專利名稱：一種可復用的延遲單元電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用于環(huán)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(shù)：
環(huán)形振蕩器廣泛應(yīng)用于各種集成電路中。頻率調(diào)諧的范圍和頻率調(diào)諧的速度是衡 量環(huán)形振蕩器性能優(yōu)劣的重要參數(shù)指標。隨著電子制造技術(shù)的進步和人們對集成電路工作 頻率和響應(yīng)速度要求的提高，能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的頻率調(diào)諧范圍和多種增益的環(huán)形振蕩器越來 越受到業(yè)界的青睞。因此，多增益、寬頻率調(diào)諧范圍的環(huán)形振蕩器是當今振蕩器技術(shù)發(fā)展的 趨勢，有著較大的應(yīng)用前景。圖1為基于常規(guī)延遲單元實現(xiàn)的多級環(huán)形振蕩器。這種環(huán)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(huán)形振蕩器的增益。當 環(huán)形振蕩器增益固定時，通過改變其控制電壓階來調(diào)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(shè)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(diào)諧范圍。一般的，通過改變延遲單元數(shù)目和應(yīng)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(guī)延遲單元設(shè)計的3、級環(huán)形振蕩器實例。由圖2可以看出，基于同一 延遲單元結(jié)構(gòu)，通過改變延遲單元數(shù)目可以獲得擁有不同增益的環(huán)形振蕩器，進而擴大了 環(huán)形振蕩器的頻率調(diào)諧范圍。圖2中的B1B2B3B4B5B6為環(huán)路選擇信號。圖3為應(yīng)用可變電容陣列實現(xiàn)的環(huán)形振蕩器。由圖3可以看出，通過配置電容負 載也能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)形振蕩器增益的可變性，從而增大頻率調(diào)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(guān)控制可以實現(xiàn)N+1種不同增益的環(huán)形振蕩器(N為正整數(shù))。但是，上述各種電路結(jié)構(gòu)存在以下不足
1.由常規(guī)延遲單元構(gòu)成的環(huán)形振蕩器(如圖1所示)，其延遲單元級數(shù)固定，只能通過 改變控制電壓的方式調(diào)整輸出頻率，輸出頻率的調(diào)節(jié)范圍受到限制；
2.通過改變延遲單元數(shù)目構(gòu)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(diào)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(xiàn)延遲 單元級數(shù)為3、4、5、6、7和8的振蕩器，需要分別構(gòu)成6個振蕩環(huán)路，共需33個延遲單元；
3.應(yīng)用可變電容陣列實現(xiàn)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(diào)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(guī)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(huán)路中重復使用，進而實現(xiàn)低開銷的可變增益振蕩器，是解決上述問題的 有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可復用的延遲單元電路。在常規(guī)延遲單元的
3基礎(chǔ)上，本發(fā)明增加了模擬開關(guān)以選擇輸入信號，允許延遲單元應(yīng)用于多個環(huán)路，實現(xiàn)了一 種具有復用能力的延遲單元電路。采用本發(fā)明的可復用延遲單元電路能夠以盡可能小的設(shè) 計開銷，實現(xiàn)不同延遲單元級數(shù)的環(huán)路振蕩器，獲得多種振蕩器增益。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明由常規(guī)延遲單元和模擬開關(guān)電路組成。模擬開關(guān)電路由第一模擬開關(guān)Ki和第 二模擬開關(guān)K2組成，第一模擬開關(guān)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(guān)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(guān)Kl和第二 模擬開關(guān)K2的另一端連接到延遲單元的信號輸入端。當?shù)谝荒M開關(guān)Kl閉合，第二模擬開關(guān)K2斷開時，第一輸入信號INl由模擬開 關(guān)Kl輸入到延遲單元中；當?shù)谝荒M開關(guān)Kl斷開，第二模擬開關(guān)K2閉合時，第二輸入信號 IN2由模擬開關(guān)K2輸入到延遲單元中。本發(fā)明通過控制模擬開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，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(guī)的延遲單元相比，本發(fā)明中的延遲單元結(jié)構(gòu)具有如下技術(shù)優(yōu)勢
