CN103414466A - 一种高速的环形压控振荡器 - Google Patents

一种高速的环形压控振荡器 Download PDF

Info

Publication number
CN103414466A
CN103414466A CN2013103423624A CN201310342362A CN103414466A CN 103414466 A CN103414466 A CN 103414466A CN 2013103423624 A CN2013103423624 A CN 2013103423624A CN 201310342362 A CN201310342362 A CN 201310342362A CN 103414466 A CN103414466 A CN 103414466A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vout
pipe
delay cell
pair
vin
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013103423624A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103414466B (zh
Inventor
张长春
房军梁
陈德媛
郭宇锋
方玉明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Posts and Telecommunications Nantong Institute Limited
Original Assignee
Nanjing Post and Telecommunication University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Post and Telecommunication University filed Critical Nanjing Post and Telecommunication University
Priority to CN201310342362.4A priority Critical patent/CN103414466B/zh
Publication of CN103414466A publication Critical patent/CN103414466A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103414466B publication Critical patent/CN103414466B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

本发明的一种高速的环形压控振荡器由四级延迟单元串联组成，其中每一级延迟单元的负输出端（Vout-）接下一级延迟单元的正输入端（Vin+），每一级延迟单元的正输出端（Vout+）接下一级延迟单元的负输入端（Vin-）；最后一级延迟单元的负输出端（Vout-）接至第一级延迟单元的负输入端（Vin-），最后一级延迟单元的正输出端（Vout+）接至第一级延迟单元的正输入端（Vin+）。本发明在传统的延迟单元基础上增加有源电感结构，负载端增加一对栅极接地的PMOS管，保证了电路在整个电压范围振荡，为电路提供额外的电流，提高了振荡频率。延迟单元的频率控制通过将控制电压接到一对PMOS管的栅极实现，该PMOS管相当于压控电阻，起调节振荡频率作用。

