專(zhuān)利名稱(chēng)：電壓控制振蕩電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于PLL ( Phase Locked Loop )電路的，根據(jù)輸入電 壓來(lái)控制振蕩頻率的電壓控制振蕩電路。
背景技術(shù)：
在PLL電路中應(yīng)用根據(jù)輸入電壓來(lái)控制振蕩頻率的電壓控制振 蕩電路(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)l)。
在以往的電壓控制振蕩電路中，例如有如圖5所示那樣構(gòu)成的電 壓控制振蕩電路。圖5所示的電壓控制振蕩電路400由電壓電流變換 電路410和電流控制振蕩電路420級(jí)聯(lián)連接構(gòu)成。電壓電流變換電路 410是生成與輸入電壓U命入電壓Vin)對(duì)應(yīng)的電流(*命入電壓變一奐 電流)的電路。此外，電流控制振蕩電路420是按照電壓電流變換電 路410生成的輸入電壓變換電流，振蕩頻率發(fā)生變化的電路。
電壓電流變換電路410具有N溝道MO S晶體管411 、 P溝道MO S 晶體管412和電阻413。
N溝道MOS晶體管411，輸入電壓Vin連接在柵極上，漏極連接 在P溝道MOS晶體管412的柵極和漏極上。此外，N溝道MOS晶 體管411的源極經(jīng)電阻413 4妄地。P溝道MOS晶體管412是構(gòu)成輸 入電壓變換電流源的晶體管，源極連接在電源VDD上。
電流控制振蕩電路420具有多級(jí)的延遲單元。延遲單元的級(jí)數(shù)可 以是2以上的奇數(shù)級(jí)，但是在以下的說(shuō)明中，說(shuō)明具有7級(jí)的延遲單 元421 427的例子。另夕卜，在圖5的例子中，圖示了 2個(gè)延遲單元421 和427,但是在421和427之間還設(shè)置有延遲單元422 426。即421 是初級(jí)延遲單元，427是最終級(jí)延遲單元。延遲單元全部是相同的結(jié) 構(gòu)，所以以延遲單元421為代表進(jìn)行說(shuō)明。延遲單元421如圖5所示，具有P溝道MOS晶體管421a、 P溝 道MOS晶體管421b、 N溝道MOS晶體管421c和電容器421d。
P溝道MOS晶體管421a構(gòu)成電流源。P溝道MOS晶體管421a 的源極連接在電源VDD上，漏極連4妻在P溝道MOS晶體管421b的 源極上。此外，P溝道MOS晶體管421a的柵極與P溝道MOS晶體 管412的柵極、漏極以及N溝道MOS晶體管411的漏極的連接點(diǎn)的 電位連接。
P溝道MOS晶體管421b,漏極連接在N溝道MOS晶體管421c 的漏極上，并且經(jīng)電容器421d接地。N溝道MOS晶體管421c的源
極接地。
構(gòu)成各延遲單元的P溝道MOS晶體管421b和N溝道MOS晶體 管421c的漏極連接在構(gòu)成下一級(jí)延遲單元的P溝道MOS晶體管421b 和N溝道MOS晶體管421c的柵極上。此外，構(gòu)成最終級(jí)延遲單元 的P溝道MOS晶體管421b和N溝道MOS晶體管421c的各漏極(稱(chēng) 作輸出端)連接在構(gòu)成初級(jí)延遲單元的P溝道MOS晶體管421b和N 溝道MOS晶體管421c的4冊(cè)才及上。
下面，說(shuō)明電壓控制振蕩電路400的動(dòng)作。
首先，N溝道MOS晶體管411被以源極跟隨器的方式連接。N 溝道MOS晶體管411和電阻413的連接點(diǎn)(連接點(diǎn)A)的電位在輸 入電壓Vin大于Vth時(shí)，大致為(Vin-Vth) 。 Vth是晶體管的闊值電 壓。因此，在輸入電壓Vin發(fā)生變化時(shí)，按照該變化，連接點(diǎn)A的電 位也發(fā)生變化，當(dāng)電阻413的電阻值:取為R413時(shí)，則在電阻413上 流過(guò)的電流(輸入電壓變換電流值Io)由以下的表達(dá)式
Io= (Vin-Vth) /R413 決定。與上述電流相等的電流也流過(guò)N溝道MOS晶體管411、構(gòu)成 輸入電壓變換電流源的P溝道MOS晶體管412。因此，電壓從輸入 電壓Vin^皮移動(dòng)Vth，與豸敘入電壓Vin成線性的電流流過(guò)，lr入電壓變 換電流源(P溝道MOS晶體管412)。
