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：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)控振蕩器，引入新型開(kāi)關(guān)PMOS電容單元，獲得小的單位開(kāi)關(guān)電容，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)的頻率調(diào)諧步長(zhǎng)即聞的頻率調(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(hào)控制，能夠產(chǎn)生頻率與輸入控制字對(duì)應(yīng)的振蕩信號(hào)，是數(shù)字鎖相環(huán)中最重要的模塊之一，通過(guò)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(hào)，為電子系統(tǒng)提供參考時(shí)鐘或本振信號(hào)。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(chǎng)合，同時(shí)較高的頻率調(diào)諧精度對(duì)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(jí)反相單元級(jí)聯(lián)構(gòu)成，通過(guò)數(shù)字控制每一級(jí)的驅(qū)動(dòng)電流或驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)相對(duì)于單獨(dú)的NMOS交叉耦合管對(duì)或者PMOS交叉耦合管對(duì)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，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(duì)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(kāi)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(kāi)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(zhǎng)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(wèn)題本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)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(zhǎng)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(wèn)題,本實(shí)用新型的高調(diào)諧精度的電感電容型數(shù)控振蕩器包括第一 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管、第二 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，第一 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管、第二 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管和諧振回路，所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極接地，第一 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極接第一 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極，第一 N型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極接地，第二 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極接第二 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極，第二 N型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極接電源VDD，第一 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極接第一 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極，第一P型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極接電源VDD，第二 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極接第二 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極，第二P型場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管PMlI的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜ12的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜ13的柵極、P型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管PMll的柵極、P型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜ12的柵極、P型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管PMnl的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜη2的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜη3的柵極、P型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管PMnl的柵極、P型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜη2的柵極、P型場(chǎng)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(duì)管的尺寸大于PMkl、PMk2對(duì)管，其中k為I到η。有益效果本實(shí)用新型通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)電感電容型數(shù)控振蕩器中開(kāi)關(guān)電容陣列，實(shí)現(xiàn)較小的開(kāi)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(zhǎng)。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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；圖2是本實(shí)用新型電感電容型數(shù)控振蕩器電路圖；圖3是數(shù)控振蕩器工作時(shí)單位開(kāi)關(guān)電容的工作狀態(tài)曲線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。[0018]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(chǎng)效應(yīng)晶體管匪1、第二 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管匪2，第一 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMl、第二 P型場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管PMlI的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜ12的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜ13的柵極、P型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管PMll的柵極、P型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜ12的柵極、P型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管PMnl的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜη2的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜη3的柵極、P型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管PMnl的柵極、P型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管ΡΜη2的柵極、P型場(chǎng)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(duì)管的尺寸大于PMkl、PMk2對(duì)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(kāi)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(shuō)明。其中Α、B標(biāo)識(shí)的是點(diǎn)劃線上區(qū)域，而C、D、E、F標(biāo)識(shí)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(kāi)關(guān)電容AC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(kāi)關(guān)電容AC為(CF+Cc)-(CE+CD) = ( Cf-Ce) -( Cd - C。)。當(dāng)PMOS管對(duì)的尺寸差異較小時(shí)，該單位開(kāi)關(guān)電容將比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的單位開(kāi)關(guān)電容小得多，從而能夠獲得較小的頻率調(diào)諧步長(zhǎng)，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(chǎng)效應(yīng)晶體管(匪I)、第二N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(匪2)，第一 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PMl)、第二 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PM2)和諧振回路，所述第一 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Wl)的源極接地，第一 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Wl)的漏極接第一 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PMl)的漏極，第一 N型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管(匪I)的源極接地，第二 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(匪2)的漏極接第二 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PM2)的漏極，第二 N型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管(PMl)的源極接電源VDD，第一P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PMl)的漏極接第一 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Wl)的漏極，第一 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PMl)的柵極接諧振回路的第二輸入端⑵；所述第二 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PM2)的源極接電源VDD，第二 P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PM2)的漏極接第二 N型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(匪2)的漏極，第二 P型場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管PMnl、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(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(chǎng)效應(yīng)晶體管PMll的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PM12的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PM13的柵極、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PM14的柵極均接到一起，作為第一控制位Dl端#型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMll的柵極、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PM13的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PM12的柵極、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PM14的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端； 所述P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMnl的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMn2的源極、漏極和襯底、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMn3的柵極、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMn4的柵極均接到一起，作為第n控制位Dn端，P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMnl的柵極、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMn3的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMn2的柵極、P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMn4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(duì)管的尺寸大于PMkl、PMk2對(duì)管，其中k為I到n。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)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(chǎng)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(chǎng)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(duì)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(zhǎng)，即實(shí)現(xiàn)高的頻率調(diào)諧精度。
文檔編號(hào)H03L7/099GK202444478SQ20122007373
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)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(qǐng)人:東南大學(xué)