專利名稱：電壓控制振蕩器與鎖相環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含環(huán)形振蕩器的電壓控制振蕩器以及包含這種振蕩器的 鎖相環(huán)電路。
背景技術(shù)：
用于鎖相環(huán)(PLL)等等的電壓控制振蕩器輸出頻率與輸入的控制信 號(hào)的電壓一致的振蕩信號(hào)。然而，在振蕩信號(hào)向上轉(zhuǎn)變時(shí)，與來(lái)自電壓控 制振蕩器的晶體管的熱噪音和1/f噪音(閃變?cè)胍?有關(guān)引起的相位噪音 伴隨著振蕩信號(hào)。如果振蕩信號(hào)包含相位噪音，振蕩頻率有漂移的傾向。根據(jù)A. Hajimiri， S. Limotyrails和T.H丄ee在"Jitter and Phase Noise in Ring Oscillators" (IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol.34， No.6， June 1999)中所教導(dǎo)，隨著來(lái)自電壓控制振蕩器的振蕩信號(hào)的上升沿的轉(zhuǎn) 換速率(slew rate)更加接近于下降沿的轉(zhuǎn)換速率，或者換句話說(shuō)，振蕩 信號(hào)的波形越是對(duì)稱，伴隨的閃變?cè)胍舻牧吭降?。已?jīng)知道，電壓控制振蕩器包含環(huán)形振蕩器，環(huán)形振蕩器由奇數(shù)個(gè)彼 此循環(huán)連接的反相器構(gòu)成且由任一反相器產(chǎn)生振蕩信號(hào)。下面的類(lèi)型的 CMOS反相器常常用作環(huán)形振蕩器的反相器。第一 PMOS晶體管的柵極 端子和第一NMOS晶體管的柵極端子共同連接到反相器的輸入端子，而第一 PMOS晶體管的漏極端子和第一 NMOS晶體管的漏極端子共同連接到 反相器的輸出端子。為了控制反相器內(nèi)部流動(dòng)的電流，第一PMOS晶體管 的源極端子常常連接到笫二 PMOS晶體管的漏極端子，第一 NMOS晶體 管的源極端子連接到第二NMOS晶體管的漏極端子。在這樣的結(jié)構(gòu)中，第二 PMOS晶體管的源極端子連接到高電壓源，第二 NMOS晶體管的源極 端子連接到低電壓源。在下文中，由這樣的四個(gè)晶體管構(gòu)成的電路將被稱為反相器單元(inverter cell)。環(huán)形振蕩器所產(chǎn)生的振蕩信號(hào)的波形由第 一PMOS晶體管與第一NMOS晶體管的漏極電流決定。也就是說(shuō)，當(dāng)使 得這兩個(gè)漏極電流相等時(shí)，振蕩信號(hào)的波形變得極其對(duì)稱，這減小了相位 噪音。JP-A H5-14136 (KOKAI)在圖4中顯示出將運(yùn)算放大電路布置在環(huán) 形振蕩器上游的結(jié)構(gòu)。控制信號(hào)被施加到NMOS晶體管N6——其作為運(yùn)算i文大電路的尾電;危源(tail current source)--的樹(shù)極端子,由此控制尾電流的量。電流鏡電路將基于尾電流確定的基準(zhǔn)電流復(fù)制到反相器單元 中的第二PMOS晶體管(Pll， P13， P15)和第二NMOS晶體管(Nil, N13， N15)的漏極電流。第二PMOS晶體管的漏極電流等于第一PMOS 晶體管(P12， P14， P16)的漏極電流，笫二NMOS晶體管的漏極電流等 于笫一 NMOS晶體管(N10, N12, N14)的漏極電流。這意味著，第一 PMOS晶體管與第一NMOS晶體管的漏極電流是相同的。JP-AH5-14136 (KOKAI)(在圖4中)因此教導(dǎo)這樣的技術(shù)臨時(shí)將控制信號(hào)的電壓轉(zhuǎn) 換為電流，并通過(guò)使用此電流量來(lái)控制振蕩頻率。如上所述，采用JP-A H5-14136 ( KOKAI)(在圖4中)的技術(shù)，電 流鏡電路將來(lái)自運(yùn)算放大電路的基準(zhǔn)電流復(fù)制到反相器單元。然而，采用 將基準(zhǔn)電流復(fù)制到反相器單元的電流鏡電路技術(shù)，各個(gè)反相器單元的MOS 晶體管(第二 NMOS晶體管與第二 PMOS晶體管)需要作為電流源運(yùn)行。 MOS晶體管有三個(gè)運(yùn)行區(qū)域截止區(qū)、線性區(qū)和飽和區(qū)。在這三個(gè)區(qū)域中， MOS晶體管僅在飽和區(qū)中可作為電流源。出于這個(gè)原因，改進(jìn)振蕩信號(hào)波 形對(duì)稱性的控制信號(hào)的電壓范圍應(yīng)被限制到這樣的范圍其中，作為電流 源的晶體管可在飽和區(qū)中運(yùn)行。換句話說(shuō)，由于控制信號(hào)被施加到作為運(yùn) 算放大電路的尾電流源的MOS晶體管的柵極端子，控制信號(hào)的電壓必須 落在MOS晶體管可在飽和區(qū)中運(yùn)行的區(qū)域中。相反，已經(jīng)知道，環(huán)形振蕩器的相位噪音特性在反相器單元的MOS 晶體管在線性區(qū)而不是飽和區(qū)中運(yùn)行時(shí)得到增強(qiáng)。