CN106961276A - 一种抗辐照可编程低噪声压控振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗辐照可编程低噪声压控振荡器，包括抗辐照偏置电路、数控电流舵组及电流控制振荡器，抗辐照偏置电路的一个输入端与锁相环中低通滤波器相连，从锁相环滤波器接收VC电压，经由抗辐照偏置电路后生成一对偏置电压VC1、VC2；数控电流舵组包括三组电流源，其中一组仅受偏置电压VC1、VC2控制，另外两组除受偏置电压控制外还由外部输入信号in0、in1进行调控，数控电流舵组控制生成的电流供给到电流控制振荡器；电流控制振荡器分为四组环形振荡单元，每组单元产生一对输出outn、outp。本发明具有结构简单、成本低廉、效果好等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及到抗辐照技术领域，特指一种抗辐照可编程低噪声压控振荡器。
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，提供一款具有抗辐照特性、输出频率可调控和高噪声抑制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，本发明提供一种结构简单、成本低廉、效果好的抗辐照可编程低噪声压控振荡器。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种抗辐照可编程低噪声压控振荡器，包括抗辐照偏置电路、数控电流舵组及电流控制振荡器，所述抗辐照偏置电路的一个输入端与锁相环中低通滤波器相连，从锁相环滤波器接收VC电压，经由所述抗辐照偏置电路后生成一对偏置电压VC1、VC2；所述数控电流舵组包括三组电流源，其中一组仅受偏置电压VC1、VC2控制，另外两组除受偏置电压控制外还由外部输入信号in0、in1进行调控，所述数控电流舵组控制生成的电流供给到电流控制振荡器；所述电流控制振荡器分为四组环形振荡单元，每组单元产生一对输出outn、outp。
作为本发明的进一步改进：所述抗辐照偏置电路包含NM1、NM2、NM3、NM4、PM1、PM2、PM3和PM4，VC为偏置电压输入端，所述 NM1与NM2构成电流镜，其电流值受VC输入端电压控制，所述 NM3、PM3与NM4、PM4分别构成两组推挽放大器，VC控制PM1并调控其向NM1输入的电流，同时此电流经过由NM3和PM3构成的推挽放大器的输入与输出。
作为本发明的进一步改进：所述PM2为一个二极管连接的MOS管，并从栅极引出输出VC1，VC1经过由NM4和PM4构成的推挽放大器的输入与输出，其中VC1等于VC。
作为本发明的进一步改进：所述数控电流舵组包含三个电流舵组，其中一个包含两个输入端和一个输出端，输入为偏置电压VC1和VC2，输出为Out0；另外两个电路单元结构相同，包含三个输入端和一个输出端，输入为偏置电压VC1和VC2，开关控制信号分别为In0或in1，输出端为电流信号分别为Out1或Out2。
作为本发明的进一步改进：所述数控电流舵组中一个电流舵组仅受偏置电压控制，由PM31和PM32组成，另外两组分别受in0和in1控制，in0控制的这一组包含PM21、PM22和PM23这三个PMOS管，in1控制的这一组包含PM11、PM12和PM13这三个PMOS管，这三组电流舵中PM31、PM21、PM11受VC1控制，PM32、PM22、PM12受VC2控制，in0控制PM13，in1控制PM23；其中，VC1和VC2为第一PMOS管和第二PMOS管提供偏置电压以产生电流，开关控制信号控制开关管第三PMOS管以实现多路电流；第一PMOS管的源极连接电源电压，漏极连接第二PMOS管的源极，第二PMOS管的漏极连接第三PMOS管的源极，第三PMOS管的漏极输出电流。
