TW550879B - Ring VCO based on RC timing - Google Patents

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TW550879B TW090131065A TW90131065A TW550879B TW 550879 B TW550879 B TW 550879B TW 090131065 A TW090131065 A TW 090131065A TW 90131065 A TW90131065 A TW 90131065A TW 550879 B TW550879 B TW 550879B
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    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

550879 五、發明説明（1 ) 發明背景 1 ·發明領域 本發明係關於控制振盪器，尤指環形振盪器。 2.技藝情況 ,已知電壓控制環形振盪器。一環形VC0(電壓控制振盪器 )之典型實施例係示於圖丨。在其實質形式中，振盪器僅由 數個主％形結構之反相級所組成。電路之振盪頻率係由此 等反相級中之閘延遲所決定，閘延遲可由流經閘之電流及 振盪器中閘之數目所控制，且振盪頻率為 f〇sc-l/2nr d 其中η為環形振盪器中必定為奇數之反相器數目，且r d為 母一級之閘延遲。 丽述電路之變形係廣泛用於時脈產生及時脈回復電路， 其中功率消耗及相位雜訊不具關鍵性。（時脈產生通常需要 以示波為所羞測之低週期對週期基特（jitter)，而非以頻譜 分析儀所量測之低相位雜訊。） 由於環形振盪器之時序係由主動電路予以專門設定，雜 訊會相當高。供給電壓與製程/溫度參數主要影響電路運作 且通常需要額外的校正電路。此外，若信號非全掃幅，需 有一高電流用於取出頻率。亦即，若環形振盪器内時脈之 掃幅因環形供給電壓非Vdd而不是由〇至Vdd時，則由環形 所產生之低位準信號必須予以取出並轉換成一掃幅為〇至 Vdd之勻稱信號予電路之其它部分。此取出通常包含某種以 非常高頻運行之放大器，其消耗大量功率，並可能產生大 -4-
550879
量相位雜訊。 同樣知道的為多諧振動VC0，一類已知為緩鬆振盪器 (relaxation oscillator)之振i器實施例。一多|皆振動vc〇之 典型實施例係示於圖2。此電路以電晶體(^和的交替開啟 及關閉來運作，使電容器c經由電流源丨放電。二極體D1和 D2設定Q1與q2集極的電壓掃幅，且電晶體Q3*q4當作位 準切移元件。於qH〇Q2的集極出現方波輸出，且橫跨電容 器出現三角波，其頻率為 f〇=l/4CVbe(on) 振盪頻率係經由此等電流源改變電流I予以控制，並可達 到覓廣之頻率調諧範圍。然而，電流產生會有雜訊。再 者，因為橫跨電容之三角波呈對稱，故最大可得頻率會受 到限制。 所想要的為一克服前述缺點的控制振盪器，亦即顯出低 相位雜訊並達到高振盪頻率。其它想要的特徵為低功率、 低製程變化及良好的電壓供給拒斥（supply rejecti〇n)。 發明概述 一般而言，本發明提供一種達成前述目的之控制振盪器 。振盪器的架構一般呈環形；然而，振盪器的時序主要由 一RC時間常數來控制。由於延遲主要係基於Rc，故與一主 動式實現相比較得以使相位雜訊極小。另外，在一較佳具 體實施例巾，兩具有此種型式的環形振盪器係結合以形成 I仍具有較低相位雜訊的差動振盪器電路。在一範例性具 月五κ施例中，此等環形振盪器為三級環形振盪器。兩反相
裝 訂
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為這些反相器的速度 溫度與供給電壓之變 令人更為瞭解
器的運作不受RC時間常數所影響。因 比此時間常數快很多，振盪頻率對於 化頗為固定。 圖示簡述 本發明可配合附件圖式自底下說明 中： 圖1係一已知環形VC〇的電路圖； 圖2係一已知多諧振動vc〇的電路圖； 圖3係*有基於RC之延遲之三級環形振盪呈 施例的電路圖； /、 圖4係一圖3 VCO輸出信號之時序圖； 圖5係一差動環形vc〇之電路圖； 圖6係一表示圖5兩環形vc〇輸出信號之時序圖；以及 圖7係表示圖5 VCO架構之差動輸出信號足時序圖。 發明詳細說明 見在芩考圖3，表不一具有基kRC之延遲之三級環形振 盪器之電路圖。每一級301、302、3〇3皆為一具有一拉升（p 型）電晶體和一拉降⑺型）電晶體之反相器。在級3〇2和3〇3的 實例中，此等電晶體的閘極係耦合在一起並接收一輸入信 號至一反相級。p型電晶體的汲極與N型電晶體的汲極係耦 合在一起，形成反相器級之輸出信號。級3〇2、3〇3中之每 級皆接收一前級的輸出信號作為其輸入信號並提供其輸 出信號作為一後級的輸入信號。 級301與級302和303不同，在級301的實例中，電晶體P1 -6-
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和N1的閘極接收各自的輸入信號：電晶體P1接收級303的輸 出信號。電晶體N1之閘級接收一控制信號Vtune，信號 Vtune控制環形vc〇的輸出頻率。 一 RC網路係連接於電晶體N1之汲極，即級3〇1之輸出信 说，與接地之間。更尤甚者’ 一平行RC組合Rl c 1係自級 3 0 1之輸出信號連接至接地。級3 〇 1之輸出信焚亦形成環形 VCO的輪出信號。kRC組合形成一設定振盪器中央頻率的 Cste(常數，不可調諧）分支。另有一電阻r2自電晶體Ni的 源極連接至接地。電阻R2形成一調諧分支。這兩個個別分 支使得電路之增益和中央頻率可相當獨立地作調整。 更尤甚者，大部分VCO對一零輸入電壓具有一零輸出頻 率。所函蓋的頻率範圍因而很大（0至Fmax)且增益（例如以 Hz/mV為單位）很大。在本vc〇的實例中，所函蓋的頻率範 圍為Fcste至Fmax且增益較低。VCO中央頻率係藉由調整Rc 時間常數R1C1予以調諧。 注意到圖3電路之輸出電壓係橫跨電容器c 1的電壓。此電 壓在拉升電晶體P1開啟時遞增而在拉升電晶體ρι關閉時遞 減。更尤甚者，一流經電阻R1的電流lcste為橫跨電容器C1 之電壓的函數。一流經電阻R2的電流Itune為橫跨電容器c 1 之电壓與施加於電晶體N1之調t皆電壓Vtune的函數。當拉降 電晶體N1開啟時，這些放電電流係藉由一充電電流而大量 超出。當拉降電晶體N1關閉時，僅出現放電電流。 基於分析目的假設電壓Vout處於最大值且於反相級3 02呈 現一高邏輯位準。此高邏輯位準係藉由反相器級302和303 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇 X 297公釐) 550879 五 、發明説明（ ^相位呈180度之分離運作。此關係乃示於圖5。由圖中可 ^匕等輸出信號其中之—的正轉移於另_輪出信號之下 1波之實質中點發生，反之亦然。兩輪出信號係輸入至 一差動放大器409。 反應此兩個輸人信號，差動放大器形成兩相位相反的方 :’如圖6所示。亦即，差動放大器接收兩非對稱性信號作 I 3入夏產生―對稱性差動信號作為-輸出。在執行此動 乍之程序中，兩輸入信號之雜訊係在一rms刻度上作平均 、’其結果為雜訊以一約為二的平方根之因子減低。另外， 差動輸出信號的任務週期很好調理。 訂 已次明種具有一般壞形振盪器架構的控制振盪 器但其中振ill的時序主要係由—Rc時間常數所控制。相 位雜訊與一主動式實現相比較顯得極小。兩具有此種型式 的環形振遭器可予以結合以形成一仍具有較低相位雜訊的 差動振盪器電路。此振盪頻率對於溫度與供給電壓的變化 顯得相當固定。 將由本行人士鑑知本發明可以其它特定形式予以具體化 而不脫離其實質特色或精神。目前所揭露的具體實施例因 而在所有觀點中係視為描述性而非限制性。本發明之範疇 係以附件申請專利範圍予以表示而非前述說明，且源自Z 效範圍和含義内之所有變化因而係易於含括於内。 本紙張尺度適财S g家標準(CNS) A4祕(210 X 297公爱「 -9-

