TW483253B - Single stage voltage controlled ring oscillator - Google Patents

Description

本發明與環振盪器電路有關 在許多類型的電子電路中， 圖十β ^ τ 都需要產生 ”、' π用來產生此類作贫的释 路。脐作ΑΑ不 〇就的間早電路是< 此類的電路10包括複數個 疋^ 1 2b，以及將爭尨 τ w稿合的 Λ及將取後反相器12b之輸出 ^入的父又耦合反饋 整體增益必項士 ^ 為了電路 凰义肩大於1。此外，整㈣ 至少需要兩級才处d λ L 正版相移必： 文7、’久才此引入此相移所兩 統環振盪哭兩玖沾.旦 杪厅而的兩個 遲是# ί °〇 "* 盪頻率與每級間的¥ 遲疋使用的反相器電路類的k 量CP的沾果。b : 亥電路中 八夕 如果母級引入r延遲，則相 刀之—時間的環路延遲為2 '丨相 的操作標稱頻率上Λ2…，如圖1 構是相對於討論 GHz噸h :特有效率。例如，在特 ΓΛ 會鎖定鎖定器。於該技術中 了 I二法產生具有大於20 GHz頻率的輸出 器的負載電阻，可植2統環振盪 了縮短反相|§的延遲。4 盪器的操作頻率，妙而1A7 雖 σ 然而也會降低以操作頻 k a益。因此，此類的振盪器通常具有較 所以會容易㊣到無&接受的雜訊量。， 内部時序信號。 ^統環振盪器電 反相器1 2 a、 第一反相器12a 振盪，環路中的 I是1 8 0度，因此 極點（ρ ο 1 e)。傳 遲有關，該項延 出現的寄生電容 當於完成週期二 所示之兩級電路 的限制，環振盪 定技術中，於4〇 兩級環振盪器 信號，這是由於 器中使用之反相 然此可增加環振 率傳送的小型信 低的輸出功率， 483253 五、發明說明（2) 枯Ϊ : Γ ί頻應用的替代振盪器利用LC諧振器電路… 此二 知有各種1(：振盪器。此級電路的缺點/沾知 二用積體電路上大幅的區域。進一步的义於，這 ；坆-兒路具有非常有限的可調諧 =、、點在 間需要高精確度，進而增加整體成本。，*此在製造期 ^ 2ί供—種經改良的環振盪器組態配置將合古 应，其具有縮短的環路延遲，並且以根 置將會有所助 時，具有高於傳統環振盪哭電二、辰盪頻率操作 振盪頻率。 …一路的增盈，藉此提供增加的 發明概i 種^據本發明設計的單級電壓控制環 合到一跨阻抗電壓轉電流（Tis) i/包括一耦 仙 _仏 對傳輸線來連接TAS電路盥ττς恭 ，σ根據想要的（標稱）振盪頻率來選定該^ 包 度。該TIS電路的電壓輸出連接到二、泉：長 外，該等電路組件最好是共辆匹酉己輸入。此 輸入電感來增加振盪頻率辦只的 猎由TIS電路的 寄生輸·出電容量。τΐ;^ 、““笑“ L 括可調整的可調諧型電 t驅，以tunable current driver)，以便改變振盈頻 率。退可忐在TAS電路中配備可調諧型組件。組合 、 TAS/TI S電路的組態配置具有兩個或兩個以上極‘；， 可引入足以推動振盪的相移。 於-項特定具體實施例中，TIS電路使用限幅放大器。 不同於具有相對寬頻帶響應而使得在特定頻率之增益無法 483253 五、發明說明（3) —---- 達到峰值的傳統限幅放大器，選定τ丨s電路限幅放大哭中 =件，以便提供窄頻帶響應，以利於在想要的振遭頻率 達到增益峰值。 因此，根據本發明的TAS/TIS環振盪器電路提供較高的 Ϊ ^頻率及較高的1力率’其可運用傳統多級環振I器設計 只現。另外，實現這些增強仍然可用相當小的尺寸並可簡 ΐ，壓控制環振盪器設計。本電路實現高頻振盪，而不需 4 ，被動％感器或變容二極體，因此提供的調諧範圍比 使用南頻LC振盪器的調諧範圍更寬廣。 簡單据iitc $要°羊喂下文中之本發明具體實施例的詳細說明及附圖 解况，將可明白本發明的上述及其他功能，其中： 圖1顯示傳統環振盪器電路的圖式； 圖2顯示根據本發明之環振盪器電路的圖式；以及 ，3顯不圖2所不之環振i器具體實施例的原理電路圖。 實施例詳_細說明 顯不根據本發明之環振盪器電路的圖式。振盪器 跨導納（TAS)電壓轉電流電路22，其輸出23耦合 呈:二阻抗（tis)電壓轉電流電路24的輸入25。TIS電路24 二&二反相電流轉電壓轉放大器26及一反饋阻抗28。丁1S ^ 的輸出30耦合到TAS電路的輪入32。圖2還顯示電路 m #可^出現的寄生電容fCp。於較佳具體實施例中， 22及713電路24最好是共軛匹配，以便藉由電 的輸入電感來抵消TAS電路22的.寄生輸出電容量。這