作为本发明的进一步改进：所述电流控制振荡器由四个单元组成，每个单元的结构完全相同，其包含两个反相器、两个传输门，其中反相器由两个PMOS管和两个NMOS管叠加组成，反相器与反相器之间经由常开传输门首尾串行连接成环路，同时一个反相器的输入端口为inP，输出端口为OutN，另一个反相器输入为inN，输出为OutP，由单元1经单元2、单元3到单元4，单元之间直接由前一级OutN到下一级inN，前一级的OutP到下一级的inP，而由单元4到单元1则是由前一级OutN到下一级inP，前一级的OutP到下一级的inN，这样整个振荡环路。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的抗辐照可编程低噪声压控振荡器，简单简单、成本低廉、效果好；首先，由于本发明的偏置电路是基于负反馈构成的，可有效抑制由于辐照引起的电压跳变，从而提供稳定的偏置电压；其次，由于本发明的振荡回路中的振荡单元由两个PMOS管和两个NMOS管叠加组成的反相器构成，可有效抑制来自电源地的噪声，提高振荡器的噪声性能；第三，由于可编程调节的输入电流，使得振荡回路获得不同的增益，以实现在相同的调节电压的范围内有更宽的调节频率范围；可为高性能电路提供更宽频率范围和更好的抖动性的时钟信号。
附图说明
图1是本发明的原理示意图。
图2是本发明在具体应用实例中的结构原理示意图。
图3是本发明在具体应用实例中一个电流舵组的电路结构原理示意图。
图4是本发明在具体应用实例中一个振荡单元的电路结构原理示意图。
图5是本发明在具体应用实例中一个振荡单元的电路结构原理示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明的一种抗辐照可编程低噪声压控振荡器，整个压控振荡器具有三个个输入端口和八个输出端口，一个输入端口是偏置电压VC，另外两个输入端口为电流数控端口in0、in1；输出端口是八相位输出时钟信号outn1、outp1、outn2、outp2、outn3、outp3、outn4、outp4。本发明包括一组单输入双输出基于负反馈实现抗辐照功能的抗辐照偏置电路、数控电流舵组及电流控制振荡器，其中抗辐照偏置电路的一个输入端与锁相环中低通滤波器相连，从锁相环滤波器接收VC电压，经由抗辐照偏置电路后生成一对偏置电压VC1、VC2；而数控电流舵组包括三组电流源，其中一组则仅受偏置电压VC1、VC2控制，另外两组除受偏置电压控制外还由外部输入信号in0、in1进行调控，数控电流舵组控制生成的电流供给到电流控制振荡器；该电流控制振荡器分为四组环形振荡单元，每组单元产生一对输出outn、outp，最后将得到四组输出：outn1、outp1、outn2、outp2、outn3、outp3、outn4、outp4。
参见图2，在具体应用实例中，抗辐照偏置电路包含NM1、NM2、NM3、NM4、PM1、PM2、PM3和PM4，VC为偏置电压输入端， NM1与NM2构成电流镜，其电流值受VC输入端电压控制，NM3、PM3与NM4、PM4分别构成两组推挽放大器， VC为偏置电压输入端，控制PM1并调控其向NM1输入的电流，同时此电流经过由NM3和PM3构成的推挽放大器的输入与输出，PM2为一个二极管连接的MOS管，起到小信号电阻的作用，并从栅极引出输出VC1，VC1经过由NM4和PM4构成的推挽放大器的输入与输出，另外VC1等于VC。由于本发明采用了基于负反馈的偏置电路；在产生电流处和偏置电压输出处引入由推挽放大器构成的负反馈，可有效抑制由于辐照而引起的偏置电压跳变，从而为整个电路提供稳定的偏置电压输出。
