一种宽调谐范围环形压控振荡器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体集成电路设计领域，主要涉及到一种宽调谐范围的环形压控振荡器，可广泛应用于但不仅限于频率发生器电路中。
【背景技术】
[0002]压控振荡器(Voltage-Controlled-Oscillator，VCO)是频率随电压变化的信号源，广泛应用于锁相环、时钟恢复和频率综合电路中，是这些电路的关键部件。在集成电路中，压控振荡器可以分为电感电容振荡器和环形振荡器两大类。电感电容振荡器的噪声性能较好，但需要额外的工艺集成电感，而且占用面积较大。环形振荡器可以采用标准CMOS工艺实现，相对面积较小，同时具有较宽的调谐范围，适合片上系统采用。
[0003]环形振荡器可分为如图1所示的单端结构和如图2所示的差分结构两类。单端结构的环形振荡器结构简单，所占芯片面积小，可以实现全摆幅输出，但是对共模噪声及电源电压的噪声抑制能力差，相位噪声差。差分结构的环形振荡器对共模噪声的抑制能力优于单端结构，而且电路结构灵活，环形振荡器普遍采用差分结构实现。
[0004]环形振荡器的频率主要由环路级数与延迟单元的延迟时间决定，为了提高环形振荡器的振荡频率，目前提出的主要有针对改进环路结构的前馈技术，但这一方式电路功耗大大增加。
[0005]如图3所示，环形振荡器的一种实现频率调节方法是调节流过支路的电流，可以通过加入电压粗调模式控制管和负载控制管来实现。另一方面振荡器的频率受到工艺水平的限制，近年来在提高频率方面使用较多的是前馈技术，在延迟单元引入第二输入端，由电路前两级的输出提供前馈信号，使得次输入对管提前开启，对输出端充电，可以提高频率，由于这种结构中PMOS输入管和NMOS输入管会同时打开一段时间，所以功耗会大大增加。
【发明内容】
[0006]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种输出频率大、宽调谐电压范围、低功耗的环形压控振荡器。
[0007]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0008]本发明宽调谐范围环形压控振荡器的结构特点是:所述环形压控振荡器由串联的三级延迟单元组成，其中第一级延迟单元的输出接第二级延迟单元的主输入端同时交叉接第三级的次输入端，第二级延迟单元的输出接第三级延迟单元的主输入端同时接第一级延迟单元的次输入端，第三级的输出接第一级的主输入端同时接第二级的次输入端。
[0009]本发明宽调谐范围环形压控振荡器的结构特点也在于:所述三级延迟单元包括第一对NMOS管、第二对NMS管、第三对NMOS管、第一对PMOS管、第二对PMOS管以及第三对PMOS管；所述第一对NMOS管为主输入差分对管，其栅极分别接差分输入信号，漏极分别接差分输出节点，源极共同接地；第二对NMOS管为负载管，其栅极共同接控制电压Vtune，漏极分别接差分输出节点，源级分别接第三对NMOS管的漏极；第三对NMOS管为交叉耦合管，栅极分别接差分输出节点，漏极分别接第二对NMOS管的源极，源极共同接地；第一对PMOS管为次输入差分对管，其栅极分别接环路前两级提供的前馈差分信号，漏极接差分输出节点，源极共同接电源VDD ;第二对PMOS管为电压粗调模式控制管，其栅极接粗调模式控制电压Vcoarse，漏极接差分输出节点，源极共同接电源VDD ;第三对PMOS管为负载管，其栅极共同接控制电压Vtune，漏极接差分输出节点，源极共同接电源VDD。
[0010]本发明宽调谐范围环形压控振荡器的结构特点也在于:
[0011]由匪OS管丽I和匪OS管丽2构成第一对匪OS管，所述匪OS管丽I和匪OS管丽2的源极共同接地，NMOS管丽I的漏极接输出节点Vout-，NM0S管丽2的漏极接输出节点Vout+, NMOS管MNl的栅极接输入信号P+，NMOS管MN2的栅极接输入信号P-；
[0012]由NMOS管MN3和NMOS管MN4构成的第二对NMOS管为NMOS负载管，所述NMOS管MN3和NMOS管MN4的栅极共同连接控制电压Vtune，NMOS管MN3的漏极接差分输出节点Vout-, NMOS管MN4的漏极接差分输出节点Vout+，NMOS管MN3的源级接NMOS管MN5的漏极，NMOS管MN4的源极接NMOS管MN6的漏极；
