专利名称：振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于利用以级联(cascade)方式连接成环的反相器(反相电 路)产生振荡信号的振荡电路(振荡器)。更具体地说，本发明涉及其振荡频率 (共振频率)可以被控制的振荡电路。
背景技术：
PLL(锁相环)电路广泛应用于诸如具有高谱精度的振荡信号的产生和具 有被锁定到数据信号的频率和相位的时钟信号的产生之类的应用。PLL电路 的典型应用是利用手机作为主要通信工具的无线通信、通过各种线缆的串行 通信以及用于从盘记录介质再现所记录的数字数据的再现系统(或读通道 (read channel))。首先，PLL电路需要显示用以输出具有高精度的信号的性能。由于PLL 电路输出的信号的精度因为热噪声和PLL电路所釆用的器件固有的噪声而恶 化，因此希望抑制噪声。通常，作为用于评价PLL电路输出的信号的精度的 指示器，在广泛的PLL电路中应用抖动性能(jitter performance )和相位噪声。PLL电路包括VCO(Voltage-Controlled Oscillator,压空振荡器)。在大多 数PLL电路中，这里所采用的VCO担当不希望地产生抖动和相位噪声的主 源。存在用于通过校正来降低噪声的技术，作为用于通过PLL电路的波段 (band)的调整来改善PLL电路中所采用的VCO的抖动性能的方法。顺便 地，改善VCO的抖动性能的努力就是减少噪声本身的量级的努力。有两种可以被集成在芯片中的VCO配置。这两种配置之一是采用电感器 和电容器的LCVCO配置。另一种配置是环形VCO配置。通常，LCVCO的抖动性能与环形VCO相比要好。另一方面，环形VCO表现出具有宽可变频率范围、能够输出有相互不同 的相位的多个信号的优点，以及^f艮少提及的、不需要电感器的优点。由于这 样的原因，在不强调绝对严格需要良好的抖动性能的应用中，大多数情况下都使用环形vco。由于环形vco特别不需要电感器，所以环形vco不仅实 质地克服了电感器作为对别的电路的不良影响而产生的不必要的电磁场的影响的缺点，而且相当程度地缩小了环形vco所占用的面积的大小。也就是说， 环形vco产生不具有对其他电路的不良影响的优点以及仅仅需要很小尺寸的占用面积从而降低成本的优点。由于上述原因，很希望改善环形vco的抖动和相位噪声性能。图1是示出普通环形vco的典型配置的图表。通常，环形VCO包括相互连接以形成环的多个相同VCO单元CL。环形VCO的振荡频率fo用每个VCO单元CL的延迟时间Td以及表示 在每一个上都提供VCO单元CL的级(stage )数的级计数N，根据下列等式 表达。fo=l/(2*N*Td) … (1)此外，任何特定VCO单元CL所输出的信号具有,人相邻于该特定VCO 单元CL的VCO单元CL所输出的信号的相位移动相位差2兀/N[弧度]的相位。环形VCO可以分为两个大类，即，差分型(differential type )环形VCO 和单端型(single-endtype)环形VCO。图2是示出在普通单端型环形VCO中采用的单元CL1的典型配置的图表。图2中所示的VCO单元CL1具有包括相互连接来形成串联电路的n型 MOS晶体管NT1和p型MOS晶体管PT1的CMOS结构，该串联电路在接 地侧和电源侧还分别包括可变负载LDl和LD2。在图2中，符号NDl和ND2 都表示中间节点。图2所示的CMOS结构可以用只在两侧中的任何一侧上采用一级放大器 代替。此外，可以取消可变负载LDl和LD2之一。如果表示在单端型环形 VCO中采用的单元数的单元级计数(cell-stage count) N是偶数，则当VCO 进入这样的状态两个相邻单元所输出的信号被设置成高和低电平时，从DC 点看，VCO是稳定的(或锁定的)。因此，为了操作将单端型VCO作为振荡 电路来操作，需要将单元级计数N设置成奇数。图3是示出在普通差分型环形VCO中采用的单元CL2的典型配置的图表。图3所示的VCO单元CL2采用n型MOS晶体管NT2和NT3、电流源 II以及负载LD3和LD4。 n型MOS晶体管NT2和NT3的源极在尾端节点 ND3处相互连接。通过尾端节点ND3与接地GND之间的连接，电流源II 将从n型MOS晶体管NT2和NT3的源极流来的电流一直维持在恒定量级。 负载LD3连接在电压电源VDD与NT2的源极之间，而负载LD4连接在电压 电源VDD与NT3的源极之间。