CN108347242A - 环形振荡器 - Google Patents

Abstract

一种环形振荡器，包括第一放大器、第二放大器、第三放大器、第一电容器、第二电容器以及第三电容器。第一反相器的输入端耦接至输出节点，而第一反相器的输出端耦接至第一节点。第二反相器的输入端耦接至第一节点，而第二反相器的输出端耦接至第二节点。第三反相器的输入端耦接至第二节点，而第三反相器的输出端耦接至输出节点。输出节点还经由第一放大器和第一电容器耦接至第一节点。第一节点还经由第二放大器和第二电容器耦接至第二节点。第二节点还经由第三放大器和第三电容器耦接至输出节点。本发明不仅能够补偿非理想的寄生电容、涵盖较广的操作频带、提供更快的电路传输速度及操作速度，还不易受PVT的变异所影响。

Description

环形振荡器

技术领域

本发明关于一种环形振荡器(Ring Oscillator)，特别是关于一种具有极高振荡频率的环形振荡器。

背景技术

对于现今的高速通信而言，抖动表现(Jitter Performance)主要依赖具备较短的上升或下降时间(Rising/Falling Time)的时脉信号(Clock Signal)。然而，走线(Wiring)和栅极(Gate)的布局(Layout)往往会产生较大的寄生电容(Parasitic Capacitance)，其增长了前述的上升或下降时间，并限制了电路的传输速度。部分的现有文献使用一电感器(Inductor)来克服此一问题，此电感器可与寄生电容器作并联耦接，然而这种设计的缺陷却在其仅可涵盖较窄的频率范围。因此，有必要提出一种全新的设计方式，以解决现有技术所面临的各种困境。

发明内容

在较佳实施例中，本发明提供一种环形振荡器，包括：一第一反相器，具有一输入端和一输出端，其中该第一反相器的该输入端用于接收一输出信号，而该第一反相器的该输出端于一第一节点处输出一第一信号；一第二反相器，具有一输入端和一输出端，其中该第二反相器的该输入端用于接收该第一信号，而该第二反相器的该输出端于一第二节点处输出一第二信号；一第三反相器，具有一输入端和一输出端，其中该第三反相器的该输入端用于接收该第二信号，而该第三反相器的该输出端于该环形振荡器的一输出节点处输出该输出信号；一第一放大器，将该输出信号放大一增益倍数，以产生一第一放大信号；一第二放大器，将该第一信号放大该增益倍数，以产生一第二放大信号；一第三放大器，将该第二信号放大该增益倍数，以产生一第三放大信号；一第一电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第一电容器的该第一端耦接至该第一节点，而该第一电容器的该第二端用于接收该第三放大信号；一第二电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第二电容器的该第一端耦接至该第二节点，而该第二电容器的该第二端用于接收该第一放大信号；以及一第三电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第三电容器的该第一端耦接至该输出节点，而该第三电容器的该第二端用于接收该第二放大信号。

在一些实施例中，该第一电容器的电容值大致等于该第一节点处的总寄生电容值，该第二电容器的电容值大致等于该第二节点处的总寄生电容值，而该第三电容器的电容值大致等于该输出节点处的总寄生电容值。

在一些实施例中，该增益倍数大致等于2。

在一些实施例中，该第一放大器、该第二放大器以及该第三放大器皆由一可调供应电位和一固定供应电位来进行供电，而该增益倍数根据该可调供应电位来决定。

在一些实施例中，该第一放大器、该第二放大器以及该第三放大器的每一者包括：一第一N型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第一N型晶体管的该控制端耦接至一放大器输入节点，该第一N型晶体管的该第一端耦接至一接地电位，而该第一N型晶体管的该第二端耦接至一第三节点，而其中该放大器输入节点用于接收该输出信号、该第一信号，或该第二信号；一第一P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第一P型晶体管的该控制端耦接至该第三节点，该第一P型晶体管的该第一端耦接至该可调供应电位，而该第一P型晶体管的该第二端耦接至该第三节点；一第二P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第二P型晶体管的该控制端耦接至该第三节点，该第二P型晶体管的该第一端耦接至该可调供应电位，而该第二P型晶体管的该第二端耦接至一放大器输出节点，而其中该放大器输出节点用于输出该第一放大信号、该第二放大信号，或该第三放大信号；一第三P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第三P型晶体管的该控制端耦接至该放大器输入节点，该第三P型晶体管的该第一端耦接至该固定供应电位，而该第三P型晶体管的该第二端耦接至一第四节点；一第二N型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第二N型晶体管的该控制端耦接至该第四节点，该第二N型晶体管的该第一端耦接至该接地电位，而该第二N型晶体管的该第二端耦接至该第四节点；以及一第三N型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第三N型晶体管的该控制端耦接至该第四节点，该第三N型晶体管的该第一端耦接至该接地电位，而该第三N型晶体管的该第二端耦接至该放大器输出节点。

在一些实施例中，该环形振荡器还包括：一稳压器，由一独立供应电位来进行供电，其中该稳压器产生该可调供应电位，而该可调供应电位根据一参考电位来决定。

在一些实施例中，该稳压器包括：一第四P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第四P型晶体管的该控制端耦接至一第五节点，该第四P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第四P型晶体管的该第二端耦接至该第五节点；一第五P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第五P型晶体管的该控制端耦接至该第五节点，该第五P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第五P型晶体管的该第二端耦接至一第六节点；一第六P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第六P型晶体管的该控制端耦接至该第六节点，该第六P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第六P型晶体管的该第二端耦接至一稳压器输出节点，而其中该稳压器输出节点用于输出该可调供应电位；一第四N型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第四N型晶体管的该控制端耦接至一第七节点，该第四N型晶体管的该第一端耦接至一第八节点，而该第四N型晶体管的该第二端耦接至该第五节点；一第五N型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第五N型晶体管的该控制端耦接至一稳压器输入节点，该第五N型晶体管的该第一端耦接至该第八节点，而该第五N型晶体管的该第二端耦接至该第六节点，而其中该稳压器输入节点用于接收该参考电位；一独立电流吸收器，由该第八节点处汲取一电流，再送往一接地电位；一第一电阻器，具有一第一端和一第二端，其中该第一电阻器的该第一端耦接至该稳压器输出节点，而该第一电阻器的该第二端耦接至该第七节点；以及一第二电阻器，具有一第一端和一第二端，其中该第二电阻器的该第一端耦接至该第七节点，而该第二电阻器的该第二端耦接至该接地电位。

在一些实施例中，该环形振荡器还包括：一电位模拟器，利用该固定供应电位和该第一信号、该第二信号以及该输出信号的一个来产生该独立供应电位，其中该独立供应电位高于该固定供应电位。

在一些实施例中，该电位模拟器包括：一除频器，将该第一信号、该第二信号以及该输出信号的一个的频率除以一分割因子，以产生一控制信号和一反相控制信号；以及一切换电容电位三倍器，根据该固定供应电位、该控制信号以及该反相控制信号来产生该独立供应电位，其中该独立供应电位大致为该固定供应电位的三倍。

在一些实施例中，该切换电容电位三倍器包括：一第一切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第一切换器的该第一端耦接至一三倍器输入节点，而该第一切换器的该第二端耦接至一第九节点，而其中该三倍器输入节点用于接收该固定供应电位；一第四电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第四电容器的该第一端耦接至该第九节点，而该第四电容器的该第二端耦接至一第十节点；一第二切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第二切换器的该第一端耦接至一接地电位，而该第二切换器的该第二端耦接至该第十节点；一第三切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第三切换器的该第一端耦接至该三倍器输入节点，而该第三切换器的该第二端耦接至一第十一节点；一第五电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第五电容器的该第一端耦接至该第十一节点，而该第五电容器的该第二端耦接至一第十二节点；一第四切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第四切换器的该第一端耦接至该接地电位，而该第四切换器的该第二端耦接至该第十二节点；一第五切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第五切换器的该第一端耦接至该第九节点，而该第五切换器的该第二端耦接至一三倍器输出节点，而其中该三倍器输出节点用于输出该独立供应电位；一第六电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第六电容器的该第一端耦接至该三倍器输出节点，而该第六电容器的该第二端耦接至该接地电位；一第六切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第六切换器的该第一端耦接至该第十节点，而该第六切换器的该第二端耦接至该第十一节点；以及一第七切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第七切换器的该第一端耦接至该第十二节点，而该第七切换器的该第二端耦接至该三倍器输入节点。

