[发明专利]一种高分辨率高线性数控振荡器

权利要求书

本发明包括一个具有高度线性压控可变电容器新结构，和采用该类压控变容器的数控振荡器结构。

1.权利1是由电容和金属氧化物半导体(MOS)开关串联组成的单控制端压控可变电容器结构。ctrl是电压控制端，a，b是变容器信号端口；电容是集成电路工艺中可以实现的电容结构：如MIM电容或者Poly电容，开关是N型金属氧化物半导体(NMOS)或者P型金属氧化物半导体(PMOS)；变容器的结构可以是图1中所示的任一种形式或任何类似由电容和开关组成形式。

2.权利2是由电容和金属氧化物半导体(MOS)开关串联组成的差分双控制端压控可变电容器结构。差分压控变容器结构形式可以是由权利2所涉单控制端可变电容器结构中任何一对NMOS和PMOS作为开关的单端变容器之组合。

3.权利3是由权利1或者权利2所涉压控变容器构成的基于电感电容谐振结构的压控振荡器。

4.权利4是采用权利3作为核心的数控振荡器。数控振荡器由1单端或者差分压控变容器、2负跨导单元、3微调开关电容阵列、4精调开关电容阵列、5粗调开关电容阵列、6电感和7数模转换器组成及8微调控制寄存器组、9精调控制寄存器组及10粗调控制寄存器组。其中7数模转换器将数字控制信号转换为电压控制信号指控权利1或2所涉压控变容器，从而改变振荡器的振荡频率。

5.权利4所涉数控振荡器的控制单元由三组控制寄存器组成：10粗调控制寄存器，9精调控制寄存器，8微调控制寄存器。10粗调控制寄存器通过控制5粗调开关电容阵列来选择振荡器的频率段，最小分辨率通常大于1MHz；9精调控制寄存器6精调开关电容阵列来调整振荡器频率，其最小分辨率通常大于100kHz；8微调控制寄存器组用于控制3微调开关电容阵列和7数模转换器来调整振荡器频率，其最小分辨率是由7数模转换器来控制可变电容器来实现的，通常最小分辨率低于10kHz。

6.权利6是权利5所涉多比特7数模转换器的一种简单实现方案。数模转换器的输出电平值及比特数由控制可变电容器的控制电压Vctrl电平数或者Vctrl+/Vctrl-电平对个数来决定。采用多比特的数模转换器能够在3微调开关电容阵列中采用较大的最小电容单元，这样可以降低工艺偏差和寄生效应导致的数控振荡频率非线性；同样，由于采用了多比特的数模转换器，与单比特控制的最小电容单元相比，增加了控制寄存器的位数，也即提高了数控振荡器的精度(分辨率)。

7.权利7全数字锁相环采用权利5所涉及的数控振荡器，将具有更低的频率量化噪声及输出相位噪声。全数字锁相环通常由11数控振荡器，12数字环路滤波器，13数字鉴相器和14分频器组成。

8.权利8是采用权利5所涉数控振荡器核心和Sigma-Delta技术的高分辨率分数数控振荡器。分数数控振荡器采用15Sigma-Delta调制器产生控制信号输入16寄存器组中的8微调寄存器组或者8微电寄存器组和9精调寄存器组。