专利名称：一种可关闭的数控振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于全数字锁相环电路中的数控振荡器电路，尤其是一种可关闭的数控振 荡器。
背景技术：
随着集成电路深亚微米工艺的发展，高集成度、可移植性、可靠性以及低成本等一系 列问题的挑战，使得传统的模拟锁相环己经充分暴露了其明显的劣势。因此，目前出现一 种趋势，将模拟锁相环中的压控振荡器换成数控振荡器(DCO)，将模拟滤波器换成数字滤 波器，形成一种新的锁相环结构叫做全数字锁相环。
数控振荡器是全数字锁相环的核心模块。全数字锁相环的很多性能都和数控振荡器的 性能有关。对于数控振荡器结构设计来说，最基本的要求是保证数控振荡器的频率和控制 码之间存在单调增长或单调减少的关系。否则，将会导致全数字锁相环锁频错误。
图4所示的是已公开的一种延时可调的数控延时模块，延时模块的上升(下降)延时 可用如下一阶公式近似表示
^i:升/下降=0^9A上拉/下拉C
式中，^上拉/下拉表示是上拉(下拉)电阻，c为负载电容。
图4中，控制码控制MOS管的开启，通过打开或者关闭MOS管可以改变上拉或者下拉 路径中等效MOS管宽度，进而改变上拉或者下拉路径中的等效电阻，从而改变上升或者下 降延时时间。起控制作用的MOS管的宽度是二进制权重的，当控制码改变时，倒相器的上 升或者下降延时时间与上拉或者下拉路径中等效MOS管的宽度成反比，与上拉或者下拉路 径中的等效电阻成正比。奇数个如图4所示的延时可调的数控延时模块首尾相连， 一个延 时模块的输出端和下一个模块输入端相连，即可组成一个数控振荡器。但是，受控制码控 制的MOS管的打开或者关闭状态，将直接影响延时模块中的寄生电容变化。而寄生电容也 是负载电容的一种来源，影响延时的变化。若采用图4中结构设计低增益的数控振荡器， 则很容易出现如下问题，即等效电阻减少，但是寄生电容变大，而且寄生电容变化对延时 的影响比等效电阻变化对延时的影响更大，最终导致数控振荡器的频率和控制码之间不存 在单调变化的关系，导致设计的失败。
此外，目前全数字锁相环广泛应用于手持设备中。这往往要求当芯片不工作时，关闭 尽可能多的模块，这可能包括锁相环模块。因此，有必要设计一种可关闭的数控振荡器结 构。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提出了一种可关闭的数控振荡器，该数控振荡器可 以保证该数控振荡器频率和控制码之间是单调变化关系，而且还非常容易被关闭以节省功耗。
本发明的上述目的是这样实现的 一种可关闭的数控振荡器，以可调延时模块为基础， 将奇数个可调延时模块首尾相连形成闭环，构成一个数控振荡器，其特征在于每个可调 延时模块均设有第一、第二、第三3个输入端和1个输出端，其中，第一输入端作为与前 一个可调延时模块输出端相连的输入端，第二、第三输入端分别作为开关信号和延时控制 电压信号的输入端，第三输入端与对应的延时控制电压信号产生模块的输出端连接；每个 可调延时模块设有包括M。、 M。 M2、 M3和M,五个M0S管，其中，M。 、 和M4为 NMOS管，M2和J^为PM0S管；NMOS管M。的栅极接第三输入端，源极接地，漏极接NMOS 管il^的源极；NMOS管M,的栅极接第一输入端，漏极与输出端以及PM0S管M2的漏极和 M0SM4的漏极连接在一起；PMOS管#2的栅极接第二输入端，源极接PMOS管#3的漏极； PM0S管M3的栅极接第一输入端，源极接电源；NMOS管M,的栅极接第二输入端，源极接 地，漏极与输出端、PM0S管M2的漏极以及丽0S管M,的漏极连接在一起；
设置与可调延时模块数量相同并一一对应的延时控制电压信号产生模块，每个延时控 制电压信号产生模块设有至少六个控制码信号输入端，分别是控制码信号C。、 q、 C2、 C3、 C4、 q和一个输出端；每个延时控制电压信号产生模块设有至少七个PMOS管A^、 M9 、 M1Q 、 、 M12 、崖13和M14 ，以及两个丽OS管似15和M16;七个PMOS管的源极 均和电源相连，七个PMOS管的漏极均和输出端连接在一起；PMOS管M8的栅极和控制码 信号C。相连，PMOS管M,的栅极和控制码信号C,相连，PMOS管M,。的栅极和控制码信号q 相连，PMOS管Mu的栅极和控制码信号q相连，PMOS管^12的栅极和控制码信号q相连， PMOS管il^的栅极和控制码信号C5相连，PMOS管Mm的栅极和地相连；丽OS管#15和^/16 的源极都接地，^15和M16的漏极与丽OS管M15的栅极都与七个PMOS管的漏极连接在一 起，作为延时控制电压信号输出端，与可调延时模块的第三输入端相连；丽OS管M,e的 栅极接电源；