将差分输入信号提供在n型MOS晶体管NT2 和NT3的栅极之间。顺便地，近年来实现的研究结果清楚地表明，(在同样的消耗电流的情况 下)， 一般来说，与差分型环形VCO相比，单端型环形VCO显示出良好的 抖动性能和良好的相位噪声性能。关于这些性能的更多信息，建议读者参考 "Jitter和Phase Noise in Ring Oscillators", IEEE Journal of Solid - State Circuits, the USA, June 1999, vol. 34, pp. 790 - 804 (以下称为非专利文献l)以及 "Oscillator Phase Noise: A Tutorial, ，， IEEE Journal of Solid - State Circuits, the USA, March 2003, vol.35, pp. 326 - 336 (以下称为非专利文献2)。然而，单端型环形VCO具有如下描述的一些缺点。第一个缺点是对电源 所产生的电压的变化的高度敏感。当电源电压改变或电源电压包括噪声时， 单端型环形VCO的特性实质地变化，这相当恶化抖动性能和相位噪声性能。第二个缺点是没有在不提供用于输出差分信号的专门工具的情况下输出 差分信号的能力。由单端型环形VCO输出的单端信号易受到由嵌入作为单端 型环形VCO的同一芯片的每个电路所产生的噪声效应的影响，并且很可能同 时将噪声施加到该电路。因此，大多数系统都需要差分信号。另一方面，即使与单端型环形VCO相比，差分型环形VCO由于下述原 因而通常显示出很差的抖动性能和很差的相位噪声性能，差分型环形VCO没 有上述缺点。首先，差分型环形VCO具有小振幅。这是因为电流源的存在将振荡电压 限制为小幅度。其次，单端型环形vco具有构造在提供线和接地线之间的对称结构，而 差分型环形vco通常失去了这种对称结构。因此，差分型环形vco在振荡信号的波形的上升和下降部分之间缺少对称型，从而与单端型环形VCO相比，显示出很差的抖动性能和很差的相位噪声性能。此外，总所周知，在振 荡信号的波形的上升和下降部分之间的对称型的缺少具有不良效应，即，产生闪变噪声(flicker noise )的效应。第三，出现在差分型环形VCO的结构中的尾端节点ND3处的电压以二 倍于振荡频率的频率振荡。出现在尾端节点ND3处的电压的振荡扭曲了振荡 信号的波形，引起差分型环形VCO进一步损失对称性并产生具有降低了的幅 度的振荡。结果，与单端型环形VCO相比，差分型环形VCO通常显示出很 差的抖动性能和很差的相位噪声性能。如上所述，单端型环形VCO具有不同于差分型环形VCO的优缺点的优 缺点。为了实现提供单端型环形VCO和差分型环形VCO两者的优点配置， 到目前为止已经进行了各种各样的研究。关于更多信息，建议读者参考"A Three-Stage Coupled Ring Oscillator with Quadrature Outputs", IEEE ISCAS. 2001， the USA, March 2001, vol.1, pp. 6 - 9 (以下称为非专利文献3)和"A Coupled Two-Stage Ring Oscillator"，正EE MWSCAS. 2001, theUSA， August 2001， vol.2, pp. 878-881 (以下称为非专利文献4)。发明内容非专利文献3和4 !4出了具有包括相互结合的两个单端环的配置的环形 VCO,如图4的右边的图表所示。由于两个单端环相互结合，所以在这两个 环之间也产生相位差。结果，在作为整体的环形VCO中产生正交信号。图4 的右边的图表示出了环形VCO的基本VCO单元。在过去，由于这种技术是单端型环形VCO的技术，所以所提出的环形 VCO引发对电源电压变化的^:感性与单端型环形VCO—样高的问题。此外， 所提出的环形VCO还引发另一阁问题所提出的环形VCO不具有在构造在 提供线和接地线之间的对称结构，从而所提出的环形VCO不具有良好的抖动 性能和良好的相位噪声性能。本发明提供能够产生分布式振荡信号的振荡电路，该振荡信号具有对电 源电压变化的低敏感性、可在很宽的范围内变的振荡频率、良好的抖动性能、 良好的相位噪声性能以及相互移动固定差值的多个相位。