苐7頁 483253 五、發明說明（4) 兩：：，間耦合的能量損失量’藉此提供遞增的環 曰進仃提高電路效能。熟知技藝人士 匹配電路方法，因此本文中不詳細討論。 各種』 ^ =佳具體實施例中，TIS電路24包括改良型限幅放大 ::限幅放大器通常被認為不適合在環振盪器組 S響應降低或排2是因丨有故意設計傳統限幅放大器的動 選定的組件值促使放大器的增益在= 現尖、峰id持常數’並且不會在特定頻率突然突然出 :ί 相對地，根據本發明此項觀點，選 j發明中使用之改良型限幅放大器的特定組件 放大^增益在特定頻率（例如，40 gHZ)達到峰值。選的 組件最好在想要的振盪頻率提供窄頻響應。 、 根據本發明的TAS/TIS環振盪器電路有助於以較高 认^現。另外，尤其當丁AS電路22及ns電路24是共幸厄匹 配日守，本發明振盪器電路2 〇的環路延遲小於使用可相 組件之傳統環振盪器的延遲，因此可提供增強的振盪頻 率。 TAS電路22及TIS電路24的至少其中一個最好包括可 的可調諧型電流驅動器，以便改變振盪頻率。振盪器= 可能輸出緩衝器（未顯示）組合，最好具有以振盪器^ ， 圍内之頻率遞減的增益。此類遞減增益緩衝器補椐= 會隨著振盈頻率遞增功率輸出的傾.向，藉此在整個電路&

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效調諧範圍内提供相對常數輸出功率。 圖3顯不圖2所不之環振盪器2 〇較佳具體實施例的原理電 路圖。TAS電路22包括一對電晶體及⑽，其具有連接到 共同電流吸收器（current sink)Ic〇nt2的發射極。電晶體 Q1及Q2的基極作為TAS電路22的非反相輸入32a及反相輸入 32b。如圖所示，TAS電路22的非反相輸出23a及反相輸出 23b連接到T IS電路24的非反相輸入25a及反相輸入25b。電 流驅動器I con 12最好是傳統電流鏡，並根據控制信號吸收 電流量。在TAS電路22的輸出23a、23b及TIS電路24的輸入 2 5a、2 5b之間可插入傳輸線τι及T2。藉由適當選定傳輸線 ΤΙ、T2的長度，可調整電路2〇振盪的標稱頻率範圍。 如上文所述’ Τ I S限幅放大器電路2 4包括具有分別驅動 電晶體Q 4及Q 3之輸入2 5 a及2 5 b的差分電流放大器，以射極 跟隨器（emi tter-f 〇1 lower)組態配置排列之電晶體⑽及⑽ 提供的非反相輸出30a，以及電晶體Q5及Q7提供的反相輸 出3 0 b。電晶體Q 8及Q 7的發射極分別連接到電流吸收器I a 及lb，其可能只是適當大小的電阻器。電晶體q8及Q7的發 射極係連接在一起，並連接到電流吸收器I c 0 n 11。電流驅 動器I con 11最好是傳統電流鏡，並根據控制信號吸收大於 電流I a及I b的電流量。輸出3 0 a及3 0 b交叉耦合到τ A S電路 4 22 的輸入32b、32a。 TIS級的頻率響應取決於Q3、Q4及RL構成之差分放大器 的整體增益、放大器的頻寬以及反饋電阻器RL。藉由選取 RL及電流量Icont 1來設定放大器增益。放大器的頻寬取決

第9頁 五、發明說明（6) 於電晶體Q3到Q8的大小&RL電阻值。選定的組件值在特定 頻率提供增盈峰值。當遞增RL到”的定量時，可提高峰 值。當增盈A遞增時，峰值也會遞增。一般而言，精確的 轉移函數及峰值頻率取決於上述所有參數間的互相影響， 以及特定電晶體組態配置及討論的技術。熟知技藝人士已 知有各種技術可用來選定適當的設計參數，以便提供想要 的峰值效應。 為了提供更咼的操作速度，針對給定技術實施製作的電 晶體應儘量小型化。於電路的特定實施中，Ic〇ntl吸收大 約8毫安培的電流，Icont2吸收大約4毫安培的電流，電流j la及lb大約是3毫安培，所有的電阻器大約是丨〇〇歐姆。藉 由改變TIS放大器中的DC電流Icont 1，可實現振靈頻率電 壓控制。TAS中的電流IC0nt2還可作為調諧振盪頻率的= 外旋叙（k η 〇 b)使用。 、 雖然本發明參考其較佳具體實施例進行說明，熟知技藝 人士應知道各種變更的形式及細節’而不會脫離^發明二

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Claims (1)

1. 、申請專利範圍 】· 種單級電壓控制環 一跨導納電路，其接收、振盪器，包括： 與該：入電麼成比例之C輪入，Μ產生 一跨阻抗電路，其接收电流，以及 有 入’亚產生一具有與該乂 =導納電路的輪出電流 阻抗電路的輪出連接到該比例之輸出電屡4; 2·如申請專利範圍第丨¥、，.内私路的輸入。 包括一限幅放大器。 、之振盪器，其中該跨阻抗電路 3 :如申凊專利範圍第2項 、 大器在一預定振盪頻率具、振盪器，其令設定該限幅放 4:如中請專利範圍第2項jf值增益。 括一具有在該跨導納電路鈐，該振盪器進一步包 長度的傳輪線，藉由二二：跨阻抗電路輸入間細胞

   第11頁 大器包括一電壓控制電产艇振盪器，其令設定該限幅放 動器所驅動之電流量來敕^，一可藉由改變該電流驅 5·如申請專利範圍第的振盪頻率。 6.如申請專利範圍第度可決定—振堡頻率。 頻率，.該跨導納電路及該跨阻抗中在想要的操作 包路疋共軛匹配。