在另一较佳实施例中，本发明提供一种一种环形振荡器，包括：一第一反相器，具有一输入端和一输出端，其中该第一反相器的该输入端用于接收一输出信号，而该第一反相器的该输出端于一第一节点处输出一第一信号；一第二反相器，具有一输入端和一输出端，其中该第二反相器的该输入端用于接收该第一信号，而该第二反相器的该输出端于一第二节点处输出一第二信号；一第三反相器，具有一输入端和一输出端，其中该第三反相器的该输入端用于接收该第二信号，而该第三反相器的该输出端于该环形振荡器的一输出节点处输出该输出信号；一第一放大器，将该输出信号放大一增益倍数，以产生一第一放大信号；一第二放大器，将该第一信号放大该增益倍数，以产生一第二放大信号；一第三放大器，将该第二信号放大该增益倍数，以产生一第三放大信号；一第一电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第一电容器的该第一端耦接至该第一节点，而该第一电容器的该第二端用于接收该第一放大信号；一第二电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第二电容器的该第一端耦接至该第二节点，而该第二电容器的该第二端用于接收该第二放大信号；以及一第三电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第三电容器的该第一端耦接至该输出节点，而该第三电容器的该第二端用于接收该第三放大信号。

在一些实施例中，该第一电容器的电容值大致等于该第一节点处的总寄生电容值，该第二电容器的电容值大致等于该第二节点处的总寄生电容值，而该第三电容器的电容值大致等于该输出节点处的总寄生电容值。

在一些实施例中，该第一反相器、该第二反相器以及该第三反相器皆由一固定供应电位来进行供电，其中该第一放大器、该第二放大器以及该第三放大器皆由一可调供应电位来进行供电，而其中该增益倍数根据该可调供应电位来决定。

在一些实施例中，该第一放大器、该第二放大器以及该第三放大器的每一者包括：一第一P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第一P型晶体管的该控制端耦接至一第三节点，该第一P型晶体管的该第一端耦接至该可调供应电位，而该第一P型晶体管的该第二端耦接至一放大器输出节点，而其中该放大器输出节点用于输出该第一放大信号、该第二放大信号，或该第三放大信号；一第一N型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第一N型晶体管的该控制端耦接至一放大器输入节点，该第一N型晶体管的该第一端耦接至一接地电位，而该第一N型晶体管的该第二端耦接至该放大器输出节点，而其中该放大器输入节点用于接收该输出信号、该第一信号，或该第二信号；以及一电平移位器，耦接于该放大器输入节点和该第三节点之间，使得该第三节点的电位高于该放大器输入节点的电位。

在一些实施例中，该电平移位器包括：一第二P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第二P型晶体管的该控制端耦接至该固定供应电位，该第二P型晶体管的该第一端耦接至该可调供应电位，而该第二P型晶体管的该第二端耦接至该第三节点；以及一第三P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第三P型晶体管的该控制端耦接至该放大器输入节点，该第三P型晶体管的该第一端耦接至该第三节点，而该第三P型晶体管的该第二端耦接至该接地电位。

在一些实施例中，该环形振荡器还包括：一稳压器，由一独立供应电位来进行供电，其中该稳压器产生该可调供应电位，而该可调供应电位根据一参考电位来决定。

在一些实施例中，该稳压器包括：一第四P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第四P型晶体管的该控制端耦接至一第五节点，该第四P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第四P型晶体管的该第二端耦接至该第五节点；一第五P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第五P型晶体管的该控制端耦接至该第五节点，该第五P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第五P型晶体管的该第二端耦接至一第六节点；一第六P型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第六P型晶体管的该控制端耦接至该第六节点，该第六P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第六P型晶体管的该第二端耦接至一稳压器输出节点，而其中该稳压器输出节点用于输出该可调供应电位；一第四N型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第四N型晶体管的该控制端耦接至一第七节点，该第四N型晶体管的该第一端耦接至一第八节点，而该第四N型晶体管的该第二端耦接至该第五节点；一第五N型晶体管，具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中该第五N型晶体管的该控制端耦接至一稳压器输入节点，该第五N型晶体管的该第一端耦接至该第八节点，而该第五N型晶体管的该第二端耦接至该第六节点，而其中该稳压器输入节点用于接收该参考电位；一独立电流吸收器，由该第八节点处汲取一电流，再送往一接地电位；一第一电阻器，具有一第一端和一第二端，其中该第一电阻器的该第一端耦接至该稳压器输出节点，而该第一电阻器的该第二端耦接至该第七节点；以及一第二电阻器，具有一第一端和一第二端，其中该第二电阻器的该第一端耦接至该第七节点，而该第二电阻器的该第二端耦接至该接地电位。

在一些实施例中，该环形振荡器还包括：一电位模拟器，利用该固定供应电位和该第一信号、该第二信号以及该输出信号的一个来产生该独立供应电位，其中该独立供应电位高于该固定供应电位。

在一些实施例中，该电位模拟器包括：一除频器，将该第一信号、该第二信号以及该输出信号的一个的频率除以一分割因子，以产生一控制信号和一反相控制信号；以及一切换电容电位三倍器，根据该固定供应电位、该控制信号以及该反相控制信号来产生该独立供应电位，其中该独立供应电位大致为该固定供应电位的三倍。

在一些实施例中，该切换电容电位三倍器包括：一第一切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第一切换器的该第一端耦接至一三倍器输入节点，而该第一切换器的该第二端耦接至一第九节点，而其中该三倍器输入节点用于接收该固定供应电位；一第四电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第四电容器的该第一端耦接至该第九节点，而该第四电容器的该第二端耦接至一第十节点；一第二切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第二切换器的该第一端耦接至一接地电位，而该第二切换器的该第二端耦接至该第十节点；一第三切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第三切换器的该第一端耦接至该三倍器输入节点，而该第三切换器的该第二端耦接至一第十一节点；一第五电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第五电容器的该第一端耦接至该第十一节点，而该第五电容器的该第二端耦接至一第十二节点；一第四切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第四切换器的该第一端耦接至该接地电位，而该第四切换器的该第二端耦接至该第十二节点；一第五切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第五切换器的该第一端耦接至该第九节点，而该第五切换器的该第二端耦接至一三倍器输出节点，而其中该三倍器输出节点用于输出该独立供应电位；一第六电容器，具有一第一端和一第二端，其中该第六电容器的该第一端耦接至该三倍器输出节点，而该第六电容器的该第二端耦接至该接地电位；一第六切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第六切换器的该第一端耦接至该第十节点，而该第六切换器的该第二端耦接至该第十一节点；以及一第七切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有一第一端和一第二端，其中该第七切换器的该第一端耦接至该第十二节点，而该第七切换器的该第二端耦接至该三倍器输入节点。

本发明不仅能够补偿非理想的寄生电容、涵盖较广的操作频带、提供更快的电路传输速度及操作速度，还不易受PVT的变异所影响。

附图说明

图1A是显示根据本发明一实施例所述的预驱动器的示意图。

图1B是显示根据本发明一实施例所述的负电容机制的示意图。

图2是显示根据本发明一实施例所述的预驱动器的示意图。

图3是显示根据本发明一实施例所述的环形振荡器的示意图。

图4是显示根据本发明一实施例所述的放大器的示意图。

图5是显示根据本发明一实施例所述的稳压器的示意图。

图6是显示根据本发明一实施例所述的电位模拟器的示意图。

图7是显示根据本发明一实施例所述的切换电容电位三倍器的示意图。

图8是显示根据本发明另一实施例所述的环形振荡器的示意图。

图9是显示根据本发明一实施例所述的放大器的示意图。

其中，附图中符号的简单说明如下：

100、200～预驱动器；111、211、311、811～第一反相器；112、212、312、812～第二反相器；120～负电容机制；130、230～放大器；300、800～环形振荡器；313、813～第三反相器；331、814～第一放大器；332、815～第二放大器；333、816～第三放大器；340～稳压器；342～独立电流沉；350～电位模拟器；360～除频器；370～切换电容电位三倍器；371～第一切换器；372～第二切换器；373～第三切换器；374～第四切换器；375～第五切换器；376～第六切换器；377～第七切换器；C～寄生电容器(或是正电容器)；-C～负电容器；C1～第一电容器；C2～第二电容器；C3～第三电容器；C4～第四电容器；C5～第五电容器；C6～第六电容器；CP1～第一寄生电容器；CP2～第二寄生电容器；CP3～第三寄生电容器；IA～电流；K～增益倍数；MP1～第一P型晶体管；MP2～第二P型晶体管；MP3～第三P型晶体管；MP4～第四P型晶体管；MP5～第五P型晶体管；MP6～第六P型晶体管；MN1～第一N型晶体管；MN2～第二N型晶体管；MN3～第三N型晶体管；MN4～第四N型晶体管；MN5～第五N型晶体管；N～分割因子；N1～第一节点；N2～第二节点；N3～第三节点；N4～第四节点；N5～第五节点；N6～第六节点；N7～第七节点；N8～第八节点；N9～第九节点；N10～第十节点；N11～第十一节点；N12～第十二节点；NIN～输入节点；NOUT～输出节点；NAI、NVI～放大器输入节点；NAO、NVO～放大器输出节点；NRI～稳压器输入节点；NRO～稳压器输出节点；NTI～三倍器输入节点；NTO～三倍器输出节点；R1～第一电阻器；R2～第二电阻器；S1～第一信号；S2～第二信号；SA～放大信号；SA1、SB1～第一放大信号；SA2、SB2～第二放大信号；SA3、SB3～第三放大信号；SC～控制信号；SCB～反相控制信号；SIN～输入信号；SOUT～输出信号；VA～第一电位；VB～第二电位；VDDT～可调供应电位；VDDE～独立供应电位；VDDF～固定供应电位；VREF～参考电位；VSS～接地电位。