根据本发明的第一实施方式，提供振荡电路，包括:多个多级反相器环(每 一个也称为主回路)，每一个都具有相互级联地连接的奇数个反相器，以通过环上同样奇数个节点形成环；反相器组(也称为次回路(sub-loop),用于为了 将所产生的振荡信号的相位相互移动固定差值而将特定一个多级反相器环上 的每一个节点连接到另一个多级反相器环上的相对应一个节点，以便相互结合该特定和其他多级反相器环；以及连接到多级反相器环的反相器和反相器 组的反相器的电流源。根据本发明的第二实施方式，提供振荡电路，其包括偶数个三级反相 器环，每一个都具有相互级联地连接的三个反相器，以通过环上三个节点形 成环；反相器组，用于为了将所产生的振荡信号的相位相互移动固定差值而 将特定一个三级反相器环上的每一个节点连接到另一个三级反相器环上的相 对应一个节点，以便相互结合该特定和其他三级反相器环；以及连接到三级 反相器环的反相器和反相器组的反相器的电流源。最好，将振荡电路设计成这样的配置反相器组包括多个反相器对，每 个反相器对具有反相器，用于在从特定多级反相器环到其他多级反相器环 的方向上，将任何特定一个多级反相器环上的节点之一连接到另 一个多级反 相器环上的相对应一个节点；以及另一个反相器，用于在从其他多级反相器 环到特定多级反相器环的方向上，将任何特定一个多级反相器环上的节点之 一连接到另 一个多级反相器环上的相对应一个节点。最好，将振荡电路设计成这样的配置电流源具有连接到每一个反相器 的电源输入端的公共节点作为对反相器公共的节点；并且电流源具有用于将 每个提供给反相器之一 的总电源电流维持为恒定值的功能。最好，将振荡电路设计成这样的配置电流源根据提供给电流源的控制 信号改变总电源电流。最好，将振荡电路设计成这样的配置每一个反相器具有第一传导型的 第一晶体管以及第二传导型的第二晶体管;第一晶体管和第二晶体管相互串 联地连接以形成串联电路;并且该串联电路的一端连接到公共节点。最好，将振荡电路设计成这样的配置前述三级反相器环的数目是二， 而前述反相器对的数目是三；该两个三级反相器环和该三个反相器对形成振 荡核;并且该振荡核能够产生在相空间以固定间隔分布的六个振荡信号(或具 有相互移动固定差值60度的相位的六个振荡信号)。最好，将振荡电路设计成这样的配置前述三级反相器环的数目是二， 而前述反相器对的数目是三；该两个三级反相器环和该三个反相器对形成振荡核;并且该振荡核能够产生在相空间以固定间隔分布的三个差分信号(或具 有相互移动固定差值60度的相位的三个差分信号)。根据本发明，具有表示每一个反相器环中的级数目的奇数级计数的多级 反相器环变成具有很高速度的振荡器。因此，采用多级反相器环的振荡电路 能够以高速振荡。典型地，每一个反相器环中的级数目是三。此外，反相器对运行为耦合反相器(或耦合锁存器(coupling latch))。因 此，构成偶数个这样的三级反相器环的反相器相互同步，而不是相互独立地 振荡。典型地，偶数个这样的三级反相器环数目是二。结果，振荡核能够产 生在相空间以固定间隔分布的三个差分信号(或具有相互移动固定差值60度 的相位的三个差分信号)。根据本发明，可以实现能够产生分布式差分信号的高速环形振荡电路并 且实现采用高速环形振荡电路的PLL电路，其该差分信号具有对电源电压变 化的低敏感性、可在很宽的范围内变化的振荡频率、良好的抖动性能、良好 的相位噪声性能以及相互移动固定差值的多个相位。
本发明的这些和其他特征将从参考附图给出的优选实施方式的下列描述 中明白，在附图中图1是示出普通环形VCO的配置的图表；图2是示出采用在普通单端型环形VCO中的单元的典型配置的图表； 图3是示出采用在普通差分型环形VCO中的单元的典型配置的图表； 图4是示出环形VCO和VCO的单元的典型配置的图表； 图5是示出根据本发明的第一实施方式的振荡电路的振荡核的典型配置 的图表；图6是示出采用在图5所示的振荡电路中的每一个反相器(或每一个反相 电路)的典型配置的图表；图7A是示出用于控制通过图6所示的反相器流动的电源电流的典型N 侧电流源(N-side电流源)；图7B是示出用于控制通过图6所示的反相器流动的电源电流的典型P 侧电流源(P-side电流源)；图8A是慎重示出图7A所示的典型N侧电流源来解释在图l所示的振荡电路中采用电流源的不同方式的图表；图8B是示出图8A所示的N侧电流源的实际电路的图表；图8C是慎重示出图7B所示的典型P侧电流源来解释在图l所示的振荡电路中采用电流源的不同方式的图表；图8D是示出图8A所示的P侧电流源的实际电路的图表；图9是示出实现图5所示的振荡电路的振荡核的第一实施方式的图表，每一个反相器由一个箭头表示；图IOA是示出图9所示的振荡核的第一个三级的图表；图IOB是示出图9所示的振荡核的第二个三级的图表；图IOC是示出在图9所示的振荡核中担当耦合锁存器的反相器的图表；图IIA是示出实现包括附加反相器的振荡电路的振荡核的第二实施方式的图表，其中每一个附加反相器定向在与根据第一实施方式的振荡电路的第一和第二三级反相器环中采用的反相器的方向相同的方向上；以及图IIB是示出实现包括附加反相器的振荡电路的振荡核的第二实施方式的图表，其中每一个附加反相器定向在与根据第一实施方式的振荡电路的第一和第二三级反相器环中釆用的反相器的方向相反的方向上。
