专利名称：一种可复用的延迟单元电路的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路设计领域应用于环形振荡器的延迟单元电路，具体涉及一种 可复用的延迟单元电路。
背景技术：
环形振荡器广泛应用于各种集成电路中。频率调谐的范围和频率调谐的速度是衡 量环形振荡器性能优劣的重要参数指标。随着电子制造技术的进步和人们对集成电路工作 频率和响应速度要求的提高，能够实现较宽的频率调谐范围和多种增益的环形振荡器越来 越受到业界的青睐。因此，多增益、宽频率调谐范围的环形振荡器是当今振荡器技术发展的 趋势，有着较大的应用前景。图1为基于常规延迟单元实现的多级环形振荡器。这种环形振荡器改变其输出频 率的方式一般有两种，一种是通过改变控制电压Vc，一种是通过改变环形振荡器的增益。当 环形振荡器增益固定时，通过改变其控制电压阶来调谐振荡器输出频率范围的能力是非 常有限的。因此，越来越多的振荡器设计倾向于通过改变振荡器增益的方法来提高振荡器 的频率调谐范围。一般的，通过改变延迟单元数目和应用可变电容阵列等方法可以改变振荡器增 益。图2为基于常规延迟单元设计的3、级环形振荡器实例。由图2可以看出，基于同一 延迟单元结构，通过改变延迟单元数目可以获得拥有不同增益的环形振荡器，进而扩大了 环形振荡器的频率调谐范围。图2中的B1B2B3B4B5B6为环路选择信号。图3为应用可变电容阵列实现的环形振荡器。由图3可以看出，通过配置电容负 载也能够实现环形振荡器增益的可变性，从而增大频率调谐范围。如果每组电容负载包括 N个可控电容，那么通过开关控制可以实现N+1种不同增益的环形振荡器(N为正整数)。但是，上述各种电路结构存在以下不足
1.由常规延迟单元构成的环形振荡器(如图1所示)，其延迟单元级数固定，只能通过 改变控制电压的方式调整输出频率，输出频率的调节范围受到限制；
2.通过改变延迟单元数目构成的可变增益振荡器(如图2所示)，可以通过改变增益的 方式调整输出频率，但是其需要大量的延迟单元，导致面积和功耗开销过大。如果实现延迟 单元级数为3、4、5、6、7和8的振荡器，需要分别构成6个振荡环路，共需33个延迟单元；
3.应用可变电容阵列实现的可变增益振荡器(如图3所示)，也可以通过改变增益的方 式调整输出频率，但是其需要大量的电容，面积和功耗开销较大。扩展延迟单元的输入信号端口，将常规的延迟单元改造成可复用延迟单元，允许 延迟单元在多个环路中重复使用，进而实现低开销的可变增益振荡器，是解决上述问题的 有效途径。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可复用的延迟单元电路。在常规延迟单元的
3基础上，本发明增加了模拟开关以选择输入信号，允许延迟单元应用于多个环路，实现了一 种具有复用能力的延迟单元电路。采用本发明的可复用延迟单元电路能够以尽可能小的设 计开销，实现不同延迟单元级数的环路振荡器，获得多种振荡器增益。本发明的技术方案如下
本发明由常规延迟单元和模拟开关电路组成。模拟开关电路由第一模拟开关Ki和第 二模拟开关K2组成，第一模拟开关KI在第一控制信号Cl控制下连接第一输入信号mi，第 二模拟开关K2在第二控制信号C2控制下连接第二输入信号IN2，第一模拟开关Kl和第二 模拟开关K2的另一端连接到延迟单元的信号输入端。当第一模拟开关Kl闭合，第二模拟开关K2断开时，第一输入信号INl由模拟开 关Kl输入到延迟单元中；当第一模拟开关Kl断开，第二模拟开关K2闭合时，第二输入信号 IN2由模拟开关K2输入到延迟单元中。本发明通过控制模拟开关的开关状态，将不同的信号输入到延迟单元，保证每种 情况下只有一个单端输入信号或一对差分输入信号输入到延迟单元中。与常规的延迟单元相比，本发明中的延迟单元结构具有如下技术优势
1.延迟单元可接收两路输入。常规延迟单元应用于环形振荡器后，其输入只能是前一 级延迟单元的输出，而本发明提出的电路结构可在第一控制信号Cl和第二控制信号C2作 用下，从两路信号中选择一路信号作为输入；
2.由本发明提出的可复用延迟单元构成的振荡器可提供多种增益。图5为一振荡器 实例，通过集成常规延迟单元和本发明提出的可复用延迟单元，实现了 6种振荡环路(分别 由3、4、5、6、7、8级延迟单元构成)，因此其可提供6种增益。各个环路的频率转换曲线如图 6所示，可以看出随着延迟单元级数的逐渐增大，环形振荡器的增益逐渐减小。因此基于本 发明提出的电路实现的振荡器有能力通过改变振荡器增益而扩展了频率调节范围，也可实 现快速变频；