具体实施方式

为让本发明的目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明的具体实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”及“包括”一词为开放式的用语，故应解释成“包含但不仅限定于”。“大致”一词则是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，达到所述基本的技术效果。此外，“耦接”一词在本说明书中包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接至一第二装置，则代表该第一装置可直接电性连接至该第二装置，或经由其它装置或连接手段而间接地电性连接至该第二装置。

图1A是显示根据本发明一实施例所述的预驱动器(Pre-Driver)100的示意图。在图1A的实施例中，预驱动器100包括一第一反相器(Inverter)111和一第二反相器112，此二者为串联耦接(Coupled in Series)。预驱动器100具有一输入节点NIN和一输出节点NOUT，其中预驱动器100的输入节点NIN用于接收一输入信号SIN，预驱动器100的输出节点NOUT用于输出一输出信号SOUT，输出信号SOUT根据输入信号SIN而产生，而输出信号SOUT可用于驱动后续的电路级，例如：一输出驱动器(Output Driver)。通过使用预驱动器100，输出信号SOUT会具有较强大的驱动能力，可驱动一输出电流。然而，输出节点NOUT处可能产生一寄生电容(Parasitic Capacitance)，其可模拟为耦接于输出节点NOUT和一接地电位VSS之间的一寄生电容器C。寄生电容器C可能是由预驱动器100的走线(Wiring)和栅极(Gate)的布局(Layout)而产生。不幸的是，此寄生电容器C会增加输出信号SOUT的上升或下降时间(Rising/Falling Time)，并会降低预驱动器100的传输速度。为解决此一问题，图1A的实施例使用一负电容机制(Negative Capacitance Mechanism)120来补偿此非理想的寄生电容器C，其可模拟为耦接于输出节点NOUT和接地电位VSS之间的一负电容器-C。在此设计下，因为寄生电容器C由并联的负电容器-C所抵消，预驱动器100的传输、操作速度皆将显著改善。另外，预驱动器100的操作频率范围不会因负电容机制120而有所限制。

图1B是显示根据本发明一实施例所述的负电容机制120的示意图。图1B的实施例是描述可产生负电容器-C的一电路解决方案。负电容机制120可由一正电容器C和一放大器(Amplifier)130所形成。放大器130具有一增益倍数(Gain Factor)K，其可将一第一电位VA放大K倍，以产生一第二电位VB。正电容器C耦接于第一电位VA和第二电位VB之间(亦即，耦接于放大器130的一输入端和一输出端之间)。一电流IA流经正电容器C。第一电位VA处所量测的等效阻抗值(Effective Impedance)可根据下列公式(1)至(5)进行计算。

VB＝K·VA………………………………………………(2)

IA＝(1-K)·VA·s·C…………………………………(3)

CE＝(1-K)·C………………………………………(5)

其中“VA”代表第一电位VA的电位电平，“VB”代表第二电位VB的电位电平，“C”代表正电容器C的电容值，“K”代表放大器130的增益倍数K，“s”代表拉普拉斯转换(LaplaceTransform)的变数(Variable)，“Z”代表于第一电位VA处所量测的等效阻抗值，而“CE”代表于第一电位VA处所量测的等效电容值。

根据公式(1)至(5)，若将增益倍数K设定为2，则能产生负电容器-C。以下实施例将介绍本发明利用负电容机制120以可改善电路的传输速度和操作速度的设计方式。必须注意的是，这些实施例仅为举例，非构成本发明的限制条件。

图2是显示根据本发明一实施例所述的预驱动器200的示意图。在图2的实施例中，预驱动器200具有一输入节点NIN和一输出节点NOUT，而预驱动器200包括一第一反相器211、一第二反相器212、一放大器230以及一第一电容器C1。第一反相器211具有一输入端和一输出端，其中第一反相器211的输入端于输入节点NIN处接收一输入信号SIN，而第一反相器211的输出端耦接至一第一节点N1。第二反相器212具有一输入端和一输出端，其中第二反相器212的输入端耦接至第一节点N1，而第二反相器212的输出端于输出节点NOUT处输出一输出信号SOUT，以驱动后续的电路级，例如：一输出驱动器。输入信号SIN和输出信号SOUT两者可皆为数据信号(Data Signal)或时脉信号(Clock Signal)，但输入信号SIN和输出信号SOUT可具有不同的上升时间(Rising Time)。放大器230具有一增益倍数(Gain Factor)K，其可将输入信号SIN放大K倍，以产生一放大信号SA。第一电容器C1具有一第一端和一第二端，其中第一电容器C1的第一端耦接至输出节点NOUT，而第一电容器C1的第二端用于接收放大信号SA。

输出节点NOUT处的总寄生电容(Total Capacitance)可模拟为一第一寄生电容器CP1。例如，第一电容器C1的电容值可大致等于第一寄生电容器CP1的电容值，且放大器230的增益倍数K可大致等于2，使得第一寄生电容器CP1可因前述的负电容机制而由第一电容器C1所抵消(Cancelled)。因此，预驱动器200的传输速度及操作速度均能有效改善。须注意的是，本发明并不仅限于此。在一些实施例中，放大器230由一可调供应电位(TunableSupply Voltage)VDDT和一固定供应电位(Fixed Supply Voltage)来进行供电，其中放大器230的增益倍数K根据可调供应电位VDDT来决定。亦即，前述的负电容机制为可调整的，其能适用于各种电路应用，并符合不同的应用需求。

除了预驱动器以外，所提的负电容机制亦可应用于一环形振荡器(RingOscillator)。因为非理想的寄生电容可由负电容机制所抵消，故环形振荡器的振荡频率将能大幅上升。请参考下列实施例所述。

图3是显示根据本发明一实施例所述的环形振荡器300的示意图。在图3的实施例中，环形振荡器300具有一输出节点NOUT，并包括一第一反相器(Inverter)311、一第二反相器312、一第三反相器313、一第一放大器(Amplifier)331、一第二放大器332、一第三放大器333、一第一电容器(Capacitor)C1、一第二电容器C2以及一第三电容器C3。环形振荡器300的输出节点NOUT用于输出一输出信号SOUT，以驱动后续的电路级。输出信号SOUT可以是一时脉信号(Clock Signal)。第一反相器311、第二反相器312以及第三反相器313可皆由一固定供应电位(Fixed Supply Voltage)VDDF来进行供电。第一反相器311具有一输入端和一输出端，其中第一反相器311的输入端耦接至输出节点NOUT以接收前述的输出信号SOUT，而第一反相器311的输出端于一第一节点N1处输出一第一信号S1。第二反相器312具有一输入端和一输出端，其中第二反相器312的输入端耦接至第一节点N1以接收第一信号S1，而第二反相器312的输出端于一第二节点N2处输出一第二信号S2。第三反相器313具有一输入端和一输出端，其中第三反相器313的输入端耦接至第二节点N2以接收第二信号S2，而第三反相器313的输出端于输出节点NOUT处输出前述的输出信号SOUT。第一放大器331具有一增益倍数(Gain Factor)K，其可将输出信号SOUT放大K倍，以产生一第一放大信号(AmplifiedSignal)SA1。第二放大器332亦具有一增益倍数K，其可将第一信号S1放大K倍，以产生一第二放大信号SA2。第三放大器333亦具有一增益倍数K，其可将第二信号S2放大K倍，以产生一第三放大信号SA3。第一电容器C1具有一第一端和一第二端，其中第一电容器C1的第一端耦接至第一节点N1，而第一电容器C1的第二端用于接收第三放大信号SA3。第二电容器C2具有一第一端和一第二端，其中第二电容器C2的第一端耦接至第二节点N2，而第二电容器C2的第二端用于接收第一放大信号SA1。第三电容器C3具有一第一端和一第二端，其中第三电容器C3的第一端耦接至输出节点NOUT，而第三电容器C3的第二端用于接收第二放大信号SA2。以上所述信号之间的关系可用下列公式(6)、(7)、(8)来表示。