具体实施方式
以下通过参考图表来解释本发明的优选实施方式。图5是示出根据本发明的实施方式的振荡电路100的振荡核的典型配置 的图表。图6是示出在振荡电路中采用的反相器(或反相电路)的典型配置的 图表。图7和图8都是示出用于控制反相器的电源电流的电流源电路的图表。基本上，将振荡电路100设计成具有单端型环形VCO和差分型环形VCO 两者的优点的环形VCO电路。典型地，振荡电路100的振荡核采用偶数个三级反相器环，每一个三级 反相器环形成一个主回路。在图5所示的典型配置中，振荡电路100包括第 一和第二三级反相器环110和120。在第一三级反相器环110中的三个级通过 节点NDlll、 ND112和ND113相互连接。同样，在第二三级反相器环120 中的三个级通过节点ND121、 ND122和ND123相互连接。第一和第二三级 反相器环IIO和120由每个都提供固定相位关系给所产生的振荡信号的第一、 第二和第三反相器对130、 140和150来相互连接。具体来说，第一反相器对130将节点ND111连接到节点ND122，第二反相器对140将节点ND113连 接到节点ND121,而第三反相器对150将节点ND112连接到节点ND123。 振荡电路100也采用未在图中示出的电流源160。第一三级反相器环110、第 二三级反相器环120、第一反相器对130、第二反相器对140、第三反相器对 150和电流源160每一个都是振荡电路100的主要配置元件。应该注意到， 担当次回路，第一、第二和第三反相器对130、 140和150中的每一个都形成 反相器对组。以下描述振荡电路100的主要配置元件。第一三级反相器环110具有第一、第二和第三反相器(或反相电路)lll、反相器111的输出端通过担当包括输入和输出端之间的节点NDlll的连接路 径的线路Llll连接到第二反相器112的输入端。同样，第二反相器112的输出端通过担当包括输入和输出端之间的节点 ND112的连接路径的线路L112连接到第三反相器113的输入端。以同样的方式，第三反相器113的输出端通过担当包括输入和输出端之 间的节点ND113的连接路径的线路L113连接到第一反相器111的输入端。类似地，第二三级反相器环120具有第一、第二和第三反相器(或反相电 路s)121、 122和123，它们级联地相互连接以形成以上引用的被称为主回路 的环。第 一反相器121的输出端通过担当包括输入和输出端之间的节点ND121 的连接路径的线路L121连接到第二反相器122的输入端。同样，第二反相器122的输出端通过担当包括输入和输出端之间的节点 ND122的连接路径的线路L122连接到第三反相器123的输入端。以同样的方式，第三反相器123的输出端通过担当包括输入和输出端之 间的节点ND123的连接路径的线路L123连接到第一反相器121的输入端。第一反相器对130具有第一和第二反相器131和132。第一反相器131的输入端连接到第一三级反相器环110的节点NDlll， 而反相器131的输出端连接到第二三级反相器环120的节点ND122。线路 L131是将节点ND111通过第一反相器131连接到节点ND122的连接路径。另一方面，第二反相器132的输出端连接到第一三级反相器环IIO的节 点NDlll，而反相器132的输入端连接到第二三级反相器环120的节点ND122。线路L132是将节点NDlll通过第二反相器132连接到节点ND122 的连接路径。同样，第二反相器对140具有第一和第二反相器141和142。 第一反相器141的输入端连接到第一三级反相器环110的节点ND113， 而反相器141的输出端连接到第二三级反相器环120的节点ND121。线路 L141是将节点ND113通过第一反相器141连接到节点ND121的连接路径。 