[发明专利]数字控制电容电路以及高分辨率数字控制振荡器及其方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种电子电路，特别是有关于一种数字控制振荡器。

背景技术

目前，数字控制振荡器(DC0)用以产生频率控制周期信号的电路，数字控 制振荡器是由数字句柄(digital control word)控制。图1A是描述已知的数 字控制振荡器(DC0)100A，其包含一对交叉耦合NMOS晶体管M1及M2，其是 用以产生正反馈回路于第一输出节点V01及第二输出节点V02，一对电感L1 及L2为M1及M2的负载，且变容器(varactor)阵列110并联于晶体管M1及 M2的输出端(或漏极端)之间以提供可调电容。图1A中，VDD表示第一固定电 位节点，VSS则表示第二固定电位节点。

变容器阵列110包含N个变容器对(例如：第一对{101，102}、第二对 (111，112}、第三对(121，122}以此类推)，其中N为整数。变容器为电容的特 殊形式，其电容值是与供应电压的大小有关。图1B是描述电压供应电容产生 电容值的转换特征。当供应电压上升时，变容器的电容值接近最小电容值 Cmin。当供应电压下降时，变容器的电容值接近最大电容值Cmax。如此，当 供应电压足够大或足够小时可得到最小电容值Cmin或最大电容值Cmax。

在图1A中，变容器阵列110接收包含N控制位的N-位(bit)句柄[N-1:0]。 每一句柄任一个位为逻辑1(例如：足够大的电压)或逻辑0(例如：足够低的 电压)，且用以控制任一变容器对。每一可变电容对包含第一变容器及第二变 容器。第一变容器是与第一输出节点V01的一端连接并于另一端输出句柄。 第二变容器连接第二输出节点V02的一端并于另一端输出相同的句柄。举例 而言，第一变容器101是与第一输出节点V01连接于一端且于另一端输出控 制位D[0]，第二可变电容102是与第二输出节点V02连接于一端且于另一端 输出控制位D[0]。此种情况下，变容器阵列110的综效(total effective) 电容值可在N·Cmin/2及N.Cmax/2之间可调整，其中步长(step)为 (Cmax-Cmin)/2。在此，由「除以二(/2)」说明了一变容器对是由两个可变 电容串联所形成以及其综效电容值。如图1A所见，两输出节点V01及V02用 以产生的差动信号。

如图1A，变容器阵列110及两电感L1及L2形成具有共振频率的共振器 电路，其大约等于数字控制振荡器(DC0)100A的振荡频率。交叉耦合NMOS晶 体管对M1及M2提供一增益以支持(sustain)振荡，但在振荡频率有其微小影 响。因此，数字控制振荡器(DC0)100A的振荡频率大约可在及 之间调整，其中L是表示电感L1及L2的电容值。

数字控制振荡器(DC0)100A的频率调整分辨率被限制在(Cmax-Cmin)/2， (例如：变容器阵列110的综效电容值的增加量)。理论上，使用非常小的变 容器们所造成的增加量(Cmax-Cmin)/2可以非常小且可达到高分辨率。然而， 在实务上，制造流程可制造出的变容器的最小尺寸有其限制。以目前的技术 来说，标准CMOS制程，举例而言，变容器阵列110的增益电容值可达到毫微 微法拉第(femto-Ferads，fF或10^-15F)的数量级。在许多应用中，频率调整 的适用分辨率并没有非常高。

有鉴于已知技术的各项问题，为了能够兼顾解决之，本发明人基于多年 研究开发与诸多实务经验，提出一种延展可调频率范围的数字控制振荡器及 其方法，以作为改善上述缺点的实现方式与依据。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一就是在于提供一种数字控制振荡器及其方 法，以解决已知的问题。