将上述每个可调延时模块的第三输入端与对应的每个延时控制电压信号产生模块的 延时控制电压信号输出端相连接，将各个可调延时模块作为开关信号的第二输入端连接在 一起为总开关信号，即构成完整的可关闭的数控振荡器，当总开关信号为高电平时，振荡 器停止工作，当总开关信号为低电平时，振荡器正常工作，振荡器的周期由延时控制电压 信号产生模块的控制码信号调节，控制码信号与外部的译码信号连接，其中，不同延时控 制电压信号产生模块之间序号相同的控制码输入端，比如第一延时控制电压信号产生模块 的控制码C。和第二延时控制电压信号产生模块的控制码C。，可以用同一个译码信号来控 制，也可以用不同的译码信号来控制。
所说延时控制电压信号产生模块的PMOS管il^、 M9、 M1()、 M 、 ^12和射13的沟道 长度一致，宽度存在二进制关系，即A^的宽度是Ms的两倍，A^。的宽度是7l^的两倍， 依此类推；M"—直导通，它的尺寸由数控振荡器的最低频率指标决定。丽OS管il^和Mw 尺寸完全一致。
所说可关闭的数控振荡器，可设有5个可调延时模块和5个延时控制电压信号产生模 块构成五级连接。
4本发明的优点及显著效果
1) 该数控振荡器的结构保证了控制码和数控振荡器的频率成单调关系；
2) 该数控振荡器的工作由总开关信号控制，非常容易被关闭以节省功耗；
3) 该数控振荡器扩展性强，可以根据实际需要，进行扩展设计。
图1是本发明中的可调延时模块； 图2是本发明中的延时控制电压信号产生模块； 图3是由图1及图2两模块组成的可关闭的数控振荡器； 图4是已公开的一种延时可调的数控延时模块。
具体实施例方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
图1中，可调延时模块101，第一输入端in、第二输入端开关信号Run、第三输入端 延时控制电压K，输出端out。该模块的功能类似于或非门，由M。 il^五个MOS管组成。 其中，M。， Mt和M4为醒0S管，M2和il^为PM0S管。
M。的栅极接延吋控制电压^，源极接地，漏极接M!的源极。Mi的栅极接输入端in， 漏极接输出端out及i^的漏极和A^的漏极。M2的栅极接开关信号Run,源极接Af3的漏 极。M3的栅极接输入端in，源极接电源VDD。 M4的栅极接开关信号Run，源极接地，漏 极与输出端out、 M2的漏极以及i^的漏极共连于一点。
开关信号Run控制该延时模块的工作。当开关信号Run为高电平时，肘4导通，似2截 止，输出信号out恒为低电平。当开关信号Run为低电平时，似4截止，^2导通，输出 信号out是输入信号in的反相，比如输入信号in是低电平，输出信号out为高电平，反 之亦然。该延时模块的上升时间不可调节，下降时间由延时控制电压R控制，当K越大， 该延时模块的下降时间也随之减少。这种改变延时的方法只改变了 M0S管放电回路中的等 效电阻，并不影响负载电容。而等效电阻随着延时控制电压^变大而减小的特性是单调 连续的。
延时控制电压^的产生电路201见图2。该电路由七个PMOS管(M8 M14)和两个 丽0S管(M,^nM16 )组成。图中，M8 M13分别由C。 C5控制关闭还是打开。M8 M13 沟道长度一致，宽度存在二进制关系。即M,的宽度是A/8的两倍，依此类推。A^—直导 通，它的尺寸由数控振荡器DC0的最低频率指标决定。A的大小和M8 M^的工作状态 有关，Ms Mu导通的个数越多，A越大。MM和Mw将电流信号/。转换成电压信号^。 控制码C。 q控制PMOSMs Mu的开关，进而决定电流/,的大小。并且很容易看出，/e 是随着控制码C。 C5单调变化的。
图.2中崖15和肘16的尺寸是完全一致的。因此有如下推导<formula>formula see original document page 6</formula>
由上式可见，R也是随着A单调变化的。因此，图1和图2的电路设计，可以保证数 控振荡器输出的振荡频率和控制码之间是单调变化关系。
将延时控制电压R与可调延时模块的对应输入端R相连，构成一个数控可调延时模 块。可调延时模块的输出端out作为数控可调延时模块的输出端，可调延时模块的两个输 入端，输入端in，开关信号Run以及时控制电压R的六个输入端，分别是控制码C。、 q 、
C2、 c3、 c,和q作为数控可调延时模块的输入端。