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)，提供了一種電壓控制振蕩器，其包含環(huán)形 振蕩器，其通過(guò)將奇數(shù)個(gè)笫一 MOS反相器連接成為環(huán)形以便從任一第一 MOS反相器提取具有受到控制信號(hào)的電壓控制的頻率的振蕩信號(hào)配置而 成，每個(gè)第一 MOS反相器包含一種導(dǎo)通類(lèi)型的第一 MOS晶體管以及相反 導(dǎo)通類(lèi)型的第二 MOS晶體管；運(yùn)算放大器，其對(duì)輸入到第一輸入端子的 信號(hào)的電壓與輸入到第二輸入端子的基準(zhǔn)信號(hào)的電壓之間的差進(jìn)行放大， 以獲得》文大信號(hào)；所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第三MOS晶體管，其各自插入第 一 MOS晶體管與第一電源之間，并由放大信號(hào)進(jìn)行柵極控制；所W目反 導(dǎo)通類(lèi)型的第四MOS晶體管，其各自插入第二 MOS晶體管與第二電源之 間，并由控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制；第二MOS反相器，其包含所述一種導(dǎo) 通類(lèi)型的第五MOS晶體管與所勤目反導(dǎo)通類(lèi)型的第六MOS晶體管，第五 MOS晶體管的柵極端子與漏極端子共同連接到第一輸入端子，笫六MOS 晶體管的柵極端子與漏極端子共同連接到第一輸入端子；所述一種導(dǎo)通類(lèi) 型的第七M(jìn)OS晶體管，其插入第五MOS晶體管與第一電源之間，并由放 大信號(hào)進(jìn)行柵極控制；所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第八MOS晶體管，其插入笫 六MOS晶體管與第二電源之間，并由控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制。根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施形態(tài)，提供了一種電壓控制振蕩器，其包含環(huán) 形振蕩器，通過(guò)將奇數(shù)個(gè)第一 MOS反相器連接為環(huán)形以便從任一第一 MOS反相器提取具有受到控制信號(hào)的電壓控制的頻率的振蕩信號(hào)配置而 成，每個(gè)第一 MOS反相器包含一種導(dǎo)通類(lèi)型的第一 MOS晶體管和相反導(dǎo) 通類(lèi)型的第二 MOS晶體管；運(yùn)算放大器，其對(duì)輸入到第一輸入端子的信 號(hào)的電壓與輸入到第二輸入端子的基準(zhǔn)信號(hào)的電壓之間的差進(jìn)行放大，以 便獲得放大信號(hào)；低通濾波器，其從放大信號(hào)中移除高頻分量，以便獲取 濾波信號(hào)；所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第三MOS晶體管，其各自插入第一MOS 晶體管與第一電源之間，并由濾波信號(hào)進(jìn)行柵極控制；所述相反導(dǎo)通類(lèi)型 的第四MOS晶體管，其各自插入第二MOS晶體管與第二電源之間，并由 控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制；第二MOS反相器，其包含所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第五MOS晶體管以及所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第六MOS晶體管，第五MOS 晶體管的柵極端子與漏極端子共同連接到第一輸入端子，第六MOS晶體 管的柵極端子與漏極端子共同連接到第 一輸入端子；所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的 第七M(jìn)OS晶體管，其插入第五MOS晶體管與第一電源之間，并由濾波信 號(hào)進(jìn)行柵極控制；所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第八MOS晶體管，其插入第六MOS 晶體管與第二電源之間，并由控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制。


圖1示出了才艮據(jù)第一實(shí)施例的電壓控制振蕩器；圖2示出了圖1所示運(yùn)算放大器的實(shí)例；圖3A為一原理圖，其示出了圖l所示反相器單元的運(yùn)行實(shí)例；圖3B為一原理圖，其示出了圖l所示反相器單元的另一運(yùn)行實(shí)例；圖4示出了根據(jù)第二實(shí)施例的電壓控制振蕩器；圖5示出了圖4所示積分器的實(shí)例；圖6為一框圖，其示出了根據(jù)第三實(shí)施例的鎖相環(huán)電路；圖7為一框圖，其示出了根據(jù)第四實(shí)施例的鎖相環(huán)電路。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖闡釋本發(fā)明的示例性實(shí)施例。 (第一實(shí)施例)如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電壓控制振蕩器包含數(shù)量為n 的反相器單元100-1到100-n、偽(dummy)反相器單元110與運(yùn)算放大 器120。反相器單元100-1到100-n具有同樣的電路，并彼此循環(huán)連接以形成 環(huán)形振蕩器。作為反相器單元的實(shí)例，將在下面闡釋反相器單元100-1的 結(jié)構(gòu)。