专利名称：一种高调谐精度的数字控制振荡器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种数控振荡器，引入新型开关PMOS电容单元，获得小的单位开关电容，从而实现精细的频率调谐步长即闻的频率调谐精度。
背景技术：
数控振荡 器可以看成一种数字到频率转换的装置，它由输入数字信号控制，能够产生频率与输入控制字对应的振荡信号，是数字锁相环中最重要的模块之一，通过锁相环的环路反馈控制产生频率相位稳定的输出信号，为电子系统提供参考时钟或本振信号。数控振荡器的频率调谐精度是关键的指标之一，往往决定了其应用场合，同时较高的频率调谐精度对于降低其相位噪声也是有利的，因此设计高的频率调谐精度的数控振荡器是非常有必要的。数控振荡器主要包括环形数控振荡器和电感电容型数控振荡器两类，环形数控振荡器由奇数级反相单元级联构成，通过数字控制每一级的驱动电流或驱动负载电容可以轻易地实现频率调谐，电感电容型数控振荡器由电感电容谐振回路和有源电路组成，其中谐振回路确定振荡频率，有源电路等效为“负阻”，补偿每个振荡周期中在电阻上产生的能量损耗。由于电感电容型数控振荡器具有较优的相位噪声性能和低抖动特性，在目前的CMOS工艺中获得了广泛地应用。电感电容数控振荡器的结构比较固定，主要区别为产生“负阻”的有源电路和谐振网络中数字控制的电容阵列的结构。“负阻”用于补偿电感电容谐振回路的损耗，维持振荡，由于交叉耦合管对采用差分结构，具有良好的共模抑制效果，是目前最常用的“负阻”产生电路；考虑降低功耗，及提高电源抑制比，互补的PM0S、NM0S交叉耦合管对相对于单独的NMOS交叉耦合管对或者PMOS交叉耦合管对具有明显的优势，在电感电容型数控振荡器中得到了广泛使用。附图I所示为传统采用互补的PMOS、NMOS交叉耦合管对作为“负阻”产生电路的电感电容型数控振荡器，称为互补交叉耦合电感电容型数控振荡器。在该数控振荡器中开关电容阵列采用PMOS管实现，控制位Dn电平在电源和地之间切换。当Dn为电源电平时，PMOS管工作于强反型，表现为强反型电容；而当Dn为地电平时，PMOS管工作于耗尽区，表现为耗尽区电容。因此单位开关电容大小为强反型电容与耗尽区电容的差值，受限于工艺的特征尺寸，该电容值通常较大，从而导致数控振荡器的调谐精度有限，即调谐步长较大。这在一定程度上限制了电感电容型数控振荡器的应用。
发明内容技术问题本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提供一种确实可行的提高电感电容型数控振荡器频率调谐精度，即减小其频率调谐步长的设计方案和结构。技术方案为解决上述技术问题,本实用新型的高调谐精度的电感电容型数控振荡器包括第一 N型场效应晶体管、第二 N型场效应晶体管，第一 P型场效应晶体管、第二 P型场效应晶体管和谐振回路，所述第一 N型场效应晶体管的源极接地，第一 N型场效应晶体管的漏极接第一 P型场效应晶体管的漏极，第一 N型场效应晶体管的栅极接谐振回路的第二输入端；所述第一 N型场效应晶体管的源极接地，第二 N型场效应晶体管的漏极接第二 P型场效应晶体管的漏极，第二 N型场效应晶体管的栅极接谐振回路的第一输入端；所述第一 P型场效应晶体管的源极接电源VDD，第一 P型场效应晶体管的漏极接第一 N型场效应晶体管的漏极，第一P型场效应晶体管的栅极接谐振回路的第二输入端；所述第二P型场效应晶体管的源极接电源VDD，第二 P型场效应晶体管的漏极接第二 N型场效应晶体管的漏极，第二P型场效应晶体管的栅极接谐振回路的第一输入端；所述谐振回路包括并联连接的电感L、电容C、第一控制位Dl控制的由P型场效应晶体管PM11、PM12、PM13和 