[0013]由所述NMOS管MN5和NMOS管MN6构成的第三对NMOS管为交叉耦合管，所述NMOS管丽5的栅极接差分输出节点Vout+，NMOS管MN6的栅极接差分输出节点Vout-，NMOS管MN5和NMOS管MN6的源极共同接地；
[0014]由PMOS管MPl和PMOS管MP2构成第一对PMOS管，所述PMOS管MPl和PMOS管MP2的源极共同接电源VDD，PM0S管MPl的漏极接输出节点Vout_，PM0S管MP2的漏极接输出节点Vout+，PMOS管MPl的栅极接输入信号S+，PMOS管MP2的栅极接输入信号S-；
[0015]由PMOS管MP3和PMOS管MP4构成的第二对PMOS管为电压粗调模式控制管，所述PMOS管MP3和PMOS管MP4的栅极共同连接粗调模式控制电压Vcoarse，PMOS管MP3的漏极接输出节点Vout-，PM0S管MP4的漏极接输出节点Vout+，PM0S管MP3的源极共同连接电源 VDD ；
[0016]由PMOS管MP5和PMOS管MP6构成的第三对PMOS管为PMOS负载管，PMOS管MP5和PMOS管MP6的栅极共同连接控制电压Vtune，PMOS管MP5的漏极接输出节点Vout-，PMOS管MP6的漏极接输出节点Vout+，PMOS管MP5和PMOS管MP6的源极共同连接电源VDD。
[0017]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0018]1、本发明通过改进延迟单元电路的电路结构，使用NMOS交叉耦合对管保证电路振荡并且提供轨到轨的输出，轨到轨的输出摆幅理想时可以达到VDD到GND，大摆幅可以很好地改善电源或地的干扰对输出的影响。
[0019]2、本发明以控制电压同时控制NMOS和PMOS负载管，增加了控制电压的可调节范围；耦合管和NMOS负载管串联设置，共用支路电流，有效降低功耗；
[0020]3、本发明加入电压粗调模式控制对管，通过调节粗调模式控制电压，扩大了压控振荡器输出频率范围，其前馈技术的应用有效提高了输出频率。
【附图说明】
[0021]图1为单端结构的环形振荡器电路图；
[0022]图2为差分结构的环形振荡器电路图；
[0023]图3为已有技术中双路延迟的延迟单元电路图；
[0024]图4为本发明差分结构延迟单元电路图；
[0025]图5为本发明环形振荡器电路图；
[0026]图6为本发明环形振荡器电路差分输出波形图；
[0027]图7为本发明环形振荡器电压调谐曲线图；
【具体实施方式】
[0028]本实施例中宽调谐范围环形压控振荡器是由串联的三级延迟单元组成，其中第一级延迟单元的输出接第二级延迟单元的主输入端同时交叉接第三级的次输入端，第二级延迟单元的输出接第三级延迟单元的主输入端同时接第一级延迟单元的次输入端，第三级的输出接第一级的主输入端同时接第二级的次输入端。
[0029]参见图4，本实施例中三级延迟单元包括第一对NMOS管、第二对匪S管、第三对NMOS管、第一对PMOS管、第二对PMOS管以及第三对PMOS管；所述第一对NMOS管为主输入差分对管，其栅极分别接差分输入信号，漏极分别接差分输出节点，源极共同接地；第二对NMOS管为负载管，其栅极共同接控制电压Vtune，漏极分别接差分输出节点，源级分别接第三对NMOS管的漏极；第三对NMOS管为交叉耦合管，栅极分别接差分输出节点，漏极分别接第二对NMOS管的源极，源极共同接地；第一对PMOS管为次输入差分对管，其栅极分别接环路前两级提供的前馈差分信号，漏极接差分输出节点，源极共同接电源VDD;第二对PMOS管为电压粗调模式控制管，其栅极接粗调模式控制电压Vcoarse，漏极接差分输出节点，源极共同接电源VDD ;第三对PMOS管为负载管，其栅极共同接控制电压Vtune，漏极接差分输出节点，源极共同接电源VDD。
[0030]具体实施中，如图4所示:
[0031]由匪OS管丽I和匪OS管丽2构成第一对匪OS管，所述匪OS管丽I和匪OS管丽2的源极共同接地，NMOS管丽I的漏极接输出节点Vout-，NM0S管丽2的漏极接输出节点Vout+, NMOS管MNl的栅极接输入信号P+，NMOS管MN2的栅极接输入信号P-；
[0032]由NMOS管MN3和NMOS管MN4构成的第二对NMOS管为NMO