PMOS晶體管M102-l與NMOS晶體管M103-l的柵極端子共同連接 到反相器單元100-1的輸入端子。PMOS晶體管M102-l與NMOS晶體管M103-l的漏極端子共同連接到反相器單元100-1的輸出端子。換句話說(shuō)， CMOS反相器由PMOS晶體管M102-l與NMOS晶體管M103-l共同形 成。PMOS晶體管M101-l的源極端子連接到電源VDD(高電壓源)，NMOS 晶體管M104-1的源極端子連接到接地源(ground source) GND (低電壓 源)。PMOS晶體管M102-l的源極端子連接到PMOS晶體管M101-l的 漏極端子，NMOS晶體管M103-l的源極端子連接到NMOS晶體管M104-l 的漏極端子。運(yùn)算放大器120輸出的輸出信號(hào)(放大信號(hào))V2被施加到 PMOS晶體管M101-l的柵極端子，控制信號(hào)Vc施加到NMOS晶體管 M104-l的柵極端子。此反相器單元的輸出端子連接到下一反相器單元 100-2的輸入端子，其余的反相器單元以同樣的方式彼此連接。振蕩信號(hào) Vout從最后一個(gè)反相器單元100-n的輸出端子輸出，該端子被連接到反相 器單元100-1的輸入端子。偽反相器單元100具有與反相器單元1001到100-n相同的電路。偽反 相器單元110在其輸入與輸出端子之間短路。偽反相器單元110的輸出(輸 入)信號(hào)V1被輸入到運(yùn)算放大器120的第一輸入端子。換句話說(shuō)，PMOS 晶體管M112與NMOS晶體管M113的柵極端子與漏極端子均共同連接到 運(yùn)算放大器120的第一輸入端子。運(yùn)算》文大器120具有第一輸入端子與第二輸入端子。輸入到第一輸入 端子的信號(hào)與輸入到第二輸入端子的信號(hào)的電壓之間的差通過(guò)使用增益A 得到放大，以便輸出放大信號(hào)V2。如上所述，運(yùn)算放大器120的第一輸入 端子從偽反相器單元110接收輸出信號(hào)VI。具體而言，運(yùn)算放大器120具 有負(fù)反饋布置，其中，輸出信號(hào)V2通過(guò)偽反相器單元110送回到第一輸 入端子。另一方面，基準(zhǔn)信號(hào)Vref輸入到運(yùn)算放大器120的第二輸入端子。 這意味著，由運(yùn)算》文大器120輸出的放大信號(hào)V2的電壓為A*( Vl-Vref )。 如果運(yùn)算放大器120的增益A的值足夠大，Vl趨向于Vref。在本實(shí)施例 中，以這樣的方式進(jìn)行連接第一輸入端子接收來(lái)自偽反相器單元110的 輸出信號(hào)VI，第二輸入端子接收基準(zhǔn)信號(hào)Vref，但可對(duì)這些連接進(jìn)行切 換。運(yùn)算放大器120的實(shí)例將參照?qǐng)D2闡釋。在運(yùn)算放大器120中，PMOS 晶體管M120-l和PMOS晶體管M120-2的源極端子分別連接到電源VDD。 PMOS晶體管M120-l和M120-2的源極端子4皮短路并連接到PMOS晶體 管M120-l的漏極端子。PMOS晶體管M120-2的漏極端子連接到運(yùn)算》文 大器120的、由之輸出放大信號(hào)V2的輸出端子。PMOS晶體管M120-l 的漏極端子連接到NMOS晶體管M120-3的漏極端子。NMOS晶體管 M120-3的源極端子連接到運(yùn)算放大器120的第一輸入端子，并從偽反相器 單元110接收輸出信號(hào)VI。 PMOS晶體管M120-2的漏極端子連接到 NMOS晶體管M120-4的漏極端子。NMOS晶體管M120-4的源極端子連 接到運(yùn)算放大器120的第二輸入端子，并接收基準(zhǔn)信號(hào)Vref。 NMOS晶體 管M120-3與M120-4的源極端子共同連接到NMOS晶體管M120-5的漏 極端子。NMOS晶體管M120-5作為尾電流源，并由施加到其柵極端子的 偏置電壓Vbias驅(qū)動(dòng)。NMOS晶體管M120-5的源極端子連接到接地源 GND，尾電流通過(guò)其流出?，F(xiàn)在簡(jiǎn)短闡釋如圖2所示運(yùn)算放大器120的運(yùn)行。PMOS晶體管 M120-l與PMOS晶體管M120-2為同樣的類(lèi)型(大小和工藝參數(shù)相同)， 它們?cè)跂艠O與源極之間的電壓相同。出于這個(gè)原因，同樣量的漏極電流在 PMOS晶體管M120-l與PMOS晶體管M120-2內(nèi)部流動(dòng)。當(dāng)漏極電流為 Id時(shí)，PMOS晶體管M120-l的漏極電流Id實(shí)際上變?yōu)镹MOS晶體管 M120-3的漏極電流，并流進(jìn)NMOS晶體管M120-5。當(dāng)進(jìn)入NMOS晶體 管M120-5的尾電流為It時(shí)，NMOS晶體管M120-4的漏極電流可通過(guò)將 基爾霍夫電流定律應(yīng)用到NMOS晶體管M120-5的漏極端子來(lái)表達(dá)為 It-Id。因此，在PMOS晶體管M120-2的漏極電流Id中，It-Id ii7v NMOS 晶體管M120-4，且其余的剩余電流，2Id-It，從運(yùn)算放大器120的輸出端 子流出。如果VI充^l向于Vref， NMOS晶體管M120-3的漏極電流變 得近似等于NMOS晶體管M120-4的漏極電流，因此，Id=It/2成立。結(jié)果， 流入和流出運(yùn)算放大器120的輸出端子的電流量變?yōu)?。下面，將參照?qǐng)D3A與3B闡釋圖1所示電壓控制振蕩器的運(yùn)行。