SA1＝K·SOUT………………………………………(6)

SA2＝K·S1……………………………………………(7)

SA3＝K·S2……………………………………………(8)

其中“SA1”代表第一放大信号SA1的电位电平(Voltage Level)，“SA2”代表第二放大信号SA2的电位电平，“SA3”代表第三放大信号SA3的电位电平，“K”代表第一放大器331、第二放大器332以及第三放大器333的每一者的增益倍数，“SOUT”代表输出信号SOUT的电位电平，“S1”代表第一信号S1的电位电平，而“S2”代表第二信号S2的电位电平。在一些实施例中，第一反相器311、第二反相器312以及第三反相器313可以是互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS)的反相器，其每一者包括耦接于固定供应电位VDDF和一接地电位VSS之间的一P型晶体管(P-type Transistor)和一N型晶体管(N-type Transistor)。在一些实施例中，第一反相器311、第二反相器312以及第三反相器313具有相同的尺寸(亦即，CMOS晶体管的宽长比(Aspect Ratio，即W/L))，因此这些晶体管皆具有相同的电流驱动能力(Capability for Driving Current)。

第一节点N1处的总寄生电容(Total Capacitance)可模拟为一第一寄生电容器CP1。第二节点N2处的总寄生电容可模拟为一第二寄生电容器CP2。输出节点NOUT处的总寄生电容可模拟为一第三寄生电容器CP3。例如，第一电容器C1的电容值可大致等于第一寄生电容器CP1的电容值，第二电容器C2的电容值可大致等于第二寄生电容器CP2的电容值，第三电容器C3的电容值可大致等于第三寄生电容器CP3的电容值，且第一放大器331、第二放大器332以及第三放大器333的每一者的增益倍数K皆可大致等于2，使得第一寄生电容器CP1可因前述的负电容机制而由第一电容器C1所抵消(Cancelled)，第二寄生电容器CP2可因前述的负电容机制而由第二电容器C2所抵消，且第三寄生电容器CP3可因前述的负电容机制而由第三电容器C3所抵消。与图2的实施例相比，任意二个串联反相器之间的寄生电容于图3的实施例中亦被考虑且消除，此种设计可进一步提升环形振荡器300的振荡频率。须注意的是，本发明并不仅限于此。在一些实施例中，第一放大器331、第二放大器332以及第三放大器333皆由一可调供应电位(Tunable Supply Voltage)VDDT和一固定供应电位VDDF来进行供电。可调供应电位VDDT可高于固定供应电位VDDF。例如，可调供应电位VDDT可大致为固定供应电位VDDF的1至3倍。第一放大器331、第二放大器332以及第三放大器333的每一者的增益倍数K皆可根据可调供应电位VDDT来决定及调整。亦即，前述的负电容机制为可调整的，其能适用于各种电路应用，并符合不同的应用需求。

必须注意的是，虽然图3恰显示三个反相器、三个放大器以及三个电容器，实际上环形振荡器300可包括以相似方式设置的更多串联电路级，而不致影响本发明的效果。

图4是显示根据本发明一实施例所述的第一放大器331、第二放大器332以及第三放大器333的每一者的示意图。在图4的实施例中，第一放大器331、第二放大器332以及第三放大器333的每一者包括一第一P型晶体管(P-type Transistor)MP1、一第二P型晶体管MP2、一第三P型晶体管MP3、一第一N型晶体管MN1、一第二N型晶体管MN2以及一第三N型晶体管MN3。举例而言，每一P型晶体管可以是一P型金属氧化物半导体场效应晶体管(P-channelMetal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，PMOS Transistor)，而每一N型晶体管可以是一N型金属氧化物半导体场效应晶体管(N-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOS Transistor)。第一N型晶体管MN1具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第一N型晶体管MN1的控制端耦接至一放大器输入节点NAI，第一N型晶体管MN1的第一端耦接至接地电位VSS，而第一N型晶体管MN1的第二端耦接至一第三节点N3。对于第一放大器331而言，放大器输入节点NAI用于接收输出信号SOUT；对于第二放大器332而言，放大器输入节点NAI用于接收第一信号S1；对于第三放大器333而言，放大器输入节点NAI用于接收第二信号S2。第一P型晶体管MP1具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第一P型晶体管MP1的控制端耦接至第三节点N3，第一P型晶体管MP1的第一端耦接至可调供应电位VDDT，而第一P型晶体管MP1的第二端耦接至第三节点N3。第二P型晶体管MP2具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第二P型晶体管MP2的控制端耦接至第三节点N3，第二P型晶体管MP2的第一端耦接至可调供应电位VDDT，而第二P型晶体管MP2的第二端耦接至一放大器输出节点NAO。对于第一放大器331而言，放大器输出节点NAO用于输出第一放大信号SA1；对于第二放大器332而言，放大器输出节点NAO用于输出第二放大信号SA2；对于第三放大器333而言，放大器输出节点NAO用于输出第三放大信号SA3。第一P型晶体管MP1和第二P型晶体管MP2共同形成一第一电流镜(Current Mirror)。第三P型晶体管MP3具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第三P型晶体管MP3的控制端耦接至放大器输入节点NAI，第三P型晶体管MP3的第一端耦接至固定供应电位VDDF，而第三P型晶体管MP3的第二端耦接至一第四节点N4。第二N型晶体管MN2具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第二N型晶体管MN2的控制端耦接至第四节点N4，第二N型晶体管MN2的第一端耦接至接地电位VSS，而第二N型晶体管MN2的第二端耦接至第四节点N4。第三N型晶体管MN3具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第三N型晶体管MN3的控制端耦接至第四节点N4，第三N型晶体管MN3的第一端耦接至接地电位VSS，而第三N型晶体管MN3的第二端耦接至放大器输出节点NAO。第二N型晶体管MN2和第三N型晶体管MN3共同形成一第二电流镜。

在图4的实施例中，第一放大器331、第二放大器332以及第三放大器333的每一者的增益倍数K皆根据可调供应电位VDDT对固定供应电位VDDF的一比值(Ratio，亦即VDDT/VDDF)来进行计算。例如，若可调供应电位VDDT等于2V，且固定供应电位VDDF等于1V，则放大器330的增益倍数K可等于2(2V/1V＝2)，但亦不仅限于此。通过控制可调供应电位VDDT，可轻易地调整第一放大器331、第二放大器332以及第三放大器333的每一者的增益倍数K。在一些实施例中，固定供应电位VDDF可与第一信号S1、第二信号S2以及输出信号SOUT的每一者的高电位电平(High Voltage Level)皆相等。在一些实施例中，固定供应电位VDDF大致等于1V。

在一些实施例中，环形振荡器300还包括一稳压器(Regulator)340。稳压器340由一独立供应电位VDDE来进行供电，并用于产生可调供应电位VDDT。可调供应电位VDDT可根据一参考电位VREF来决定。例如，可调供应电位VDDT可大致等于参考电位VREF，但亦不仅限于此。稳压器340可提供具有较强驱动能力的可调供应电位VDDT，以驱动第一放大器331、第二放大器332以及第三放大器333。