另一方面，第二反相器142的输出端连接到第一三级反相器环IIO的节 点ND113，而反相器142的输入端连接到第二三级反相器环120的节点 ND121。线路L142是将节点ND113通过第二反相器142连接到节点ND121 的连接路径。以相同的方式，第三反相器对150具有第一和第二反相器151和152。 第一反相器151的输入端连接到第一三级反相器环110的节点ND112, 而反相器151的输出端连接到第二三级反相器环120的节点ND123。线路 L151是将节点ND112通过第一反相器151连接到节点ND123的连接路径。 另一方面，第二反相器152的输出端连接到第一三级反相器环IIO的节 点ND112,而反相器152的输入端连接到第二三级反相器环120的节点 ND123。线路L152是将节点ND112通过第二反相器152连接到节点ND123 的连接路径。以这种方式，第一反相器对130、第二反相器对140和第三反相器对150 将第一三级反相器环110连接到第二三级反相器环120并且运行为向所产生 的振荡信号提供固定相位关系的耦合反相器(或耦合锁存器)。振荡电路100的基本部件是反相器111至113、 121至123、 131、 132、 141、 142、 151和152。每一个基本部件都实现为像图6所示的CMOS反相 器200。如图所示，CMOS反相器200包括连接在节点ND201和ND202之间以 形成串联电路的p型(第一传导型)MOS晶体管201和n型(第二传导型)MOS 晶体管202。p型CMOS晶体管201的源极连接到节点ND201,p型CMOS晶体管201 的漏极连接到输出端OUT，而p型CMOS晶体管201的栅极连接到输入端 IN。另 一方面，n型CMOS晶体管202的源极连接到节点ND202, n型CMOS 晶体管202的漏极连接到输出端OUT,而n型CMOS晶体管202的栅才及连接到输入端IN。因此，当提供给输入端IN的电压被设置成高电平时，n型CMOS晶体管 202导通，而p型CMOS晶体管201截止。结果，出现在输出端OUT上的电 压被降到低电平。另一方面，当提供给输入端IN的电压被设置成低电平时， n型CMOS晶体管202截止，而p型CMOS晶体管201导通。结果，出现在 输出端OUT上的电压升高到高电平。连接到n型CMOS晶体管202的源极的N侧源担当要连接到公共节点 ND161的负侧电源输入端(negative-side power-supply input terminal),如图 7A所示。另一方面，连接到p型CMOS晶体管201的源极的P侧源担当要 连接到7〉共节点ND162的正侧电源输入端(positive-side power-supply input terminal),如图7B所示。如上所述，p-型CMOS晶体管201和n型CMOS 晶体管202是每一个基本元件(即反相器111至113、 121至123、 131、 132、 141、 142、 151和152)中所采用的晶体管。如上所述，振荡电路100包括电流源160。具体来说，振荡电路100包 括提供在节点ND202和基准电势(诸如接地电势)VSS之间的电流源161， 如图7A所示。作为替换，振荡电路100包括提供在节点ND201和电源电压 VDD的提供线之间的电流源162，如图7B所示。电流源电路161和/或162分别通过公共节点ND161和/或ND162连接到 每一个反相器，以将馈入反相器之一的总电源电流维持为恒定量级。电流源 电路161和/或162能够根据提供给电流源电^各161和/或162的控制信号 VCNT来改变总电源电 流。更具体地说，电流源电路161和/或162根据控制信号VCNT来改变从节 点ND161流向基准电势VSS的电流(如图7A所示)和/或/人电源电压VDD 流向节点ND162的电流(如图7B所示)。为了仅仅利用图7A所示的电流源161,将吸收式公共节点(absorption common node ) ND161短路到包括在振荡核的每一个反相器中的N侧源节点 ND202。在这种情况下，将包括在振荡核的每一个反相器中的P侧源节点 ND201短路到电源电压VDD。如上所述，振荡核的反相器是反相器111至 113、 121至123、 131、 132、 141、 142、 151和152。另一方面，为了但 f又利用图7B所示的电流源162,将注入式^^共节点 (injection common node ) ND162短路到包括在振荡核的每一个反相器中的P侧源节点ND201。