br>[0026] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0027] 本发明提出的实现环形振荡器注入锁定的方法，其采用的注入技术具有非介入 性，只需将环形振荡器的电源引脚作为外部周期性射频信号注入的输入引脚，而后传递到 环形振荡器对其振荡频率进行牵引而锁定，无需引入新的注入电路，简单直接。此外，本发 明提出的实现环形振荡器注入锁定的注入技术可以同时对多个环形振荡器进行同步注入 锁定，方便高效。同时，该注入技术还可以对已经流片成功的环形振荡器电路进行注入锁 定，适用范围广。
【附图说明】
[0028] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明，其中：
[0029] 图1是表示非专利文献中尾式注入技术的电路图；
[0030] 图2是表示非专利文献中直接注入技术的电路图；
[0031] 图3是本发明实施例1所述的注入锁定的环形振荡器电路的电路示意图；
[0032] 图4是本发明实施例1所述的注入锁定的环形振荡器电路中环形振荡器的结构示 意图；
[0033] 图5是本发明实施例1所述的注入锁定的环形振荡器电路中单个单端信号型反相 器的结构示意图；
[0034] 图6是本发明实施例1所述的注入锁定的环形振荡器电路在注入200MHz的射频 信号下输出振荡频率的锁定结果示意图；
[0035] 图7是本发明实施例2所述的注入锁定的环形振荡器电路在FPGA芯片中对多个 环形振荡器进行注入锁定的示意图；
[0036] 图8是本发明实施例3所述的注入锁定的环形振荡器电路在ASIC芯片中对环形 振荡器模块进行注入锁定的示意图。
【具体实施方式】
[0037] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0038] 本发明所述的实现环形振荡器注入锁定的方法，利用了环形振荡器单元的电源引 脚处耦合外部周期性的射频信号，该方法简单、直接，无需额外设置注入信号的输入端，使 得整个电路更加集成化、微型化，并且成本更低。
[0039] 其中，所述外部周期性射频信号的注入频率ωιη]与环形振荡器自由振荡频率ω ^ 的注入范围关系为，其中，η为正整数，表示高次谐波的次数。也就是 说，注入到环形振荡器单元的电源引脚的外部周期性射频信号，其注入的频率ωιη]处于锁 定范围以内，特别是接近环形振荡器自由振荡频率ω^的某谐波附近，且注入强度A ιη]满 足一定的临界值后，将牵引环形振荡器的振荡频率实现锁定。此时，注入的电压Vin]= A ιη]sin (ω in]t+ θ ιη])，其中，设无干扰时环形振荡器的电源电压为VDD，外部周期性射频源在环 形振荡器电源上产生的周期性射频信号幅度为Αιη]，则注入强度Αιη]的范围为：(0,0. 5V J。
[0040] 实施例1 :
[0041] 本实施例中的环形振荡器单元为基础电路结构，如图3所示，该电路包括配置的 直流电源1、外部周期性射频信号源2和环形振荡器电路40。其中，直流电源1的标称电压 为V。，提供环形振荡器电路40正常工作的电源电压；环形振荡器电路40的具体结构如图4 所示，其由23个单端信号型反相器通过级联成环路而得到；单端信号型反相器10、11、12到 32,当然，该单端信号型反相器的数目还可以是其他奇数个，不仅限于23,比如5个、9个、15 个、27个、39个等等。其中所述的单端信号型反相器是由N沟道金属氧化物半导体型晶体 管和P沟道金属氧化物半导体型晶体管组成；外部周期性射频信号源2连接环形振荡器电 路40的电源引脚，将外部周期性射频信号Vin]= A in] sin (ω in]t+ θ ιη])耦合到环形振荡器 的电源端。
[0042] 同时，为了进一步提高通过注入锁定后输出的频率的稳定性，则在所述环形振荡 器电路40的输出端连接有输出缓冲级电路41。同样，其是由直流电源1提供其正常工作的 电压。
[0043] 在具体实际过程中，如果自由振荡频率为4. 7MHz的环形振荡器在200MHz的外部 周期性射频信号的注入下，当注入振幅Αιη]大于1. 000V时，环形振荡器受牵引而锁定到新 的稳定的振荡频率ωιη]__，测试结果如图6所示。
[0044] 实施例2 :
[0045] 如图7所示，本实施例与实施例1的不同点仅在于：所述环形振荡器单元选用的是 FPGA可编程芯片100,其具体包括有环形振荡器110、120、130和140,以及配套的多个可配 置逻辑块和可编程开关矩阵组成，其中环形振荡器的数目也是可以根据具体需要设置的， 其不仅限于奇数个，还可以是其他偶数个。
[0046] 在如图7所示的实施过程中，用相同的HDL程序去配置其中4个位于FPGA可编程 芯片100不同位置的可配置逻辑块，以形成4个具有相同电路结构的环形振荡器电路，即环 形振荡器110、120、130和140。这4个环形振荡器电路理论上具有相同的振荡频率输出，但 由于FPGA可编程芯片100在制造过程中受0CV(片上工艺偏差）的影响，这4个环形振荡 器虽然具有相同的电路结构，但仍因为分别位于FPGA可编程芯片的不同位置而性能有所 差异，导致4个环形振荡器电路的输出振荡频率不一，存在差异。