图5是显示根据本发明一实施例所述的稳压器340的示意图。在图5的实施例中，稳压器340包括一第四P型晶体管MP4、一第五P型晶体管MP5、一第六P型晶体管MP6、一第四N型晶体管MN4、一第五N型晶体管MN5、一第一电阻器R1、一第二电阻器R2以及一独立电流沉(Current Sink)342。举例而言，每一P型晶体管可以是一P型金属氧化物半导体场效应晶体管(P-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，PMOSTransistor)，而每一N型晶体管可以是一N型金属氧化物半导体场效应晶体管(N-channelMetal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOS Transistor)。第四P型晶体管MP4具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第四P型晶体管MP4的控制端耦接至一第五节点N5，第四P型晶体管MP4的第一端耦接至独立供应电位VDDE，而第四P型晶体管MP4的第二端耦接至第五节点N5。独立供应电位VDDE可以是来自任意的一电压源(VoltageSource)，例如：一3V直流(Direct Current，DC)电压源。第五P型晶体管MP5具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第五P型晶体管MP5的控制端耦接至第五节点N5，第五P型晶体管MP5的第一端耦接至独立供应电位VDDE，而第五P型晶体管MP5的第二端耦接至一第六节点N6。第六P型晶体管MP6具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第六P型晶体管MP6的控制端耦接至第六节点N6，第六P型晶体管MP6的第一端耦接至独立供应电位VDDE，而第六P型晶体管MP6的第二端耦接至一稳压器输出节点NRO。稳压器输出节点NRO用于输出前述的可调供应电位VDDT。第四N型晶体管MN4具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第四N型晶体管MN4的控制端耦接至一第七节点N7，第四N型晶体管MN4的第一端耦接至一第八节点N8，而第四N型晶体管MN4的第二端耦接至第五节点N5。第五N型晶体管MN5具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第五N型晶体管MN5的控制端耦接至一稳压器输入节点NRI，第五N型晶体管MN5的第一端耦接至第八节点N8，而第五N型晶体管MN5的第二端耦接至第六节点N6。稳压器输入节点NRI用于接收参考电位VREF。独立电流沉342由第八节点N8处汲取一电流，再将此电流送往接地电位VSS。第一电阻器R1具有一第一端和一第二端，其中第一电阻器R1的第一端耦接至稳压器输出节点NRO，而第一电阻器R1的第二端耦接至第七节点N7。第二电阻器R2具有一第一端和一第二端，其中第二电阻器R2的第一端耦接至第七节点N7，而第二电阻器R2的第二端耦接至接地电位VSS。

有些时候，仅可取得固定供应电位VDDF作为一电压源，但无法取得独立供应电位VDDE。在一些实施例中，环形振荡器300还包括一电位模拟器(Voltage Simulator)350。电位模拟器350可以利用固定供应电位VDDF来模拟及产生独立供应电位VDDE。独立供应电位VDDE可以高于固定供应电位VDDF。举例而言，独立供应电位VDDE可为3V，而固定供应电位VDDF可为1V，但亦不仅限于此。是以，环形振荡器300可应用于具有单一电压源(SingleVoltage Source)的电路当中，而不致影响本发明的效果。

图6是显示根据本发明一实施例所述的电位模拟器350的示意图。在图6的实施例中，电位模拟器350包括一除频器(Frequency Divider)360和一切换电容电位三倍器(Switched-Capacitor Voltage Tripler)370。除频器360可将第一信号S1的振荡频率除以一分割因子(Division Factor)N，以产生一控制信号(Control Signal)SC和一反相控制信号(Inverted Control Signal)SCB，其中反相控制信号SCB的逻辑电平(Logic Level)与控制信号SC的逻辑电平两者互补(Complementary)。切换电容电位三倍器370用于处理固定供应电位VDDF，并根据控制信号SC和反相控制信号SCB来产生独立供应电位VDDE。独立供应电位VDDE可以大致为固定供应电位VDDF的3倍。以上所述信号之间的关系可用下列公式(9)、(10)、(11)来表示。

VDDE＝3·VDDF……………………………………(11)

其中“FSC”代表控制信号SC的振荡频率，“FSCB”代表反相控制信号SCB的振荡频率，“FS1”代表第一信号S1的振荡频率，“N”代表除频器360的分割因子N，“VDDE”代表独立供应电位VDDE的电位电平，而“VDDF”代表固定供应电位VDDF的电位电平。

由于第一信号S1的振荡频率可能过高，除频器360可用于压低控制信号SC和反相控制信号SCB各自的振荡频率，以控制切换电容电位三倍器370。根据实际实施例，控制信号SC和反相控制信号SCB的每一者的振荡频率皆应低于或等于10MHz。例如，若第一信号S1的振荡频率为6GHz，则除频器360的分割因子N须设定为至少600。必须注意的是，分割因子N可根据不同需求进行调整。在另一些实施例中，输入至除频器360的第一信号S1亦可改由第二信号S2或输出信号SOUT所取代，而不致影响本发明的效果。除频器电路的典型结构为本技术领域人员所熟知，在此不再赘述。

图7是显示根据本发明一实施例所述的切换电容电位三倍器370的示意图。在图7的实施例中，切换电容电位三倍器370包括一第一切换器(Switch Element)371、一第二切换器372、一第三切换器373、一第四切换器374、一第五切换器375、一第六切换器376、一第七切换器377、一第四电容器C4、一第五电容器C5以及一第六电容器C6。第一切换器371、第二切换器372、第三切换器373以及第四切换器374根据控制信号SC来选择性地导通(Closedor Conducting)或断开(Opened or Not Conducting)。例如，若控制信号SC为高逻辑电平(High Logic Level)，则第一切换器371、第二切换器372、第三切换器373以及第四切换器374将全部导通；反之，若控制信号SC为低逻辑电平(Low Logic Level)，则第一切换器371、第二切换器372、第三切换器373以及第四切换器374将全部断开。第五切换器375、第六切换器376以及第七切换器377根据反相控制信号SCB来选择性地导通或断开。例如，若反相控制信号SCB为高逻辑电平，则第五切换器375、第六切换器376以及第七切换器377将全部导通；反之，若反相控制信号SCB为低逻辑电平，则第五切换器375、第六切换器376以及第七切换器377将全部断开。

第一切换器371具有一第一端和一第二端，其中第一切换器371的第一端耦接至一三倍器输入节点NTI，而第一切换器371的第二端耦接至一第九节点N9。三倍器输入节点NTI用于接收固定供应电位VDDF。第四电容器C4具有一第一端和一第二端，其中第四电容器C4的第一端耦接至第九节点N9，而第四电容器C4的第二端耦接至一第十节点N10。第二切换器372具有一第一端和一第二端，其中第二切换器372的第一端耦接至接地电位VSS，而第二切换器372的第二端耦接至第十节点N10。第三切换器373具有一第一端和一第二端，其中第三切换器373的第一端耦接至三倍器输入节点NTI，而第三切换器373的第二端耦接至一第十一节点N11。第五电容器C5具有一第一端和一第二端，其中第五电容器C5的第一端耦接至第十一节点N11，而第五电容器C5的第二端耦接至一第十二节点N12。第四切换器374具有一第一端和一第二端，其中第四切换器374的第一端耦接至接地电位VSS，而第四切换器374的第二端耦接至第十二节点N12。第五切换器375具有一第一端和一第二端，其中第五切换器375的第一端耦接至第九节点N9，而第五切换器375的第二端耦接至一三倍器输出节点NTO。三倍器输出节点NTO用于输出独立供应电位VDDE。第六电容器C6具有一第一端和一第二端，其中第六电容器C6的第一端耦接至三倍器输出节点NTO，而第六电容器C6的第二端耦接至接地电位VSS。第六切换器376具有一第一端和一第二端，其中第六切换器376的第一端耦接至第十节点N10，而第六切换器376的第二端耦接至第十一节点N11。第七切换器377具有一第一端和一第二端，其中第七切换器377的第一端耦接至第十二节点N12，而第七切换器377的第二端耦接至三倍器输入节点NTI。

切换电容电位三倍器370可用下列方式进行操作。当控制信号SC上升至高逻辑电平且反相控制信号SCB下降至低逻辑电平时，只有第一切换器371、第二切换器372、第三切换器373以及第四切换器374为导通状态，而其余切换器皆断开，使得第四电容器C4和第五电容器C5充电，以储存等于固定供应电位VDDF的一电位差(Voltage Difference)。接着，当反相控制信号SCB上升至高逻辑电平且控制信号SC下降至低逻辑电平时，只有第五切换器375、第六切换器376以及第七切换器377为导通状态，而其余切换器皆断开，使得第九节点N9和三倍器输出节点NTO的电位电平变成“VDDF(第十二节点N12的电位电平)”加上“VDDF(跨越第五电容器C5的电位差)”再加“VDDF(跨越第四电容器C4的电位差)”三者的总和，亦即“3×VDDF”，并导致独立供应电位VDDE最终可达到固定供应电位VDDF的三倍。当第五切换器375断开的期间(亦即，当控制信号SC为高逻辑电平时)，第六电容器C6可维持住独立供应电位VDDE的电位电平。