如图3，将奇数个数控可调延时模块首尾相连，即一级数控可调延时模块的输出端out 和下一级的输入端in相连，最后一级的可调延时模块的输出端与第一级的第一输入端相 连，构成一个数控振荡器，可有五级，但是实际应用中可以根据实际需要的频率范围进行 调整。五个延时模块的输入端开关信号Rim均连在一起，由总开关信号PLL—Run控制，数 控可调延时模块的输入端in和上一级的输出端out相连。当总开关信号PLL_Run为高电 平时，振荡器停止工作，当总开关信号PL匕Run为低电平时，振荡器正常工作。振荡器的 周期由延时控制电压信号产生模块的控制码信号调节，控制码信号与外部的译码信号连 接，其中，不同延时控制电压信号产生模块之间序号相同的控制码输入端，比如第一延时 控制电压信号产生模块的控制码C。和第二延时控制电压信号产生模块的控制码C。，可以 用同一个译码信号来控制，也可以用不同的译码信号来控制。
权利要求
1、一种可关闭的数控振荡器，以可调延时模块为基础，将奇数个可调延时模块首尾相连形成闭环，构成一个数控振荡器，其特征在于每个可调延时模块均设有第一、第二、第三3个输入端和1个输出端，其中，第一输入端作为与前一个可调延时模块输出端相连的输入端，第二、第三输入端分别作为开关信号和延时控制电压信号的输入端，第三输入端与对应的延时控制电压信号产生模块的输出端连接；每个可调延时模块设有包括M0、M1、M2、M3和M4五个MOS管，其中，M0、M1和M4为NMOS管，M2和M3为PMOS管；NMOS管M0的栅极接第三输入端，源极接地，漏极接NMOS管M1的源极；NMOS管M1的栅极接第一输入端，漏极与输出端以及PMOS管M2的漏极和NMOSM4的漏极连接在一起；PMOS管M2的栅极接第二输入端，源极接PMOS管M3的漏极；PMOS管M3的栅极接第一输入端，源极接电源；NMOS管M4的栅极接第二输入端，源极接地，漏极与输出端、PMOS管M2的漏极以及NMOS管M1的漏极连接在一起；设置与可调延时模块数量相同并一一对应的延时控制电压信号产生模块，每个延时控制电压信号产生模块设有至少六个控制码信号输入端，分别是控制码信号C0、C1、C2、C3、C4、C5和一个输出端；每个延时控制电压信号产生模块设有至少七个PMOS管M8、M9、M10、M11、M12、M13和M14，以及两个NMOS管M15和M16；七个PMOS管的源极均和电源相连，七个PMOS管的漏极均和输出端连接在一起；PMOS管M8的栅极和控制码信号C0相连，PMOS管M9的栅极和控制码信号C1相连，PMOS管M10的栅极和控制码信号C2相连，PMOS管M11的栅极和控制码信号C3相连，PMOS管M12的栅极和控制码信号C4相连，PMOS管M13的栅极和控制码信号C5相连，PMOS管M14的栅极和地相连；NMOS管M15和M16的源极都接地，M15和M16的漏极与NMOS管M15的栅极都与七个PMOS管的漏极连接在一起，作为延时控制电压信号输出端，与可调延时模块的第三输入端相连；NMOS管M16的栅极接电源；将上述每个可调延时模块的第三输入端与对应的每个延时控制电压信号产生模块的延时控制电压信号输出端相连接，将各个可调延时模块作为开关信号的第二输入端连接在一起为总开关信号，即构成完整的可关闭的数控振荡器，当总开关信号为高电平时，振荡器停止工作，当总开关信号为低电平时，振荡器正常工作，振荡器的周期由延时控制电压信号产生模块的控制码信号调节，控制码信号与外部的译码信号连接，其中，不同延时控制电压信号产生模块之间序号相同的控制码输入端，比如第一延时控制电压信号产生模块的控制码C0和第二延时控制电压信号产生模块的控制码C0，可以用同一个译码信号来控制，也可以用不同的译码信号来控制。
2、 根据权利要求l所述的可关闭的数控振荡器，其特征在于延时控制电压信号产 生模块的PM0S管似8、 M9、 M1Q、 M 、 il^和Mu的沟道长度一致，宽度存在二进制关 系，即M,的宽度是M8的两倍，M,。的宽度是M9的两倍，依此类推；il^,一直导通，它的 尺寸由数控振荡器的最低频率指标决定；丽0S管M,;和Mw尺寸完全一致。
3、 根据权利要求1或2所述的可关闭的数控振荡器，其特征在于设有5个可调延时 模块和5个延时控制电压信号产生模块构成五级连接。
全文摘要
本发明披露了一种可关闭的数控振荡器，设有奇数个可调延时模块首尾相连形成闭环，并设置与可调延时模块数量相同并一一对应的延时控制电压信号产生模块，每个可调延时模块的延时控制电压信号的输入端与对应的每个延时控制电压信号产生模块的延时控制电压信号输出端相连接，将各个可调延时模块开关信号输入端连接在一起为总开关信号，即构成完整的可关闭的数控振荡器，从电路上保证该数控振荡器频率和控制码之间是单调变化关系。此外，由于全数字锁相环广泛用于手持设备，设计一种可关闭的数控振荡器结构也是很有必要的，本发明数控振荡器非常容易被关闭以节省功耗。
文档编号H03L7/08GK101635570SQ20091018479
公开日2010年1月27日 申请日期2009年8月14日 优先权日2009年8月14日
发明者刘新宁, 时龙兴, 军 杨, 鑫 陈 申请人:东南大学