專利名稱：一種高調諧精度的數字控制振蕩器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種數控振蕩器，引入新型開關PMOS電容單元，獲得小的單位開關電容，從而實現精細的頻率調諧步長即高的頻率調諧精度。
背景技術：
數控振蕩器可以看成一種數字到頻率轉換的裝置，它由輸入數字信號控制，能夠產生頻率與輸入控制字對應的振蕩信號，是數字鎖相環中最重要的模塊之一，通過鎖相環的環路反饋控制產生頻率相位穩定的輸出信號，為電子系統提供參考時鐘或本振信號。數控振蕩器的頻率調諧精度是關鍵的指標之一，往往決定了其應用場合，同時較高的頻率調諧精度對于降低其相位噪聲也是有利的，因此設計高的頻率調諧精度的數控振蕩器是非常有必要的。數控振蕩器主要包括環形數控振蕩器和電感電容型數控振蕩器兩類，環形數控振蕩器由奇數級反相單元級聯構成，通過數字控制每一級的驅動電流或驅動負載電容可以輕易地實現頻率調諧，電感電容型數控振蕩器由電感電容諧振回路和有源電路組成，其中諧振回路確定振蕩頻率，有源電路等效為“負阻”，補償每個振蕩周期中在電阻上產生的能量損耗。由于電感電容型數控振蕩器具有較優的相位噪聲性能和低抖動特性，在目前的CMOS 工藝中獲得了廣泛地應用。電感電容數控振蕩器的結構比較固定，主要區別為產生“負阻”的有源電路和諧振網絡中數字控制的電容陣列的結構。“負阻”用于補償電感電容諧振回路的損耗，維持振蕩，由于交叉耦合管對采用差分結構，具有良好的共模抑制效果，是目前最常用的“負阻”產生電路；考慮降低功耗，及提高電源抑制比，互補的PM0S、NM0S交叉耦合管對相對于單獨的 NMOS交叉耦合管對或者PMOS交叉耦合管對具有明顯的優勢，在電感電容型數控振蕩器中得到了廣泛使用。附圖I所示為傳統采用互補的PMOS、NMOS交叉耦合管對作為“負阻”產生電路的電感電容型數控振蕩器，稱為互補交叉耦合電感電容型數控振蕩器。在該數控振蕩器中開關電容陣列采用PMOS管實現，控制位Dn電平在電源和地之間切換。當Dn為電源電平時，PMOS管工作于強反型，表現為強反型電容；而當Dn為地電平時，PMOS管工作于耗盡區，表現為耗盡區電容。因此單位開關電容大小為強反型電容與耗盡區電容的差值，受限于工藝的特征尺寸，該電容值通常較大，從而導致數控振蕩器的調諧精度有限，即調諧步長較大。這在一定程度上限制了電感電容型數控振蕩器的應用。

發明內容
技術問題本發明所要解決的技術問題是針對背景技術的缺陷，提供一種確實可行的提高電感電容型數控振蕩器頻率調諧精度，即減小其頻率調諧步長的設計方案和結構。技術方案為解決上述技術問題，本發明的高調諧精度的電感電容型數控振蕩器包括第一 N型場效應晶體管、第二 N型場效應晶體管，第一 P型場效應晶體管、第二 P型場效應晶體管和諧振回路，所述第一 N型場效應晶體管的源極接地，第一 N型場效應晶體管的漏極接第一 P型場效應晶體管的漏極，第一 N型場效應晶體管的柵極接諧振回路的第二輸入端；所述第一 N型場效應晶體管的源極接地，第二 N型場效應晶體管的漏極接第二 P型場效應晶體管的漏極，第二 N型場效應晶體管的柵極接諧振回路的第一輸入端；所述第一 P型場效應晶體管的源極接電源VDD，第一 P型場效應晶體管的漏極接第一 N型場效應晶體管的漏極，第一 P型場效應晶體管的柵極接諧振回路的第二輸入端；所述第二 P型場效應晶體管的源極接電源VDD，第二 P型場效應晶體管的漏極接第二 N型場效應晶體管的漏極，第二 P 型場效應晶體管的柵極接諧振回路的第一輸入端；
所述諧振回路包括并聯連接的電感L、電容C、第一控制位Dl控制的由P型場效應晶體管PM11、PM12、PM13和PM14組成的第一位控制單元電路、…、和由第η控制位Dn控制的由P型場效應晶體管PMnl、ΡΜη2、ΡΜη3和ΡΜη4組成的第η位控制單元電路，組成控制單元陣列；
所述電感L第一輸入端接電容C的第一輸入端,作為諧振回路的第一輸入端(I),電感 L第二輸入端接電容C的第二輸入端，作為諧振回路的第二輸入端(2)；
所述P型場效應晶體管PMll的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜ12的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜ13的柵極、P型場效應晶體管ΡΜ14的柵極均接到一起，作為第一控制位Dl端；Ρ型場效應晶體管PMll的柵極、P型場效應晶體管ΡΜ13的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應晶體管ΡΜ12的柵極、P型場效應晶體管ΡΜ14的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端；