Description

一种高速的环形压控振荡器
技术领域
本发明属于半导体集成电路设计领域，主要涉及到一种高速的、高调谐线性度的环形压控振荡器。
背景技术
    压控振荡器(Voltage-Controlled-Oscillator，VCO)是频率随电压变化的信号源，广泛应用于锁相环、时钟恢复和频率综合电路中，是这些电路的关键部件。在集成电路中，压控振荡器可以分为环形振荡器和电感电容振荡器两大类。电感电容振荡器的噪声性能较好，但需要额外的工艺集成电感，而且占用面积较大。环形振荡器可以采用标准CMOS工艺实现，相对面积较小，同时具有较宽的调谐范围，适合片上系统采用。
环形振荡器可分为单端结构和差分结构两类。单端结构的环形振荡器结构简单，所占芯片面积小，可以实现全摆幅输出，但是对共模噪声及电源电压的噪声抑制能力差，相位噪声差。差分结构的环形振荡器对共模噪声的抑制能力优于单端结构，而且电路结构灵活，环形振荡器普遍采用差分结构实现。图1为传统的延迟单元结构。
环形振荡器的频率主要由环路级数与延迟单元的延迟时间决定，为了提高环形振荡器的振荡频率，目前提出的有针对改进环路结构的前馈技术、矢量叠加法等。由振荡理论可知，将带宽拓展技术应用于延迟单元电路，拓展延迟单元的带宽也会有效提高振荡频率。
发明内容
发明目的：针对现有环形压控振荡器的问题和不足，本发明的目的是提供一种高速、高调谐线性度的环形压控振荡器。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明的高速的环形压控振荡器由四级延迟单元串联组成，其中每一级延迟单元的负输出端Vout-接下一级延迟单元的正输入端Vin+，每一级延迟单元的正输出端Vout+接下一级延迟单元的负输入端Vin-；最后一级延迟单元的负输出端Vout-接至第一级延迟单元的负输入端Vin-，最后一级延迟单元的正输出端Vout+ 接至第一级延迟单元的正输入端Vin+。
所述的延迟单元包括第一对NMOS管M1a，M1b、第一对PMOS管M2a，M2b、第二对NMOS管M3a，M3b、第二对PMOS管M4a，M4b、第三对PMOS管M5a，M5b，尾电流管M6，其中：
第一对NMOS管M1a，M1b为差分输入对管，其栅极分别接正输入端Vin+和负输入端Vin-，漏极分别接负输出端Vout-和正输出端Vout+，源极接尾电流管M6的漏极；
第一对PMOS管M2a，M2b与第二对NMOS管M3a，M3b为有源电感结构，第一对PMOS管M2a，M2b的栅极接偏置电压Vbias1，源极接电源vdd，漏极分别接第二对NMOS管M3a，M3b的栅极；
第二对NMOS管M3a，M3b的源极分别接负输出端Vout-和正输出端Vout+，漏极接电源vdd；
第二对PMOS管M4a，M4b的栅极接地gnd，源极接电源vdd，漏极分别接负输出端Vout-和正输出端Vout+；
第三对PMOS管M5a，M5b作压控电阻用，其栅极接控制电压Vc，源极接电源vdd，漏极接负输出端Vout-和正输出端Vout+；
尾电流管M6栅极接偏置电压Vbias2，漏极接第一对NMOS管的源极，尾电流管M6源极接地。
有益效果：本发明在延迟单元结构中引入有源电感结构，拓展了延迟单元的带宽，环形振荡器的频率有效提高。采用由栅极电压控制工作在线性区的MOS管的阻值的方式调节频率，与控制尾电流的调节方式相比，输出摆幅在整个调谐范围内稳定。
附图说明
图1是传统的延迟单元结构；
图2是本发明差分结构延迟单元电路图；
图3是本发明环形振荡器电路图；
图4是本发明环形压控振荡器的压控曲线示意图；
图5是本发明环形压控振荡器在Vc=600mV时的相位噪声曲线。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的优势，以下将结合附图详细说明本发明的具体实施方式和电路结构。
本发明的高速的环形压控振荡器由四级延迟单元串联组成，其中每一级延迟单元的负输出端Vout-接下一级延迟单元的正输入端Vin+，每一级延迟单元的正输出端Vout+接下一级延迟单元的负输入端Vin-；最后一级延迟单元的负输出端Vout-接至第一级延迟单元的负输入端Vin-，最后一级延迟单元的正输出端Vout+ 接至第一级延迟单元的正输入端Vin+。
参照图2，所本发明的延迟单元结构包括第一对NMOS管M1a，M1b、第一对PMOS管M2a，M2b、第二对NMOS管M3a，M3b、第二对PMOS管M4a，M4b、第三对PMOS管M5a，M5b，尾电流管M6。其中第一对NMOS管M1a，M1b为差分输入对管，其栅极分别接输入端Vin+和Vin-，漏极分别接输出端Vout-和Vout+，源极接尾电流管M6的漏极；第一对PMOS管M2a，M2b与第二对NMOS管M3a，M3b为有源电感结构，第一对PMOS管M2a，M2b的栅极接偏置电压Vbias1，源极接vdd，漏极分别接第二对NMOS管M3a，M3b的栅极，第二对NMOS管M3a，M3b的源极分别接输出Vout-和Vout+，漏极接vdd；第二对PMOS管M4a，M4b主要为电路提供额外的电流，保证在整个电压范围内电路振荡，其栅极通常接固定的偏置电压，这里将其接地，源极接vdd，漏极分别接输出Vout-和Vout+；第三对PMOS管M5a，M5b作压控电阻用，当其工作在线性区时，其阻值会随栅压的变化而变化，所以将其栅极接控制电压Vc，通过调节其阻值，改变负载的时间常数，调节振荡频率，管子的源极接vdd，漏极接输出端Vout-和Vout+；尾电流管M6栅极接偏置电压Vbias2，漏极接第一对NMOS管的源极，源极接地。
图3是本发明的环形振荡器的电路结构图，电路由四级延迟单元组成，为了满足振荡条件，其中一级交叉连接。
图4是本发明的压控曲线示意图，可以看出在本发明的环形振荡器的中心频率可达6.25G。
图5是本发明在Vc=600mV时的相位噪声曲线，在1M频偏处的相位噪声约为-80dBc/Hz。
综上所述，本发明实现了一个高速的环形压控振荡器。以上仅是本发明的实例，不构成对本发明的任何限制，显然，在本发明的思想下，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的技术内容对电路结构及元器件尺寸进行适当调整或优化，依据本发明的技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变换与修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种高速的环形压控振荡器，其特征在于该环形压控振荡器由四级延迟单元串联组成，其中每一级延迟单元的负输出端（Vout-）接下一级延迟单元的正输入端（Vin+），每一级延迟单元的正输出端（Vout+）接下一级延迟单元的负输入端（Vin-）；最后一级延迟单元的负输出端（Vout-）接至第一级延迟单元的负输入端（Vin-），最后一级延迟单元的正输出端（Vout+）接至第一级延迟单元的正输入端（Vin+）。
2.按照权利要求书1所述的高速的环形压控振荡器，其特征在于所述的延迟单元包括第一对NMOS管（M1a，M1b）、第一对PMOS管（M2a，M2b）、第二对NMOS管（M3a，M3b）、第二对PMOS管（M4a，M4b）、第三对PMOS管（M5a，M5b），尾电流管（M6），其中：
第一对NMOS管（M1a，M1b）为差分输入对管，其栅极分别接正输入端（Vin+）和负输入端（Vin-），漏极分别接负输出端（Vout-）和正输出端（Vout+），源极接尾电流管（M6）的漏极；
第一对PMOS管（M2a，M2b）与第二对NMOS管（M3a，M3b）分别构成有源电感，第一对PMOS管（M2a，M2b）的栅极接偏置电压Vbias1，源极接电源（vdd），漏极分别接第二对NMOS管（M3a，M3b）的栅极；
第二对NMOS管（M3a，M3b）的源极分别接负输出端（Vout-）和正输出端（Vout+），漏极接电源（vdd）；
第二对PMOS管（M4a，M4b）的栅极接地（gnd），源极接电源(vdd)，漏极分别接负输出端（Vout-）和正输出端（Vout+）；
第三对PMOS管（M5a，M5b）作压控电阻用，其栅极接控制电压（Vc），源极接电源（vdd），漏极接负输出端（Vout-）和正输出端（Vout+）；
尾电流管（M6）栅极接偏置电压Vbias2，漏极接第一对NMOS管的源极，尾电流管（M6）源极接地。
CN201310342362.4A 2013-08-08 2013-08-08 一种高速的环形压控振荡器 Active CN103414466B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310342362.4A CN103414466B (zh) 2013-08-08 2013-08-08 一种高速的环形压控振荡器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310342362.4A CN103414466B (zh) 2013-08-08 2013-08-08 一种高速的环形压控振荡器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103414466A true CN103414466A (zh) 2013-11-27
CN103414466B CN103414466B (zh) 2016-01-20

