TW201101689A - Symmetric load delay cell oscillator - Google Patents

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201101689 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 所揭示之實施例係關於諸如可見於電壓控制振盪器 (VCO)及電流控制振盪器（IC〇)中之對稱負载延遲單元。 " 【先前技術】 -電流控制振盪器（ICO)用於許多電路，諸如，在供應時 脈信號至數位處理器之時脈信號產生器内的鎖相迴路 (PLL)。ICO有時亦用於無線電接收器及無線電發射器之局 部振盪益且用於其他電路。圖i(先前技術）為簡單PLL 1之 一實例的簡圖。PLL 1包括一電壓控制振盪器（vc〇)2，該 VCO 2又包括一電壓至電流轉換器3及一 lc〇 4。藉由—迴 路分頻器5對由ICO 4輸出之局部振逢器（L〇)信號進行分 頻。藉由一相位偵測器7對所得降頻反饋信號6與一參考時 脈信號XO進行相位比較。相位㈣器7輸出一誤差信號， 该誤差信號由一電荷泵8及迴路濾波器9處理，以產生—控 〇制VC0 2之信號1G。反饋控制迴路操作以將反饋信號_ 相於參考時脈信號χ〇。藉由設定迴路分頻器5用來進行分 頻之頻率控制值，可將局部振i器信號L〇之頻率設定成 具有一在一頻率調諧範圍内之所要頻率。 圖2(先别技術）為圖aIC〇 4之簡圖。㈣4實際上包括 ㈣Μ㈣«ϋΙα)#1 11Αΐα)#2 12 ’因為此類型之 早一電流控制振盡器將不會具有足夠廣泛之調譜範圍。 iCO 4亦包括兩個Vc〇緩衝器電路13及4〇以及二對一數位 邏輯多工裔41。每一Vc〇緩衝器電路將差動ic〇輸出信镜 146680.doc 201101689 轉換成單端數位信號。在圖1及圖2之實例中，整個ICO 4 可調諧以產生一在大約400 MHz至1.3 GHz之範圍内的輸出 信號LO。當LO信號將具有在400 MHz至800 MHz範圍内之 頻率時使用ICO#l 11及VCO緩衝器電路40，而當LO信號將 具有在800 MHz至1.3 GHz範圍内之頻率時使用ICO#2 12及 VCO緩衝器電路13。視所要輸出信號LO之頻率而定，啟 用ICO 11或12中之一者且停用另一者。多工器41經控制以 將適當之VCO緩衝器電路之輸出信號輸出為單端局部輸出 信號LO。 圖3(先前技術）為圖2之ICO#l 11之更詳細的圖。此特定 ICO電路為環式振盪器且包括一偏壓控制電路14及複數個 延遲單元15至19。該等延遲單元具有差動信號輸入及差動 信號輸出。ICTL信號37為經由圖2之電晶體38自圖1之電壓 至電流轉換器3接收到的輸入控制信號ICTL 20。 圖4(先前技術）為更詳細地說明偏壓控制電路14及延遲 單元15之圖。圖3之所有延遲單元具有類似之拓撲。延遲 單元15包括被稱為「對稱負載」的一對電路21及22。第一 對稱負載21包括一電流源接法電晶體（CSCT)23及二極體接 法電晶體（DCT)24。第二對稱負載22包括一電流源接法電 晶體（CSCT)25及二極體接法電晶體（DCT)26。延遲單元15 亦包括·一尾電流源電晶體2 8以及兩個電流導引切換電晶體 29及30。尾電流電晶體28自節點N3牽拉一大體上固定之控 制電流ICTL。當輸入節點3 1與開關32之間的差動輸入信號 (VIP減去VIN)切換時，引導電流ICTL流過第一對稱負載， 146680.doc 201101689 且接著流過第二對稱負載，且再次流回。經由導線36及35 將存在於節點N2 34與N1 33之間的差動輸出信號VOP減去 VON輸出至延遲單元環中之下—延遲單元。 圖5(先前技術）說明延遲單元15在切換循環之第一部分 期間之操作。切換電晶體2 9相對導電’且切換電晶體3 0相 '對不導電。節點N1上之電壓經下拉而低於節點N2上之電 壓。輸出信號之電壓因此隨著電容器39充電而增加。電阻 器符號R1表示第一對稱負載21之並聯等效電阻。電阻器符 η 號R2表示第二對稱負載22之並聯等效電阻。 圖6(先前技術）說明延遲單元15在切換循環之第二部分 期間之操作。切換電晶體29相對不導電’且切換電晶體30 相對導電。節點Ν2上之電塵因此經下拉而低於節點Ν1上 之電壓。輸出信號之電壓因此隨著電容器39放電而減小。 圖7(先前技術）為說明當切換電晶體29及30在不同循環 中經控制為導通及斷開時節點Ν2與Ν1之間的差動輸出信 ◎ 號如何上下振盪的簡化波形圖。輸出信號之擺動下限 (lower swing limit)被稱為擺動下限電壓（LSLV)。輸出信號 之擺動上限大致為電路之高供電電壓VDD。關於包括對稱 - 負載之此類型之延遲單元的額外資訊’參見John G. • Maneatis之 1996年 11 月之論文「Low-Jitter Process-Independent DLL and PLL Based on Self-Biased Techniques」（IEEE Journal of

