專利名稱：一種可關閉的數(shù)控振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于全數(shù)字鎖相環(huán)電路中的數(shù)控振蕩器電路，尤其是一種可關閉的數(shù)控振 蕩器。
背景技術：
隨著集成電路深亞微米工藝的發(fā)展，高集成度、可移植性、可靠性以及低成本等一系 列問題的挑戰(zhàn)，使得傳統(tǒng)的模擬鎖相環(huán)己經(jīng)充分暴露了其明顯的劣勢。因此，目前出現(xiàn)一 種趨勢，將模擬鎖相環(huán)中的壓控振蕩器換成數(shù)控振蕩器(DCO)，將模擬濾波器換成數(shù)字濾 波器，形成一種新的鎖相環(huán)結構叫做全數(shù)字鎖相環(huán)。
數(shù)控振蕩器是全數(shù)字鎖相環(huán)的核心模塊。全數(shù)字鎖相環(huán)的很多性能都和數(shù)控振蕩器的 性能有關。對于數(shù)控振蕩器結構設計來說，最基本的要求是保證數(shù)控振蕩器的頻率和控制 碼之間存在單調(diào)增長或單調(diào)減少的關系。否則，將會導致全數(shù)字鎖相環(huán)鎖頻錯誤。
圖4所示的是已公開的一種延時可調(diào)的數(shù)控延時模塊，延時模塊的上升(下降)延時 可用如下一階公式近似表示
^i:升/下降=0^9A上拉/下拉C
式中，^上拉/下拉表示是上拉(下拉)電阻，c為負載電容。
圖4中，控制碼控制MOS管的開啟，通過打開或者關閉MOS管可以改變上拉或者下拉 路徑中等效MOS管寬度，進而改變上拉或者下拉路徑中的等效電阻，從而改變上升或者下 降延時時間。起控制作用的MOS管的寬度是二進制權重的，當控制碼改變時，倒相器的上 升或者下降延時時間與上拉或者下拉路徑中等效MOS管的寬度成反比，與上拉或者下拉路 徑中的等效電阻成正比。奇數(shù)個如圖4所示的延時可調(diào)的數(shù)控延時模塊首尾相連， 一個延 時模塊的輸出端和下一個模塊輸入端相連，即可組成一個數(shù)控振蕩器。但是，受控制碼控 制的MOS管的打開或者關閉狀態(tài)，將直接影響延時模塊中的寄生電容變化。而寄生電容也 是負載電容的一種來源，影響延時的變化。若采用圖4中結構設計低增益的數(shù)控振蕩器， 則很容易出現(xiàn)如下問題，即等效電阻減少，但是寄生電容變大，而且寄生電容變化對延時 的影響比等效電阻變化對延時的影響更大，最終導致數(shù)控振蕩器的頻率和控制碼之間不存 在單調(diào)變化的關系，導致設計的失敗。
此外，目前全數(shù)字鎖相環(huán)廣泛應用于手持設備中。這往往要求當芯片不工作時，關閉 盡可能多的模塊，這可能包括鎖相環(huán)模塊。因此，有必要設計一種可關閉的數(shù)控振蕩器結 構。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提出了一種可關閉的數(shù)控振蕩器，該數(shù)控振蕩器可 以保證該數(shù)控振蕩器頻率和控制碼之間是單調(diào)變化關系，而且還非常容易被關閉以節(jié)省功耗。
本發(fā)明的上述目的是這樣實現(xiàn)的 一種可關閉的數(shù)控振蕩器，以可調(diào)延時模塊為基礎， 將奇數(shù)個可調(diào)延時模塊首尾相連形成閉環(huán)，構成一個數(shù)控振蕩器，其特征在于每個可調(diào) 延時模塊均設有第一、第二、第三3個輸入端和1個輸出端，其中，第一輸入端作為與前 一個可調(diào)延時模塊輸出端相連的輸入端，第二、第三輸入端分別作為開關信號和延時控制 電壓信號的輸入端，第三輸入端與對應的延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的輸出端連接；每個 可調(diào)延時模塊設有包括M。、 M。 M2、 M3和M,五個M0S管，其中，M。 、 和M4為 NMOS管，M2和J^為PM0S管；NMOS管M。的柵極接第三輸入端，源極接地，漏極接NMOS 管il^的源極；NMOS管M,的柵極接第一輸入端，漏極與輸出端以及PM0S管M2的漏極和 M0SM4的漏極連接在一起；PMOS管#2的柵極接第二輸入端，源極接PMOS管#3的漏極； PM0S管M3的柵極接第一輸入端，源極接電源；NMOS管M,的柵極接第二輸入端，源極接 地，漏極與輸出端、PM0S管M2的漏極以及麗0S管M,的漏極連接在一起；