Family

ID=49607456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310342362.4A Active CN103414466B (zh) 2013-08-08 2013-08-08 一种高速的环形压控振荡器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103414466B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104242927A (zh) * 2014-07-25 2014-12-24 西安交通大学 一种应用于高速串行接口的环形压控振荡器
CN107565934A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 无锡华润上华科技有限公司 环形压控振荡器及锁相环
CN109995363A (zh) * 2019-02-28 2019-07-09 南京邮电大学 一种自偏置结构的环形压控振荡器
CN111010151A (zh) * 2019-12-13 2020-04-14 东南大学 一种基于深阱mos管的超低电压冷启动振荡器延迟单元

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1312613A (zh) * 2000-02-21 2001-09-12 夏普公司 有源电感器
CN101540594A (zh) * 2009-03-17 2009-09-23 中国航天时代电子公司第七七一研究所 有源电感并联峰化结构
CN102843131A (zh) * 2011-06-21 2012-12-26 中国科学院微电子研究所 一种环形压控振荡器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1312613A (zh) * 2000-02-21 2001-09-12 夏普公司 有源电感器
CN101540594A (zh) * 2009-03-17 2009-09-23 中国航天时代电子公司第七七一研究所 有源电感并联峰化结构
CN102843131A (zh) * 2011-06-21 2012-12-26 中国科学院微电子研究所 一种环形压控振荡器