Solid-State Circuits，第 11期，第 31卷）。 藉由改變輸入控制電流ICTL來改變環式振盪器之振盪頻 率。因此，該電路被稱為電流控制振盪器。若增加供應至 146680.doc 201101689 偏壓控制電路14之控制電流ICTL，則被牽拉通過尾電晶體 28之電流ICTL增加。又，PBIAS控制電壓減小。PBIAS控 制信號之減小降低了第一對稱負載21及第二對稱負載22之 有效電阻REFF。有效電阻REFF之降低減少了經由延遲單 元之RC延遲，進而增加振盪頻率FOSC。類似地，減小供 應至偏壓控制電路14之控制電流ICTL引起振盪頻率FOSC 的減小。 儘管此類型之環式振盪器在特定應用中很有用，但其可 能具有不合需要的狹窄頻率調諧範圍。當輸入控制電流 ICTL增加時，節點N2與N1之間的輸出信號之電壓擺動增 加。擺動下限電壓LSLV隨著ICTL不斷增加而愈降愈低。 因為輸出信號之電壓下限具有較低電壓限制，所以有效地 限制了該環式振盪器電路之頻率調諧範圍。 圖8(先前技術）為說明ICO#l如何僅在至多800 MHz之有 限頻率調諧範圍内有用（因為在輸入控制電流上限 ICTLMAX處，ICO#l之輸出信號之電壓擺動已達到其最大 容許電壓擺動）的圖表。注意，在圖8中，表示電壓擺動之 虛線已達到最大容許電壓擺動值。結果，若圖1之整個ICO 4之頻率調譜範圍將延伸超過800 MHz ’則必須提供第二 ICO#l。因此，圖2之電路包括ICO#2。另外，如圖8所說 明，振盪頻率FOSC之變化與輸入控制電流ICTL之變化在 相當大程度上為非線性的。注意，表示FOSC與ICTL之關 係的實線並非直線，而是曲線。在此類型之ICO之頻率操 作的上端處，必須使輸入控制電流ICTL增加相對較大之量 146680.doc 201101689 以便使振盪頻率FOSC增加相對較小之量。需要改良之電 路。 【發明内容】 〇 ❹ 一新穎電流㈣肋）包括偏壓控制電路 及若干新穎對稱負載延遲單元。該等新賴對稱負載延遲單 元搞接在-起成為-環，以形成一環式振盤器。一供應至 该偏麼控制電路之振I器輸入控制電流（ictl)控制由該延 遲單元環輸出之-振盪器輸出信號的振逢頻率（f〇sc)。 每一延遲單元包括-對新穎對稱負載電路。每一新穎對 稱負載電路包括一電流源接法電晶體、一二極體接法電晶 體及-新穎位準移位電路。該新穎位準移位電路可回庫於 一稱為「擺動下限控制信號」（LSLCS)之控制信號而調整 该二極體接法電晶體之間極至源極電壓（vgs)。該延遲單 70内之第-切換電晶體及第二切換電晶體導引一控制電流 自—電壓供應節點（VDD節點）流過該等對稱負載中之一者 或另-者’接著流過該等切換電晶體中之一導電切換電晶 體’且接著流過-尾電流源電晶體’到達一接地節點 (GND節點)。該等對稱負載之有效電阻至少部分地由以下 各者决疋.供應至該電流源接法電晶體的控制信號 BIAS、-供應至該尾電流源之控制信號麵^，及供應 ，該延遲單元之該等位準移位電路的該lslc^制信號: 精由使用該等控制信號PBIAS、NmAs及lslcs來控制該 延遲單元之延遲且因此該延遲單元環之該振還頻率，以控 制该等對稱負載之該有效電阻。該新穎偏壓控制電路產生 146680.doc 201101689 該等PBIAS、NBIAS及LSLCS控制信號，以使得該等延遲 單元中之該等對稱負載的該有效電阻改變，從而依輸入控 制電流ICTL為函數而改變環式振盪器頻率。 該新穎偏壓控制電路亦包括_複製品電路㈣ circuit)。《複製品電路包括該新賴對稱負載之—複製品、 一切換電晶體之-複製品及-尾電流源電晶體之一複製 品，上述各者柄接在-起，就像此等電路在該等延遲單元 中之一者中搞接在一起一樣。當切換一延遲單元中之切換 電晶體以使得全部尾電流流過該等對稱負載中之一者時， 跨越此才星製品電路中之藉盤猫$ 电崎復表〇口對稱負載而降落的電壓盥跨 越該延遲單元令之對稱負載中之一者而降落的電壓相同。 在此狀況下，該延遲單元中之該對稱負載之一節點上的電 Μ為該延遲單元之該輸出信號之錢的下限（「擺動下限 電壓」）。此下限係作為該延遲單元之輸出的振盛信號之 擺動下限電壓。/一反饋控制迴路中使用該新賴偏麼控制 > #堤异狡大"…又疋该迴路之延遲單元的擺動下 限。該運算放大器比較該複製品對稱負载之該節點节 電壓與-所要參考電塵（VREF)。該運算放大器輪出一誤差X 控制電壓，該誤差控制電壓被供應至該複製品位準移位· 路以使仔該複製品對稱負載之有效電阻使該節點上之 具有錢要參考電M值VREF。因為該錢控制電路 該複製品位準移位電路具有與該等延遲單元中之 電路相同的構造，所以自_>_方.