图8是显示根据本发明另一实施例所述的环形振荡器800的示意图。图8和图3相似，此二实施例的差异在于，图8的环形振荡器800以不同组态(Configuration)将三个放大器耦接至三个反相器和三个电容器。在图8的实施例中，环形振荡器800具有一输出节点NOUT，并包括一第一反相器811、一第二反相器812、一第三反相器813、一第一放大器814、一第二放大器815、一第三放大器816、一第一电容器C1、一第二电容器C2以及一第三电容器C3。环形振荡器800的输出节点NOUT用于输出一输出信号SOUT，以驱动后续的电路级。输出信号SOUT可以是一时脉信号。第一反相器811、第二反相器812以及第三反相器813可皆由一固定供应电位VDDF来进行供电。第一放大器814、第二放大器815以及第三放大器816可皆由一可调供应电位VDDT来进行供电。可调供应电位VDDT可高于固定供应电位VDDF。第一反相器811具有一输入端和一输出端，其中第一反相器811的输入端耦接至输出节点NOUT以接收前述的输出信号SOUT，而第一反相器811的输出端于一第一节点N1处输出一第一信号S1。第二反相器812具有一输入端和一输出端，其中第二反相器812的输入端耦接至第一节点N1以接收第一信号S1，而第二反相器812的输出端于一第二节点N2处输出一第二信号S2。第三反相器813具有一输入端和一输出端，其中第三反相器813的输入端耦接至第二节点N2以接收第二信号S2，而第三反相器813的输出端于输出节点NOUT处输出前述的输出信号SOUT。第一放大器814具有一增益倍数K，其可将输出信号SOUT放大K倍，以产生一第一放大信号SB1。第二放大器815亦具有一增益倍数K，其可将第一信号S1放大K倍，以产生一第二放大信号SB2。第三放大器816亦具有一增益倍数K，其可将第二信号S2放大K倍，以产生一第三放大信号SB3。第一电容器C1具有一第一端和一第二端，其中第一电容器C1的第一端耦接至第一节点N1，而第一电容器C1的第二端用于接收第一放大信号SB1。第二电容器C2具有一第一端和一第二端，其中第二电容器C2的第一端耦接至第二节点N2，而第二电容器C2的第二端用于接收第二放大信号SB2。第三电容器C3具有一第一端和一第二端，其中第三电容器C3的第一端耦接至输出节点NOUT，而第三电容器C3的第二端用于接收第三放大信号SB3。

在一些实施例中，第一反相器811、第二反相器812以及第三反相器813可以是互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS)的反相器，其每一者包括耦接于固定供应电位VDDF和一接地电位VSS之间的一P型晶体管(P-typeTransistor)和一N型晶体管(N-type Transistor)。在一些实施例中，第一反相器811、第二反相器812以及第三反相器813具有相同的尺寸(亦即，CMOS晶体管的宽长比(AspectRatio，即W/L))，因此这些晶体管皆具有相同的电流驱动能力(Capability for DrivingCurrent)。在一些实施例中，固定供应电位VDDF可与第一信号S1、第二信号S2以及输出信号SOUT的每一者的高电位电平(High Voltage Level)皆相等。在一些实施例中，固定供应电位VDDF大致等于1V。

第一节点N1处的总寄生电容(Total Capacitance)可模拟为一第一寄生电容器CP1。第二节点N2处的总寄生电容可模拟为一第二寄生电容器CP2。输出节点NOUT处的总寄生电容可模拟为一第三寄生电容器CP3。例如，第一电容器C1的电容值可大致等于第一寄生电容器CP1的电容值，第二电容器C2的电容值可大致等于第二寄生电容器CP2的电容值，第三电容器C3的电容值可大致等于第三寄生电容器CP3的电容值，且可调供应电位VDDT可大致为固定供应电位VDDF的2倍，使得第一寄生电容器CP1可因前述的负电容机制而由第一电容器C1所抵消，第二寄生电容器CP2可因前述的负电容机制而由第二电容器C2所抵消，且第三寄生电容器CP3可因前述的负电容机制而由第三电容器C3所抵消。与图2的实施例相似，任意二个串联反相器之间的寄生电容于图8的实施例中亦被考虑且消除，此种设计可进一步提升环形振荡器800的振荡频率。须注意的是，本发明并不仅限于此。在一实施例中，可调供应电位VDDT可大致为固定供应电位VDDF的1至3倍。第一放大器814、第二放大器815以及第三放大器816的每一者的输出电位电平皆可根据可调供应电位VDDT来决定及调整。亦即，前述的负电容机制为可调整的，其能适用于各种电路应用，并符合不同的应用需求。

必须注意的是，虽然图8恰显示三个反相器、三个放大器以及三个电容器，实际上环形振荡器800可包括以相似方式设置的更多串联电路级，而不致影响本发明的效果。

图9是显示根据本发明一实施例所述的第一放大器814、第二放大器815以及第三放大器816的每一者的示意图。在图9的实施例中，第一放大器814、第二放大器815以及第三放大器816的每一者包括一第一P型晶体管(P-type Transistor)MP1、一第二P型晶体管MP2、一第三P型晶体管MP3以及一第一N型晶体管MN1。举例而言，每一P型晶体管可以是一P型金属氧化物半导体场效应晶体管(P-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，PMOS Transistor)，而每一N型晶体管可以是一N型金属氧化物半导体场效应晶体管(N-channel Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOSTransistor)。第一P型晶体管MP1具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第一P型晶体管MP1的控制端耦接至一第三节点N3，第一P型晶体管MP1的第一端耦接至可调供应电位VDDT，而第一P型晶体管MP1的第二端耦接至一放大器输出节点NVO。对于第一放大器814而言，放大器输出节点NVO用于输出第一放大信号SB1；对于第二放大器815而言，放大器输出节点NVO用于输出第二放大信号SB2；对于第三放大器816而言，放大器输出节点NVO用于输出第三放大信号SB3。第一N型晶体管MN1具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第一N型晶体管MN1的控制端耦接至一放大器输入节点NVI，第一N型晶体管MN1的第一端耦接至接地电位VSS，而第一N型晶体管MN1的第二端耦接至放大器输出节点NVO。对于第一放大器814而言，放大器输入节点NVI用于接收输出信号SOUT；对于第二放大器815而言，放大器输入节点NVI用于接收第一信号S1；对于第三放大器816而言，放大器输入节点NVI用于接收第二信号S2。第二P型晶体管MP2具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第二P型晶体管MP2的控制端耦接至固定供应电位VDDF，第二P型晶体管MP2的第一端耦接至可调供应电位VDDT，而第二P型晶体管MP2的第二端耦接至第三节点N3。第三P型晶体管MP3具有一控制端、一第一端以及一第二端，其中第三P型晶体管MP3的控制端耦接至放大器输入节点NVI，第三P型晶体管MP3的第一端耦接至第三节点N3，而第三P型晶体管MP3的第二端耦接至接地电位VSS。第二P型晶体管MP2和第三P型晶体管MP3共同形成一电平移位器(Level Shifter)880。电平移位器880耦接于放大器输入节点NVI和第三节点N3之间，使得第三节点N3的电位被移位，且高于放大器输入节点NVI的电位。例如，放大器输入节点NVI的电位可由0V至1V，而第三节点N3的电位可由1V至2V，但不仅限于此。与图4的实施例相似，第一放大器814、第二放大器815以及第三放大器816的每一者的增益倍数K皆根据可调供应电位VDDT对固定供应电位VDDF的一比值(Ratio，亦即VDDT/VDDF)来进行计算，且在一实施例中，前述的增益倍数K可大致等于2。

环形振荡器800利用第一放大器814、第二放大器815以及第三放大器816分别与第一反相器811、第二反相器812以及第三反相器813并联耦接，以取代前述图3所示的组态，此种设计可进一步改善负电容机制，这是由于相较于图3的组态，第一放大器814、第二放大器815以及第三放大器816的延迟时间(Delay Time)可与第一反相器811、第二反相器812以及第三反相器813的延迟时间更加匹配(Match)。在图3的实施例中，如图4所示的放大器的延迟时间更难与二个反相器的延迟时间互相匹配。倘若延迟时间未能适当匹配，负电容机制可能无法完全抵消寄生电容。详细而言，电平移位器880的加入将使得第一P型晶体管MP1的控制端的电位提高，导致第一P型晶体管MP1的栅极至源极电位差(Gate-to-SourceVoltage Difference，亦即Vgs)可等同于第一反相器811、第二反相器812以及第三反相器813的每一者的对应P型晶体管的栅极至源极电位差。在一实施例中，前述各放大器814-816的第一P型晶体管MP1和第一N型晶体管MN1的宽长比(Aspect Ratio)等同于前述各反相器811-813的CMOS晶体管的宽长比。由于延迟时间与晶体管电流成反比，其又与Vgs相关联(dt＝CdV/I；I∝(Vgs-Vt)^2)，若能使前述各放大器814-816的第一P型晶体管MP1和第一N型晶体管MN1的宽长比和Vgs与前述各反相器811-813的CMOS晶体管的宽长比和Vgs互相匹配，将能使它们的延迟时间亦互相匹配。另外，电平移位器880可消除发生于第一P型晶体管MP1的一漏电流(Current Leakage)，其中此漏电流取决于可调供应电位VDDT和固定供应电位VDDF之间的电位差。是以，通过第一放大器814、第二放大器815以及第三放大器816的信号将能与通过第一反相器811、第二反相器812以及第三反相器813的信号几乎同步化(Synchronized)(亦即，这些信号彼此为同相(In-Phase))，故环形振荡器800的振荡频率可进一步提高。