在这种情况下，将包括在振荡核的每一个反相器中的N侧 源节点ND202短路到地。如上所述，振荡核的反相器是反相器111至113、 121至123、 131、 132、 141、 142、 151和152。在根据该实施方式的振荡电路100中，振荡电路100的振荡频率通过根 据控制信号VCNT来改变由电流源161和/或电流源162产生的电流进行控 制。如图8A和8B所示，电流源161可以实现为NMOS晶体管NT161。在这种情况下，NMOS晶体管NT161的漏极连接到节点ND161, NMOS 晶体管NT161的源极连接到基准电势VSS,而NMOS晶体管NT161的栅极 连接到控制信号VCNT的提供线。同样，如图8C和8D所示，可以将电流源162实现为PMOS晶体管NT162。在这种情况下，PMOS晶体管NT162的漏极连接到节点ND162, PMOS 晶体管NT162的源极连接到电源.电压VDD,而PMOS晶体管NT162的栅极 连接到控制信号VCNT的提供线。下述描述将解释包括在振荡电路100中的振荡核作为采用如图5所示的 第一三级反相器环IIO、第二三级反相器环120、第一反相器对130、第二反 相器对140和第三反相器对150的核。然而，该描述没有解释电流源160。为了使得解释筒单，将振荡电路100所采用的每一个反相器用如图9所 示的一个箭头表示。图9是示出实现图5所示的振荡电路100的第一实施方式的图表。图IOA、 IOB和10C是示出通过分解图9所示的第一实施方式所获得的元件的图表。 更具体地说，图IOA和IOB分别示出第一和第二三级反相器环110和120， 而图10C示出耦合锁存器(或反相器对130、 140和150)。在这种实施方式中，第一三级反相器环110被看成具有作为其边的连接 路径Llll、 L112和L113和作为其顶点的节点NDlll、 ND112和ND113的 等边三角形(如图IOA所示)。同样，第二三级反相器环120被看成具有作 为其边的连接路径L121、 L122和L123和作为其顶点的节点ND121、 ND122 和ND123的等边三角形(如图IOB所示)。如果节点ND111、ND112、ND113、 ND121、 ND122和ND123被放在圆周上，相互分开如图9所示的同样的旋转 角，则每两个穿过圆心的对角线的端点处的节点由对角线互相连接，这种对 角线是如图IOC所示的第一反相器对130、 140或150。15以这种方式，原来不互相连接的第一三级反相器环110和第二三级反相器环120具有通过包括反相器对130、 140和150的反相器对组的关系链接。 图IO还示出了出现在节点NDlll、 ND112、 ND113、 ND121、 ND122和 ND123处的六个信号的相位之间的关系。如上所述，沿圆周将节点NDlll、 ND112、 ND113、 ND121、 ND122和 ND123相互隔开旋转角60度(=360度/6)。这个旋转角是振荡电路100所产 生的六个信号之间的相位差。这六个信号可以^皮认为是具有相互隔开60度的 相位的三个差分信号。以下描述本发明的实施方式的特性。如图5、 9和10所示，本发明所提 供的振荡电路100包括多个三级反相器环和与三级反相器环相互连接的耦合 反相器(担当耦合锁存器)。更具体地说，本发明所提供的振荡电路100包括两 个三级反相器环和三个与三级反相器环相互连接的反相器对(担当耦合锁存 器)。如众所周知的那样，三级反相器环运行作为高速振荡器。 因此，根据本实施方式的振荡电路100能够以高速振荡。 此夕卜，借助于与三级反相器环相互连接的耦合反相器(担当耦合锁存器)， 两个三级反相器环相互同步，而不是相互独立地振荡。因此，获得相互移动固定差60度的六个相位作为振荡电路IOO所产生的 六个振荡信号的相位。振荡电路100所产生的、具有相互移动固定差的六个 相位的振荡信号可以看作具有相互不同的相位的三个差分信号。此外，振荡核具有包括在电源和接地之间完全对称地布局的反相器的配 置。因此，振荡信号的波形的对称性以及相位噪声性能和抖动性能也都很好。 除此而外，由于可以通过改变控制电源所产生的电压来控制振荡核，所以该 核能够防电源电压的变化，并且具有宽范围的频率变化。如上所述，根据本实施方式，振荡电路100的振荡核采用偶数个三级反 相器环，每一个三级反相器环典型地形成一个主回路。