TWI547095B - 正交輸出環形震盪器與其方法 - Google Patents

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Description

正交輸出環形震盪器其方法
本發明係關於電路且更關於環形振盪電路。
本領域的技術人員將能夠理解本發明所使用的用語，例如MOS(金屬氧化半導體)電晶體，包含NMOS(N型通道金屬氧化半導體)電晶體和PMOS(P型通道金屬氧化物半導體)，“閘極”、“源極”、“汲極”、“飽和區”用以耦接一MOS電晶體。同時也應能理解電子電路的基本概念，例如“：“電壓”、“電流”、“反相器”、“振盪”、“頻率”、“週期”、“相位”和“磁滯”。像這些用語的基本概念都是顯而易見的現有技術文件，例如教科書：“類比CMOS積體電路設計”，貝赫拉扎維，麥格羅-希爾(ISBN0-07-118839-8)，表達了本領域之技術，因此將不會再詳細解釋說明。
如第1A圖所示。現有技術的正交輸出環形振盪器100包含含配置成一個四級環形拓撲之四個主要的反相器110，120，130 及140、以及提供四個前饋路徑之四個前饋反相器150、160、170及180，此種架構之運作用以維持包含有四個相位輸出訊號V0、V90、V180、V270之振盪。正交輸出環形振盪器100之運作原理為習知技術，因此不再進一步說明。
正交輸出環形振盪器100之範例時序圖如第1B圖所示。 於此，T是一個輸出訊號的週期，其包含四個相位(V0、V90、V180、及V270)。如第1B圖所示，相位V90領先V0時序90度；相位V180領先V90時序90度；相位V270領先V180時序90度。注意輸出訊號T/4的時間延遲係對應90度的相位位移。
如第1A圖所示之正交輸出環形振盪器100中，前饋反相器150與160形成一第一正回授迴路用以讓V0與V180具有相反的位準與相反的相位。同時前饋反相器170與180形成第二正回授迴路用以讓V90與V270具有相反的位準與相反的相位。然而，這兩個正回授迴路的正反饋性質(regenerative nature)導致遲滯現象(hysteresis)使得輸出訊號產生不利的阻礙，因而減慢了振盪m運作。此外，每一個前饋反相器與一主要反相器共享一共用的輸出節點(common output mode)，但主要反相器的輸入不同於前饋反相器的輸入，可能會出現爭用(contention)現象。舉例而言，主要反相器110與前饋反相器150共享一個共同的輸出V0，但是 主要反相器110的輸入(例如，V270)不同於前饋反相器150(例如，V180)的輸入。如圖中1B所示，V180和V270具有相反的位準且具有爭用的時間區間(time interval)101(其中V180為低位準，但V270為高位準)和時間間隔102(其中V180為高位準，但V270為低位準)。依此方式，爭用現象不僅減慢了振盪，亦造成功率損耗。
本發明之目標之一是為了維持持續的振盪。此目標係由四個反相器、四個前饋反相器、及四個耦合電阻器實現，用以輸出正交輸出訊號，避免主要反相器與前饋反相器之間爭用的現象發生。
一實施例，本發明提供了一種電路包含四個主要反相器、四個耦合電阻器、以及四個前饋反相器。四個主要反相器被配置成環形拓撲(topology)。四個耦合電阻器，的每一耦合電阻依序設置於主要反相器之間。四個前饋反相器形成四個子回授路徑。其中，每一子回授路徑包含兩個主要反相器、一耦合電阻器、以及一前饋反相器。另一實施例中，所述電路更包含一電壓轉電流轉換器(Voltage-to-current converter)，該電壓轉電流轉換器用以接收一控制電壓，並提供輸出電流給四個主要反相器和四個前饋反相 器。
在另一個實例中，本發明提供了一種電路包含四個主要反相器、四個耦合電阻器、以及四個前饋反相器。四個主要反相器中的一第一主要反相器用以輸出一訊號相位為0度的輸出訊號、一第二主要反相器用以輸出一訊號相位為90度的輸出訊號、一第三主要反相器用以輸出一訊號相位為180度的輸出訊號、以及一第四主要反相器用以輸出一訊號相位為270度的輸出訊號。四個電阻器包含一第一電阻器用以耦接0度相位之輸出訊號至第二主要反相器之輸入、一第二電阻器用以耦接一90度相位之輸出訊號至第三主要反相器之輸入、第三電阻器用以耦接180度相位之輸出訊號至第四主要反相器之輸入、第四電阻器耦接270度相位之輸出訊號至第一主要反相器之輸入。四個前饋反相器包含一第一前饋反相器用以接收180度相位的輸出訊號並提供一輸出至第二主要反相器之輸入、一第二前饋反相器用以接收一0度相位輸出訊號並提供一輸出至第四主要反相器的輸入、一第三前饋反相器用以接收一270度相位的輸出訊號並提供一輸出至第三主要反相器的輸入、一第四前饋反相器接收一個90度相位的輸出訊號並提供一輸出至第一主要反相器的輸入。另一實施例中，所述電路更包含一電壓轉電流轉換器，該電壓轉電流轉換器用以接收 一控制電壓，並提供輸出電流給四個主要反相器和四個前饋反相器。