PM14组成的第一位控制单元电路、…、和由第η控制位Dn控制的由P型场效应晶体管PMnl、ΡΜη2、ΡΜη3和ΡΜη4组成的第η位控制单元电路，组成控制单元阵列；所述电感L第一输入端接电容C的第一输入端,作为谐振回路的第一输入端(I),电感L第二输入端接电容C的第二输入端，作为谐振回路的第二输入端(2)；所述P型场效应晶体管PMlI的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管ΡΜ12的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管ΡΜ13的栅极、P型场效应晶体管ΡΜ14的栅极均接到一起，作为第一控制位Dl端；Ρ型场效应晶体管PMll的栅极、P型场效应晶体管ΡΜ13的源极、漏极和衬底接到电感L的第一输入端，P型场效应晶体管ΡΜ12的栅极、P型场效应晶体管ΡΜ14的源极、漏极和衬底接到电感L的第二输入端；所述P型场效应晶体管PMnl的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管ΡΜη2的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管ΡΜη3的栅极、P型场效应晶体管ΡΜη4的栅极均接到一起，作为第η控制位Dn端，P型场效应晶体管PMnl的栅极、P型场效应晶体管ΡΜη3的源极、漏极和衬底接到电感L的第一输入端，P型场效应晶体管ΡΜη2的栅极、P型场效应晶体管ΡΜη4的源极、漏极和衬底接到电感L的第二输入端；所述控制单元阵列中每一个控制单元的接法均相同，PMk3、PMk4对管的尺寸大于PMkl、PMk2对管，其中k为I到η。有益效果本实用新型通过改进传统电感电容型数控振荡器中开关电容阵列，实现较小的开关电容，获得了较高的频率调谐精度，即有效地减小了频率调谐的步长。本实用新型具有结构简单，易于实现的特点。
图I是传统电感电容型数控振荡器电路图；图2是本实用新型电感电容型数控振荡器电路图；图3是数控振荡器工作时单位开关电容的工作状态曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。[0018]如图2所示，高调谐精度的电感电容型数控振荡器，包括第一 N型场效应晶体管匪1、第二 N型场效应晶体管匪2，第一 P型场效应晶体管PMl、第二 P型场效应晶体管PM2和谐振回路，所述谐振回路包括并联连接的电感L、电容C、第一控制位Dl控制的由P型场效应晶体管PM11、PM12、PM13和PM14组成的第一位控制单元电路、…、和由第η控制位Dn控制的由P型场效应晶体管PMnl、ΡΜη2、ΡΜη3和ΡΜη4组成的第η位控制单元电路，组成控制单元阵列；所述电感L第一输入端接电容C的第一输入端,作为谐振回路的第一输入端I,电感L第二输入端接电 容C的第二输入端，作为谐振回路的第二输入端2 ；所述P型场效应晶体管PMlI的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管ΡΜ12的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管ΡΜ13的栅极、P型场效应晶体管ΡΜ14的栅极均接到一起，作为第一控制位Dl端；Ρ型场效应晶体管PMll的栅极、P型场效应晶体管ΡΜ13的源极、漏极和衬底接到电感L的第一输入端，P型场效应晶体管ΡΜ12的栅极、P型场效应晶体管ΡΜ14的源极、漏极和衬底接到电感L的第二输入端；所述P型场效应晶体管PMnl的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管ΡΜη2的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管ΡΜη3的栅极、P型场效应晶体管ΡΜη4的栅极均接到一起，作为第η控制位Dn端，P型场效应晶体管PMnl的栅极、P型场效应晶体管ΡΜη3的源极、漏极和衬底接到电感L的第一输入端，P型场效应晶体管ΡΜη2的栅极、P型场效应晶体管ΡΜη4的源极、漏极和衬底接到电感L的第二输入端；所述控制单元阵列中每一个控制单元的接法均相同，PMk3、PMk4对管的尺寸大于PMkl、PMk2对管，其中k为I到η。如图3所示为图I和图2中数控振荡器工作时单位开关电容的工作状态，均以图中控制位Dl控制的单元为例说明。其中Α、B标识的是点划线上区域，而C、D、E、F标识的是两条实线上的区域。图I中Dl为高电平时，PMll和ΡΜ12均工作于B区，而Dl为低电平时，PMll和ΡΜ12均工作于A区，因此，单位开关电容AC为CB_CA。图2中Dl为高电平时，PMll和PM12均工作于F区，PMll和PM12均工作于C区，而Dl为低电平时，PMll和PM12均工作于E区，PMll和PM12均工作于D区，因此单位开关电容AC为(CF+Cc)-(CE+CD) = ( Cf-Ce) -( Cd - C。)。当PMOS管对的尺寸差异较小时，该单位开关电容将比传统结构中的单位开关电容小得多，从而能够获得较小的频率调谐步长，实现高调谐精度。