1.延遲單元可接收兩路輸入。常規(guī)延遲單元應(yīng)用于環(huán)形振蕩器后，其輸入只能是前一 級延遲單元的輸出，而本發(fā)明提出的電路結(jié)構(gòu)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(fā)明提出的可復用延遲單元構(gòu)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(guī)延遲單元和本發(fā)明提出的可復用延遲單元，實現(xiàn)了 6種振蕩環(huán)路(分別 由3、4、5、6、7、8級延遲單元構(gòu)成)，因此其可提供6種增益。各個環(huán)路的頻率轉(zhuǎn)換曲線如圖 6所示，可以看出隨著延遲單元級數(shù)的逐漸增大，環(huán)形振蕩器的增益逐漸減小。因此基于本 發(fā)明提出的電路實現(xiàn)的振蕩器有能力通過改變振蕩器增益而擴展了頻率調(diào)節(jié)范圍，也可實 現(xiàn)快速變頻；
3.由本發(fā)明構(gòu)成的可變增益振蕩器與常規(guī)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(huán)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(fā)明構(gòu)成的6環(huán)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(shè)計開銷。


圖1為背景技術(shù)基于常規(guī)延遲單元實現(xiàn)的環(huán)形振蕩器；
圖2為背景技術(shù)基于常規(guī)延遲單元實現(xiàn)的3、級環(huán)形振蕩器實例； 圖3為背景技術(shù)基于可變電容陣列實現(xiàn)的可變增益環(huán)形振蕩器； 圖4為本發(fā)明提出的可復用延遲單元電路；
圖5為基于本發(fā)明提出的可復用延遲單元實現(xiàn)的3、級環(huán)形振蕩器實例； 圖6為圖5所示環(huán)形振蕩器的頻率轉(zhuǎn)換曲線。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明公開的可復用延遲單元電路結(jié)構(gòu)和工作過程。如圖4所示，本發(fā)明是一種可復用延遲單元，它包括模擬開關(guān)電路和常規(guī)延遲單 元兩部分。模擬開關(guān)電路由第一模擬開關(guān)Ki和第二模擬開關(guān)K2組成，第一輸入信號mi連接第一模擬開關(guān)Kl，第二輸入信號IN2連接第二模擬開關(guān)K2，第一模擬開關(guān)Kl和第二模 擬開關(guān)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?shù)谝荒M開關(guān)Kl閉 合，第二模擬開關(guān)K2斷開時，第一輸入信號INl由模擬開關(guān)Kl輸入到延遲單元電路中；當 第一模擬開關(guān)Kl斷開，第二模擬開關(guān)K2閉合時，第二輸入信號IN2由模擬開關(guān)K2輸入到 延遲單元電路中。本發(fā)明通過增加模擬開關(guān)實現(xiàn)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(fā)明公開的可復用延遲單元實現(xiàn)的一個；Γ8級環(huán)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(fā)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(guī)延遲單元。B1B2B3B4B5B6為可復用延遲單元模擬開關(guān)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(huán)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(huán)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(huán)形 振蕩器中延遲單元級數(shù)。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(huán)路，構(gòu)成8級環(huán)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(gòu)成7級環(huán)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(huán)路結(jié)構(gòu)，使延遲單元級數(shù)變 化起來，從而使振蕩器可以獲得多種增益。表 權(quán)利要求
一種可復用的延遲單元電路，它包括常規(guī)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(guān)電路；模擬開關(guān)電路由第一模擬開關(guān)K1和第二模擬開關(guān)K2組成，第一模擬開關(guān)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(guān)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(guān)K1和第二模擬開關(guān)K2的另一端連接到延遲單元的信號輸入端；當?shù)谝荒M開關(guān)K1閉合，第二模擬開關(guān)K2斷開時，第一輸入信號IN1由模擬開關(guān)K1輸入到延遲單元中；當?shù)谝荒M開關(guān)K1斷開，第二模擬開關(guān)K2閉合時，第二輸入信號IN2由模擬開關(guān)K2輸入到延遲單元中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可復用的延遲單元電路，目的是實現(xiàn)一種具有復用能力的延遲單元電路，以盡可能小的設(shè)計開銷實現(xiàn)不同延遲單元級數(shù)的環(huán)路振蕩器，獲得多種振蕩器增益。技術(shù)方案是在延遲單元的信號輸入端連接模擬開關(guān)電路；模擬開關(guān)電路由第一模擬開關(guān)K1和第二模擬開關(guān)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(fā)明可接收兩路輸入，由本發(fā)明構(gòu)成的振蕩器可提供多種增益，且與常規(guī)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(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者劉必慰, 劉祥遠, 劉衡竹, 唐濤, 孫永節(jié), 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(shù)大學