必须理解的是，图5的稳压器340亦可用于提供可调供应电位VDDT，而图6的电位模拟器350和图7的切换电容电位三倍器370亦可用于提供独立供应电位VDDE给图8的环形振荡器800，这些元件在此不再赘述。

本发明提出一种新颖的环形振荡器，其具有极高的振荡频率。总之，本发明具有下列优点，较传统技术更加优越：(1)可用负电容机制来补偿非理想的寄生电容；(2)可涵盖较广的操作频带；(3)可提供更快的电路传输速度、操作速度；以及(4)可较不易受制程、电位以及温度(Process,Voltage,and Temperature，即PVT)的变异所影响。根据模拟结果，使用负电容机制的环形振荡器300和800的振荡频率可由原本的6GHz大幅提升至60GHz(几乎是10倍速加快)，故其很适合应用于各种电路设计当中。

值得注意的是，以上所述的电位、电流、电阻值、电感值、电容值以及其余元件参数均非为本发明的限制条件。设计者可以根据不同需要调整这些设定值。本发明的环形振荡器并不仅限于图1-9所图示的状态。本发明可以仅包括图1-9的任何一或多个实施例的任何一或多项特征。换言之，并非所有图示的特征均须同时实施于本发明的环形振荡器当中。虽然本发明的实施例使用金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)为例，但本发明并不仅限于此，本技术领域人员可改用其他种类的晶体管，例如：双载子接面晶体管(Bipolar Junction Transistor，BJT)、接面场效晶体管(Junction Gate Field Effect Transistor，JFET)，或是鳍式场效应晶体管(Fin Field Effect Transistor，FinFET)等等。

在本说明书以及权利要求书中的序数，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，彼此之间并没有顺序上的先后关系，其仅用于标示区分两个具有相同名字的不同元件。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种环形振荡器，其特征在于，包括：

第一反相器，具有输入端和输出端，其中该第一反相器的该输入端用于接收输出信号，而该第一反相器的该输出端于第一节点处输出第一信号；

第二反相器，具有输入端和输出端，其中该第二反相器的该输入端用于接收该第一信号，而该第二反相器的该输出端于第二节点处输出第二信号；

第三反相器，具有输入端和输出端，其中该第三反相器的该输入端用于接收该第二信号，而该第三反相器的该输出端于该环形振荡器的输出节点处输出该输出信号；

第一放大器，将该输出信号放大增益倍数，以产生第一放大信号；

第二放大器，将该第一信号放大该增益倍数，以产生第二放大信号；

第三放大器，将该第二信号放大该增益倍数，以产生第三放大信号；

第一电容器，具有第一端和第二端，其中该第一电容器的该第一端耦接至该第一节点，而该第一电容器的该第二端用于接收该第三放大信号；

第二电容器，具有第一端和第二端，其中该第二电容器的该第一端耦接至该第二节点，而该第二电容器的该第二端用于接收该第一放大信号；以及

第三电容器，具有第一端和第二端，其中该第三电容器的该第一端耦接至该输出节点，而该第三电容器的该第二端用于接收该第二放大信号。

2.根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于，该第一电容器的电容值等于该第一节点处的总寄生电容值，该第二电容器的电容值等于该第二节点处的总寄生电容值，而该第三电容器的电容值等于该输出节点处的总寄生电容值。

3.根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于，该增益倍数等于2。

4.根据权利要求1所述的环形振荡器，其特征在于，该第一放大器、该第二放大器以及该第三放大器皆由可调供应电位和固定供应电位来进行供电，而该增益倍数根据该可调供应电位来决定。

5.根据权利要求4所述的环形振荡器，其特征在于，该第一放大器、该第二放大器以及该第三放大器的每一个包括：

第一N型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第一N型晶体管的该控制端耦接至放大器输入节点，该第一N型晶体管的该第一端耦接至接地电位，而该第一N型晶体管的该第二端耦接至第三节点，而其中该放大器输入节点用于接收该输出信号、该第一信号或该第二信号；

第一P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第一P型晶体管的该控制端耦接至该第三节点，该第一P型晶体管的该第一端耦接至该可调供应电位，而该第一P型晶体管的该第二端耦接至该第三节点；

第二P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第二P型晶体管的该控制端耦接至该第三节点，该第二P型晶体管的该第一端耦接至该可调供应电位，而该第二P型晶体管的该第二端耦接至放大器输出节点，而其中该放大器输出节点用于输出该第一放大信号、该第二放大信号或该第三放大信号；

第三P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第三P型晶体管的该控制端耦接至该放大器输入节点，该第三P型晶体管的该第一端耦接至该固定供应电位，而该第三P型晶体管的该第二端耦接至第四节点；

第二N型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第二N型晶体管的该控制端耦接至该第四节点，该第二N型晶体管的该第一端耦接至该接地电位，而该第二N型晶体管的该第二端耦接至该第四节点；以及

第三N型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第三N型晶体管的该控制端耦接至该第四节点，该第三N型晶体管的该第一端耦接至该接地电位，而该第三N型晶体管的该第二端耦接至该放大器输出节点。

6.根据权利要求4所述的环形振荡器，其特征在于，还包括：

稳压器，由独立供应电位来进行供电，其中该稳压器产生该可调供应电位，而该可调供应电位根据参考电位来决定。

7.根据权利要求6所述的环形振荡器，其特征在于，该稳压器包括：

第四P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第四P型晶体管的该控制端耦接至第五节点，该第四P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第四P型晶体管的该第二端耦接至该第五节点；

第五P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第五P型晶体管的该控制端耦接至该第五节点，该第五P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第五P型晶体管的该第二端耦接至第六节点；

第六P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第六P型晶体管的该控制端耦接至该第六节点，该第六P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第六P型晶体管的该第二端耦接至稳压器输出节点，而其中该稳压器输出节点用于输出该可调供应电位；

第四N型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第四N型晶体管的该控制端耦接至第七节点，该第四N型晶体管的该第一端耦接至第八节点，而该第四N型晶体管的该第二端耦接至该第五节点；

第五N型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第五N型晶体管的该控制端耦接至稳压器输入节点，该第五N型晶体管的该第一端耦接至该第八节点，而该第五N型晶体管的该第二端耦接至该第六节点，而其中该稳压器输入节点用于接收该参考电位；

独立电流沉，由该第八节点处汲取电流，再送往接地电位；

第一电阻器，具有第一端和第二端，其中该第一电阻器的该第一端耦接至该稳压器输出节点，而该第一电阻器的该第二端耦接至该第七节点；以及

第二电阻器，具有第一端和第二端，其中该第二电阻器的该第一端耦接至该第七节点，而该第二电阻器的该第二端耦接至该接地电位。

8.根据权利要求6所述的环形振荡器，其特征在于，还包括：

电位模拟器，利用该固定供应电位和该第一信号、该第二信号以及该输出信号的一个来产生该独立供应电位，其中该独立供应电位高于该固定供应电位。

9.根据权利要求8所述的环形振荡器，其特征在于，该电位模拟器包括：

除频器，将该第一信号、该第二信号以及该输出信号的一个的频率除以分割因子，以产生控制信号和反相控制信号；以及

切换电容电位三倍器，根据该固定供应电位、该控制信号以及该反相控制信号来产生该独立供应电位，其中该独立供应电位为该固定供应电位的三倍。

10.根据权利要求9所述的环形振荡器，其特征在于，该切换电容电位三倍器包括：

第一切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第一切换器的该第一端耦接至三倍器输入节点，而该第一切换器的该第二端耦接至第九节点，而其中该三倍器输入节点用于接收该固定供应电位；