當μ , 立 ，箄延器供應該控制電壓至 該等延遲早π中之位準移位電路使該等延遲單元之輪出信 I46680.doc -J0- 201101689 :的擺動下限電壓固定為VREF。設定該等延遲單元之擺 下限電壓防止該等延遲單元之振盪輪出信號的振幅依增 口之振盪頻率為函數而增加。在第一有利態樣中，以此方 式固定輸出信號振幅使該IC0之頻率調譜範圍增力。在第 -有利態樣中，與包括習知對稱負载之習知㈣相比，固 定輸出信號振幅使該IC0之輸入控制電流（說)與輸出信 號頻率（FOSC)的關係大體上為線性的。 Ο 前述内容係概述且因而必然含有對細節之簡化、一般化 及省略此項技術者將瞭解，該概述僅為說明 ㈣且不欲隸何方式為限制性的。如僅由中請專利範圍 界定之本文中所描述之裝置及/或方法的其他態樣、發明 性特徵及優點將在本文中所闡述之非限制性詳細描述中變 得顯而易見。 【實施方式】 圖9為根據一新穎態樣之電流控制振盪器之—實 〇 ㈣簡圖。㈣5 〇可（例如）用於無線電接收器或無線電發 射益之局部振盪器内的鎖相迴路（PLL)。Ic〇 5〇包括—偏 壓控制電路51、耦接在一起成為一環之5個延遲單元級μ 至56，及一 VC0緩衝器57。增加在輸入導線“上接收到之 輸入控制電流ICTL導致輸出導線59上之輸出信號L〇之振 盪頻率（FOSC)的相應增加。和圖3之習知電路不同，輪入 控制電流與輸出頻率之關係在相對廣泛之頻率調諧範圍内 大體上為線性的。 圖10為圖9之延遲單元52的更詳細之圖。所有延遲單元 146680.doc 201101689 52至56具有相同之構造。延遲單元52包括一第一對稱負載 60、一第二對稱負載61、一尾電流源電晶體62、一第一切 換電晶體63、一第二切換電晶體64、一輸出電容器65、一 新穎的第一位準移位電路66，及一新穎的第二位準移位電 路67。每一對稱負載包括一二極體接法電晶體及一電流源 接法電晶體。當用於本申請案中時，術語二極體接法電晶 體包括閘極與汲極連接在一起的電晶體及位準移位器連接 在閘極與汲極之間的電晶體兩者。兩個電晶體在一供電電 壓（VDD)節點與另一節點之間並聯耦接在一起，以使得對 稱負載在兩個節點之間提供一有效電阻REFF。第一對稱 負載6 0包括二極體接法電晶體6 8、電流源接法電晶體6 9， 及一新穎位準移位電路66。第二對稱負載包括二極體接法 電晶體70、電流源接法電晶體7 1，及一新穎位準移位電路 67。藉由偏壓電壓NBIAS加偏壓於尾電流源電晶體62，以 使得尾電流源電晶體62自節點72牽拉一控制電流ICTL。第 一切換電晶體63及第二切換電晶體64經控制以導引該控制 電流ICTL自供電電壓VDD節點流過第一對稱負載60、流過 第一切換電晶體63且到達節點72，或導引該控制電流ICTL 自供電電壓VDD節點流過第二對稱負載61、流過第二切換 電晶體64且到達節點72。當延遲單元切換時，在第二切換 電晶體64斷開時，第一切換電晶體63導通，且接著，在第 一切換電晶體63斷開時，第二切換電晶體64導通，以此類 推。切換電晶體63及64之切換係由輸入節點73及74上之差 動信號（VIP-VIN)來控制。來自延遲單元之輸出信號存在 146680.doc -12- 201101689 於節點76與75之間、跨越電容器65β輪出信號爾々⑽ 存在於輸出導線78與77之間。 如同圖4之習知延遲單元中—樣，經由延遲單⑶之信 • 1延遲主要由對稱負載6()及61之有效電阻奸職流過尾 f流源電晶體62之控制電流ICTL的量值來控制。為減少經 由延遲單元52之信號延遲，偏塵電屢PBUS隨著控制電流 ICTL增加而減小。減小pBIAS增加了電晶體69及7丨上之閘 〇 極至源極錢（VGS)的量值，進而減小對稱負載6g及以 有效電阻，進而減小延遲單元之队時間常數，且進而減 小經由延遲單元之信號傳播延遲。 新穎位準移位電路66包括—位準移位電晶體79及一位準 移位電流源電晶體80。電晶體8〇為源極隨耦器。類似地， 新賴位準移位電路67包括一位準移位電晶㈣及一位準移 位電流源電晶體82。電晶體82為源極隨耗器。下文更詳細 地解釋此等兩個位準移位電路66及67之操作。 〇 ® 11為圖9之偏壓控制電路51之電路圖。偏壓控制電路 51在輸入導線58上接收輸入控制電流ICTL，且在導體趵上 輸出PBIAS控制信號，在導體料上輸出NBIAs控制信號， 且在‘體85上輸出一新穎的擺動下限控制信號（lslcs)。 電流控制電流源86、N通道電晶體87及88之電流鏡以及n 通道電晶體89及P通道電晶體9〇對應於在圖4之習知電路之 偏壓控制電路14中所說明的裝置。然而，圖9之新颖偏壓 控制電路51包括-複製品電路91。該複製品電路”包括延 遲單元之對稱負載的複製品92及93、延遲單元之切換電晶 146680.doc 201101689 體的複製品94、延遲單元之尾電流源電晶體的複製品95， 以及延遲單元之位準移位電路之電晶體的複製品96及97。 