專利名稱：一種可復用的延遲單元電路的制作方法
技術領域：
本發明屬于集成電路設計領域應用于環形振蕩器的延遲單元電路，具體涉及一種 可復用的延遲單元電路。
背景技術：
環形振蕩器廣泛應用于各種集成電路中。頻率調諧的范圍和頻率調諧的速度是衡 量環形振蕩器性能優劣的重要參數指標。隨著電子制造技術的進步和人們對集成電路工作 頻率和響應速度要求的提高，能夠實現較寬的頻率調諧范圍和多種增益的環形振蕩器越來 越受到業界的青睞。因此，多增益、寬頻率調諧范圍的環形振蕩器是當今振蕩器技術發展的 趨勢，有著較大的應用前景。圖1為基于常規延遲單元實現的多級環形振蕩器。這種環形振蕩器改變其輸出頻 率的方式一般有兩種，一種是通過改變控制電壓Vc，一種是通過改變環形振蕩器的增益。當 環形振蕩器增益固定時，通過改變其控制電壓階來調諧振蕩器輸出頻率范圍的能力是非 常有限的。因此，越來越多的振蕩器設計傾向于通過改變振蕩器增益的方法來提高振蕩器 的頻率調諧范圍。一般的，通過改變延遲單元數目和應用可變電容陣列等方法可以改變振蕩器增 益。圖2為基于常規延遲單元設計的3、級環形振蕩器實例。由圖2可以看出，基于同一 延遲單元結構，通過改變延遲單元數目可以獲得擁有不同增益的環形振蕩器，進而擴大了 環形振蕩器的頻率調諧范圍。圖2中的B1B2B3B4B5B6為環路選擇信號。圖3為應用可變電容陣列實現的環形振蕩器。由圖3可以看出，通過配置電容負 載也能夠實現環形振蕩器增益的可變性，從而增大頻率調諧范圍。如果每組電容負載包括 N個可控電容，那么通過開關控制可以實現N+1種不同增益的環形振蕩器(N為正整數)。但是，上述各種電路結構存在以下不足
1.由常規延遲單元構成的環形振蕩器(如圖1所示)，其延遲單元級數固定，只能通過 改變控制電壓的方式調整輸出頻率，輸出頻率的調節范圍受到限制；
2.通過改變延遲單元數目構成的可變增益振蕩器(如圖2所示)，可以通過改變增益的 方式調整輸出頻率，但是其需要大量的延遲單元，導致面積和功耗開銷過大。如果實現延遲 單元級數為3、4、5、6、7和8的振蕩器，需要分別構成6個振蕩環路，共需33個延遲單元；
3.應用可變電容陣列實現的可變增益振蕩器(如圖3所示)，也可以通過改變增益的方 式調整輸出頻率，但是其需要大量的電容，面積和功耗開銷較大。擴展延遲單元的輸入信號端口，將常規的延遲單元改造成可復用延遲單元，允許 延遲單元在多個環路中重復使用，進而實現低開銷的可變增益振蕩器，是解決上述問題的 有效途徑。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種可復用的延遲單元電路。在常規延遲單元的
3基礎上，本發明增加了模擬開關以選擇輸入信號，允許延遲單元應用于多個環路，實現了一 種具有復用能力的延遲單元電路。采用本發明的可復用延遲單元電路能夠以盡可能小的設 計開銷，實現不同延遲單元級數的環路振蕩器，獲得多種振蕩器增益。本發明的技術方案如下
本發明由常規延遲單元和模擬開關電路組成。模擬開關電路由第一模擬開關Ki和第 二模擬開關K2組成，第一模擬開關KI在第一控制信號Cl控制下連接第一輸入信號mi，第 二模擬開關K2在第二控制信號C2控制下連接第二輸入信號IN2，第一模擬開關Kl和第二 模擬開關K2的另一端連接到延遲單元的信號輸入端。當第一模擬開關Kl閉合，第二模擬開關K2斷開時，第一輸入信號INl由模擬開 關Kl輸入到延遲單元中；當第一模擬開關Kl斷開，第二模擬開關K2閉合時，第二輸入信號 IN2由模擬開關K2輸入到延遲單元中。本發明通過控制模擬開關的開關狀態，將不同的信號輸入到延遲單元，保證每種 情況下只有一個單端輸入信號或一對差分輸入信號輸入到延遲單元中。與常規的延遲單元相比，本發明中的延遲單元結構具有如下技術優勢
1.延遲單元可接收兩路輸入。常規延遲單元應用于環形振蕩器后，其輸入只能是前一 級延遲單元的輸出，而本發明提出的電路結構可在第一控制信號Cl和第二控制信號C2作 用下，從兩路信號中選擇一路信號作為輸入；
2.由本發明提出的可復用延遲單元構成的振蕩器可提供多種增益。圖5為一振蕩器 實例，通過集成常規延遲單元和本發明提出的可復用延遲單元，實現了 6種振蕩環路(分別 由3、4、5、6、7、8級延遲單元構成)，因此其可提供6種增益。各個環路的頻率轉換曲線如圖 6所示，可以看出隨著延遲單元級數的逐漸增大，環形振蕩器的增益逐漸減小。因此基于本 發明提出的電路實現的振蕩器有能力通過改變振蕩器增益而擴展了頻率調節范圍，也可實 現快速變頻；