[0047] 因此，为了避免该问题，可以将外部周期性射频信号Vin]耦合到FPGA可编程芯片 100的全局电源引脚上，同时对4个环形振荡器电路进行注入锁定，在合适的注入频率和注 入强度条件下将4个环形振荡器电路的振荡频率同步锁定到同一频率，实现相同的频率输 出。
[0048] 实施例3 :
[0049] 如图8所示，本实施例与实施例1的不同点仅在于：所述环形振荡器单元选用的是 ASIC专用集成电路芯片，配套的直流电源（图中未画出）为芯片的正常工作提供电压，此 外，在图中的箭头处，也即VDD处连接有外部周期性射频信号V ιη]。
[0050] 在图8中，将1001个性能如下表一所示的中芯国际130纳米工艺单端信号型反相 器INVX1级联成环形振荡器，该环形振荡器驱动一个中芯国际130纳米工艺反相器INVX32 进行输出，组成环形振荡器模块，负责对环形振荡器模块供电的电源环与全局电源网络相 连，由电源I/O PAD单元统一进行供电。
[0052] 表一
[0053] 作为一种可行的注入锁定技术方案，将外部周期性射频信号耦合到该芯片电源1/ 0 PAD单元的封装引脚，进而传递到环形振荡器模块的电源环，实现对环形振荡器的注入锁 定，从而得到新的锁定频率输出。
[0054] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故 凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、 等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1. 一种实现环形振荡器注入锁定的方法，其特征在于： 将外部周期性射频信号耦合到环形振荡器单元的电源引脚； 其中，所述外部周期性射频信号的注入频率ωιη]与环形振荡器自由振荡频率ω^的注 入范围关系为：〇.9〇。〈(0_/]1〈〇。，其中，11为正整数，表示高次谐波的次数； 所述外部周期性射频信号的注入强度Ainj的范围是：0〈Ainj〈0. 5VDD，其中VDD为无干扰时 环形振荡器的电源电压。2. 根据权利要求1所述的实现环形振荡器注入锁定的方法，其特征在于： 所述电源引脚为注入信号输入端。3. -种注入锁定的环形振荡器电路，包括串联连接的环形振荡器单元，其特征在于： 所述环形振荡器单元的电源引脚处耦合有外部周期性射频信号源； 所述外部周期性射频信号的注入频率ωιη]与环形振荡器自由振荡频率ω^的注入范围 关系为：〇.9〇。〈(0_/11〈〇。，其中，11为正整数，表示高次谐波的次数； 所述外部周期性射频信号的注入强度Ainj的范围是：0〈Ainj〈0. 5VDD，其中VDD为无干扰时 环形振荡器的电源电压。4. 根据权利要求3所述的注入锁定的环形振荡器电路，其特征在于： 所述环形振荡器单元为奇数个反相器通过级联形成的回路。5. 根据权利要求3所述的注入锁定的环形振荡器电路，其特征在于 所述环形振荡器单元包括串联连接的反相器回路和输出缓冲电路； 所述反相器回路是由奇数个反相器通过级联形成的回路。6. 根据权利要求4或5所述的实现环形振荡器注入锁定的方法，其特征在于： 所述反相器为单端信号型反相器。7. 根据权利要求6所述的实现环形振荡器注入锁定的方法，其特征在于： 所述单端信号型反相器由N沟道金属氧化物半导体型晶体管和P沟道金属氧化物半导 体型晶体管组成。8. 根据权利要求3所述的注入锁定的环形振荡器电路，其特征在于： 所述环形振荡器单元为环形振荡器、可配置逻辑块和可编程开关矩阵组成的FPGA可 编程芯片。9. 根据权利要求3所述的注入锁定的环形振荡器电路，其特征在于： 所述环形振荡器单元为环形振荡器组成的ASIC专用集成电路芯片。
【专利摘要】本发明公开了一种实现环形振荡器注入锁定的方法，将外部周期性射频信号耦合到环形振荡器单元的电源引脚；其中，所述外部周期性射频信号的注入频率ωinj与环形振荡器自由振荡频率ωo的注入范围关系为：0.9ωo<ωinj/n<ωo，其中，n为正整数，表示高次谐波的次数；所述外部周期性射频信号的注入强度Ainj的范围是：0<Ainj<0.5VDD，其中VDD为无干扰时环形振荡器的电源电压。同时，还公开了一种注入锁定的环形振荡器电路，包括串联连接的环形振荡器单元，所述环形振荡器单元的电源引脚处耦合有外部周期性射频信号源。采用本发明，无需引入额外的注入电路和额外的信号输入引脚就可以实现注入锁定。
【IPC分类】H03L7/08, H03L7/099
【公开号】CN105262484
【申请号】CN201510790341
【发明人】粟涛, 陈弟虎, 黄灼泉
【申请人】中山大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年11月17日