另外，新穎偏壓控制電路5 1包括一如所說明以可操作方式 耦接之運算放大器98。在此狀況下，運算放大器98為具有 N通道輸入之單級電流鏡射運算放大器。圖11之新穎偏壓 控制電路51在導體83及84上產生PBIAS及NBIAS控制電壓 信號，其產生方式類似於圖4之習知偏壓控制電路14產生 PBIAS及NBIAS控制電壓信號的方式。 運算放大器98在一反饋迴路中與複製品電路91連接。複 製品電路9 1之複製品切換電晶體94始終導通，因此來自N 通道電晶體87及95之電流鏡的電流始終被牽拉通過複製品 對稱負載。此意謂：當振盪器振盪時，電晶體92及93之汲 極處的電壓等於延遲單元52之輸出信號上的較低擺動電 壓。此電壓存在於運算放大器98之反相輸入導線上。運算 放大器98在其非反相輸入導線上接收一參考電壓（VREF)且 比較反相輸入導線上之該電壓與VREF。若VREF不同於運 算放大器98之反相輸入導線上之該電壓，則運算放大器98 經由該反饋迴路調整通過複製品對稱負載之電流，直至複 製品對稱負載處（電晶體92及93之汲極上）之電壓等於VREF 為止。導線85將此電流調整信號作為「擺動下限控制信 號」提供至振盪器之每一延遲單元，包括提供至如圖10中 所說明之延遲單元52。 圖12為習知對稱負載之簡圖。習知對稱負載包括：一第 一電晶體，其係以此處稱為二極體接法組態之組態予以連 146680.doc -14- 201101689 接，及一第二電晶體，其係以此處稱為電流源接法組態之 組態予以連接。 圖13為說明圖12之習知對稱負載之電流源接法裝置及二 極體接法裝置兩者的電流與電壓關係（稱為曲線）的圖。 «亥等線中之每一者對應於在不同汲極電流量下的電晶體操 作舉例而3，線99描述針對為5〇叫之汲極電流的電晶 體操作，線100描述針對為1〇〇叫之汲極電流的電晶體操 ◎ 作，線101描述針對為15〇叫之汲極電流的電晶體操作； 且線102描述針對為2〇〇 之没極電流的電晶體操作。圖 13亦包括描述二極體接法電晶體之操作的線1〇3。當閘極 至源極電壓！值增加且達到臨限電壓時，該電晶體快速導 通’從而導致類似於二極體之曲線的Η曲線。因為兩 個電晶體並聯輕接在一起，所以一電晶體之源極與汲極之 間的電壓等於另一電晶體之源極與汲極之間的電壓。若在 電流源接法裝置與二極體接法裝置之間平分ICTL，則擺動 ❹下限電壓對應於該等Ι-ν曲線之交叉點。在圖丄3之圖表中 識別四個此種交又點104、1〇5、1〇6及1〇7。 圖14為說明圖13之習知對稱負載之複合η曲線的圖。 組合針對一特定！CTL之兩個電晶體的Η曲線，使得㈣ 中有4條複合曲線1()8、1〇9、㈣及⑴。箭頭ιΐ2表示跨越 1稱負載之電壓降，AVCTL表示當ICTL改變時控制電屢 VCTL之％化量。供電電壓（VDD)減去擺動下限電壓對 ICTL之比率被認為是對稱負載之有效電阻的指示。注意， 在圖13及圖14中，跨越對稱負载（在兩個電晶體之源極與 146680.doc 15 201101689 汲極之間)之電壓降隨著流過對稱負載之電流量增加而增 加。在圖14之水平維度中，舉例而言，交又點⑴、114、 115及116在遞減之電壓下出現。因為延遲單元中之對稱負 載之電晶體的源極耦接至一供電電壓（VDD)節點，所以跨 越對稱負載之隨對稱負載電流而增加的電壓降導致圖4之 節點33及34上之擺動下限電壓因為ICTLi增加的量而減 小。虽所有ICTL電流被導引通過兩個對稱負載中之一者且 對稱負載之電晶體之汲極上的電壓已達到其最小值時，此 低電壓為該擺動下限電壓。對擺動下限電壓在影響延遲單 元操作之前可走低之程度有實際限度。擺動下限電壓可走 低之程度決定延遲單元之調諧範圍限度。希望延遲單元具 有較廣泛之調諧範圍。 圖15為根據一新穎態樣之新穎對稱負載117之圖。圖15 之新穎對稱負載11 7並非僅具有一個控制輸入導線及信號 (諸如，圖12之習知對稱負載），而是具有兩個控制輸入導 線118及119以及兩個控制輪入信號12〇及121。一位準移位 電路123調整且控制二極體接法電晶體之閘極電壓，使得 一極體接法電晶體之閘極至源極電壓量值增加了 VCTL·之 變化量（或相當於AVDSAT)，該變化量係控制電壓¥(：1£在 ICTL增加時自其最大设定值所減小的量（如圖1 *之ι_ν曲線 所指示）。 圖16為說明圖15之新穎對稱負載117之操作的圖表。針 對電流源接法電晶體之每一 I_V曲線，現在有二極體接法 電晶體之不同I-V曲線。增加ICTL有效地將二極體接法裝 】46680.doc 16 201101689 置之1-v曲線向左移位。注意，在圖16中有二極體接法 電=體之4條口曲線124、125、⑶及127。歸因於位準移 .位電路之操作，不管控制電流ICTL之增加或減小量如何， 跨越新賴對稱負載之電壓降均保持於怪定電壓。該怪定電 壓降由垂直虛線128表示。 圖17為說明圖15之新穎對稱負'載之複合曲線的圖 表0 〇 ® 18為圖15之新穎對稱負載117的更詳細之圖。