CN106230384A - 一种可编程的低噪声压控振荡器 - Google Patents

一种可编程的低噪声压控振荡器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可编程的低噪声压控振荡器，包括偏置电路、数控电流舵组和电流控制振荡器；所述偏置电路与数控电流舵组连接，数控电流舵组与电流控制振荡器连接。本发明具有可有效抑制来自电源的噪声以及降低VCO内部噪声，提高振荡器的噪声性能，采用可编程调节的电流信号，使得电流控制振荡器可获得不同的增益，可以在具有相同调节电压的范围内获得更宽的输出频率调节范围，可提供具有更宽频率范围和更好抖动性的时钟信号等优点。

Description

一种可编程的低噪声压控振荡器
技术领域
本发明涉及一种压控振荡器，尤其涉及一种可编程的低噪声压控振荡器。
背景技术
随着集成电路设计规模的持续增大，工艺尺寸的不断减小，电路工作频率的不断提高，需要更加稳定输入时钟。锁相环担负着产生稳定时钟的关键电路，而锁相环的核心电路便是振荡器，振荡器的工作性能决定输出时钟信号的抖动性能。所以，一款输出频率可调控和低噪声性能的压控振荡器是设计高性能电路的关键，尤其是可编程电路增益对实现多功能电路是十分有意义的。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种可有效抑制来自电源地的噪声，提高振荡器的抗噪声性能，在相同的调节电压的范围内有更宽的输出频率调节范围，能提供更宽频率范围和更好抖动性的时钟信号的可编程的低噪声压控振荡器。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种可编程的低噪声压控振荡器，包括偏置电路、数控电流舵组和电流控制振荡器；所述偏置电路与数控电流舵组连接，数控电流舵组与电流控制振荡器连接。
作为本发明的进一步改进，所述偏置电路包括MOS管NM1、MOS管NM2、MOS管PM1和MOS管PM2；所述MOS管NM1和MOS管NM2构成电流镜，MOS管NM1的栅极和MOS管NM2的栅极连接，MOS管NM1的栅极与漏极连接；所述MOS管PM1的栅极作为偏置电路的输入端VC，源极与输入电压VDDA连接，漏极与MOS管NM1的漏极连接；所述MOS管PM2的漏极与栅极连接，源极与输入电压VDDA连接，栅极作为偏置电压VC2输出端，漏极同时与所述MOS管NM2的漏极连接。
作为本发明的进一步改进，所述数控电流舵组包括第一MOS管组、第二MOS管组和第三MOS管组；所述第一MOS管组和第二MOS管组均包括三个级联的MOS管，前一级MOS管的漏极与下一级MOS管的源极连接，第一级MOS管的源极与输入电压VDDA连接，栅极与所述偏置电路的输入端VC连接，第二级MOS管的栅极与偏置电压VC2连接，第三极MOS管的栅极作为控制输入端，漏极作为输出端；所述第三MOS管组包括两个级联的MOS管，前一级MOS管的漏极与下一级MOS管的源极连接，第一级MOS管的源极与输入电压VDDA连接，栅极与所述偏置电路的输入端VC连接，第二级MOS管的栅极与偏置电压VC2连接，漏极作为输出端。
作为本发明的进一步改进，所述数控电流舵组中第一MOS管组、第二MOS管组和第三MOS管组的输出端连接，作为数控电流舵组的输出端。
作为本发明的进一步改进，所述第一MOS管组、第二MOS管组和第三MOS管组中的MOS管均为PMOS管。
作为本发明的进一步改进，所述电流控制振荡器包括四个级联的振荡单元，所述每个振荡单元包括输入端VDDOSC，输入端inP，输入端inN，输出端outN和输出端outP；所述输入端VDDOSC与所述数控电流舵组的输出端连接，所述前一级振荡单元的输出端outN与下一级振荡单元的输入端inN连接，前一级振荡单元的输出端outP与下一级振荡单元的输入端inP连接，第四级振荡单元的输出端outN与第一级振荡单元的输入端inP连接，第四级振荡单元的输出端outP与第一级振荡单元的输入端inN连接；所述第一级振荡单元的输出端引出作为电流控制振荡器的输出端。
作为本发明的进一步改进，所述振荡单元包括第一反向器、第二反向器、第一传输门和第二传输门；第一反向器的输出端经第一传输门与第二反向器的输入端连接，第二反向器的输出端经第二传输门与第一反向器的输入端连接。
作为本发明的进一步改进，所述第一反向器包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；所述第一MOS管的源极作为振荡单元的输入端VDDOSC，漏极与第二MOS管的源极连接；所述第四MOS管的漏极与第三MOS管的源极连接，所述第三MOS管的漏极与第二MOS管的漏极连接，作为第一反向器的输出端，即该振荡单元的输出端outN；所述第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极、第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极连接，作为第一反向器的输入端，即该振荡单元的输入端inP；