在下面的闡釋中，僅研究反相器單元100-1，而其他的反相器單元100-2到100-n 以同樣的方式運(yùn)行。如圖3A所示，當(dāng)PMOS晶體管M101-l和NMOS晶體管M104-l在 飽和區(qū)運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)MOS晶體管M101-1和M104-1作為電流源運(yùn)行，并 驅(qū)動(dòng)構(gòu)成下一個(gè)反相器單元100-2的輸入端子的MOS晶體管(PMOS晶 體管M102-2和NMOS晶體管M103-2)的柵極電容器Cg。具體而言，柵 極電容器Cg在振蕩信號(hào)的上升沿由PMOS晶體管M101-l的漏極電流充 電，而柵極電容器Cg在下降沿由NMOS晶體管M104-l的漏極電流^文電。 通過(guò)使PMOS晶體管M101-l和NMOS晶體管M104-l的漏極電流(均作 為電流源)彼此相等，可改進(jìn)振蕩信號(hào)波形的對(duì)稱性。作為電流源的PMOS 晶體管M101-l的漏極電流基于電源VDD與放大信號(hào)V2之間的電壓來(lái)確 定。作為電流源的NMOS晶體管M104-l的漏極電流基于控制信號(hào)Vc與 接地源GND之間的電壓來(lái)確定。因此，振蕩頻率可由對(duì)NMOS晶體管 M104-l的漏極電流進(jìn)行控制的控制信號(hào)Vc來(lái)控制。另一方面，當(dāng)PMOS晶體管M101-l和NMOS晶體管M104-l如圖 3B所示在線性區(qū)中運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)MOS晶體管M101-l和M104-l作為可 變電阻器運(yùn)行。構(gòu)成下一反相器單元100-2的輸入端子的MOS晶體管 (NMOS晶體管M102-2與PMOS晶體管M103-2 )的柵極電容器Cg受 到作為電流源的PMOS晶體管M102-l和NMOS晶體管M103-l驅(qū)動(dòng)。具 體而言，柵極電容器Cg在振蕩信號(hào)的上升沿由PMOS晶體管M102-l的 漏極電流充電，而柵極電容器Cg在下降沿由NMOS晶體管M103-l的漏 極電流放電。通過(guò)使PMOS晶體管M102-l和NMOS晶體管M103-l (均 作為電流源)的漏極電流彼此相等，可改進(jìn)振蕩信號(hào)的波形的對(duì)稱性。作 為電流源的PMOS晶體管M102-l的漏極電流基于其柵極-源極電壓來(lái)確 定。PMOS晶體管M102-l的柵極-源極電壓等于由PMOS晶體管M101-l 從電源VDD降落的電壓與反相器單元100-1的輸入信號(hào)的電壓之間的差值 電壓。作為電流源的NMOS晶體管M103-l的漏極電流基于其柵極-源極 電壓進(jìn)行判斷。NMOS晶體管M103-l的柵極-源極電壓等于反相器單元100-1的輸入信號(hào)的電壓與由NMOS晶體管M104-l從GND上升的電壓之 間的差值電壓。采用對(duì)作為可變電阻器的NMOS晶體管M104-l的電阻進(jìn) 行控制的控制信號(hào)Vc，NMOS晶體管M103-l的漏極電流可受到間接控制， 振蕩頻率也可受到控制。如上所述，反相器單元100-1到100-n具有與偽反相器單元110相同 的電路，因此，放大信號(hào)V2以這樣的方式被提供與其上各個(gè)反相器單 元100-1到100-n的輸入/輸出電壓趨向于基準(zhǔn)信號(hào)Vref。然而，應(yīng)當(dāng)注意， 反相器單元100-1到100-n的輸入/輸入電壓變化。因此，非常難以使流入 和流出到反相器單元的電流的量在每個(gè)運(yùn)行點(diǎn)上相等。因此，優(yōu)選為將電 源VDD與接地源GND的電壓的平均值(算術(shù)平均)用作基準(zhǔn)信號(hào)Vref。 通過(guò)使用以這樣的方式確定的基準(zhǔn)信號(hào)Vref，振蕩信號(hào)變得較為不易喪失 其波形對(duì)稱性，即使在控制信號(hào)Vc有大的變化時(shí)。根據(jù)本實(shí)施例，如上面所闡釋，基于負(fù)反饋使得包含在環(huán)形振蕩器中 的各個(gè)反相器單元的輸^/輸出電壓趨向于基準(zhǔn)信號(hào)，由此將轉(zhuǎn)換速率控制 為在輸入與輸出時(shí)相等。結(jié)果，根椐當(dāng)前實(shí)施例的振蕩信號(hào)的波形在其對(duì) 稱性上得到改進(jìn)，這減小了相位噪音。另外，根據(jù)本實(shí)施例，當(dāng)接收控制 信號(hào)的MOS晶體管M104在線性區(qū)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)改變作為可變電阻器的 MOS晶體管M104的電阻，振蕩頻率受到控制。因此，根據(jù)本實(shí)施例，相 位噪音不僅可在反相器單元的MOS晶體管運(yùn)行在飽和區(qū)時(shí)、而且可在它 們運(yùn)行在線性區(qū)時(shí)得到減小。根據(jù)本實(shí)施例，控制信號(hào)Vc被輸入到NMOS晶體管，放大信號(hào)V2 被輸入到PMOS晶體管。然而，可對(duì)連接進(jìn)行切換。 (第二實(shí)施例)如圖4所示，才艮據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電壓控制振蕩器包含積分器 220，其代替根據(jù)第一實(shí)施例的電壓控制振蕩器的運(yùn)算放大器120。