位準移 位電路123包括-第—零臨限電壓電晶體及一第 一位準移位電流源電晶體13〇。位準移位電路Η〗調整二極 體接法電晶體131之閘極電壓的多少由擺動下限控制信號 (LSLCS)控制。圖10之延遲單元的對稱負載6〇及61以及圖 11之控制電路的複製品對稱負載與圖18中所說明之新穎對 稱負載具有相同之構造。 圖19為界定圖12之先前技術對稱負載之電晶體之有效電 Ο 阻REFF的方程式。有效電阻REFF為輸入控制電流1(：1^之 函數。VT為對稱負載電晶體中之任一者的反轉臨限電 壓。VDSAT為在ICTL之特定值下電流源對稱負載電晶體 之飽和電壓。VDSAT加上VT界定負載Ι-ν曲線對稱（如圖13 中所展示）時所在之電壓範圍。對於特定ICTL，複合對稱 負載之電流擺動為ICTL且電壓擺動為VDSAT加上ντ。 可見’有效電阻REFF並不隨控制電流1(：1^之增加而成 比例地減小。取而代之’有效電阻REFF與ICTL之平方根 的倒數大致成比例。為達成延遲單元之振盪頻率F〇sc的 146680.doc -17- 201101689 增加，需要逐漸增大之ICTL值來降低有效電阻REFF。另 外，電壓擺動隨控制電流ICTL而增加，從而使延遲單元更 接近於其調諧範圍限度。 圖20為說明如圖19之方程式所界定之控制電流ICTL與振 盪頻率FOSC的關係之圖。描述在先前技術延遲單元中振 盪頻率FOSC依控制電流ICTL為函數而改變的線132因為增 加之控制電流ICTL值而變得逐漸平坦。在ICTLMAX處， 相應擺動下限電壓達到其實際限度，從而限制可由延遲單 元達成之振盪頻率FOSC。 圖2 1為描述新顆對稱負載之有效電阻REFF的方程式。 因為圖15之位準移位電路123保持該擺動下限電壓為恆定 的，所以電壓擺動針對所有ICTL值保持恆定。因此，由圖 19中之VDS AT加上VT界定之電壓擺動變數由圖21之方程 式中的恆定電壓擺動所替換。新穎對稱負載之有效電阻 REFF因此與ICTL大致成反比。

圖22為說明使用新穎對稱負載之電流控制振盪器ICO中 的控制電流ICTL與振盪頻率FOSC之關係的圖。如圖21中 所展示，新穎對稱負載之有效電阻REFF隨控制電流之增 加成比例地減小。因此，如線133所展示，振盪頻率FOSC 與控制電流ICTL線性地且成比例地增加。線134所展示之 電壓擺動保持大體上恆定。圖9之新穎電流控制振盪器 (ICO)50的調諧範圍因此不受電壓擺動限制。在一實例 中：1)在超過百分之三百之FOSC範圍内，擺動下限電壓 改變了不超過百分之五，且2)在超過百分之三百之FOSC 146680.doc 201101689 範圍内FOSC由於振盈頻率與頻率控制輸入信號叩几) 的το全線性之關係而改變了不超過百分之十。 圖23為根據—新«樣之方法2G0的簡化流程圖。在方 法200中，控制對稱負載之二極體接法電晶體的閑極至源 極電壓(步驟201)，使得該對稱負載之一節點上的振盪信號 之擺動限度電壓經控制而具有一大體上值定之值。在方法 〇之賞例中，°亥擺動限度電壓為存在於圖1 〇之節點7 5 〇 上的振盪信號之擺動下限電屋。 圖24為根據-新穎態樣之方法则的簡化流程圖。在方 法300中，控制對稱負載之二極體接法電晶體的閘極至源 極電壓（步驟301)，使得該對稱負載之一節點上的振盪信號 之振盪頻率（F0SC)與振盪器輸入頻率控制信號具有大體上 線性之關係。在方法300之一實例中，振盪信號存在於圖 10之節點75上，而振盪器頻率控制信號為存在於圖9之1<：〇 50之輸入導線58上的輸入信號ICTL。1(：11^與17〇8(：之間的 Q 大體上線性之關係說明於圖22中。 本文中所描述之技術可藉由各種手段來實施。舉例而 吕’上文所揭示之用於控制對稱負载之二極體接法電晶體 之閘極電壓的控制技術可實施於硬體、勤體、軟體或其組 合中。對於硬體實施，用以執行該等技術之處理單元可實 施於一或多個專用電路、特殊應用積體電路（ASIC)、數位 信號處理器（DSP)、數位信號處理裝置（DSPD)、可程式化 邏輯裝置（PLD)、場可程式化閘陣列（FPGA)、處理器、控 制器、微控制器、微處理器、電子裝置、經設計以執行本 I46680.doc -19- 201101689 土文所描述之功能的其他電子單元、電腦或其組合内。對於 初體及/或軟體實施’可藉由執行本文中所描述之功能的 =碼W如’程式、常式、程序、模組、函式、指令 “ &而δ ’有形地體現勒體及/或軟體 f式碼之任何電腦/處理器可讀媒體可用來實施本 而言，勒體及/或軟體程式碼可錯存於 且可由處理器執行。記憶體可實施於處理器内， 或可在處理器外部。㈣及/或軟體程式碼亦可儲存於電 ^處理ϋ可讀媒體中，電腦/處理器可讀㈣諸如·隨 =取記憶體（編）、唯讀記憶體（_)、非揮發性隨機: 取記憶體（靖ΑΜ)、可程式化唯讀記憶體（pR〇M)、電可 抹除p刪(EEP職）、快閃記憶體、軟碟、緊密光碟 Π數ΓΓ功能光碟（DVD)、磁性或光學資㈣存裝置 腦///-1可由一或多個電腦/處理器執行且可使該（等）電 處理讀財文巾所㈣之功純的特定態樣。 