所述第二反向器包括第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管；所述第五MOS管的源极作为振荡单元的输入端VDDOSC，漏极与第六MOS管的源极连接；所述第八MOS管的漏极与第七MOS管的源极连接，所述第七MOS管的漏极与第六MOS管的漏极连接，作为第二反向器的输出端，即该振荡单元的输出端outP；所述第五MOS管的栅极、第六MOS管的栅极、第七MOS管的栅极和第八MOS管的栅极连接，作为第二反向器的输入端，即该振荡单元的输入端inN。
作为本发明的进一步改进，所述第一MOS管、第二MOS管、第五MOS管和第六MOS管为PMOS管；所述第三MOS管、第四MOS管、第七MOS管和第八MOS管为NMOS管。
作为本发明的进一步改进，所述第一传输门和第二传输门为常开传输门。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明可有效抑制来自电源的噪声，提高振荡器的抗电源噪声性能，同时采用了级联反相器输出以降低VCO（压控振荡器）内部噪声对输出信号的影响，从而提高了VCO的整体噪声性能。
2、本发明采用可编程调节的电流信号，使得电流控制振荡器可获得不同的增益，可以在具有相同调节电压的范围内获得更宽的输出频率调节范围，可提供具有更宽频率范围和更好抖动性的时钟信号。
附图说明
图1为本发明具体实施例结构示意图。
图2为本发明具体实施例整体电路结构示意图。
图3为本发明具体实施例振荡单元电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例一种可编程的低噪声压控振荡器，包括偏置电路、数控电流舵组和电流控制振荡器；偏置电路与数控电流舵组连接，数控电流舵组与电流控制振荡器连接。偏电路包括一个用于输入控制电压的输入端VC，和两个偏置电压输出端VC1，和VC2。数控电流舵组包括分别与偏置电路的输出端VC1和VC2连接的两个偏置电压输入端，以及用于接收外部控制信号的输入端In0和输入端In1，数控电流舵组在输入端In0和输入端In1输入的控制下，向电流控制振荡器输出受控的电流。电流控制振荡器接收数控电流舵组输出的受控电流，通过输出端outn1、outp1、outn2、outp2、outn3、outp3、outn4和outp4输出八相位的时钟信号。
在本实施例中，如图2所示，偏置电路包括MOS管NM1、MOS管NM2、MOS管PM1和MOS管PM2；MOS管NM1和MOS管NM2构成电流镜，MOS管NM1的栅极和MOS管NM2的栅极连接，MOS管NM1的栅极与漏极连接；MOS管PM1的栅极作为偏置电路的输入端VC，源极与输入电压VDDA连接，漏极与MOS管NM1的漏极连接；MOS管PM2的漏极与栅极连接，源极与输入电压VDDA连接，栅极作为偏置电压VC2输出端，漏极同时与MOS管NM2的漏极连接。在本实施例中，直接将输入端VC引出，作为偏置电路的一个输出端VC1。MOS管NM1和MOS管NM2为NMOS管，MOS管PM1和MOS管PM2为PMOS管。
在本实施例中，数控电流舵组包括第一MOS管组、第二MOS管组和第三MOS管组；第一MOS管组和第二MOS管组均包括三个级联的MOS管，前一级MOS管的漏极与下一级MOS管的源极连接，第一级MOS管的源极与输入电压VDDA连接，栅极与偏置电路的输入端VC连接，第二级MOS管的栅极与偏置电压VC2连接，第三极MOS管的栅极作为控制输入端，漏极作为输出端；第三MOS管组包括两个级联的MOS管，前一级MOS管的漏极与下一级MOS管的源极连接，第一级MOS管的源极与输入电压VDDA连接，栅极与偏置电路的输入端VC连接，第二级MOS管的栅极与偏置电压VC2连接，漏极作为输出端。数控电流舵组中第一MOS管组、第二MOS管组和第三MOS管组的输出端连接，作为数控电流舵组的输出端。第一MOS管组、第二MOS管组和第三MOS管组中的MOS管均为PMOS管。如图2中，第一MOS管组包括PM11，PM12和PM13，PM11的源级与输入电压VDDA连接，栅极与偏置电路的输出端VC1（即偏置电路的输入端VC）连接，漏极与PM12的源极连接。PM12的栅极与偏置电路的输出端VC2连接，漏极与PM13的源极连接。PM13的栅极作为数控电流舵组的一个输入端In0，用于接收外部输入信息号，漏极作为数控电流舵组的输出端。第二MOS管组包括PM21，PM22和PM23，PM21的源级与输入电压VDDA连接，栅极与偏置电路的输出端VC1（即偏置电路的输入端VC）连接，漏极与PM22的源极连接。