所述P型場效應晶體管PMnl的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜη2的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜη3的柵極、P型場效應晶體管ΡΜη4的柵極均接到一起，作為第η控制位Dn端，P型場效應晶體管PMnl的柵極、P型場效應晶體管ΡΜη3的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應晶體管ΡΜη2的柵極、P型場效應晶體管ΡΜη4的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端；
所述控制單元陣列中每一個控制單元的接法均相同，PMk3、PMk4對管的尺寸大于 PMkl、PMk2對管，其中k為I到η。有益效果本發明通過改進傳統電感電容型數控振蕩器中開關電容陣列，實現較小的開關電容，獲得了較高的頻率調諧精度，即有效地減小了頻率調諧的步長。本發明具有結構簡單，易于實現的特點。


圖I是傳統電感電容型數控振蕩器電路圖2是本發明電感電容型數控振蕩器電路圖3是數控振蕩器工作時單位開關電容的工作狀態曲線。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
如圖2所示，高調諧精度的電感電容型數控振蕩器，包括第一 N型場效應晶體管匪1、第二 N型場效應晶體管匪2，第一 P型場效應晶體管PMl、第二 P型場效應晶體管PM2和諧振回路，所述諧振回路包括并聯連接的電感L、電容C、第一控制位Dl控制的由P型場效應晶體管PM11、PM12、PM13和PM14組成的第一位控制單元電路、…、和由第η控制位Dn 控制的由P型場效應晶體管PMnl、ΡΜη2、ΡΜη3和ΡΜη4組成的第η位控制單元電路，組成控制單元陣列；
所述電感L第一輸入端接電容C的第一輸入端,作為諧振回路的第一輸入端1，電感L 第二輸入端接電容C的第二輸入端，作為諧振回路的第二輸入端2 ；
所述P型場效應晶體管PMll的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜ12的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜ13的柵極、P型場效應晶體管ΡΜ14的柵極均接到一起，作為第一控制位Dl端；Ρ型場效應晶體管PMll的柵極、P型場效應晶體管ΡΜ13的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應晶體管ΡΜ12的柵極、P型場效應晶體管ΡΜ14的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端；
所述P型場效應晶體管PMnl的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜη2的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜη3的柵極、P型場效應晶體管ΡΜη4的柵極均接到一起，作為第η控制位Dn端，P型場效應晶體管PMnl的柵極、P型場效應晶體管ΡΜη3的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應晶體管ΡΜη2的柵極、P型場效應晶體管ΡΜη4的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端；
所述控制單元陣列中每一個控制單元的接法均相同，PMk3、PMk4對管的尺寸大于 PMkl、PMk2對管，其中k為I到η。如圖3所示為圖I和圖2中數控振蕩器工作時單位開關電容的工作狀態，均以圖中控制位Dl控制的單元為例說明。其中Α、B標識的是點劃線上區域，而C、D、E、F標識的是兩條實線上的區域。圖I中Dl為高電平時，PMll和ΡΜ12均工作于B區，而Dl為低電平時，PMll和ΡΜ12均工作于A區，因此，單位開關電容八(為CB-CA。圖2中Dl為高電平時， PMll和PM12均工作于F區，PMll和PM12均工作于C區，而Dl為低電平時，PMll和PM12均工作于E區，PMll和PM12均工作于D區，因此單位開關電容AC為(CF+Cc)-(CE+CD) = ( Cf-Ce) -( Cd - C。)。當PMOS管對的尺寸差異較小時，該單位開關電容將比傳統結構中的單位開關電容小得多，從而能夠獲得較小的頻率調諧步長，實現高調諧精度。