在另一實施例中，本發明提供了一種方法包含：將四個主要反相器串接(cascading)成一個環形拓撲(topology)；配置四個耦合電阻器到四個主要反相器之間；設置四個前饋反相器到環形拓撲中以形成四個包含有三個反相器的子迴授路徑，其中每一子回授路徑包含兩個主要反相器、一耦合電阻器、以及一前饋反相器。在另一實施例中，本實施例之方法更包含包含利用一電壓轉電流轉換器來接收一控制電壓，並提供輸出電流給四個主要反相器和四個前饋反相器。
110、120、130、140、150、160、170、180、210、220、230、240、250、260、270、280‧‧‧反相器
291、292、293、294‧‧‧電阻
第1A圖顯示一習知正交輸出環形振盪器之示意圖。
第1B圖顯示第1A圖之正交輸出環形振盪器之時序圖。
第2A圖顯示依據本發明一實施例之正交輸出環形振盪器之示意圖。
第2B圖顯第2A圖之正交輸出環形振盪器之一實施例之時序圖。
第3圖顯示顯示一實施例之反相器之示意圖，該反相器適用於實施第2A圖正交輸出環形振盪器之前饋反相器與主要反相 器。
第4圖顯示一電壓轉電流轉換器之示意圖，該電壓轉電流轉換器適用於產生一個供應電流給第2A圖正交輸出環形振盪器之主要反相器與前饋反相器。
第5圖顯示本發明一實施例之方法流程圖。
本發明之實施例係關於環形振盪器。雖然說明書描述了本發明的幾個實施例子，但應可理解本發明可以用多種方式來實現，且不限於以下特定實施例或該些實施例所實施採用的任何特定方式特徵。在其它實施例中，不再贅述本領域技術通知之技術細節以避免模糊本發明。
第2A圖顯示本發明一實施例之正交輸出環形振盪器200。正交輸出環形振盪器200包含四個主要反相器、四個耦合電阻、以及四個前饋反相器。其中四個主要反相器包含一用以接收輸入電壓V225且輸出具有零度相位(標示為V0)之輸出電壓之第一主要反相器210、一用以接收輸入電壓V315且輸出具有90度相位(標示為V90)之輸出一輸出電壓之第二主要反相器220、一用以接收輸入電壓V45且輸出具有180度相位(標示為V180)之輸出一輸出電壓之第三主要反相器230、一用以接收輸 入電壓V135且輸出具有270度相位(表示為V270)之輸出一輸出電壓。四個耦合電阻器包含一第一耦合電阻器291耦接來自第一主要反相器210之一零度相位V0與第二級主要反相器220之輸入電壓V315、一第二耦合電阻器292耦接來自第二級主要反相器220之一90度相位V90與第三級主要反相器230之輸入電壓V45、一第三耦合電阻器293耦接來自第三主要反相器230之一180度相位V180與第四主要反相器240之輸入電壓V145、一第四耦合電阻器294耦接第四主要反相器240之270度相位V270與第一主要反相器210之輸入電壓V225。四個前饋反相器，其包含第一前饋反相器250用以提供一從第三主要反相器230之180度相位V180到第二主要反相器220之輸入電壓V315間的前饋路徑、一第二前饋反相器260提供一從第一主要反相器210之0度相位V0到第四主要反相器240的輸入電壓V135間的前饋路徑、一第三前饋反相器270提供一從第四級主要反相器240之270度相位V270到第三主要反相器230之輸入電壓V45間的前饋路徑、一第四前饋反相器280提供一從第二主要反相器220之90度相位V90到第一主要反相器210之輸入電壓V225間的前饋路徑。第2A圖正交輸出環形振盪器200不同於第1A圖習知技術的正交環形振盪器100。第2A圖正交輸出環形振盪器200之四個 耦合電阻器291、292、293、及294分別均勻配置於四個主要反相器之間。結果，主要反相器不再需要與前饋反相器分享共同輸出，因此，本發明實施力可避免在習知技術正交輸出環形振盪器100發生之爭用現像。此外，前面所述的遲滯現象在圖1的現有技術的正交輸出環形振盪器100的問題亦可被緩解，因為兩個正回授迴路(一正回授迴路包含回授反相器250、260，另一正回授迴路包含回授反相器270、280)的正反饋性質(regenerative nature)被設置的四個耦合電阻器291、292、293、及294減輕。雖然四個耦合電阻器之設置將導致輸出訊號延遲並減慢振盪，只要能夠適當地選擇此四個耦合電阻器之電阻值則可讓延遲可以小於遲滯現象所造成的延遲。一實施例，四個耦合電阻器291，292，293和294之電阻值大小選擇，可設置為電阻值選擇後使輸出訊號產生45度相位移、或使輸出訊號等效八分之一週期的時間延遲。
第2B圖係顯示本發明一實施例之時序圖。此處，T為一輸出訊號之一個週期。舉例而言，於該圖中，因為耦合電阻器292之影響使V90和V45之間，有45度的相位移、或等效T/8的延遲。同樣地，因為耦合電阻器293之影響使V180和V135之間有45度的相位移、或等效T/8的延遲。