在下面 的介紹中，為圖4中與圖1中相同的部件賦予同樣的參考標(biāo)號(hào)，省略對(duì)其 的詳細(xì)介紹，以便集中在與圖1中的結(jié)構(gòu)不同的部分上。對(duì)于積分器220，可從低的功率消耗和低噪音方面出發(fā)采用gm-C積分器。gm-C積分器由運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(OTA)和電容器構(gòu)成。OTA具有 第一輸入端子和第二輸入端子。偽反相器單元110的輸出信號(hào)VI輸入到 第一輸入端子，基準(zhǔn)信號(hào)Vref輸入到第二輸入端子。OTA為電壓控制電 流源，其輸出與兩個(gè)輸入信號(hào)的電壓差乘以跨導(dǎo)gm對(duì)應(yīng)的電流。根據(jù)本 實(shí)施例，輸出電流為gm*(Vl-Vref)，其表示偽反相器單元110的輸出信號(hào) VI與基準(zhǔn)信號(hào)Vref的電壓差乘以跨導(dǎo)gm。 OTA的輸出信號(hào)由電容器C 進(jìn)行積分，并被供到反相器單元100-1到100-n以及偽反相器單元110。換 句話說(shuō)，OTA的輸出信號(hào)的高頻分量被截止。下面將參照?qǐng)D5介紹積分器220的結(jié)構(gòu)的具體實(shí)例。圖5所示gm-C 積分器220的OTA具有與圖2中的運(yùn)算放大器120相同的結(jié)構(gòu)。也就是 說(shuō)，包含在OTA中的MOS晶體管M220-l到M220-5分別對(duì)應(yīng)于運(yùn)算放 大器120的MOS晶體管M120-l到M120-5。在gm-C積分器220中，OTA 的輸出信號(hào)由電容器C進(jìn)行積分。電容器C作為一階低通濾波器(LPF )， 其截止OTA的輸出信號(hào)的高頻分量。截止頻率可受到電容器C的電容的 控制。如上所述，才艮據(jù)本實(shí)施例，噪音的頻帶可通過(guò)截止放大信號(hào)的高頻分 量受到控制。因此，根據(jù)本實(shí)施例，電壓控制振蕩器的相位噪音可進(jìn)一步 得到減小。(第三實(shí)施例)如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的鎖相環(huán)電路包含基準(zhǔn)時(shí)鐘發(fā)生 器330、相位檢測(cè)器340、環(huán)路濾波器360、電壓控制振蕩器370以及分頻 器380?；鶞?zhǔn)時(shí)鐘發(fā)生器330產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率為fref的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)?；鶞?zhǔn)時(shí)鐘 信號(hào)被輸入到相位檢測(cè)器340的基準(zhǔn)相位輸入端子。基準(zhǔn)時(shí)鐘發(fā)生器330 可在外部布置。相位檢測(cè)器340檢測(cè)輸入到基準(zhǔn)相位輸入端子與振蕩相位輸入端子的 信號(hào)的相位差。換句話說(shuō)，相位檢測(cè)器340輸出電壓和輸入到基準(zhǔn)相位輸 入端子的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)與輸入到振蕩相位輸入端子的分頻信號(hào)的相位差乘以Kpo對(duì)應(yīng)的相位差信號(hào)。此相位差信號(hào)被輸入到環(huán)路濾波器360。相位檢測(cè)器340的相位差信號(hào)被輸入到環(huán)路濾波器360。環(huán)路濾波器 360可由包含電阻器與電容器(RC )的LPF構(gòu)成。環(huán)路濾波器360移除相 位差信號(hào)中的交流分量。濾波后的相位差信號(hào)于是作為控制信號(hào)Vc被輸 入到電壓控制振蕩器370。在圖6中，滯后濾波器被用于環(huán)路濾波器360， 但環(huán)路濾波器360不限于此。電壓控制振蕩器370為根據(jù)第一或第二實(shí)施例的電壓控制振蕩器，其 以與輸入控制信號(hào)Vc對(duì)應(yīng)的頻率振蕩。接收控制信號(hào)Vc的電壓控制振蕩 器370輸出頻率為fout的振蕩信號(hào)。頻率為fout的振蕩信號(hào)被輸入到分頻 器380。通過(guò)固定或可變分頻比N，分頻器380對(duì)電壓控制振蕩器370的振蕩 信號(hào)進(jìn)行分頻，并將頻率為fout/N的分頻信號(hào)輸出到相位檢測(cè)器340的振 蕩相位輸入端子。如上面所討論，根據(jù)本實(shí)施例的鎖相環(huán)電路通過(guò)使用根據(jù)第一或第二 實(shí)施例的電壓控制振蕩器構(gòu)成，以便獲得頻率與基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的頻率乘以 分頻比對(duì)應(yīng)的振蕩信號(hào)。因此，根據(jù)本實(shí)施例，可與從寬廣電壓范圍內(nèi)確 定的控制信號(hào)對(duì)應(yīng)地產(chǎn)生具有對(duì)稱波形的振蕩信號(hào)，并可抑制與晶體管的 1/f噪音有關(guān)地引起的相位噪音。 (笫四實(shí)施例)如圖7所示，根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的鎖相環(huán)電路包含基準(zhǔn)時(shí)鐘發(fā)生 器330、相位頻率檢測(cè)器440、電荷泵(charge pump) 450、環(huán)路濾波器 460、電壓控制振蕩器370、分頻器380。