数控电流舵组包含三个电路单元，其中一个包含两个输入端和一个输出端，输入为偏置电压VC1和VC2，输出为Out0；另外两个电路单元结构相同，包含三个输入端和一个输出端，输入为偏置电压VC1和VC2，开关控制信号分别为In0或in1，输出端为电流信号分别为Out1或Out2。当控制信号为0时，开通所控制的电流舵组；当控制信号为1时，关闭所控制的电流舵组。所以可以根据in0、in1的不同输入值得到4组不同的输出电流值，最终通过电流控制振荡器在相同的调节电压的范围内实现更宽的频率范围的可调节特性。由此通过in0和in1输入端可以对振荡器的结果进行编程控制。也就是说，参见图3，为具体应用实例中，数控电流舵组中一个电流舵组的电路结构。数控电流舵组有三组电流舵，分三路为振荡器提供电流，其中一组仅受偏置电压控制，由PM31和PM32组成，另外两组分别受in0和in1控制，in0控制的这一组包含PM21、PM22和PM23这三个PMOS管，in1控制的这一组包含PM11、PM12和PM13这三个PMOS管，这三组电流舵中PM31、PM21、PM11受VC1控制，PM32、PM22、PM12受VC2控制，in0控制PM13，in1控制PM23。其中，VC1和VC2为第一PMOS管和第二PMOS管提供偏置电压以产生电流，开关控制信号控制开关管第三PMOS管以实现多路电流。第一PMOS管的源极连接电源电压，漏极连接第二PMOS管的源极，第二PMOS管的漏极连接第三PMOS管的源极，第三PMOS管的漏极输出电流。
每个电流控制振荡器具有三个输入端和两个输出端，三个输入端分别是电流输入端口VDDCSC，两个反相时钟输入端口inN和inP,两个反相时钟输出端口outN和outP。第四PMOS管的源极连接电源电压，漏极连接第五PMOS管的源极，第五PMOS管的漏极连接第三NMOS管的漏极和第一传输门的输出端口和第二传输门的输入端口，第三NMOS管的源极连接第四NMOS管的漏极。根据对称结构，第六、七PMOS管，第五、六NMOS管的连接方式与前面的第四、五PMOS管，第三、四NMOS管的连接方式相同。也就是说，参见图4，为具体应用实例中，电流控制振荡器由四个单元组成，每个单元的结构完全相同。其包含两个反相器、两个传输门，其中反相器由两个PMOS管和两个NMOS管叠加组成，反相器与反相器之间经由常开传输门首尾串行连接成环路，同时一个反相器的输入端口为inP，输出端口为OutN，另一个反相器输入为inN，输出为OutP，由单元1经单元2、单元3到单元4，单元之间直接由前一级OutN到下一级inN，前一级的OutP到下一级的inP，而由单元4到单元1则是由前一级OutN到下一级inP，前一级的OutP到下一级的inN，这样形成整个振荡环路。由于本发明的电流控制振荡器中的每个振荡单元都是由两个PMOS管和两个NMOS管叠加组成，采用了这种结构的振荡单元具有这些特性：一个是可提高输出阻抗，进一步得到更为稳定的电流源；另外，由于该结构的屏蔽特性，有效抑制来自电源地的噪声，提高振荡器的噪声性能。
参见图5，为具体应用实例中的电流调制电路，由多个相同电路单元组成每个电路单元包含三个输入端和一个输出端，输入为偏置电压VC1和VC2，开关控制信号In1，输出端为电流信号Out1；VC1和VC2为第一PMOS管和第二PMOS管提供偏置电压以产生电流，开关控制信号In1控制开关管第三PMOS管以实现多路电流。第一PMOS管的源极连接电源电压，漏极连接第二PMOS管的源极，第二PMOS管的漏极连接第三PMOS管的源极，第三PMOS管的漏极输出电流。
本发明具有抗辐照特性的可编程低噪声压控振荡器的工作过程如下：
首先是抗辐照偏置电路提供稳定的偏置电压过程。VC通过控制PM1调整流向NM1的电流，此电流还经过一组推挽放大器构成负反馈，在此作用下可保证电流平稳，PM2构成的二极管做负载，起到小信号电阻的作用，从而引出偏置电压VC2，此电压经过一组推挽放大器负反馈的作用，可以抑制由于辐照引起的电压跳变，使VC2更加稳定，同时VC1等于VC，从而为电流舵组提供两组稳定电压。
