本發明涉及集成電路，特別涉及一種基于電流求和模式的環形振蕩器倍頻電路。

背景技術：

1、隨著毫米波和太赫茲技術的快速發展，它們在通信、電子對抗、雷達電磁武器、天文學、醫學成像、無損檢測、環境監測以及安全檢查等領域展現出廣闊的應用前景。生成毫米波頻率存在挑戰，尤其是在振蕩器需要通過鎖相環來穩定頻率和改善相位噪聲性能時。目前實現高頻信號倍頻的方式包括鎖相環電路(pll)鎖定頻率，使用注入鎖定來鎖定高頻振蕩器到低頻振蕩器的諧波頻率以及使用諧波混合進行頻率倍增等方式。

2、然而，現有技術在應用過程中仍然面臨一些挑戰，例如全數字pll的設計復雜性和高功耗、注入鎖定的鎖定范圍限制以及次諧波混合對諧波生成和混頻效率的依賴。為了進一步提升頻率生成效率、降低系統功耗以及實現更高的集成度已成為研究的重點方向，這些需求驅動了對新型振蕩器結構和創新頻率合成方法的持續探索。環形振蕩器作為一種常見的振蕩電路結構，具有結構簡單，起振速度快的優勢，廣泛應用于面向低功率設計的本地振蕩信號源中，傳統的倍頻電路需要額外引入相應的功能模塊，且倍頻精度受工藝、供應電壓、溫度影響(pvt)，因此設計一種低功耗的簡易環形振蕩信號倍頻電路對整體電路的面積、功耗以及頻率精度有較為重要的作用。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種基于電流求和模式的環形振蕩器倍頻電路，該方法具有環形振蕩器的振蕩信號生成能力，并能夠實現振蕩信號的2倍、4倍及8倍頻功能。通過基于電流求和模式實現環形振蕩器，能夠有效節省多余倍頻電路的面積，同時產生與環形振蕩器輸出信號頻率保持穩定倍數關系的信號。

2、為了實現上述發明目的，本發明實施例提供了以下技術方案：

3、一種基于電流求和模式的環形振蕩器倍頻電路，包括環形振蕩器、開關控制模塊以及電流求和模塊；

4、所述環形振蕩器包括n個級聯的振蕩器單元，n為偶數，i＝1,2,...,n，第i級振蕩器單元的輸出和第i+1級振蕩器單元的輸出共同作為第i+2級振蕩器單元的輸入，第n-1級振蕩器單元的輸出和第n級振蕩器單元的輸出共同作為第1級振蕩器單元的輸入；

5、所述開關控制模塊用于控制每級振蕩器單元接入電源，所述電流求和模塊對接入了電源的振蕩器單元的電流在時域上進行疊加，以實現環形振蕩器輸出頻率信號的倍增。

6、更進一步地，還包括輸出放大單元，用于對環形振蕩器輸出的頻率信號進行放大。

7、更進一步地，每個振蕩器單元包括第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器；

8、第i級振蕩器單元中第一反相器的輸出分別連接至第i+1級振蕩器單元中第一反相器的輸入和第i+1級振蕩器單元中第三反相器的輸入，第i級振蕩器單元中第二反相器的輸出分別連接至第第i+1級振蕩器單元中第二反相器的輸入和第i+1級振蕩器單元中第四反相器的輸入，第i級振蕩器單元中第三反相器的輸出分別連接至第i+2級振蕩器單元中第二反相器的輸入和第i+2級振蕩器單元中第四反相器的輸入，第i級振蕩器單元中第四反相器的輸出分別連接至第i+2級振蕩器單元中第一反相器的輸入和第i+2級振蕩器單元中第三反相器的輸入；

9、第n級振蕩器單元中第一反相器的輸出分別連接至第1級振蕩器單元中第一反相器的輸入和第1級振蕩器單元中第三反相器的輸入，第n級振蕩器單元中第二反相器的輸出分別連接至第1級振蕩器單元中第二反相器的輸入和第四反相器的輸入，第n級振蕩器單元中第三反相器的輸出分別連接至第2級振蕩器單元中第二反相器的輸入和第2級振蕩器單元中第四反相器的輸入，第n級振蕩器單元中第四反相器的輸出分別連接至第2級振蕩器單元中第一反相器的輸入和第2級振蕩器單元中第三反相器的輸入。