PM22的栅极与偏置电路的输出端VC2连接，漏极与PM23的源极连接。PM23的栅极作为数控电流舵组的一个输入端In1，用于接收外部输入信息号，漏极作为数控电流舵组的输出端。第三MOS管组包括PM31和PM32，PM31的源级与输入电压VDDA连接，栅极与偏置电路的输出端VC1（即偏置电路的输入端VC）连接，漏极与PM32的源极连接。PM32的栅极与偏置电路的输出端VC2连接，漏极作为数控电流舵组的输出端。PM13、PM23和PM32的漏极互相连接，共同作为数控电流舵组的输出端。PM11、PM12、PM13、PM21、PM22、PM23、PM31和PM32均为PMOS管。
在本实施例中，如图2和图3所示，电流控制振荡器包括四个级联的振荡单元，每个振荡单元包括输入端VDDOSC，输入端inP，输入端inN，输出端outN和输出端outP；输入端VDDOSC与数控电流舵组的输出端连接，前一级振荡单元的输出端outN与下一级振荡单元的输入端inN连接，前一级振荡单元的输出端outP与下一级振荡单元的输入端inP连接，第四级振荡单元的输出端outN与第一级振荡单元的输入端inP连接，第四级振荡单元的输出端outP与第一级振荡单元的输入端inN连接；第一级振荡单元的输出端引出作为电流控制振荡器的输出端。振荡单元包括第一反向器、第二反向器、第一传输门和第二传输门；第一反向器的输出端经第一传输门与第二反向器的输入端连接，第二反向器的输出端经第二传输门与第一反向器的输入端连接。在本实施例中，如图2所示，从第一级振荡单元（单元1）的输出端outN和输出端outP引出电流控制振荡器的两个输出端口outn1和outp1，从第二级振荡单元（单元2）的输出端outN和输出端outP引出电流控制振荡器的两个输出端口outn2和outp2，从第三级振荡单元（单元3）的输出端outN和输出端outP引出电流控制振荡器的两个输出端口outn3和outp3，从第四级振荡单元（单元4）的输出端outN和输出端outP引出电流控制振荡器的两个输出端口outn4和outp4。
在本实施例中，如图3所示，第一反向器和第二反向器经由第一传输门和第二传输门首尾串行连接成环路。第一反向器包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；第一MOS管的源极作为振荡单元的输入端VDDOSC，漏极与第二MOS管的源极连接；第四MOS管的漏极与第三MOS管的源极连接，第三MOS管的漏极与第二MOS管的漏极连接，作为第一反向器的输出端，即该振荡单元的输出端outN；第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极、第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极连接，作为第一反向器的输入端，即该振荡单元的输入端inP；第二反向器包括第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管；第五MOS管的源极作为振荡单元的输入端VDDOSC，漏极与第六MOS管的源极连接；第八MOS管的漏极与第七MOS管的源极连接，第七MOS管的漏极与第六MOS管的漏极连接，作为第二反向器的输出端，即该振荡单元的输出端outP；第五MOS管的栅极、第六MOS管的栅极、第七MOS管的栅极和第八MOS管的栅极连接，作为第二反向器的输入端，即该振荡单元的输入端inN。第一MOS管、第二MOS管、第五MOS管和第六MOS管为PMOS管；第三MOS管、第四MOS管、第七MOS管和第八MOS管为NMOS管。第一传输门和第二传输门为常开传输门。
在本实施例中，通过数控电流舵组的输入端In0和In1输入控制信号，该控制信号为高电平或低电平，数控电流舵组在偏置电压VC1、VC2以及In0、In1输入的控制信号的共同作用下得到一组可调控的电流，通过将该电流输入到电流控制振荡器，在不同的输入电流下可以使电流控制振荡器获得不同的增益。同时，在控制电压的作用下，电流控制振荡器开始进入振荡工作状态，输出八相位时钟信号，当控制电压VC有效时，会通过数控电流舵组产生电流并输入到振荡回路中，在输入电流的作用下，电路进入振荡状态，堆叠的反相器组成的振荡单元可获得比传统结构更好的抖动性能。本发明电流控制振荡器中的振荡单元由两个PMOS管和两个NMOS管叠加组成反相器构成，可有效抑制来自电源的噪声，同时采用了级联反相器输出以降低VCO（压控振荡器）内部噪声对输出信号的影响，提高振荡器的噪声性能。并且采用可编程调节的电流信号，使得电流控制振荡器可获得不同的增益，可以在具有相同调节电压的范围内获得更宽的输出频率调节范围，可提供具有更宽频率范围和更好抖动性的时钟信号。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种可编程的低噪声压控振荡器，其特征在于：包括偏置电路、数控电流舵组和电流控制振荡器；所述偏置电路与数控电流舵组连接，数控电流舵组与电流控制振荡器连接。