权利要求1.一种高调谐精度的电感电容型数控振荡器，包括第一N型场效应晶体管(匪I)、第二N型场效应晶体管(匪2)，第一 P型场效应晶体管(PMl)、第二 P型场效应晶体管(PM2)和谐振回路，所述第一 N型场效应晶体管(Wl)的源极接地，第一 N型场效应晶体管(Wl)的漏极接第一 P型场效应晶体管(PMl)的漏极，第一 N型场效应晶体管(NMl)的栅极接谐振回路的第二输入端；所述第一 N型场效应晶体管(匪I)的源极接地，第二 N型场效应晶体管(匪2)的漏极接第二 P型场效应晶体管(PM2)的漏极，第二 N型场效应晶体管(匪2)的栅极接谐振回路的第一输入端(I);所述第一 P型场效应晶体管(PMl)的源极接电源VDD，第一P型场效应晶体管(PMl)的漏极接第一 N型场效应晶体管(Wl)的漏极，第一 P型场效应晶体管(PMl)的栅极接谐振回路的第二输入端⑵；所述第二 P型场效应晶体管(PM2)的源极接电源VDD，第二 P型场效应晶体管(PM2)的漏极接第二 N型场效应晶体管(匪2)的漏极，第二 P型场效应晶体管(PM2)的栅极接谐振回路的第一输入端(I)； 其特征在于所述谐振回路包括并联连接的电感L、电容C、第一控制位Dl控制的由P型场效应晶体管PM11、PM12、PM13和PM14组成的第一位控制单元电路、...、和由第n控制位Dn控制的由P型场效应晶体管PMnl、PMn2、PMn3和PMn4组成的第n位控制单元电路，组成控制单元阵列； 所述电感L第一输入端接电容C的第一输入端,作为谐振回路的第一输入端(I)，电感L第二输入端接电容C的第二输入端，作为谐振回路的第二输入端(2); 所述P型场效应晶体管PMll的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管PM12的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管PM13的栅极、P型场效应晶体管PM14的栅极均接到一起，作为第一控制位Dl端#型场效应晶体管PMll的栅极、P型场效应晶体管PM13的源极、漏极和衬底接到电感L的第一输入端，P型场效应晶体管PM12的栅极、P型场效应晶体管PM14的源极、漏极和衬底接到电感L的第二输入端； 所述P型场效应晶体管PMnl的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管PMn2的源极、漏极和衬底、P型场效应晶体管PMn3的栅极、P型场效应晶体管PMn4的栅极均接到一起，作为第n控制位Dn端，P型场效应晶体管PMnl的栅极、P型场效应晶体管PMn3的源极、漏极和衬底接到电感L的第一输入端，P型场效应晶体管PMn2的栅极、P型场效应晶体管PMn4的源极、漏极和衬底接到电感L的第二输入端；
2.根据权利要求I所述的高调谐精度的电感电容型数控振荡器，其特征在于所述控制单元阵列中每一个控制单元的接法均相同，PMk3、PMk4对管的尺寸大于PMkl、PMk2对管，其中k为I到n。
专利摘要本实用新型公开了一种高调谐精度的电感电容型数控振荡器，其中谐振回路包括并联连接的电感L、电容C、第一控制位D1控制的由P型场效应晶体管PM11、PM12、PM13和PM14组成的第一位控制单元电路、……、和由第n控制位Dn控制的由P型场效应晶体管PMn1、PMn2、PMn3和PMn4组成的第n位控制单元电路，组成控制单元阵列；所述电感L第一输入端接电容C的第一输入端，作为谐振回路的第一输入端(1)，电感L第二输入端接电容C的第二输入端，作为谐振回路的第二输入端(2)；每位控制单元由不同尺寸的PMOS管对反向并联组成，利用PMOS管尺寸差别得到小的电容差值，获得精细的频率调谐步长，即实现高的频率调谐精度。
文档编号H03L7/099GK202444478SQ20122007373
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月1日 优先权日2012年3月1日
发明者吴建辉, 周正亚, 张萌, 江平, 王子轩, 陈庆, 陈超, 黄成 申请人:东南大学