需注意者，正交輸出環形振盪器200包含有四個包含三個 反相器的子回授迴路，每一子回授迴路包含兩個主要反相器、一耦合電阻器、以及一前饋反相器。一實施例，：主要反相器210、耦合電阻器291、主要反相器220、以及前饋反相器280形成一第一子回授迴路。而主要反相器220、耦合電阻器292、主要反相器230、以及前饋反相器250形成一第二子回授迴路。主要反相器230、耦合電阻器293、主要反相器240、以及前饋反相器270形成一第三子回授迴路。再者，主要反相器240、耦合電阻器294、主要反相器210、以及前饋反相器260形成一第四子回授迴路。
第3圖顯示之反相器300適用於第2A圖顯示之主要反相器210、220、230、240、以及前饋反相器250、260、270、280。該圖中，反相器300包含一PMOS電晶體301與一NMOS電晶體302。此處VX用以表示一提供反相器300電流之電流源節點。第4圖顯示本發明一實施例之電壓轉電流轉換器(voltage-to current converter)400適用於產生一電流提供給第3圖實施例之電流源節點VX。此處，VDD表示電源供應電壓。電壓轉電流轉換器400包含一PMOS電晶體401用以接收一控制電壓VC且輸出電流IX到電流源節點VX。一實施例，第2A圖之反相器210、220、230、240、以及前饋反相器250、260、270、280可由反相 器300實施，該些元件可共享相同的電流源節點VX，並接收第4圖的電壓轉電流轉換器400供應的輸出電流IX。本實施例中，第2A圖正交輸出環形振盪器200的振盪頻率可以利用控制電壓VC控制，其中採用較低電位的VC將產生較高的IX與較高的振盪頻率。
第5圖顯示本發明一種方法之流程圖包含有下列步驟：步驟510：將四個主要反相器串接(cascading)成一個環形拓撲(topology)；步驟520：平均配置四個耦合電阻器到四個主要反相器之間；步驟530：設置四個前饋反相器到環形拓撲中以形成四個包含有三個反相器的子迴授路徑，其中每一子回授路徑包含兩個主要反相器、一耦合電阻器、以及一前饋反相器。在另一實施例中，本實施例之方法更包含步驟540：利用一電壓轉電流轉換器來接收一控制電壓，並提供輸出電流給四個主要反相器和四個前饋反相器。
熟悉本領域之技術人員可容易理解關於本發明教導與許多修改和元件變動的方法。據此，上述揭露之內容不應解釋為申請專利範圍之限制。任何修改與變更，均應落入本發明之申請專利範圍。
210、220、230、240、250、260、270、280‧‧‧反相器
291、292、293、294‧‧‧電阻

Claims (6)

  1. 一種環形震盪電路，包含有：四個主要反相器，配置成環形拓撲；四個耦合電阻器，每一該耦合電阻設置於該四個主要反相器之間；以及四個前饋反相器，分別用以形成四個子回授路徑，每一該子回授路徑包含兩個該主要反相器、一個該耦合電阻器、以及一個該前饋反相器。
  2. 如專利範圍第1項所述之電路，更包含一電壓轉電流轉換器，該電壓轉電流轉換器用以接收一控制電壓，並提供輸出電流給該四個主要反相器和該四個前饋反相器。
  3. 一種環形震盪電路之配置方法，包含有：將四個主要反相器串接成一個環形拓撲；配置四個耦合電阻器到該四個主要反相器之間；以及設置四個前饋反相器到該環形拓撲中以形成四個包含有三個該反相器的子迴授路徑，其中每一該子回授路徑包含兩個該主要反相器、一該耦合電阻器、以及一該前饋反相器。
  4. 如專利範圍第3項所述之方法，更包含：利用一電壓轉電流轉換器來接收一控制電壓，並提供輸出電流給該四個主要反相器和該四個前饋反相器。
  5. 一種環形震盪電路，包含有：四個主要反相器，其中一第一主要反相器用以輸出一訊號相位為0度的輸出訊號、一第二主要反相器用以輸出一訊號相位為90度的輸出訊號、一第三主要反相器用以輸出一訊號相位為180度的輸出訊號、以及一第四主要反相器用以輸出一訊號相位為270度的輸出訊號；四個電阻器，包含：一第一電阻器，用以耦接0度相位之輸出訊號至該第二主要反相器之輸入；一第二電阻器，用以耦接一90度相位之輸出訊號至該第三主要反相器之輸入；一第三電阻器，用以耦接180度相位之輸出訊號至該第四主要反相器之輸入；以及一第四電阻器，用以耦接270度相位之輸出訊號至該第一主要反相器之輸入；以及四個前饋反相器，包含：一第一前饋反相器，用以接收180度相位的輸出訊號並提供一輸出至該第二主要反相器之輸入；一第二前饋反相器，用以接收一零度相位輸出訊號並提供一輸出至該第四主要反相器的輸入；一第三前饋反相器，用以接收一270度相位的輸出訊號並提供一輸出至該第三主要反相器的輸入；以及一第四前饋反相器，用以接收一90度相位的輸出訊號並提供一輸出至該第一主要反相器的輸入。
  6. 如專利範圍第5項所述之電路，更包含一電壓轉電流轉換器，該電壓轉電流轉換器用以接收一控制電壓，並提供輸出電流給該四個主要反相器和該四個前饋反相器。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017208508A1 (ja) 2016-05-31 2017-12-07 株式会社村田製作所 蓄電デバイス