3.由本发明构成的可变增益振荡器与常规可变增益振荡器相比，面积和功耗开销大幅 降低。图2中的6个环路共需33个延迟单元，图3中的可变电容阵列需要大量电容，因此 二者的面积和功耗开销都很大。与之相比，使用本发明构成的6环路振荡器(如图5所示)， 仅需8个延迟单元，所以大幅降低了设计开销。
图1为背景技术基于常规延迟单元实现的环形振荡器；
图2为背景技术基于常规延迟单元实现的3、级环形振荡器实例； 图3为背景技术基于可变电容阵列实现的可变增益环形振荡器； 图4为本发明提出的可复用延迟单元电路；
图5为基于本发明提出的可复用延迟单元实现的3、级环形振荡器实例； 图6为图5所示环形振荡器的频率转换曲线。
具体实施例方式
以下结合附图详细说明本发明公开的可复用延迟单元电路结构和工作过程。如图4所示，本发明是一种可复用延迟单元，它包括模拟开关电路和常规延迟单 元两部分。模拟开关电路由第一模拟开关Ki和第二模拟开关K2组成，第一输入信号mi连接第一模拟开关Kl，第二输入信号IN2连接第二模拟开关K2，第一模拟开关Kl和第二模 拟开关K2的另一端连接在一起共同连接到延迟单元的信号输入端。当第一模拟开关Kl闭 合，第二模拟开关K2断开时，第一输入信号INl由模拟开关Kl输入到延迟单元电路中；当 第一模拟开关Kl断开，第二模拟开关K2闭合时，第二输入信号IN2由模拟开关K2输入到 延迟单元电路中。本发明通过增加模拟开关实现了延迟单元输入信号的扩展，提高了延迟 单元连接方式的灵活性。下面以一种基于本发明公开的可复用延迟单元实现的一个；Γ8级环形振荡器(如 图5所示)为例来详细说明电路的工作过程。如图5所示，第二延迟单元2、第三延迟单元3、第六延迟单元6为本发明可复 用延迟单元，第一延迟单元1、第四延迟单元4、第五延迟单元5、第七延迟单元7、第八 延迟单元8为常规延迟单元。B1B2B3B4B5B6为可复用延迟单元模拟开关电路控制信 号，其分别控制着可复用延迟单元2、3、6的第一控制信号Cl和第二控制信号C2。当 B1B2=B3B4=B5B6=01时，可复用延迟单元2、3、6选择IN2端口的输入信号输入到环形振荡 器；当B1B2=B3B4=B5B6=10时，可复用延迟单元2、3、6选择1附端口的输入信号输入到环形 振荡器。因此，通过B1B2B3B4B5B6对可复用延迟单元输入信号的选择控制可以改变环形 振荡器中延迟单元级数。如表1所示，当控制信号B1B2B3B4B5B6为010101时，图5中8个 延迟单元都被连入环路，构成8级环形振荡器；当控制信号为010110时，可复用延迟单元6 选择延迟单元4的输出作为输入，延迟单元1、2、3、4、6、7、8构成7级环形振荡器。以此类 推，在B1B2B3B4B5B6的控制下，可复用延迟单元2、3、6改变了环路结构，使延迟单元级数变 化起来，从而使振荡器可以获得多种增益。表 权利要求
一种可复用的延迟单元电路，它包括常规的延迟单元，其特征在于延迟单元的信号输入端连接模拟开关电路；模拟开关电路由第一模拟开关K1和第二模拟开关K2组成，第一模拟开关K1在第一控制信号C1控制下连接第一输入信号IN1，第二模拟开关K2在第二控制信号C2控制下连接第二输入信号IN2，第一模拟开关K1和第二模拟开关K2的另一端连接到延迟单元的信号输入端；当第一模拟开关K1闭合，第二模拟开关K2断开时，第一输入信号IN1由模拟开关K1输入到延迟单元中；当第一模拟开关K1断开，第二模拟开关K2闭合时，第二输入信号IN2由模拟开关K2输入到延迟单元中。
全文摘要
本发明公开了一种可复用的延迟单元电路，目的是实现一种具有复用能力的延迟单元电路，以尽可能小的设计开销实现不同延迟单元级数的环路振荡器，获得多种振荡器增益。技术方案是在延迟单元的信号输入端连接模拟开关电路；模拟开关电路由第一模拟开关K1和第二模拟开关K2组成，K1在第一控制信号C1控制下连接第一输入信号IN1，K2在第二控制信号C2控制下连接第二输入信号IN2，K1和K2的另一端连接到延迟单元的信号输入端。本发明可接收两路输入，由本发明构成的振荡器可提供多种增益，且与常规可变增益振荡器相比面积和功耗开销大幅降低。
文档编号H03L7/06GK101944908SQ20101029562
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者刘必慰, 刘祥远, 刘衡竹, 唐涛, 孙永节, 张均安, 曾斌, 杨方杰, 梁斌, 欧阳玺, 段志奎, 池雅庆, 王丽萍, 赵振宇, 郭阳, 陈书明, 陈吉华, 马卓 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学