分段低压控增益环形振荡器和调谐斜率转换电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及环形振荡器，具体涉及分段低压控增益环形振荡器和调谐斜率转换电路。
【背景技术】
[0002]锁相环作为频率合成器和时钟产生电路中的关键单元，广泛应用于模拟、数字及射频芯片中。LC压控振荡器或压控环形振荡器作为锁相环中的关键单元，直接决定锁相环输出频率范围，对锁相环输出远端相位噪声有很大影响。近些年，消费电子对小面积、低功耗且性能较优的IC产品提出了更高要求。
[0003]传统压控环形振荡器的压控增益较高，可以覆盖较宽的频率范围，但应用在锁相环中时，对电压调谐端，电源端的噪声比较敏感。较难满足低功耗、低成本、高性能射频系统需求。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于提供分段低压控增益环形振荡器和调谐斜率转换电路。
[0005]本发明为了解决上述技术问题，本发明的第一个技术方案是:
[0006]—种分段低压控增益环形振荡器，包括延迟级联电路、调谐斜率转换电路和振荡频率分段控制电路；其特征在于:
[0007]所述调谐斜率转换电路用于对调谐电压进行转换，将转换后的调谐电压输出到延迟级联电路的调谐电压端，以调节级联延迟单元的延迟时间；
[0008]所述振荡频率分段控制电路接收外部控制信号，根据外部控制信号输出不同大小的电流信号，对延迟级联电路的调谐电压端电压进行调节；
[0009]所述延迟级联电路由四级延迟单元构成，前三级延迟单元输出正端连接在下一级延迟单元的负输入端，前三级延迟单元输出负端连接在下一级延迟单元的正输入端；第四级延迟单元输出正端连接在第一级延迟单元的正输入端，第四级延迟单元输出负端连接在第一级延迟单元的负输入端；四级延迟单元的调谐电压端接在一起，接收调谐斜率转换电路输出的调谐电压。
[0010]本发明采用四级延迟单元级联构成环形振荡器振荡源，四级延迟单元均采用相同的电路来实现，可以实现差分输出或正交输出两种输出模式。四级延迟单元的调谐电压端接在一起，通过改变调谐电压端电压，可以改变每一级延迟单元延迟时间大小，从而实现对振荡频率的控制。利用第一级延迟单元正负输出端和第三级延迟单元正负输出端，即可输出正交振荡信号；同样，利用第二级延迟单元正负输出端和第四级延迟单元正负输出端，也可以输出正交振荡信号；四级延迟单元的任意一级正负输出端均为差分信号，可以输出差分振荡信号。
[0011]本发明采用调谐斜率转换电路来实现低压控增益。即通过采用调谐斜率转换电路，可以将输入端vt_in的电压变化范围从地到电源电压转换成电压变化范围较窄的调谐电压加入调谐电压端vt_out，然后通过调谐电压端vt_out来实现对延迟单元延迟时间的控制，即实现了环形振荡器的低压控增益控制。
[0012]采用振荡频率分段控制电路来改变四级延迟级联电路调谐电压端的电压，实现对振荡频率的离散控制。将振荡频率的离散控制与调谐斜率转换电路对振荡频率的连续控制相结合，可以实现环形振荡器的宽振荡频率覆盖。
[0013]根据本发明所述的分段低压控增益环形振荡器的优选方案，所述调谐斜率转换电路包括运算放大器、PMOS管MPl、MP2、NMOS管丽I和电阻R2、R3 ；PM0S管MP1、MP2的栅极连接在一起，并与运算放大器输出端连接；PM0S管MP1、MP2的源极连接接在一起；PM0S管MPl的漏极接运算放大器负输入端，并通过电阻R2接地；PM0S管MP2的漏极通过电阻R3连接NMOS管MNl的漏极和栅极。