10、更進一步地，當輸入任一反相器的階躍信號為0至1時，該反相器產生放電電流；當輸入任一反相器的階躍信號為1至0時，該反相器產生充電電流。

11、更進一步地，第i+1級振蕩器單元中第一反相器的周期相較于第i級振蕩器單元中第一反相器延遲1個τ，τ表示延遲時間；第n級振蕩器單元中第一反相器的周期相較于第1級振蕩器單元中第二反相器延遲1個τ；第i+1級振蕩器單元中第二反相器的周期相較于第i級振蕩器單元中第二反相器延遲1個τ；第i級振蕩器單元中第二反相器的周期相較于第i級振蕩器中第一反相器延遲n個τ。

12、更進一步地，所述開關控制模塊包括2n個開關，每個開關分別與各級振蕩器單元中第一反相器和第二反相器一一對應連接，用于控制連接的反相器接入或不接入電源；且同一振蕩器單元中的第一反相器和第二反相器需同時接入電源或同時不接入電源。

13、更進一步地，所述電流求和模塊用于將接入電源的反相器的輸出電流在時域上進行疊加。

14、與現有技術相比，本發明的有益效果：本發明具有環形振蕩器的振蕩信號生成能力，并能夠實現振蕩信號的2倍、4倍及8倍頻功能。通過基于電流求和模式實現環形振蕩器，能夠有效節省多余倍頻電路的面積，同時產生與環形振蕩器輸出信號頻率保持穩定倍數關系的信號。

技術特征：

1.一種基于電流求和模式的環形振蕩器倍頻電路，其特征在于：包括環形振蕩器、開關控制模塊以及電流求和模塊；

2.根據權利要求1所述的一種基于電流求和模式的環形振蕩器倍頻電路，其特征在于：還包括輸出放大單元，用于對環形振蕩器輸出的頻率信號進行放大。

3.根據權利要求1所述的一種基于電流求和模式的環形振蕩器倍頻電路，其特征在于：每個振蕩器單元包括第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器；

4.根據權利要求3所述的一種基于電流求和模式的環形振蕩器倍頻電路，其特征在于：當輸入任一反相器的階躍信號為0至1時，該反相器產生放電電流；當輸入任一反相器的階躍信號為1至0時，該反相器產生充電電流。

5.根據權利要求3所述的一種基于電流求和模式的環形振蕩器倍頻電路，其特征在于：第i+1級振蕩器單元中第一反相器的周期相較于第i級振蕩器單元中第一反相器延遲1個τ，τ表示延遲時間；第n級振蕩器單元中第一反相器的周期相較于第1級振蕩器單元中第二反相器延遲1個τ；第i+1級振蕩器單元中第二反相器的周期相較于第i級振蕩器單元中第二反相器延遲1個τ；第i級振蕩器單元中第二反相器的周期相較于第i級振蕩器中第一反相器延遲n個τ。

6.根據權利要求3所述的一種基于電流求和模式的環形振蕩器倍頻電路，其特征在于：所述開關控制模塊包括2n個開關，每個開關分別與各級振蕩器單元中第一反相器和第二反相器一一對應連接，用于控制連接的反相器接入或不接入電源；且同一振蕩器單元中的第一反相器和第二反相器需同時接入電源或同時不接入電源。

7.根據權利要求6所述的一種基于電流求和模式的環形振蕩器倍頻電路，其特征在于：所述電流求和模塊用于將接入電源的反相器的輸出電流在時域上進行疊加。

技術總結
本發明涉及集成電路技術領域，公開一種基于電流求和模式的環形振蕩器倍頻電路，包括環形振蕩器、開關控制模塊以及電流求和模塊；環形振蕩器包括n個級聯的振蕩器單元，第i級振蕩器單元的輸出和第i+1級振蕩器單元的輸出共同作為第i+2級振蕩器單元的輸入，第n?1級振蕩器單元的輸出和第n級振蕩器單元的輸出共同作為第1級振蕩器單元的輸入；開關控制模塊用于控制每級振蕩器單元接入電源，電流求和模塊對接入了電源的振蕩器單元的電流在時域上進行疊加，以實現環形振蕩器輸出頻率信號的倍增。本發明能夠實現振蕩信號的2倍、4倍及8倍頻功能，有效節省多余倍頻電路的面積，同時產生與環形振蕩器輸出信號頻率保持穩定倍數關系的信號。

技術研發人員：劉爽,王俊杰
受保護的技術使用者：能芯（常州）電子科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24