Claims (1)

  1. 550879 A8 第090131065號專利申請案 g 中文申請專利範圍替換本(92年4月） D8_ 六、申請專利範圍 1. 一種控制振盪器，包含： 至少一環形振堡器，包含： 一呈一環形結構耦合在一起數目為一奇數的反相器 級，每一個反相器級皆具有一輸出端和至少一輸入端並 包含一拉升元件與一拉降元件； 對於此等反相器級中的其中之一，一 RC網路係耦合 於一反相器級之拉升元件與拉降元件之一的電流路徑 内並耦合至一反相器級之輸出端；以及 一控制輸入信號係耦合至此一反相器級之該一拉 升元件和拉降元件，此一反相器級之另一拉升元件和 拉降元件係耦合至第一環形結構中一前反相器級之一 輸出端。 2. 如申請專利範圍第1項之控制振盪器，其中該RC網路包 含一平行RC組合，該平行RC組合之一端係耦合至一反 相器級之輸出端且其另一端係經由一電阻耦合至一反相 器級之該一拉升元件和拉降元件。 3. 如申請專利範圍第1項之控制振盪器，包含兩個如申請專 利範圍第1項所詳述之環形振盪器，每一個振盪器皆接收 相同的控制輸入信號。 4. 如申請專利範圍第3項之控制振盪器，進一步包含用於交 錯耦合兩各於該兩環形振盪器中之對應節點的裝置，以 及一耦合至該等節點用於產生一差動振盪輸出信號的差 動放大器。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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