在图5所示的典型配 置，振荡电路100包括第一和第二三级反相器环110和120。第一三级反相 器环110中的三级通过节点NDlll、 ND112和ND113相互连接。同样，第二 三级反相器环120中的三级通过节点ND121、 ND122和ND123相互连才妄。 第一和第二三级反相器环110和120由向所产生的振荡信号提供固定相位关 系的第一、第二和第三反相器对130、 140和150来相互连接。具体地说，第一反相器对130将节点ND111连接到节点ND122，第二反相器对140将节点 ND113连接到节点ND121，而第三反相器对150将节点ND112连接到节点 ND123。振荡电路100还采用未在图中示出的电流源160。第一三级反相器环 110、第二三级反相器环120、第一反相器对130、第二反相器对140、第三 反相器对150和电流源160每一个都是振荡电路100的主要配置元件。因此， 实现能够产生具有对电源电压变化的低敏感性、可在^f艮宽的范围内变化的振 荡频率、良好的抖动性能、良好的相位噪声性能以及相互移动固定差值60度 的多个相位的分布式差分信号的高速环振荡电路，以及实现采用高速环振荡 电路的PLL电路都是可能的。到目前为此，已经参考图9和IO描述了第一实施方式的配置。通过向图 9所示的第一实施方式沿圆周提供附加反相器来获得第二实施方式，如图11 A 和图IIB所示。图IIA和IIB每一个都是示出包括根据第二实施方式的两个三级反相器 环的振荡核的配置的图表。图中的所示的配置相互不同的点在于在图11A 所示的配置的情况中，附加反相器的方向是与第一和第二三级反相器环中所 釆用的反相器的方向相同的反时针方向，而在图11B所示的配置的情况中， 附加反相器的方向是与第一和第二三级反相器环中所采用的反相器的方向相 对的顺时针方向。具体地说，在图IIA所示的典型配置的情况中，附加反相器171将第一 三级反相器环110的节点ND111连接到第二三级反相器环120的节点ND121， 并被定向于从节点ND111到节点ND121的方向上。同样，附加反相器172 将第二三级反相器环120的节点ND121连接到第一三级反相器环110的节点 ND112，并被定向于从节点ND121到节点ND112的方向上。以相同的方式， 附加反相器173将第一三级反相器环110的节点ND112连接到第二三级反相 器环120的节点ND122,并被定向于从节点ND112到节点ND122的方向上。 类似地，附加反相器174将第二三级反相器环120的节点ND122连接到第一 三级反相器环110的节点ND113，并被定向于从节点ND122到节点ND113 的方向上。类似地，附加反相器175将第一三级反相器环110的节点ND113 连接到第二三级反相器环120的节点ND123,并^皮定向于从节点ND113到节 点ND123的方向上。最后，附加反相器176将第二三级反相器环120的节点 ND123连接到第一三级反相器环110的节点NDlll，并被定向于从节点ND123到节点NDlll的方向上。另一方面，在图IIB所示的典型配置的情况中，附加反相器181将第一 三级反相器环110的节点ND111连接到第二三级反相器环120的节点ND123, 并一皮定向于^v节点NDlll到节点ND123的方向上。同样，附加反相器182 将第二三级反相器环120的节点ND123连接到第一三级反相器环110的节点 ND113,并被定向于从节点ND123到节点ND113的方向上。以相同的方式， 附加反相器183将第一三级反相器环110的节点ND113连接到第二三级反相 器环120的节点ND122，并被定向于从节点ND113到节点ND122的方向上。 类似地，附加反相器184将第二三级反相器环120的节点ND122连接到第一 三级反相器环110的节点ND112,并一皮定向于从节点ND122到节点ND112 的方向上。类似地，附加反相器185将第一三级反相器环110的节点ND112 连接到第二三级反相器环120的节点ND121,并被定向于从节点ND112到节 点ND121的方向上。最后，附加反相器186将第二三级反相器环120的节点 ND121连接到第一三级反相器环110的节点ND111,并被定向于从节点 ND121到节点ND111的方向上。具有上述配置的第二实施方式能够产生与以前描述的第一实施方式提供 的效果相同的效果。此外，本领域技术人员应该理解，依赖于设计要求和其他因素，可以出 现多种多样的修改、组合、部分组合和变更，只要它们在所附权利要求或其 等同物的范围内。