在下面的闡釋中，為圖7中與圖 6中的相同的部件賦予同樣的參考標(biāo)號(hào)，并省略對(duì)其的詳細(xì)介紹。闡釋集 中在與圖6的結(jié)構(gòu)不同的部分上?；鶞?zhǔn)時(shí)鐘發(fā)生器330產(chǎn)生具有基準(zhǔn)頻率fref的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)?；鶞?zhǔn)時(shí) 鐘信號(hào)被輸入到相位頻率檢測(cè)器440的基準(zhǔn)相位輸入端子?；鶞?zhǔn)時(shí)鐘發(fā)生 器330可在外部:&置。相位頻率檢測(cè)器440檢測(cè)輸入到基準(zhǔn)相位輸入端子與振蕩相位輸入端子的信號(hào)的相位差。換句話說(shuō)，當(dāng)相位頻率檢測(cè)器440檢測(cè)到輸入到振蕩 相位輸入端子的分頻信號(hào)與輸入到基準(zhǔn)相位輸入端子的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)之間 的偏差落在一個(gè)周期內(nèi)時(shí)，以類(lèi)似于相位檢測(cè)器340的方式，相位頻率振 蕩器440輸出電壓與相位差乘以KpFD對(duì)應(yīng)的相位差信號(hào)。另一方面，當(dāng)相 位頻率檢測(cè)器440檢測(cè)到輸入到振蕩相位輸入端子的分頻信號(hào)與輸入到基 準(zhǔn)信號(hào)輸入端子的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)之間的偏差超過(guò)一個(gè)周期時(shí)，相位頻率檢 測(cè)器440輸出相位差信號(hào)，以便減小頻率之間的差。相位頻率檢測(cè)器440 可簡(jiǎn)單地為相位檢測(cè)器340。由相位頻率檢測(cè)器440輸出的相位差信號(hào)浮皮輸入到電荷泵450。電荷 泵450為升高器(booster)電路，并對(duì)相位差信號(hào)進(jìn)行放大(升高)。放 大(升高)的相位差信號(hào)被輸入到環(huán)路濾波器460。環(huán)路濾波器460為由 例如電阻器與電容器(RC)構(gòu)成的LPF，并移除相位差信號(hào)中的交流分量。 濾波后的相位差信號(hào)作為控制信號(hào)Vc被輸入到電壓控制振蕩器370。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的鎖相環(huán)電路被配置為包含根據(jù)第一或第二 實(shí)施例以獲得頻率與基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的頻率乘以分頻比對(duì)應(yīng)的振蕩信號(hào)的電 壓控制振蕩器。因此，根據(jù)本實(shí)施例，可根據(jù)從寬的電壓范圍內(nèi)確定的任 何控制信號(hào)產(chǎn)生具有對(duì)稱波形的振蕩信號(hào)，并可抑制與晶體管的1/f噪音 有關(guān)地引起的相位噪音。
權(quán)利要求
1.一種電壓控制振蕩器，其包含環(huán)形振蕩器，其通過(guò)將奇數(shù)個(gè)第一MOS反相器連接成為環(huán)形以便從任一所述第一MOS反相器提取具有受到控制信號(hào)的電壓控制的頻率的振蕩信號(hào)配置而成，每個(gè)所述第一MOS反相器包含一種導(dǎo)通類(lèi)型的第一MOS晶體管以及相反導(dǎo)通類(lèi)型的第二MOS晶體管；運(yùn)算放大器，其對(duì)輸入到第一輸入端子的信號(hào)的電壓與輸入到第二輸入端子的基準(zhǔn)信號(hào)的電壓之間的差進(jìn)行放大，以獲得放大信號(hào)；所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第三MOS晶體管，其各自插入每一所述第一MOS晶體管與第一電源之間，并由所述放大信號(hào)進(jìn)行柵極控制；所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第四MOS晶體管，其各自插入每一所述第二MOS晶體管與第二電源之間，并由控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制；第二MOS反相器，其包含所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第五MOS晶體管與所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第六MOS晶體管，所述第五MOS晶體管的柵極端子與漏極端子共同連接到所述第一輸入端子，所述第六MOS晶體管的柵極端子與漏極端子共同連接到所述第一輸入端子；所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第七M(jìn)OS晶體管，其插入所述第五MOS晶體管與所述第一電源之間，并由所述放大信號(hào)進(jìn)行柵極控制；以及所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第八MOS晶體管，其插入所述第六MOS晶體管與所述第二電源之間，并由所述控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的振蕩器，其中，所述基準(zhǔn)信號(hào)的電壓為所述第一電源的電壓與所述第二電源的電壓的 算術(shù)平均。