第四电容器，具有第一端和第二端，其中该第四电容器的该第一端耦接至该第九节点，而该第四电容器的该第二端耦接至第十节点；

第二切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第二切换器的该第一端耦接至接地电位，而该第二切换器的该第二端耦接至该第十节点；

第三切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第三切换器的该第一端耦接至该三倍器输入节点，而该第三切换器的该第二端耦接至第十一节点；

第五电容器，具有第一端和第二端，其中该第五电容器的该第一端耦接至该第十一节点，而该第五电容器的该第二端耦接至第十二节点；

第四切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第四切换器的该第一端耦接至该接地电位，而该第四切换器的该第二端耦接至该第十二节点；

第五切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第五切换器的该第一端耦接至该第九节点，而该第五切换器的该第二端耦接至三倍器输出节点，而其中该三倍器输出节点用于输出该独立供应电位；

第六电容器，具有第一端和第二端，其中该第六电容器的该第一端耦接至该三倍器输出节点，而该第六电容器的该第二端耦接至该接地电位；

第六切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第六切换器的该第一端耦接至该第十节点，而该第六切换器的该第二端耦接至该第十一节点；以及

第七切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第七切换器的该第一端耦接至该第十二节点，而该第七切换器的该第二端耦接至该三倍器输入节点。

11.一种环形振荡器，其特征在于，包括：

第一反相器，具有输入端和输出端，其中该第一反相器的该输入端用于接收输出信号，而该第一反相器的该输出端于第一节点处输出第一信号；

第二反相器，具有输入端和输出端，其中该第二反相器的该输入端用于接收该第一信号，而该第二反相器的该输出端于第二节点处输出第二信号；

第三反相器，具有输入端和输出端，其中该第三反相器的该输入端用于接收该第二信号，而该第三反相器的该输出端于该环形振荡器的输出节点处输出该输出信号；

第一放大器，将该输出信号放大增益倍数，以产生第一放大信号；

第二放大器，将该第一信号放大该增益倍数，以产生第二放大信号；

第三放大器，将该第二信号放大该增益倍数，以产生第三放大信号；

第一电容器，具有第一端和第二端，其中该第一电容器的该第一端耦接至该第一节点，而该第一电容器的该第二端用于接收该第一放大信号；

第二电容器，具有第一端和第二端，其中该第二电容器的该第一端耦接至该第二节点，而该第二电容器的该第二端用于接收该第二放大信号；以及

第三电容器，具有第一端和第二端，其中该第三电容器的该第一端耦接至该输出节点，而该第三电容器的该第二端用于接收该第三放大信号。

12.根据权利要求11所述的环形振荡器，其特征在于，该第一电容器的电容值大致等于该第一节点处的总寄生电容值，该第二电容器的电容值大致等于该第二节点处的总寄生电容值，而该第三电容器的电容值大致等于该输出节点处的总寄生电容值。

13.根据权利要求11所述的环形振荡器，其特征在于，该第一反相器、该第二反相器以及该第三反相器皆由固定供应电位来进行供电，其中该第一放大器、该第二放大器以及该第三放大器皆由可调供应电位来进行供电，而其中该增益倍数根据该可调供应电位来决定。

14.根据权利要求13所述的环形振荡器，其特征在于，该第一放大器、该第二放大器以及该第三放大器的每一个包括：

第一P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第一P型晶体管的该控制端耦接至第三节点，该第一P型晶体管的该第一端耦接至该可调供应电位，而该第一P型晶体管的该第二端耦接至放大器输出节点，而其中该放大器输出节点用于输出该第一放大信号、该第二放大信号或该第三放大信号；

第一N型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第一N型晶体管的该控制端耦接至放大器输入节点，该第一N型晶体管的该第一端耦接至接地电位，而该第一N型晶体管的该第二端耦接至该放大器输出节点，而其中该放大器输入节点用于接收该输出信号、该第一信号或该第二信号；以及

电平移位器，耦接于该放大器输入节点和该第三节点之间，使得该第三节点的电位高于该放大器输入节点的电位。

15.根据权利要求14所述的环形振荡器，其特征在于，该电平移位器包括：

第二P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第二P型晶体管的该控制端耦接至该固定供应电位，该第二P型晶体管的该第一端耦接至该可调供应电位，而该第二P型晶体管的该第二端耦接至该第三节点；以及

第三P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第三P型晶体管的该控制端耦接至该放大器输入节点，该第三P型晶体管的该第一端耦接至该第三节点，而该第三P型晶体管的该第二端耦接至该接地电位。

16.根据权利要求13所述的环形振荡器，其特征在于，还包括：

稳压器，由独立供应电位来进行供电，其中该稳压器产生该可调供应电位，而该可调供应电位根据参考电位来决定。

17.根据权利要求16所述的环形振荡器，其特征在于，该稳压器包括：

第四P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第四P型晶体管的该控制端耦接至第五节点，该第四P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第四P型晶体管的该第二端耦接至该第五节点；

第五P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第五P型晶体管的该控制端耦接至该第五节点，该第五P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第五P型晶体管的该第二端耦接至第六节点；

第六P型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第六P型晶体管的该控制端耦接至该第六节点，该第六P型晶体管的该第一端耦接至该独立供应电位，而该第六P型晶体管的该第二端耦接至稳压器输出节点，而其中该稳压器输出节点用于输出该可调供应电位；

第四N型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第四N型晶体管的该控制端耦接至第七节点，该第四N型晶体管的该第一端耦接至第八节点，而该第四N型晶体管的该第二端耦接至该第五节点；

第五N型晶体管，具有控制端、第一端以及第二端，其中该第五N型晶体管的该控制端耦接至稳压器输入节点，该第五N型晶体管的该第一端耦接至该第八节点，而该第五N型晶体管的该第二端耦接至该第六节点，而其中该稳压器输入节点用于接收该参考电位；

独立电流沉，由该第八节点处汲取电流，再送往接地电位；

第一电阻器，具有第一端和第二端，其中该第一电阻器的该第一端耦接至该稳压器输出节点，而该第一电阻器的该第二端耦接至该第七节点；以及

第二电阻器，具有第一端和第二端，其中该第二电阻器的该第一端耦接至该第七节点，而该第二电阻器的该第二端耦接至该接地电位。

18.根据权利要求16所述的环形振荡器，其特征在于，还包括：

电位模拟器，利用该固定供应电位和该第一信号、该第二信号以及该输出信号的一个来产生该独立供应电位，其中该独立供应电位高于该固定供应电位。

19.根据权利要求18所述的环形振荡器，其特征在于，该电位模拟器包括：

除频器，将该第一信号、该第二信号以及该输出信号的一个的频率除以分割因子，以产生控制信号和反相控制信号；以及

切换电容电位三倍器，根据该固定供应电位、该控制信号以及该反相控制信号来产生该独立供应电位，其中该独立供应电位为该固定供应电位的三倍。

20.根据权利要求19所述的环形振荡器，其特征在于，该切换电容电位三倍器包括：

第一切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第一切换器的该第一端耦接至三倍器输入节点，而该第一切换器的该第二端耦接至第九节点，而其中该三倍器输入节点用于接收该固定供应电位；

第四电容器，具有第一端和第二端，其中该第四电容器的该第一端耦接至该第九节点，而该第四电容器的该第二端耦接至第十节点；

第二切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第二切换器的该第一端耦接至接地电位，而该第二切换器的该第二端耦接至该第十节点；

第三切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第三切换器的该第一端耦接至该三倍器输入节点，而该第三切换器的该第二端耦接至第十一节点；

第五电容器，具有第一端和第二端，其中该第五电容器的该第一端耦接至该第十一节点，而该第五电容器的该第二端耦接至第十二节点；

第四切换器，根据该控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第四切换器的该第一端耦接至该接地电位，而该第四切换器的该第二端耦接至该第十二节点；

第五切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第五切换器的该第一端耦接至该第九节点，而该第五切换器的该第二端耦接至三倍器输出节点，而其中该三倍器输出节点用于输出该独立供应电位；

第六电容器，具有第一端和第二端，其中该第六电容器的该第一端耦接至该三倍器输出节点，而该第六电容器的该第二端耦接至该接地电位；

第六切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第六切换器的该第一端耦接至该第十节点，而该第六切换器的该第二端耦接至该第十一节点；以及

第七切换器，根据该反相控制信号来选择性地导通或断开，并具有第一端和第二端，其中该第七切换器的该第一端耦接至该第十二节点，而该第七切换器的该第二端耦接至该三倍器输入节点。