設置與可調(diào)延時模塊數(shù)量相同并一一對應的延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊，每個延時控 制電壓信號產(chǎn)生模塊設有至少六個控制碼信號輸入端，分別是控制碼信號C。、 q、 C2、 C3、 C4、 q和一個輸出端；每個延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊設有至少七個PMOS管A^、 M9 、 M1Q 、 、 M12 、崖13和M14 ，以及兩個麗OS管似15和M16;七個PMOS管的源極 均和電源相連，七個PMOS管的漏極均和輸出端連接在一起；PMOS管M8的柵極和控制碼 信號C。相連，PMOS管M,的柵極和控制碼信號C,相連，PMOS管M,。的柵極和控制碼信號q 相連，PMOS管Mu的柵極和控制碼信號q相連，PMOS管^12的柵極和控制碼信號q相連， PMOS管il^的柵極和控制碼信號C5相連，PMOS管Mm的柵極和地相連；麗OS管#15和^/16 的源極都接地，^15和M16的漏極與麗OS管M15的柵極都與七個PMOS管的漏極連接在一 起，作為延時控制電壓信號輸出端，與可調(diào)延時模塊的第三輸入端相連；麗OS管M,e的 柵極接電源；
將上述每個可調(diào)延時模塊的第三輸入端與對應的每個延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的 延時控制電壓信號輸出端相連接，將各個可調(diào)延時模塊作為開關信號的第二輸入端連接在 一起為總開關信號，即構成完整的可關閉的數(shù)控振蕩器，當總開關信號為高電平時，振蕩 器停止工作，當總開關信號為低電平時，振蕩器正常工作，振蕩器的周期由延時控制電壓 信號產(chǎn)生模塊的控制碼信號調(diào)節(jié)，控制碼信號與外部的譯碼信號連接，其中，不同延時控 制電壓信號產(chǎn)生模塊之間序號相同的控制碼輸入端，比如第一延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊 的控制碼C。和第二延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的控制碼C。，可以用同一個譯碼信號來控 制，也可以用不同的譯碼信號來控制。
所說延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的PMOS管il^、 M9、 M1()、 M 、 ^12和射13的溝道 長度一致，寬度存在二進制關系，即A^的寬度是Ms的兩倍，A^。的寬度是7l^的兩倍， 依此類推；M"—直導通，它的尺寸由數(shù)控振蕩器的最低頻率指標決定。麗OS管il^和Mw 尺寸完全一致。
所說可關閉的數(shù)控振蕩器，可設有5個可調(diào)延時模塊和5個延時控制電壓信號產(chǎn)生模 塊構成五級連接。
4本發(fā)明的優(yōu)點及顯著效果
1) 該數(shù)控振蕩器的結構保證了控制碼和數(shù)控振蕩器的頻率成單調(diào)關系；
2) 該數(shù)控振蕩器的工作由總開關信號控制，非常容易被關閉以節(jié)省功耗；
3) 該數(shù)控振蕩器擴展性強，可以根據(jù)實際需要，進行擴展設計。


圖1是本發(fā)明中的可調(diào)延時模塊； 圖2是本發(fā)明中的延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊； 圖3是由圖1及圖2兩模塊組成的可關閉的數(shù)控振蕩器； 圖4是已公開的一種延時可調(diào)的數(shù)控延時模塊。
具體實施例方式
下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
圖1中，可調(diào)延時模塊101，第一輸入端in、第二輸入端開關信號Run、第三輸入端 延時控制電壓K，輸出端out。該模塊的功能類似于或非門，由M。 il^五個MOS管組成。 其中，M。， Mt和M4為醒0S管，M2和il^為PM0S管。
M。的柵極接延吋控制電壓^，源極接地，漏極接M!的源極。Mi的柵極接輸入端in， 漏極接輸出端out及i^的漏極和A^的漏極。M2的柵極接開關信號Run,源極接Af3的漏 極。M3的柵極接輸入端in，源極接電源VDD。 M4的柵極接開關信號Run，源極接地，漏 極與輸出端out、 M2的漏極以及i^的漏極共連于一點。
開關信號Run控制該延時模塊的工作。當開關信號Run為高電平時，肘4導通，似2截 止，輸出信號out恒為低電平。當開關信號Run為低電平時，似4截止，^2導通，輸出 信號out是輸入信號in的反相，比如輸入信號in是低電平，輸出信號out為高電平，反 之亦然。該延時模塊的上升時間不可調(diào)節(jié)，下降時間由延時控制電壓R控制，當K越大， 該延時模塊的下降時間也隨之減少。這種改變延時的方法只改變了 M0S管放電回路中的等 效電阻，并不影響負載電容。而等效電阻隨著延時控制電壓^變大而減小的特性是單調(diào) 連續(xù)的。