3. —種電壓控制振蕩器，其包含環(huán)形振蕩器，通過(guò)將奇數(shù)個(gè)第一 MOS反相器連接為環(huán)形以便從任一 所述第一 MOS反相器提取具有受到控制信號(hào)的電壓控制的頻率的振蕩信 號(hào)配置而成，每個(gè)析述第一 MOS反相器包含一種導(dǎo)通類(lèi)型的第一 MOS晶體管和相反導(dǎo)通類(lèi)型的第二 MOS晶體管；運(yùn)算放大器，其對(duì)輸入到第 一輸入端子的信號(hào)的電壓與輸入到笫二輸 入端子的基準(zhǔn)信號(hào)的電壓之間的差進(jìn)行放大，以便獲得放大信號(hào)；低通濾波器，其從所逸故大信號(hào)中移除高頻分量，以便獲取濾波信號(hào)；所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第三MOS晶體管，其各自插入所述第一 MOS 晶體管與第一電源之間，并由所述濾波信號(hào)進(jìn)行柵極控制；所勤目反導(dǎo)通類(lèi)型的第四MOS晶體管，其各自插入所述第二 MOS 晶體管與第二電源之間，并由所述控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制；第二 MOS反相器，其包含所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第五MOS晶體管以及 所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第六MOS晶體管，所述第五MOS晶體管的柵極端子 與漏極端子共同連接到所述第一輸入端子，所述第六MOS晶體管的柵極 端子與漏極端子共同連接到所述第 一輸入端子；所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第七M(jìn)OS晶體管，其插入所述第五MOS晶體管 與所述第一電源之間，并由所述濾波信號(hào)進(jìn)行柵極控制；以及所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第八MOS晶體管，其插入所迷第六MOS晶體管 與所述第二電源之間，并由所述控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的振蕩器，其中，所述基準(zhǔn)信號(hào)的電壓為所述第一電源的電壓與所述第二電源的電壓的算術(shù)平均。
5. —種鎖相環(huán)電路，其包含；環(huán)形振蕩器，其通過(guò)將奇數(shù)個(gè)第一 MOS反相器連接成為環(huán)形以便從 任一所迷第一 MOS反相器提取具有受到控制信號(hào)的電壓控制的頻率的振 蕩信號(hào)配置而成，每個(gè)所述第一 MOS反相器包含一種導(dǎo)通類(lèi)型的第一 MOS晶體管以及相反導(dǎo)通類(lèi)型的第二MOS晶體管；運(yùn)算放大器，其對(duì)輸入到第一輸入端子的信號(hào)的電壓與輸入到第二輸 入端子的基準(zhǔn)信號(hào)的電壓之間的差進(jìn)行放大，以獲得放大信號(hào)；所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第三MOS晶體管，其各自插入所述第一 MOS晶體管與第一電源之間，并由所^L大信號(hào)進(jìn)行柵極控制；所勤目反導(dǎo)通類(lèi)型的第四MOS晶體管，其各自插入所述第二 MOS 晶體管與第二電源之間，并由所述控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制；笫二 MOS反相器，其包含所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第五MOS晶體管與所 述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第六MOS晶體管，所述第五MOS晶體管的柵極端子與 漏極端子共同連接到所述第一輸入端子，所述第六MOS晶體管的柵極端 子與漏極端子共同連接到所述第 一輸入端子；所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第七M(jìn)OS晶體管，其插入所述第五MOS晶體管 與所述第一電源之間，并由所述放大信號(hào)進(jìn)行柵極控制；以及所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第八MOS晶體管，其插入所述第六MOS晶體管 與所述第二電源之間，并由所述控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制；分頻器，其對(duì)所述振蕩信號(hào)進(jìn)行分頻，以便獲得分頻信號(hào)；相位檢測(cè)器，其檢測(cè)所迷分頻信號(hào)與基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的相位差，并獲得 相位差信號(hào)；以及環(huán)路濾波器，其從所勤目位差信號(hào)中移除AC分量，以便獲得所述控制信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其還包含電荷泵，其插入所述相位檢測(cè)器與所述環(huán)路濾波器之間，以便對(duì)所述 相位差信號(hào)的電壓進(jìn)行升壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其中，所述基準(zhǔn)信號(hào)的電壓為所述第一電源的電壓和所述第二電源的電壓的算術(shù)平均。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其還包含時(shí)鐘發(fā)生器，其產(chǎn)生所述基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。