權利要求
1.一種高調諧精度的電感電容型數控振蕩器，包括第一N型場效應晶體管(匪I)、第二 N型場效應晶體管(匪2)，第一 P型場效應晶體管(PMl)、第二 P型場效應晶體管(PM2)和諧振回路，所述第一 N型場效應晶體管(Wl)的源極接地，第一 N型場效應晶體管(Wl)的漏極接第一 P型場效應晶體管(PMl)的漏極，第一 N型場效應晶體管(NMl)的柵極接諧振回路的第二輸入端；所述第一 N型場效應晶體管(匪I)的源極接地，第二 N型場效應晶體管 (匪2)的漏極接第二 P型場效應晶體管(PM2)的漏極，第二 N型場效應晶體管(匪2)的柵極接諧振回路的第一輸入端(I);所述第一 P型場效應晶體管(PMl)的源極接電源VDD，第一 P型場效應晶體管(PMl)的漏極接第一 N型場效應晶體管(Wl)的漏極，第一 P型場效應晶體管(PMl)的柵極接諧振回路的第二輸入端(2);所述第二 P型場效應晶體管(PM2)的源極接電源VDD，第二 P型場效應晶體管(PM2)的漏極接第二 N型場效應晶體管(NM2)的漏極， 第二 P型場效應晶體管(PM2)的柵極接諧振回路的第一輸入端(I)；其特征在于所述諧振回路包括并聯連接的電感L、電容C、第一控制位Dl控制的由P 型場效應晶體管PM11、PM12、PM13和PM14組成的第一位控制單元電路、...、和由第η控制位Dn控制的由P型場效應晶體管PMnl、PMn2、PMn3和ΡΜη4組成的第η位控制單元電路，組成控制單元陣列；所述電感L第一輸入端接電容C的第一輸入端,作為諧振回路的第一輸入端(I)，電感 L第二輸入端接電容C的第二輸入端，作為諧振回路的第二輸入端(2);所述P型場效應晶體管PMll的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜ12的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜ13的柵極、P型場效應晶體管ΡΜ14的柵極均接到一起，作為第一控制位Dl端#型場效應晶體管PMll的柵極、P型場效應晶體管ΡΜ13的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應晶體管ΡΜ12的柵極、P型場效應晶體管ΡΜ14的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端；所述P型場效應晶體管PMnl的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜη2的源極、漏極和襯底、P型場效應晶體管ΡΜη3的柵極、P型場效應晶體管ΡΜη4的柵極均接到一起，作為第η控制位Dn端，P型場效應晶體管PMnl的柵極、P型場效應晶體管ΡΜη3的源極、漏極和襯底接到電感L的第一輸入端，P型場效應晶體管ΡΜη2的柵極、P型場效應晶體管ΡΜη4 的源極、漏極和襯底接到電感L的第二輸入端。
2.根據權利要求I所述的高調諧精度的電感電容型數控振蕩器，其特征在于所述控制單元陣列中每一個控制單元的接法均相同，PMk3、PMk4對管的尺寸大于PMkl、PMk2對管，其中k為I到η。
全文摘要
本發明公開了一種高調諧精度的電感電容型數控振蕩器，其中諧振回路包括并聯連接的電感L、電容C、第一控制位D1控制的由P型場效應晶體管PM11、PM12、PM13和PM14組成的第一位控制單元電路、…、和由第n控制位Dn控制的由P型場效應晶體管PMn1、PMn2、PMn3和PMn4組成的第n位控制單元電路，組成控制單元陣列；所述電感L第一輸入端接電容C的第一輸入端，作為諧振回路的第一輸入端(1)，電感L第二輸入端接電容C的第二輸入端，作為諧振回路的第二輸入端(2)；每位控制單元由不同尺寸的PMOS管對反向并聯組成，利用PMOS管尺寸差別得到小的電容差值，獲得精細的頻率調諧步長，即實現高的頻率調諧精度。
文檔編號H03L7/099GK102594343SQ20121005162
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月1日 優先權日2012年3月1日
發明者吳建輝, 周正亞, 張萌, 江平, 王子軒, 陳慶, 陳超, 黃成 申請人:東南大學