儘管上文出於指導之目的描述了某些特定實施例，但本 件之教示具有一般適用性且不限於上文所插述之特 2施例。舉例而言，受圖11之控制電路控制之圖10之延 具有作為延遲單元之一般效用且可用於除振蘆器以 用：又’除圖10及圖u中所說明之特定實施例以外 的控制且調整對稱負載之二極體接法電晶體之閉極至源極 電壓勺各種方式係可能的。舉例而言，可設定零臨限 電壓)電曰晶體之大小’以使得當控制電流訊改變時， ZVT電晶體之閉極至源極電壓與負載p通道電晶體改變相 146680.doc •20· 201101689 同的量。除上文在圖10及圖18中所說明之特定電路以外的 實施-可控位準移位裝置之方式係可能的。上文閣述圖1〇 及圖18之特定位準移位電路作為合適電路之—實例。因 • &，可在不麟下文闡述之以專利範圍之料的情況下 .f踐所描述之料實施例之各種特徵的各種修改、調適及 組合。 【圖式簡單說明】 〇 ® 1(先#技術）為—種類型之習知鎖相迴路(PLL)的簡 圖； 圖先前技術）為圖rpll内之電流控制振里器（ic〇)的 簡圖， 圖3(先前技術）為圖2之IC〇之更詳細的圖； 圖4(先則技術）為更詳細地說明圖3之偏壓控制電路及該 等延遲單元中之一者的簡圖； 圖5及圖6(先前技術）為說明圖3之延遲單元在延遲單元 〇 之切換電晶體的切換循環之第一部分及第二部分期間的操 作之圖； 圖7(先前技術）為說明來自延遲單元之輸出信號在延遲 單元循環時之振盪的簡化波形圖； 圖8(先前技術）為說明圖2之1(：〇中之延遲單元之輸出信 號的電廢擺動如何依輸入控制電流⑻叩為函數而增加及 ico之振盪頻率如何依1(：111為函數而以非線性方式改變的 圖表； 圖9為根據一新穎態樣之新穎電流控制振盪器（ICO)之— 146680.doc -21 - 201101689 實例的簡圖； 圖1〇為圖9之新賴IC0之延遲單元中之一者的更詳細的 圖； 圖11為圖9之新穎IC〇之新穎偏壓控制電路的電路圖； 圖12為延遲單元之習知對稱負载之簡圖； 圖13為說明圖! 2之習知對稱負载之二極體接法裝置及電 流源接法農置兩者的電流與電壓關係（稱為[v曲線）的圖； 圖14為說明圖12之習知對稱負载之複合^曲線的圖； 圖15為圖H)之新穎延遲單元中之新賴對稱負载的簡圖； 圖16為說明圖15之新穎對稱負载之二極體接法裝置及電 流源接法裝置兩者的電流與電壓關係（稱為〗_ν曲線）的圖； 圖17為說明圖15之新穎對稱負載之複合Ι-ν曲線的圖 表； 圖1 8為可實現圖i 5之新穎對稱負載之一種方式的更詳細 之圖； 圖19為“述習知對稱負載之有效電阻的方程式； 圖20為s兒明使用習知對稱負載之習知ic〇的輸入控制電 流（ICTL)信號與振盪頻率（F〇sc)之關係的圖； 圖21為界定圖15及圖18之新穎對稱負載之有效電阻 REFF的方程式； 圖22為說明圖9之新穎電流控制振盪器IC〇中的輸入控制 電流ICTL與振盪頻率F〇sc之關係的圖，該IC〇包括新穎 對稱負載及新穎偏壓控制電路； 圖23為根據—新穎態樣之方法2〇〇的簡化流程圖；及 146680.doc •22· 201101689 圖24為根據一新穎態樣之方法300的簡化流程圖 【主要元件符號說明】 〇 ❹ 1 鎖相迴路（PLL) 2 電壓控制振盪器（VCO) 3 電壓至電流轉換器 4 電流控制振盪器（ICO) 5 迴路分頻器 6 反饋信號 7 相位偵測器 8 電荷泵 9 迴路濾波器 10 信號 11 ICO 12 ICO 13 VCO緩衝器電路 14 偏壓控制電路 15 延遲單元 19 延遲單元 20 輸入控制信號 21 第一對稱負載 22 第二對稱負載 23 電流源接法電晶體 24 二極體接法電晶體 25 電流源接法電晶體 146680.doc •23· 201101689 26 二極體接法電晶體 28 尾電流源電晶體 29 電流導引切換電晶體 30 電流導引切換電晶體 31 輸入節點 32 開關 33 節點 34 節點 35 導線 36 導線 37 ICTL信號 38 電晶體 39 電容器 40 VCO缓衝器電路 41 數位邏輯多工器 50 ICO 51 偏壓控制電路 52至 56 延遲單元 57 VCO缓衝器 58 輸入導線 59 輸出導線 60 第一對稱負載 61 第二對稱負載 62 尾電流源電晶體 146680.doc -24- 201101689 Ο ❹ 63 第一切換電晶體 64 第二切換電晶體 65 輸出電容器 66 新穎的第一位準移位電路 67 新穎的第二位準移位電路 68 二極體接法電晶體 69 電流源接法電晶體 70 二極體接法電晶體 71 電流源接法電晶體 72 節點 73 輸入節點 74 輸入節點 75 節點 76 節點 77 輸出導線 78 