頻率調(diào)諧精度，即減小其頻率調(diào)諧步長的設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的高調(diào)諧精度的電感電容型數(shù)控振蕩器包括第一 N型場效應(yīng)晶體管、第二 N型場效應(yīng)晶體管，第一 P型場效應(yīng)晶體管、第二 P型場效應(yīng)晶體管和諧振回路，所述第一 N型場效應(yīng)晶體管的源極接地，第一 N型場效應(yīng)晶體管的漏極接第一 P型場效應(yīng)晶體管的漏極，第一 N型場效應(yīng)晶體管的柵極接諧振回路的第二輸入端；所述第一 N型場效應(yīng)晶體管的源極接地，第二 N型場效應(yīng)晶體管的漏極接第二 P型場效應(yīng)晶體管的漏極，第二 N型場效應(yīng)晶體管的柵極接諧振回路的第一輸入端；所述第一 P型場效應(yīng)晶體管的源極接電源VDD，第一 P型場效應(yīng)晶體管的漏極接第一 N型場效應(yīng)晶體管的漏極，第一 P型場效應(yīng)晶體管的柵極接諧振回路的第二輸入端；所述第二 P型場效應(yīng)晶體管的源極接電源VDD，第二 P型場效應(yīng)晶體管的漏極接第二 N型場效應(yīng)晶體管的漏極，第二 P 型場效應(yīng)晶體管的柵極接諧振回路的第一輸入端；
所述諧振回路包括并聯(lián)連接的電感L、電容C、第一控制位Dl控制的由P型場效應(yīng)晶體管PM11、PM12、PM13和PM14組成的第一位控制單元電路、…、和由第η控制位Dn控制的由P型場效應(yīng)晶體管PMnl、ΡΜη2、ΡΜη3和ΡΜη4組成的第η位控制單元電路，組成控制單元陣列；
所述電感L第一輸入端接電容C的第一輸入端,作為諧振回路的第一輸入端(I),電感 L第二輸入端接電容C的第二輸入端，作為諧振回路的第二輸入端(2)；
所述P型場效應(yīng)晶體管PMll的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ12的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ13的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ14的柵極均接到一起，作為第一控制位Dl端；Ρ型場效應(yīng)晶體管PMll的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ13的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ12的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ14的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端；
所述P型場效應(yīng)晶體管PMnl的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη2的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη3的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη4的柵極均接到一起，作為第η控制位Dn端，P型場效應(yīng)晶體管PMnl的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη3的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη2的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη4的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端；
所述控制單元陣列中每一個(gè)控制單元的接法均相同，PMk3、PMk4對管的尺寸大于 PMkl、PMk2對管，其中k為I到η。有益效果本發(fā)明通過改進(jìn)傳統(tǒng)電感電容型數(shù)控振蕩器中開關(guān)電容陣列，實(shí)現(xiàn)較小的開關(guān)電容，獲得了較高的頻率調(diào)諧精度，即有效地減小了頻率調(diào)諧的步長。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。


圖I是傳統(tǒng)電感電容型數(shù)控振蕩器電路圖2是本發(fā)明電感電容型數(shù)控振蕩器電路圖3是數(shù)控振蕩器工作時(shí)單位開關(guān)電容的工作狀態(tài)曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
如圖2所示，高調(diào)諧精度的電感電容型數(shù)控振蕩器，包括第一 N型場效應(yīng)晶體管匪1、第二 N型場效應(yīng)晶體管匪2，第一 P型場效應(yīng)晶體管PMl、第二 P型場效應(yīng)晶體管PM2和諧振回路，所述諧振回路包括并聯(lián)連接的電感L、電容C、第一控制位Dl控制的由P型場效應(yīng)晶體管PM11、PM12、PM13和PM14組成的第一位控制單元電路、…、和由第η控制位Dn 控制的由P型場效應(yīng)晶體管PMnl、ΡΜη2、ΡΜη3和ΡΜη4組成的第η位控制單元電路，組成控制單元陣列；
所述電感L第一輸入端接電容C的第一輸入端,作為諧振回路的第一輸入端1，電感L 第二輸入端接電容C的第二輸入端，作為諧振回路的第二輸入端2 ；
所述P型場效應(yīng)晶體管PMll的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ12的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ13的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ14的柵極均接到一起，作為第一控制位Dl端；Ρ型場效應(yīng)晶體管PMll的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ13的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ12的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ14的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端；
所述P型場效應(yīng)晶體管PMnl的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη2的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη3的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη4的柵極均接到一起，作為第η控制位Dn端，P型場效應(yīng)晶體管PMnl的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη3的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη2的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη4的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端；