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
严菲: "环形压控振荡器的研究和电路设计", 《万方学位论文数据库》 *
严菲: "环形压控振荡器的研究和电路设计", 《万方学位论文数据库》, 17 March 2008 (2008-03-17) *
何芝兰,段吉海: "7～11GHzCMOS环形压控振荡器的设计", 《微电子学》 *
刘文用: "采用有源电感的CMOS低噪声放大器设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑 》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104242927A (zh) * 2014-07-25 2014-12-24 西安交通大学 一种应用于高速串行接口的环形压控振荡器
CN107565934A (zh) * 2016-06-30 2018-01-09 无锡华润上华科技有限公司 环形压控振荡器及锁相环
US10707844B2 (en) 2016-06-30 2020-07-07 Csmc Technologies Fab2 Co., Ltd. Ring voltage-controlled oscillator and phase-locked loop
CN107565934B (zh) * 2016-06-30 2020-09-18 无锡华润上华科技有限公司 环形压控振荡器及锁相环
CN109995363A (zh) * 2019-02-28 2019-07-09 南京邮电大学 一种自偏置结构的环形压控振荡器
CN109995363B (zh) * 2019-02-28 2022-10-14 南京邮电大学 一种自偏置结构的环形压控振荡器
CN111010151A (zh) * 2019-12-13 2020-04-14 东南大学 一种基于深阱mos管的超低电压冷启动振荡器延迟单元
CN111010151B (zh) * 2019-12-13 2022-11-15 东南大学 一种基于深阱mos管的超低电压冷启动振荡器延迟单元

Also Published As

Publication number Publication date
CN103414466B (zh) 2016-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8154352B2 (en) Oscillating circuit
CN104270122B (zh) 一种占空比校正电路
CN101557213B (zh) 延迟单元、环形振荡器及pll电路
CN104821825A (zh) 一种宽调谐范围环形压控振荡器
CN103414466B (zh) 一种高速的环形压控振荡器
CN105071654B (zh) 一种电压转换电路
CN108259037A (zh) 多谐振腔耦合低相位噪声压控振荡器
CN102064824B (zh) 具有轨到轨电压调节范围的高速高带宽vco延迟单元
CN103117706B (zh) 一种高调谐线性度宽调谐范围环形压控振荡器
CN104242927A (zh) 一种应用于高速串行接口的环形压控振荡器
CN102723912B (zh) 一种宽带环形振荡器
CN103532522B (zh) 占空比调整电路、双端转单端电路及振荡器
CN107395166B (zh) 基于延迟锁相的时钟占空比稳定电路
CN106506001A (zh) 一种应用于pll的高性能vco电路
CN101521498A (zh) 一种压控振荡器
CN110460308B (zh) 一种宽范围的环形压控振荡器电路
CN110190835B (zh) 一种零失调比较器电路
CN204835916U (zh) 一种电压转换电路
CN107317580B (zh) 一种高稳定性振荡器电路及其实现方法
CN202565253U (zh) 宽带环形振荡器
CN108242921B (zh) 锁存器和分频器
CN102098046B (zh) 共模点可控电感-电容压控振荡器
CN103812503A (zh) 一种差分延迟单元电路及环形振荡器
CN107968644A (zh) 差分转换输出电路及其构成的pll电路
CN105743496A (zh) 一种工作在近阈值电源电压下的数控振荡器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20181212

Address after: 226000 Room 8319, Building 11, Happy New Town, Gangzha District, Nantong City, Jiangsu Province

Patentee after: Nanjing University of Posts and Telecommunications Nantong Institute Limited

Address before: 210003 new model road 66, Gulou District, Nanjing, Jiangsu

Patentee before: Nanjing Post & Telecommunication Univ.