輸出導線 79 位準移位電晶體 80 位準移位電流源電晶體 81 位準移位電晶體 82 位準移位電流源電晶體 83 導體 84 導體 85 導體 86 電流控制電流源 146680.doc •25- 201101689 87 N通道電晶體 88 N通道電晶體 89 N通道電晶體 90 P通道電晶體 91 複製品電路 92 對稱負載之複製品/電晶體 93 對稱負載之複製品/電晶體 94 複製品切換電晶體 95 尾電流源電晶體之複製品 96 位準移位電路之電晶體的複製品 97 位準移位電路之電晶體的複製品 98 運算放大器 117 新穎對稱負載 118 控制輸入導線 119 控制輸入導線 120 控制輸入信號 121 控制輸入信號 123 位準移位電路 129 第一零臨限電壓電晶體（ZVT) 130 第二位準移位電流源電晶體 131 二極體接法電晶體 N1 節點 N2 節點 146680.doc -26-

Claims (1)

1. 201101689 七、申請專利範圍： 1. 一種振盪器，其包含： 一延遲單元，其包含： -第-對稱負載，其包含—電流源接法電晶體、一 二極體接法電晶體及-位準移位電路，其中該電流源 接法電晶體之-沒極輕接至該二極體接法電晶體之一 沒極；及 Ο ❹ 一控制電路’其控制該位準移位電路以使得該位準移 位電路調整該二極體接法電晶體之-問極電a，1中咳 閑極電壓之㈣整使該延遲單元之_輸出信號卜擺動 下限在5亥振盪器之—振盪頻率改變時大體上怪定。 2. ::求項1之振蓋器，其，在一超過百分之三百之振盡 圍内’該擺動下限改變了不超過百分之五。 3. 如請求項1之振盪器，其中 輸入信號，其中該頻率控1/Γ入Π路接收一頻率控制 之該振堡頻率之相應變化且:^之變化與該㈣器 1中為—^、 變化八有—大體上線性的關係，且 、 超過百分之三百夕括洛虹才 率由於振場m — 振盧頻率範圍内，該振盈頻 係而改變了不超過百分i王線性之關 4.如請求们之振盪器，今 對稱負載，該第二對稱負二進一步包含第二 -二極體接法電晶體及=電流源接法電晶體、 稱負裁之該電流源接^ =移位電路，其中該第二對 稱負裁之誃_搞與&、電阳體的一汲極耦接至該第二對 Λ —^極體接法雷曰雜从 日日體的一汲極，且其中該控制 146680.doc 201101689 電路控制該第二對稱査葙 丁％負載之該位準移位電路。 5.如請求項4之振盪器，其 _ ，、re延遲早兀進一步 一 電流源電晶體，其中該 办外壤^ 市·i冤路將一弟一偏壓信號供應 至s亥第一對稱負載之兮+ 孩％ k源接法電晶體的—閘極上且 供應至該第二對稱負恭 、载之3亥廷^源接法電晶體的一閘極 上，且其中該控制電路將一势_ /A IS-. ' 第—偏麼信號供應至該尾電 流源電晶體之一閘極上。 、主D亥尾电 6·如請求項5之振盪器，其令玆征、芦s _ A 遲早70進·一步自λ 一笛 一切換電晶體及一第二切換g ^ a ^ 電日日體，该弟—切換電晶體 具有一耦接至該第—掛 野稱負载之汲極且具有—為接5兮 尾電流源電晶體之源極， _ ^ 至該第二對稱負載之汲極 ^浦 箪元… 第一切換電晶體之-閑極為該延遲 早…弟一輸入節點且該第—切 該延遲單元之-第-輸出節點，且之亥及極為 驊夕_ & 再中π亥第二切換電晶 "" 豸極為3亥延遲單元之一第-發入y g 乐_翰入卽點且該一 換電晶體之該汲極為該延遲 7 ，^ 4, κ 咬平兀之弟一輪出節點。 第—電晶體，其具有 7.如“項!之振堡器’其中該位準移位電 . 一笙—而 ^ 閘極 φ ^ ^ 源極及一汲極， 電晶體之該閉極輕接至該電流源接法電晶體 该>及極且_至該二極體接法電晶體之⑻極，^ 弟:電晶體之驗極耗接至—供電電壓節點，且㈠ 第-電晶體之該源極耦接至該二極體接法電：一 極0 146680.doc 201101689 8. 9. 如請求項7之振盪器 零伏特之臨限電壓。 如請求項7之振盪器 含： 其中该第一雷曰目士· 电日日體具有—大致為 其中該位準移位電路進—步包 電晶體，其具有 「甲]徑 Ο 10 Ο 11. 中兮笛_ $ 源極及一汲極，其 ::第二電晶體之該没極轉接至該位準移位電路 “體的該源極，其中該位準移位電 體之該源極輕接至-接地節點，且其中該第二電 該間極經耗接以接收-來自該控制電路之擺動：體之 信號(lslcs)。 制電路之擺動下限控制 .如請求項1之振盪器’其中該控制電路包含： 製品對稱負載’其中該複製品對稱負載包括一電 去電晶體、-二極體接法電晶體及-位準移位電 路，其中該複製品對稱負載之該電流源接法電晶體的— _接至該複製品對稱負載之該二極體接法電晶體的 一汲極；及 刃 一反饋控制電路’其具有-第-輸入節點、-第二輸 入即點及一輸出節點，其"第一輸入節點麵接至該複 製品對稱負載之該電流源接法電晶體的該汲極且耦接至 該複製品對稱負載之該二極體接法電晶體的該汲極，且 其令邊輪出節點輕接至該複製品對稱貞载之該位準移位 電路且輕接至該延遲單元之該第一對稱負載的該位準移 位電路。 