延時控制電壓^的產(chǎn)生電路201見圖2。該電路由七個PMOS管(M8 M14)和兩個 麗0S管(M,^nM16 )組成。圖中，M8 M13分別由C。 C5控制關閉還是打開。M8 M13 溝道長度一致，寬度存在二進制關系。即M,的寬度是A/8的兩倍，依此類推。A^—直導 通，它的尺寸由數(shù)控振蕩器DC0的最低頻率指標決定。A的大小和M8 M^的工作狀態(tài) 有關，Ms Mu導通的個數(shù)越多，A越大。MM和Mw將電流信號/。轉(zhuǎn)換成電壓信號^。 控制碼C。 q控制PMOSMs Mu的開關，進而決定電流/,的大小。并且很容易看出，/e 是隨著控制碼C。 C5單調(diào)變化的。
圖.2中崖15和肘16的尺寸是完全一致的。因此有如下推導<formula>formula see original document page 6</formula>
由上式可見，R也是隨著A單調(diào)變化的。因此，圖1和圖2的電路設計，可以保證數(shù) 控振蕩器輸出的振蕩頻率和控制碼之間是單調(diào)變化關系。
將延時控制電壓R與可調(diào)延時模塊的對應輸入端R相連，構成一個數(shù)控可調(diào)延時模 塊?？烧{(diào)延時模塊的輸出端out作為數(shù)控可調(diào)延時模塊的輸出端，可調(diào)延時模塊的兩個輸 入端，輸入端in，開關信號Run以及時控制電壓R的六個輸入端，分別是控制碼C。、 q 、
C2、 c3、 c,和q作為數(shù)控可調(diào)延時模塊的輸入端。
如圖3，將奇數(shù)個數(shù)控可調(diào)延時模塊首尾相連，即一級數(shù)控可調(diào)延時模塊的輸出端out 和下一級的輸入端in相連，最后一級的可調(diào)延時模塊的輸出端與第一級的第一輸入端相 連，構成一個數(shù)控振蕩器，可有五級，但是實際應用中可以根據(jù)實際需要的頻率范圍進行 調(diào)整。五個延時模塊的輸入端開關信號Rim均連在一起，由總開關信號PLL—Run控制，數(shù) 控可調(diào)延時模塊的輸入端in和上一級的輸出端out相連。當總開關信號PLL_Run為高電 平時，振蕩器停止工作，當總開關信號PL匕Run為低電平時，振蕩器正常工作。振蕩器的 周期由延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的控制碼信號調(diào)節(jié)，控制碼信號與外部的譯碼信號連 接，其中，不同延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊之間序號相同的控制碼輸入端，比如第一延時 控制電壓信號產(chǎn)生模塊的控制碼C。和第二延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的控制碼C。，可以 用同一個譯碼信號來控制，也可以用不同的譯碼信號來控制。
權利要求
1、一種可關閉的數(shù)控振蕩器，以可調(diào)延時模塊為基礎，將奇數(shù)個可調(diào)延時模塊首尾相連形成閉環(huán)，構成一個數(shù)控振蕩器，其特征在于每個可調(diào)延時模塊均設有第一、第二、第三3個輸入端和1個輸出端，其中，第一輸入端作為與前一個可調(diào)延時模塊輸出端相連的輸入端，第二、第三輸入端分別作為開關信號和延時控制電壓信號的輸入端，第三輸入端與對應的延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的輸出端連接；每個可調(diào)延時模塊設有包括M0、M1、M2、M3和M4五個MOS管，其中，M0、M1和M4為NMOS管，M2和M3為PMOS管；NMOS管M0的柵極接第三輸入端，源極接地，漏極接NMOS管M1的源極；NMOS管M1的柵極接第一輸入端，漏極與輸出端以及PMOS管M2的漏極和NMOSM4的漏極連接在一起；PMOS管M2的柵極接第二輸入端，源極接PMOS管M3的漏極；PMOS管M3的柵極接第一輸入端，源極接電源；NMOS管M4的柵極接第二輸入端，源極接地，漏極與輸出端、PMOS管M2的漏極以及NMOS管M1的漏極連接在一起；設置與可調(diào)延時模塊數(shù)量相同并一一對應的延