3.由本發明構成的可變增益振蕩器與常規可變增益振蕩器相比，面積和功耗開銷大幅 降低。圖2中的6個環路共需33個延遲單元，圖3中的可變電容陣列需要大量電容，因此 二者的面積和功耗開銷都很大。與之相比，使用本發明構成的6環路振蕩器(如圖5所示)， 僅需8個延遲單元，所以大幅降低了設計開銷。


圖1為背景技術基于常規延遲單元實現的環形振蕩器；
圖2為背景技術基于常規延遲單元實現的3、級環形振蕩器實例； 圖3為背景技術基于可變電容陣列實現的可變增益環形振蕩器； 圖4為本發明提出的可復用延遲單元電路；
圖5為基于本發明提出的可復用延遲單元實現的3、級環形振蕩器實例； 圖6為圖5所示環形振蕩器的頻率轉換曲線。
具體實施例方式
以下結合附圖詳細說明本發明公開的可復用延遲單元電路結構和工作過程。如圖4所示，本發明是一種可復用延遲單元，它包括模擬開關電路和常規延遲單 元兩部分。模擬開關電路由第一模擬開關Ki和第二模擬開關K2組成，第一輸入信號mi連接第一模擬開關Kl，第二輸入信號IN2連接第二模擬開關K2，第一模擬開關Kl和第二模 擬開關K2的另一端連接在一起共同連接到延遲單元的信號輸入端。當第一模擬開關Kl閉 合，第二模擬開關K2斷開時，第一輸入信號INl由模擬開關Kl輸入到延遲單元電路中；當 第一模擬開關Kl斷開，第二模擬開關K2閉合時，第二輸入信號IN2由模擬開關K2輸入到 延遲單元電路中。本發明通過增加模擬開關實現了延遲單元輸入信號的擴展，提高了延遲 單元連接方式的靈活性。下面以一種基于本發明公開的可復用延遲單元實現的一個；Γ8級環形振蕩器(如 圖5所示)為例來詳細說明電路的工作過程。如圖5所示，第二延遲單元2、第三延遲單元3、第六延遲單元6為本發明可復 用延遲單元，第一延遲單元1、第四延遲單元4、第五延遲單元5、第七延遲單元7、第八 延遲單元8為常規延遲單元。B1B2B3B4B5B6為可復用延遲單元模擬開關電路控制信 號，其分別控制著可復用延遲單元2、3、6的第一控制信號Cl和第二控制信號C2。當 B1B2=B3B4=B5B6=01時，可復用延遲單元2、3、6選擇IN2端口的輸入信號輸入到環形振蕩 器；當B1B2=B3B4=B5B6=10時，可復用延遲單元2、3、6選擇1附端口的輸入信號輸入到環形 振蕩器。因此，通過B1B2B3B4B5B6對可復用延遲單元輸入信號的選擇控制可以改變環形 振蕩器中延遲單元級數。如表1所示，當控制信號B1B2B3B4B5B6為010101時，圖5中8個 延遲單元都被連入環路，構成8級環形振蕩器；當控制信號為010110時，可復用延遲單元6 選擇延遲單元4的輸出作為輸入，延遲單元1、2、3、4、6、7、8構成7級環形振蕩器。以此類 推，在B1B2B3B4B5B6的控制下，可復用延遲單元2、3、6改變了環路結構，使延遲單元級數變 化起來，從而使振蕩器可以獲得多種增益。表 權利要求
一種可復用的延遲單元電路，它包括常規的延遲單元，其特征在于延遲單元的信號輸入端連接模擬開關電路；模擬開關電路由第一模擬開關K1和第二模擬開關K2組成，第一模擬開關K1在第一控制信號C1控制下連接第一輸入信號IN1，第二模擬開關K2在第二控制信號C2控制下連接第二輸入信號IN2，第一模擬開關K1和第二模擬開關K2的另一端連接到延遲單元的信號輸入端；當第一模擬開關K1閉合，第二模擬開關K2斷開時，第一輸入信號IN1由模擬開關K1輸入到延遲單元中；當第一模擬開關K1斷開，第二模擬開關K2閉合時，第二輸入信號IN2由模擬開關K2輸入到延遲單元中。
全文摘要
本發明公開了一種可復用的延遲單元電路，目的是實現一種具有復用能力的延遲單元電路，以盡可能小的設計開銷實現不同延遲單元級數的環路振蕩器，獲得多種振蕩器增益。技術方案是在延遲單元的信號輸入端連接模擬開關電路；模擬開關電路由第一模擬開關K1和第二模擬開關K2組成，K1在第一控制信號C1控制下連接第一輸入信號IN1，K2在第二控制信號C2控制下連接第二輸入信號IN2，K1和K2的另一端連接到延遲單元的信號輸入端。本發明可接收兩路輸入，由本發明構成的振蕩器可提供多種增益，且與常規可變增益振蕩器相比面積和功耗開銷大幅降低。
文檔編號H03L7/06GK101944908SQ20101029562
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月28日 優先權日2010年9月28日
發明者劉必慰, 劉祥遠, 劉衡竹, 唐濤, 孫永節, 張均安, 曾斌, 楊方杰, 梁斌, 歐陽璽, 段志奎, 池雅慶, 王麗萍, 趙振宇, 郭陽, 陳書明, 陳吉華, 馬卓 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學