[发明专利]一种宽带环形振荡器

说明书

技术领域

本发明属于微电子学技术领域，涉及一种宽带环形振荡器。

背景技术

近年来电子产品要求能够满足手持多终端通信，几乎所有的通信系统都需要稳定的周期信号即时钟来提供基本的时序基础。这些时钟信号一般由频率综合技术产生。频率综合技术中的核心是振荡器电路设计。为了满足多协议移动终端通信的要求，设计同时具有低功耗和宽频带的振荡器成为实现高性能时钟信号的关键。振荡器常用的结构有电感电容振荡器和环形振荡器。电感电容振荡器需要片内集成电感电容，且宽带结构需要电容开关阵列。而环形振荡器可以采用纯数字CMOS工艺实现，不需要电感元件，可以节省大量的芯片面积。本发明从片内集成、小面积、低功耗角度出发，选择环形振荡器作为电路基本结构。

环形振荡器由几个相同的延迟单元组成一个环路，改变延迟单元的延迟时间可以改变振荡频率，改变延迟时间可以通过改变电路的时间常数或者充放电电流来获得。基本的反相放大器作为延迟单元时，延迟时间都是和电源电压有关的，当电源电压变化时，电路的延迟时间也会发生变化，导致振荡器的频率发生变化。为了避免电源电压变化对振荡频率的影响，可以用固定的电流对节点电容充放电，这就是电流受限型延迟单元。通过调节为延迟单元充电的电流沉或者电流源中电流的大小来改变频率。例如CN 1669221 A就是采用反相器作为其基本的延迟单元，通过调节电流沉实现延迟时间的调节。但是单端结构的反相器作为其延迟单元，容易受到衬底耦合噪声的干扰。而差分延迟单元则可以在一定程度上抑制这类共模噪声，通过调节差分对的尾电流源改变振荡频率。

通过改变负载的电阻值也可以调节延迟时间，工作在线性区的MOS管是一个可控电阻，阻值受栅极电压控制。当控制电压变化时，MOS管的等效电阻也会发生变化，从而改变输出端的时间常数和延迟单元的延迟时间。这种调谐技术的缺点是振荡信号的幅度会随着振荡频率的变化而变化，因为振荡信号的幅度为尾电流与负载电阻的乘积。为了解决这个问题应同时调节负载电阻的阻值和尾电流源的大小。John G. Maneatis首次提出了一种自偏置结构（“Low-Jitter Process-Independent DLL and PLL Based on Self-Biased Techniques”，JSSCC, 31(11), 1996），在该结构中延迟单元采用两个偏置控制端，一个控制负载PMOS自偏置电压实现负载阻值的调节，另一个控制尾电流源。在专利CN 101572549A中，该结构被设计为NMOS作为负载管，电流沉控制延迟单元电流。一个偏置控制电压调节NMOS负载管的电阻值，另一个偏置控制电压调节电流沉。上述两种结构均采用两个偏置电压同时控制，两个偏置电压受前一级环路滤波器输出的电压控制，因此偏置电压产生电路的稳定性和可靠性对环形振荡器的频率稳定性有很大影响。

偏置电压产生电路包括偏置启动电路、差分放大器、放大器偏置电路、缓冲电路。在 Maneatis电路中偏置电压产生电路输出的尾电流控制电压Vn被连接到偏置启动电路和放大器偏置电路的NMOS管控制端。如果放大器偏置电路仅通过电流镜对差分放大器电路产生控制，Vn不再和放大器偏置电路连接，可进一步提高偏置电压产生电路的稳定性。本设计利用这一思路设计实现了一种宽带环形振荡器，提供稳定的系统时钟信号。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种宽带环形振荡器。

本发明包括一个电压偏置单元、一个缓冲单元和四个延迟单元。