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊，每個延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊設有至少六個控制碼信號輸入端，分別是控制碼信號C0、C1、C2、C3、C4、C5和一個輸出端；每個延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊設有至少七個PMOS管M8、M9、M10、M11、M12、M13和M14，以及兩個NMOS管M15和M16；七個PMOS管的源極均和電源相連，七個PMOS管的漏極均和輸出端連接在一起；PMOS管M8的柵極和控制碼信號C0相連，PMOS管M9的柵極和控制碼信號C1相連，PMOS管M10的柵極和控制碼信號C2相連，PMOS管M11的柵極和控制碼信號C3相連，PMOS管M12的柵極和控制碼信號C4相連，PMOS管M13的柵極和控制碼信號C5相連，PMOS管M14的柵極和地相連；NMOS管M15和M16的源極都接地，M15和M16的漏極與NMOS管M15的柵極都與七個PMOS管的漏極連接在一起，作為延時控制電壓信號輸出端，與可調(diào)延時模塊的第三輸入端相連；NMOS管M16的柵極接電源；將上述每個可調(diào)延時模塊的第三輸入端與對應的每個延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的延時控制電壓信號輸出端相連接，將各個可調(diào)延時模塊作為開關信號的第二輸入端連接在一起為總開關信號，即構成完整的可關閉的數(shù)控振蕩器，當總開關信號為高電平時，振蕩器停止工作，當總開關信號為低電平時，振蕩器正常工作，振蕩器的周期由延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的控制碼信號調(diào)節(jié)，控制碼信號與外部的譯碼信號連接，其中，不同延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊之間序號相同的控制碼輸入端，比如第一延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的控制碼C0和第二延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的控制碼C0，可以用同一個譯碼信號來控制，也可以用不同的譯碼信號來控制。
2、 根據(jù)權利要求l所述的可關閉的數(shù)控振蕩器，其特征在于延時控制電壓信號產(chǎn) 生模塊的PM0S管似8、 M9、 M1Q、 M 、 il^和Mu的溝道長度一致，寬度存在二進制關 系，即M,的寬度是M8的兩倍，M,。的寬度是M9的兩倍，依此類推；il^,一直導通，它的 尺寸由數(shù)控振蕩器的最低頻率指標決定；麗0S管M,;和Mw尺寸完全一致。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的可關閉的數(shù)控振蕩器，其特征在于設有5個可調(diào)延時 模塊和5個延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊構成五級連接。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種可關閉的數(shù)控振蕩器，設有奇數(shù)個可調(diào)延時模塊首尾相連形成閉環(huán)，并設置與可調(diào)延時模塊數(shù)量相同并一一對應的延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊，每個可調(diào)延時模塊的延時控制電壓信號的輸入端與對應的每個延時控制電壓信號產(chǎn)生模塊的延時控制電壓信號輸出端相連接，將各個可調(diào)延時模塊開關信號輸入端連接在一起為總開關信號，即構成完整的可關閉的數(shù)控振蕩器，從電路上保證該數(shù)控振蕩器頻率和控制碼之間是單調(diào)變化關系。此外，由于全數(shù)字鎖相環(huán)廣泛用于手持設備，設計一種可關閉的數(shù)控振蕩器結構也是很有必要的，本發(fā)明數(shù)控振蕩器非常容易被關閉以節(jié)省功耗。
文檔編號H03L7/08GK101635570SQ20091018479
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權日2009年8月14日
發(fā)明者劉新寧, 時龍興, 軍 楊, 鑫 陳 申請人:東南大學