2.根据权利要求1所述的可编程的低噪声压控振荡器，其特征在于：所述偏置电路包括MOS管NM1、MOS管NM2、MOS管PM1和MOS管PM2；所述MOS管NM1和MOS管NM2构成电流镜，MOS管NM1的栅极和MOS管NM2的栅极连接，MOS管NM1的栅极与漏极连接；所述MOS管PM1的栅极作为偏置电路的输入端VC，源极与输入电压VDDA连接，漏极与MOS管NM1的漏极连接；所述MOS管PM2的漏极与栅极连接，源极与输入电压VDDA连接，栅极作为偏置电压VC2输出端，漏极同时与所述MOS管NM2的漏极连接。
3.根据权利要求2所述的可编程的低噪声压控振荡器，其特征在于：所述数控电流舵组包括第一MOS管组、第二MOS管组和第三MOS管组；所述第一MOS管组和第二MOS管组均包括三个级联的MOS管，前一级MOS管的漏极与下一级MOS管的源极连接，第一级MOS管的源极与输入电压VDDA连接，栅极与所述偏置电路的输入端VC连接，第二级MOS管的栅极与偏置电压VC2连接，第三极MOS管的栅极作为控制输入端，漏极作为输出端；所述第三MOS管组包括两个级联的MOS管，前一级MOS管的漏极与下一级MOS管的源极连接，第一级MOS管的源极与输入电压VDDA连接，栅极与所述偏置电路的输入端VC连接，第二级MOS管的栅极与偏置电压VC2连接，漏极作为输出端。
4.根据权利要求3所述的可编程的低噪声压控振荡器，其特征在于：所述数控电流舵组中第一MOS管组、第二MOS管组和第三MOS管组的输出端连接，作为数控电流舵组的输出端。
5.根据权利要求4所述的可编程的低噪声压控振荡器，其特征在于：所述第一MOS管组、第二MOS管组和第三MOS管组中的MOS管均为PMOS管。
6.根据权利要求1至5任一项所述的可编程的低噪声压控振荡器，其特征在于：所述电流控制振荡器包括四个级联的振荡单元，所述每个振荡单元包括输入端VDDOSC，输入端inP，输入端inN，输出端outN和输出端outP；所述输入端VDDOSC与所述数控电流舵组的输出端连接，所述前一级振荡单元的输出端outN与下一级振荡单元的输入端inN连接，前一级振荡单元的输出端outP与下一级振荡单元的输入端inP连接，第四级振荡单元的输出端outN与第一级振荡单元的输入端inP连接，第四级振荡单元的输出端outP与第一级振荡单元的输入端inN连接；所述第一级振荡单元的输出端引出作为电流控制振荡器的输出端。
7.根据权利要求6所述的可编程的低噪声压控振荡器，其特征在于：所述振荡单元包括第一反向器、第二反向器、第一传输门和第二传输门；第一反向器的输出端经第一传输门与第二反向器的输入端连接，第二反向器的输出端经第二传输门与第一反向器的输入端连接。
8.根据权利要求7所述的可编程的低噪声压控振荡器，其特征在于：所述第一反向器包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；所述第一MOS管的源极作为振荡单元的输入端VDDOSC，漏极与第二MOS管的源极连接；所述第四MOS管的漏极与第三MOS管的源极连接，所述第三MOS管的漏极与第二MOS管的漏极连接，作为第一反向器的输出端，即该振荡单元的输出端outN；所述第一MOS管的栅极、第二MOS管的栅极、第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极连接，作为第一反向器的输入端，即该振荡单元的输入端inP；
所述第二反向器包括第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管；所述第五MOS管的源极作为振荡单元的输入端VDDOSC，漏极与第六MOS管的源极连接；所述第八MOS管的漏极与第七MOS管的源极连接，所述第七MOS管的漏极与第六MOS管的漏极连接，作为第二反向器的输出端，即该振荡单元的输出端outP；所述第五MOS管的栅极、第六MOS管的栅极、第七MOS管的栅极和第八MOS管的栅极连接，作为第二反向器的输入端，即该振荡单元的输入端inN。
9.根据权利要求8所述的可编程的低噪声压控振荡器，其特征在于：所述第一MOS管、第二MOS管、第五MOS管和第六MOS管为PMOS管；所述第三MOS管、第四MOS管、第七MOS管和第八MOS管为NMOS管。
10.根据权利要求9所述的可编程的低噪声压控振荡器，其特征在于：所述第一传输门和第二传输门为常开传输门。
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