其次是电流舵组输出电流的编程控制过程。In0和in1可按需求调节成高电平或低电平，电流舵组为振荡回路提供的输入电流也相应变化。电流舵组在偏置电压VC1、VC2以及开关控制信号in0、in1的共同作用下得到一组可调控的电流，不同的输入电流可以使得振荡器获得不同的增益。
最后是在控制电压作用下，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。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种抗辐照可编程低噪声压控振荡器，其特征在于，包括抗辐照偏置电路、数控电流舵组及电流控制振荡器，所述抗辐照偏置电路的一个输入端与锁相环中低通滤波器相连，从锁相环滤波器接收VC电压，经由所述抗辐照偏置电路后生成一对偏置电压VC1、VC2；所述数控电流舵组包括三组电流源，其中一组仅受偏置电压VC1、VC2控制，另外两组除受偏置电压控制外还由外部输入信号in0、in1进行调控，所述数控电流舵组控制生成的电流供给到电流控制振荡器；所述电流控制振荡器分为四组环形振荡单元，每组单元产生一对输出outn、outp。
2.根据权利要求1所述的抗辐照可编程低噪声压控振荡器，其特征在于，所述抗辐照偏置电路包含NM1、NM2、NM3、NM4、PM1、PM2、PM3和PM4，VC为偏置电压输入端，所述 NM1与NM2构成电流镜，其电流值受VC输入端电压控制，所述 NM3、PM3与NM4、PM4分别构成两组推挽放大器，VC控制PM1并调控其向NM1输入的电流，同时此电流经过由NM3和PM3构成的推挽放大器的输入与输出。
3.根据权利要求2所述的抗辐照可编程低噪声压控振荡器，其特征在于，所述PM2为一个二极管连接的MOS管，并从栅极引出输出VC1，VC1经过由NM4和PM4构成的推挽放大器的输入与输出，其中VC1等于VC。
4.根据权利要求1或2或3所述的抗辐照可编程低噪声压控振荡器，其特征在于，所述数控电流舵组包含三个电流舵组，其中一个包含两个输入端和一个输出端，输入为偏置电压VC1和VC2，输出为Out0；另外两个电路单元结构相同，包含三个输入端和一个输出端，输入为偏置电压VC1和VC2，开关控制信号分别为In0或in1，输出端为电流信号分别为Out1或Out2。
5.根据权利要求4所述的抗辐照可编程低噪声压控振荡器，其特征在于，所述数控电流舵组中一个电流舵组仅受偏置电压控制，由PM31和PM32组成，另外两组分别受in0和in1控制，in0控制的这一组包含PM21、PM22和PM23这三个PMOS管，in1控制的这一组包含PM11、PM12和PM13这三个PMOS管，这三组电流舵中PM31、PM21、PM11受VC1控制，PM32、PM22、PM12受VC2控制，in0控制PM13，in1控制PM23；其中，VC1和VC2为第一PMOS管和第二PMOS管提供偏置电压以产生电流，开关控制信号控制开关管第三PMOS管以实现多路电流；第一PMOS管的源极连接电源电压，漏极连接第二PMOS管的源极，第二PMOS管的漏极连接第三PMOS管的源极，第三PMOS管的漏极输出电流。
6.根据权利要求1或2或3所述的抗辐照可编程低噪声压控振荡器，其特征在于，所述电流控制振荡器由四个单元组成，每个单元的结构完全相同，其包含两个反相器、两个传输门，其中反相器由两个PMOS管和两个NMOS管叠加组成，反相器与反相器之间经由常开传输门首尾串行连接成环路，同时一个反相器的输入端口为inP，输出端口为OutN，另一个反相器输入为inN，输出为OutP，由单元1经单元2、单元3到单元4，单元之间直接由前一级OutN到下一级inN，前一级的OutP到下一级的inP，而由单元4到单元1则是由前一级OutN到下一级inP，前一级的OutP到下一级的inN，这样整个振荡环路。
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Application publication date: 20170718 |