权利要求
1、一种振荡电路，包括多个多级反相器环，每一个都具有相互级联地连接的奇数个反相器，以通过环上同样奇数个节点形成所述环；反相器组，用于为了将所产生的振荡信号的相位相互移动固定差值而将任何特定一个所述多级反相器环上的每一个所述节点连接到另一个所述多级反相器环上的相对应一个所述节点，以便相互结合所述特定和其他多级反相器环；以及连接到所述多级反相器环的所述反相器和所述反相器组的所述反相器的电流源。
2、 根据权利要求1的振荡电路，其中，所述反相器组包括多个反相器对， 每个反相器对具有反相器，用于在从任何特定一个多级反相器环到其他多级反相器环的方 向上，将所述特定多级反相器环上的所述节点之一连接到所述另 一个多级反 相器环上的相对应一个所述节点；以及另 一个反相器，用于在从所述其他多级反相器环到任何特定一个所述多 级反相器环的方向上，将所述特定多级反相器环上的所述节点之一连接到所 述另 一个多级反相器环上的相对应一个所述节点。
3、 冲艮据权利要求l的振荡电路，其中，所述电流源具有连接到每一个所述反相器的电源输入端的公共节点作为 对所述反相器公共的节点；并且所述电流源具有用于将每个提供给所述反相器之一的总电源电流维持为 恒定值的功能。
4、 根据权利要求3的振荡电路，其中，所述电流源根据提供给所述电流源的控制信号改变所述总电源电流。
5、 根据权利要求3的振荡电路，其中，每一个所述反相器具有第一传导型的第一晶体管以及第二传导型的第二 晶体管；所述第一晶体管和所述第二晶体管相互串联地连接以形成串联电路;并且所述串联电路的 一端连接到所述公共节点。
6、 一种振荡电路，包括偶数个三级反相器环，每一个具有相互级联地连接的三个反相器，以通过环上三个节点形成所述环；反相器组，用于为了将所产生的振荡信号的相位相互移动固定差值而将 任何特定一个所述三级反相器环上的每一个所述节点连接到另一个所述三级 反相器环上的相对应一个所述节点，以便相互结合所述特定和其他三级反相 器环；以及连接到所述三级反相器环的所述反相器和所述反相器组的所述反相器的 电流源。
7、 根据权利要求6的振荡电路，其中，所述反相器组包括多个反相器对， 每个反相器对具有反相器，用于在从任何特定一个多级反相器环到其他多级反相器环的方 向上，将所述特定多级反相器环上的所述节点之一连接到所述另 一个多级反 相器环上的相对应一个所述节点；以及另 一个反相器，用于在从所述其他多级反相器环到任何特定一个所述多 级反相器环的方向上，将所述特定多级反相器环上的所述节点之一连接到另 一个所述多级反相器环上的相对应一个所述节点。
8、 根据权利要求6的振荡电路，其中，所述电流源具有连接到每一个所述反相器的电源输入端的公共节点作为 对所述反相器公共的节点；并且所述电流源具有用于将每个提供给所述反相器之一的总电源电流维持为 恒定值的功能。
9、 根据权利要求8的振荡电路，其中，所述电流源根据提供给所述电流源的控制信号改变所述总电源电流。
10、 根据权利要求8的振荡电路，其中，每一个所述反相器具有第 一传导型的第 一 晶体管以及第二传导型的第二 晶体管；所述第一晶体管和所述第二晶体管相互串联地连接以形成串联电路;并且所述串联电路的 一端连接到所述公共节点。
11、 根据权利要求7的振荡电路，其中，所述三级反相器环的数目是二，而所述反相器对的数目是三； 所述两个三级反相器环和所述三个反相器对形成振荡核;并且 所述振荡核能够产生在相空间以固定间隔分布的六个振荡信号。
12、 根据权利要求7的振荡电路，其中，所述三级反相器环的数目是二，而所述反相器对的数目是三； 所述两个三级反相器环和所述三个反相器对形成振荡核;并且 该振荡核能够产生在相空间以固定间隔分布的三个差分信号。
全文摘要
本发明提供振荡电路，包括多个多级反相器环，每一个都具有相互级联地连接的奇数个反相器，以通过环上同样奇数个节点形成所述环；反相器组，用于为了将所产生的振荡信号的相位相互移动固定差值而将任何特定一个多级反相器环上的每一个节点连接到另一个多级反相器环上的相对应一个节点，以便相互结合该特定和其他多级反相器环；以及连接到所述多级反相器环的所述反相器和所述反相器组的所述反相器的电流源。
文档编号H03K3/03GK101247114SQ20081008078
公开日2008年8月20日 申请日期2008年2月18日 优先权日2007年2月16日
发明者植野洋介 申请人:索尼株式会社