CN108847843B (zh) * 2018-05-23 2022-04-15 东南大学 一种基于电阻增强型前馈的正交环形振荡器
US11115005B2 (en) * 2019-08-28 2021-09-07 Samsung Electronics Co., Ltd Ring voltage controlled oscillator (VCO) startup helper circuit
US10886901B1 (en) * 2020-02-14 2021-01-05 Realtek Semiconductor Corp. Low supply voltage ring oscillator and method thereof
CN112073063A (zh) * 2020-10-23 2020-12-11 中国人民解放军国防科技大学 四相高频低相噪前馈交叉耦合环形压控振荡器
US11424745B2 (en) 2020-10-28 2022-08-23 Changxin Memory Technologies, Inc. Oscillation circuit and clock generation circuit
CN114421958A (zh) * 2020-10-28 2022-04-29 长鑫存储技术有限公司 振荡电路
EP4044187B1 (en) 2020-10-28 2024-01-24 Changxin Memory Technologies, Inc. Memory
CN114499506A (zh) 2020-10-28 2022-05-13 长鑫存储技术有限公司 振荡器及时钟产生电路
KR20220131979A (ko) 2020-10-28 2022-09-29 창신 메모리 테크놀로지즈 아이엔씨 교정 회로, 메모리 및 교정 방법
EP4044434B1 (en) 2020-10-28 2024-01-10 Changxin Memory Technologies, Inc. Clock generation circuit, memory, and clock duty cycle calibration method
CN112910414B (zh) * 2021-01-15 2022-08-26 中国人民解放军国防科技大学 一种低相位噪声的前馈环形振荡器

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW476192B (en) * 1998-12-22 2002-02-11 Sanyo Electric Co Phase lock loop and a charge pump circuit using the phase lock loop, and voltage control oscillation circuit
US20040032300A1 (en) * 2002-08-19 2004-02-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multi-phase oscillator and method therefor
JP2008205580A (ja) * 2007-02-16 2008-09-04 Sony Corp 発振回路
CN102084591B (zh) * 2008-07-07 2013-09-04 松下电器产业株式会社 耦合式环形振荡器及其初始化方法
US8089319B2 (en) * 2009-11-24 2012-01-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Wide range interpolative voltage controlled oscillator
KR100998677B1 (ko) * 2009-11-27 2010-12-07 광운대학교 산학협력단 전압 제어 발진기
US8749289B2 (en) * 2011-12-19 2014-06-10 Intel Corporation Multi-phase clock generation apparatus and method
US9306577B2 (en) * 2013-02-27 2016-04-05 Mediatek Inc. Supply voltage drift insensitive digitally controlled oscillator and phase locked loop circuit

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