所述控制單元陣列中每一個(gè)控制單元的接法均相同，PMk3、PMk4對管的尺寸大于 PMkl、PMk2對管，其中k為I到η。如圖3所示為圖I和圖2中數(shù)控振蕩器工作時(shí)單位開關(guān)電容的工作狀態(tài)，均以圖中控制位Dl控制的單元為例說明。其中Α、B標(biāo)識的是點(diǎn)劃線上區(qū)域，而C、D、E、F標(biāo)識的是兩條實(shí)線上的區(qū)域。圖I中Dl為高電平時(shí)，PMll和ΡΜ12均工作于B區(qū)，而Dl為低電平時(shí)，PMll和ΡΜ12均工作于A區(qū)，因此，單位開關(guān)電容八(為CB-CA。圖2中Dl為高電平時(shí)， PMll和PM12均工作于F區(qū)，PMll和PM12均工作于C區(qū)，而Dl為低電平時(shí)，PMll和PM12均工作于E區(qū)，PMll和PM12均工作于D區(qū)，因此單位開關(guān)電容AC為(CF+Cc)-(CE+CD) = ( Cf-Ce) -( Cd - C。)。當(dāng)PMOS管對的尺寸差異較小時(shí)，該單位開關(guān)電容將比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的單位開關(guān)電容小得多，從而能夠獲得較小的頻率調(diào)諧步長，實(shí)現(xiàn)高調(diào)諧精度。
權(quán)利要求
1.一種高調(diào)諧精度的電感電容型數(shù)控振蕩器，包括第一N型場效應(yīng)晶體管(匪I)、第二 N型場效應(yīng)晶體管(匪2)，第一 P型場效應(yīng)晶體管(PMl)、第二 P型場效應(yīng)晶體管(PM2)和諧振回路，所述第一 N型場效應(yīng)晶體管(Wl)的源極接地，第一 N型場效應(yīng)晶體管(Wl)的漏極接第一 P型場效應(yīng)晶體管(PMl)的漏極，第一 N型場效應(yīng)晶體管(NMl)的柵極接諧振回路的第二輸入端；所述第一 N型場效應(yīng)晶體管(匪I)的源極接地，第二 N型場效應(yīng)晶體管 (匪2)的漏極接第二 P型場效應(yīng)晶體管(PM2)的漏極，第二 N型場效應(yīng)晶體管(匪2)的柵極接諧振回路的第一輸入端(I);所述第一 P型場效應(yīng)晶體管(PMl)的源極接電源VDD，第一 P型場效應(yīng)晶體管(PMl)的漏極接第一 N型場效應(yīng)晶體管(Wl)的漏極，第一 P型場效應(yīng)晶體管(PMl)的柵極接諧振回路的第二輸入端(2);所述第二 P型場效應(yīng)晶體管(PM2)的源極接電源VDD，第二 P型場效應(yīng)晶體管(PM2)的漏極接第二 N型場效應(yīng)晶體管(NM2)的漏極， 第二 P型場效應(yīng)晶體管(PM2)的柵極接諧振回路的第一輸入端(I)；其特征在于所述諧振回路包括并聯(lián)連接的電感L、電容C、第一控制位Dl控制的由P 型場效應(yīng)晶體管PM11、PM12、PM13和PM14組成的第一位控制單元電路、...、和由第η控制位Dn控制的由P型場效應(yīng)晶體管PMnl、PMn2、PMn3和ΡΜη4組成的第η位控制單元電路，組成控制單元陣列；所述電感L第一輸入端接電容C的第一輸入端,作為諧振回路的第一輸入端(I)，電感 L第二輸入端接電容C的第二輸入端，作為諧振回路的第二輸入端(2);所述P型場效應(yīng)晶體管PMll的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ12的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ13的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ14的柵極均接到一起，作為第一控制位Dl端#型場效應(yīng)晶體管PMll的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ13的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ12的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜ14的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端；所述P型場效應(yīng)晶體管PMnl的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη2的源極、漏極和襯底、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη3的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη4的柵極均接到一起，作為第η控制位Dn端，P型場效應(yīng)晶體管PMnl的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη3的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη2的柵極、P型場效應(yīng)晶體管ΡΜη4 的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高調(diào)諧精度的電感電容型數(shù)控振蕩器，其特征在于所述控制單元陣列中每一個(gè)控制單元的接法均相同，PMk3、PMk4對管的尺寸大于PMkl、PMk2對管，其中k為I到η。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高調(diào)諧精度的電感電容型數(shù)控振蕩器，其中諧振回路包括并聯(lián)連接的電感L、電容C、第一控制位D1控制的由P型場效應(yīng)晶體管PM11、PM12、PM13和PM14組成的第一位控制單元電路、…、和由第n控制位Dn控制的由P型場效應(yīng)晶體管PMn1、PMn2、PMn3和PMn4組成的第n位控制單元電路，組成控制單元陣列；所述電感L第一輸入端接電容C的第一輸入端，作為諧振回路的第一輸入端(1)，電感L第二輸入端接電容C的第二輸入端，作為諧振回路的第二輸入端(2)；每位控制單元由不同尺寸的PMOS管對反向并聯(lián)組成，利用PMOS管尺寸差別得到小的電容差值，獲得精細(xì)的頻率調(diào)諧步長，即實(shí)現(xiàn)高的頻率調(diào)諧精度。
文檔編號H03L7/099GK102594343SQ20121005162
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者吳建輝, 周正亞, 張萌, 江平, 王子軒, 陳慶, 陳超, 黃成 申請人:東南大學(xué)