[0014]根据本发明所述的分段低压控增益环形振荡器的优选方案，所述振荡频率分段控制电路中包含N路电流源，N取正整数；N路电流源由N-1路可控电流源和一路常开电流源构成；N-1路可控电流源和一路常开电流源的输出同时连接所述调谐斜率转换电路，即根据外部控制信号输出不同大小的电流信号，对调谐斜率转换电路输出的调谐电压进行调节，即对延迟级联电路的调谐电压端电压进行调节；N-1路可控电流源由外部分段控制信号控制通断。
[0015]根据本发明所述的分段低压控增益环形振荡器的优选方案，可控电流源和常开电流源均由二个PMOS管构成，其中，第一 PMOS管的源极接电源，第一 PMOS管的基极接收电流信号；第一 PMOS管的漏极与第二 PMOS管的源极相接，第二 PMOS管的漏极连接所述调谐斜率转换电路，对调谐斜率转换电路输出的调谐电压进行调节；构成常开电流源的二个PMOS管中的第二 PMOS管的栅极接地；构成可控电流源的二个PMOS管中的第二 PMOS管的栅极接收外部分段控制信号。
[0016]根据本发明所述的分段低压控增益环形振荡器的优选方案，所述振荡频率分段控制电路中包含路四路可控电流源和一路常开电流源；所述振荡频率分段控制电路包括NMOS管丽2、丽3和PMOS管MP3?MP13 ；NM0S管丽3管的栅极和漏极连接，为电流输入端，丽3管源极接地VSS ；NM0S管丽2、丽3的栅极相互连接，NMOS管丽2、丽3的源极接地，NMOS管MN2漏极与PMOS管MP13的栅极和漏极相接；PM0S管MP3、MP5、MP7、MP9、MP11的栅极与MP13 的栅极相连接，？]\?)3管1^3、]\^5、]\^7、]\^9、]\^11、]\^13 的源极接电源；PM0S 管 MPll 的漏极与PMOS管MP12的源极相接，PMOS管MP9的漏极与PMOS管MPlO的源极相接，PMOS管MP7的漏极与PMOS管MP8的源极相接，PMOS管MP5的漏极与PMOS管MP6的源极相接，PMOS管MP3的漏极与PMOS管MP4的源极相接；PM0S管MP4的栅极接地，PMOS管MP12、MP10、MP8和MP6的栅极分别接收外部控制信号；PM0S管MP12、MP10、MP8、MP6和MP4的漏极连接在一起，并连接所述调谐斜率转换电路，即根据外部控制信号输出不同大小的电流信号，对调谐斜率转换电路输出的调谐电压进行调节。
[0017]本发明的第二个技术方案是:构成分段低压控增益环形振荡器的调谐斜率转换电路，其特征在于:所述调谐斜率转换电路包括运算放大器、PMOS管MP1、MP2、NMOS管MNl和电阻R2、R3 ;PM0S管MP1、MP2的栅极连接在一起，并与运算放大器输出端连接；PM0S管MP1、MP2的源极连接接在一起；PM0S管MPl的漏极接运算放大器负输入端，并通过电阻R2接地；PMOS管MP2的漏极通过电阻R3连接NMOS管MNl的漏极和栅极。
[0018]本发明所述的分段低压控增益环形振荡器和调谐斜率转换电路的有益效果是:本发明通过调谐斜率转换电路和振荡频率分段控制电路相结合，使环形振荡器同时具有宽频率覆盖和低压控增益特性，可以实现差分输出或正交输出两种输出模式；本发明与传统的高压控增益环形振荡器相比，具有面积小、功耗低和闭环相位噪声特性更好的优点，可广泛应用在射频锁相环系统中。
【附图说明】
[0019]图1是分段低压控增益环形振荡器方案框图。
[0020]图2是延迟单元电路图。
[0021 ]图3是调谐斜率转换电路的电路图。
[0022]图4是振荡频率分段控制电路的电路图。
[0023]图5是调谐斜率转换电路斜率转换实现效果图。
[0024]图6是振荡频率分段控制电路实现效果图。
【具体实施方式】
[0025]参见图1，一种分段低压控增益环形振荡器，包括延迟级联电路1、调谐斜