9. 一種鎖相環(huán)電路，其包含環(huán)形振蕩器，通過(guò)將奇數(shù)個(gè)第一 MOS反相器連接為環(huán)形以便從任一 所述第一 MOS反相器提取具有受到控制信號(hào)的電壓控制的頻率的振蕩信 號(hào)配置而成，每個(gè)所述第一 MOS反相器包含一種導(dǎo)通類(lèi)型的第一 MOS 晶體管和相反導(dǎo)通類(lèi)型的第二MOS晶體管；運(yùn)算放大器，其對(duì)輸入到第 一輸入端子的信號(hào)的電壓與輸入到第二輸入端子的基準(zhǔn)信號(hào)的電壓之間的差進(jìn)行放大，以便獲得放大信號(hào)；低通濾波器，其從所皿大信號(hào)中移除高頻分量，以便獲取濾波信號(hào)； 所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第三MOS晶體管，其各自插入所述第一 MOS晶體管與第一電源之間，并由所述濾波信號(hào)進(jìn)行柵極控制；所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第四MOS晶體管，其各自插入所述第二 MOS晶體管與第二電源之間，并由所述控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制；第二 MOS反相器，其包含所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第五MOS晶體管以及 所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的第六MOS晶體管，所述笫五MOS晶體管的柵極端子 與漏極端子共同連接到所述笫一輸入端子，所述第六MOS晶體管的柵極 端子與漏極端子共同連接到所述第 一輸入端子；所述一種導(dǎo)通類(lèi)型的第七M(jìn)OS晶體管，其插入所述第五MOS晶體管 與所述第一電源之間，并由所述濾波信號(hào)進(jìn)行柵極控制；以及所述相反導(dǎo)通類(lèi)型的笫八MOS晶體管，其插入所述第六MOS晶體管 與所述第二電源之間，并由所述控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制；分頻器，其對(duì)所述振蕩信號(hào)進(jìn)行分頻，以便獲得分頻信號(hào)；相位檢測(cè)器，其檢測(cè)所述分頻信號(hào)的相位與基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)的相位的相 位差，并獲得相位差信號(hào)；以及環(huán)路濾波器，其從所勤目位差信號(hào)中移除AC分量，以4更獲得所述控制信號(hào)。
10. 根椐權(quán)利要求9的電路，其還包含電荷泵，其插入所述相位檢測(cè)器與所述環(huán)路濾波器之間，以便對(duì)所述 相位差信號(hào)的電壓進(jìn)行升壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的電路，其中，所述基準(zhǔn)信號(hào)的電壓為第所述一 電源的電壓和所述第二電源的電壓的算術(shù)平均。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9的電路，其還包含 時(shí)鐘發(fā)生器，其產(chǎn)生所述基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。
全文摘要
一種電壓控制振蕩器，其包含環(huán)形振蕩器，其通過(guò)連接各自包含第一與第二晶體管的反相器配置而成；運(yùn)算放大器，其獲得放大信號(hào)；第三晶體管，其各自插入第一晶體管與第一電源之間，并由放大信號(hào)進(jìn)行柵極控制；第四晶體管，其各自插入第二晶體管與第二電源之間，并由控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制；包含第五晶體管與第六晶體管的反相器，第五與第六晶體管的柵極端子與漏極端子共同連接到運(yùn)算放大器的第一輸入端子；第七晶體管，其插入第五晶體管與第一電源之間，并由放大信號(hào)進(jìn)行柵極控制；第八MOS晶體管，其插入第六晶體管與第二電源之間，并由控制信號(hào)進(jìn)行柵極控制。
文檔編號(hào)H03K3/013GK101325416SQ20081012563
公開(kāi)日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者崔明秀 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