如凊求項1G之㈣器，其中該反饋控制電路為—差動放 146680.doc 201101689 大器’且其中該反饋控制電路之該第二輸人節點經_ 以接收一參考電壓。 12·如請求们之振盪器，其中該延遲單元為複數個大體上 相同之延遲單元中之-者，且其中該複數個大體上相同 之延遲單元中的該等延遲單_接在—起成為一環。 13. —種對稱負載電路，其包含： 一供電電壓節點； -電流源接法電晶體’其具有一閘極'一源極及一汲 極’其中該電㈣接法電晶體之該祕_至該供 壓節點； —二極體接法電晶體，其具有-閉極、-耗接至該電 流源接法電晶體之該源極的源極及—㈣至該電流源接 法電晶體之該汲極的汲極；及 一位準移位電路，其調整該二極體接法電晶體之一閑 極至源極電壓（VGS)。 請求項U之對㈣载電路，其中該㈣移位電路包括 二電晶體’該電晶體具有—間極、一源極及一沒極，其 中5亥位準移位電路之該電晶體 日體的6亥閘極耦接至該電流源 接法電晶體之該汲極且耦接 __ 安主°亥一極體接法電晶體之該 至^且其中該位準移位電路之該電晶體的該源極減 至°亥—極體接法電晶體之該閘極。 15.==13之對稱負載電路，其中該野稱負載電路為一 具有複數個狀—部分，且以 極體接法電晶體之該汲 铁 祸筏至°亥電流源接法電晶體 I46680.doc 201101689 之該汲極的節點為該等級中之一者之—輸出節點。 16. 如請求項13之對稱貞載電路，其中該對稱負載電路在該 供電電壓節點與該電流源接法電晶體之該没極之間具有 -有效電阻’且其中該電流源接法電晶體之該閘極上的 一控制信號經改變以改變該有效電阻。 17. —種振盪器，其包含： 一對稱負載之一電流源接法電晶體； 〇 ，對稱負載-二極體接法電晶體，其中該電流源接法 電晶體之一汲極耦接至該二極體接法電晶體之一汲 極；及 用於調整該二極體接法電晶體之一閘極電壓的構件， 其使得當該振盪H之—振盪頻率改㈣，該㈣器之一 振盪信號的一擺動下限保持大體上恆定。 18. 如請求項17之振i器’其中該構件除了調整該二極體接 法電晶體之該閘極電屋以外，亦用於輸出一第一控制作 0 號及—第二控制信號，其中該第-控制信號係供應至該 對稱負載之該電流源接法電晶體的—閘極，且其中該第 二控制信號係供應至一尾電流源電晶體，其中該對稱負 載及該尾電流源電晶體為該振盪器之一延遲單元的部 19·如請求項Π之振盪器，其中該構件包括-電晶體，該電 晶體具有1接至該電流源接法電晶體之該沒極且搞接 至5亥—極體接法電晶體之該汲極的閘極且亦具有-㈣ 至該對稱負載之該二極體接法電晶體之—閘極的源極。 146680.doc 201101689 20·如明求項17之振盈器，其中該構件為該對稱負载之 分。 21·如請求項17之職器，其中該構件包括-並非該對稱負 載之一部分的反饋控制迴路。 22. —種方法，其包含： ⑷控制—第一對稱負載之一二極體接法電晶體之一 :極至源極電壓，以使得該第一對稱負載之—節點上的 :振逢信號之-擺動限度電驗控制而具有—大體上怪 定之值，其中該第一對稱負載包括-電流源接法電晶 體其中D亥一極體接法電晶體之一源極輕接至該電流源 接法電晶體之—源極，且其中該二極體接法電晶體之一 汲極耦接至該電流源接法電晶體之一汲極。 23·如請求項22之方法，其中在該振|信號之—超過百分之 —百之振盈頻率範圍内，号r i雄命》tic & 只千轨固η "亥擺動限度電壓改變了不超過 百分之五。 24. 如請求項22之方法，其進—步包含·· 〇 (b)使用一反饋控制迴路產生一控制信號；及 ⑷將該控制信號供應至—位準移位電路，以使㈣ 位準移位電路在⑷中控制該閘極 25. 如請一法，其中該第-對稱二第二對稱 :載 '一第一切換電晶體、—第二切換電晶體及—尾電 々丨L源電晶體為一延遲單元之部 刀其中該第-切換電晶 體之-汲極麵接至該第-對稱負载，其中該第一切換電 晶體之-源㈣接至該尾電流源電晶體，其中該第二切 146680.doc -6 - 201101689 換電晶體之一汲極耦接至該第二對稱負載，且其中該第 一切換電晶體之一源極耦接至該尾電流源電晶體。 2 6.如凊求項2 5之方法，其進一步包含： (b)控制該第二對稱負载之一二極體接法電晶體之一 閘極至源極電壓，以使得該第二對稱負載之一節點上的 一振盪信號之一擺動限度電壓經控制而具有一大體上恆 定之值。 〇 〇 27. —種方法，其包含： 將一頻率控制輸入信號接收至—振盪器上，其中該頻 率控制輸人信號之-變化引起該振盈器中之—振盈信號 之-振盪頻率的一相應變化，其中該振盪信號存在 振盪器中之一延遲單元之一對稱負栽的一節點上；及 控制該對稱負載之一二極體接法電a 电日曰體之一閘極至源 極電壓，以使得在一超過百分之二 一百之振盪頻率範圍 内’該«信號之該振盪頻率由於振_率與料㈣ 輸入信號的一完全線性之關係而改璲 雙了不超過百分之 146680.doc