而決定輸入電壓變換電流源(P溝道MOS晶體管412)的電流的P溝道MOS晶體管412的柵極、漏極和N溝道MOS晶體管411的 漏極的連接點(diǎn)的電位，決定電流控制振蕩電路420內(nèi)的各延遲單元內(nèi) 的電流源(P溝道MOS晶體管421a)的電流值。因此，這些電流源 的電流值相等。
接著說(shuō)明延遲單元的動(dòng)作。施加在延遲單元內(nèi)的P溝道MOS晶 體管421b和N溝道MOS晶體管421c的柵-極上的電壓為低電平時(shí)， P溝道MOS晶體管421b上流過(guò)電流，N溝道MOS晶體管421c上不 流過(guò)電流。這時(shí)，P溝道MOS晶體管421b上流過(guò)的電流值由延遲單 元內(nèi)的電流源(P溝道MOS晶體管421a)決定，成為輸入電壓變換 電流-f直Io。由該電流，電荷充電到電容器421d, P溝道MOS晶體管 421b和N溝道MOS晶體管421c的連接點(diǎn)的電位上升。
接著，施加在P溝道MOS晶體管421b和N溝道MOS晶體管421c 的4冊(cè)極上的電壓從低電平上升，當(dāng)超過(guò)N溝道MOS晶體管421c的 閾值電壓時(shí)，N溝道MOS晶體管421c上就流過(guò)電流。N溝道MOS 晶體管421c上流過(guò)的電流由施加在P溝道MOS晶體管421b和N溝 道MOS晶體管421c的柵極上的電壓決定。進(jìn)而，當(dāng)施加在P溝道 MOS晶體管421b和N溝道MOS晶體管421c的柵極上的電壓上升， N溝道M O S晶體管4 21 c上流過(guò)的電流比流過(guò)P溝道M O S晶體管4 21 b 上的電流更多時(shí)，電容器421d的電荷放電，P溝道MOS晶體管421b 和N溝道MOS晶體管421c的連接點(diǎn)的電位就下降。延遲單元重復(fù) 以上的轉(zhuǎn)變。
接著，說(shuō)明輸入電壓變換電流值Io和輸出信號(hào)Vout (從最終級(jí) 延遲單元的P溝道MOS晶體管421b、 N溝道MOS晶體管421c的漏 極輸出的信號(hào))的振蕩頻率(振蕩頻率fout)的關(guān)系。
輸入電壓變換電流值Io和輸出信號(hào)Vout的振蕩頻率fout的關(guān)系 由延遲單元的級(jí)數(shù)決定。這里，在例子中使用7級(jí)的延遲單元進(jìn)4亍說(shuō) 明。
圖6表示施加在延遲單元421 427各自的P溝道MOS晶體管421b 和N溝道MOS晶體管421c的柵極上的電壓。施加在延遲單元421的P溝道MOS晶體管421b和N溝道MOS晶體管421c的柵極上的 電壓是低電平時(shí)，施加在延遲單元422的P溝道MOS晶體管421b 和N溝道MOS晶體管421c的柵極上的電壓上升。延遲單元421的P 溝道MOS晶體管421b上流過(guò)的電流由延遲單元421的電流源(P溝 道MOS晶體管421a)的電流決定，所以如圖6所示，以一定的斜率 上升。
當(dāng)施加在延遲單元422的P溝道MOS晶體管421b和N溝道MOS 晶體管421c的柵極上的電壓上升，N溝道MOS晶體管421c上流過(guò) 的電流比延遲單元422的P溝道MOS晶體管421b上流過(guò)的電流更多 時(shí)，施加在延遲單元423的P溝道MOS晶體管421b和N溝道MOS 晶體管421c的柵極上的電壓就下降。這時(shí)，N溝道MOS晶體管421c 上流過(guò)的電流由施加在延遲單元422的P溝道MOS晶體管421b和N 溝道MOS晶體管421c的柵極上的電壓決定，所以急劇下降到低電平。 通過(guò)延遲單元重復(fù)以上的動(dòng)作，輸出預(yù)定的振蕩周期的信號(hào)。振蕩周 期為如下那樣。
當(dāng)施加在延遲單元內(nèi)的P溝道MOS晶體管421b和N溝道MOS 晶體管421c的柵-極上的電壓上升，P溝道MOS晶體管Clb上流過(guò) 的電流和N溝道MOS晶體管421c上流過(guò)的電流變成相等時(shí)的施加 在P溝道MOS晶體管421b和N溝道MOS晶體管421c的柵才及上的 電壓取為Vsw,從低電平上升到Vsw的時(shí)間取為T(mén)sw,電容器421d 的電容值取為Co，則表示為
Tsw=CoxVsw/Io 。 也如圖6所示那樣，在為7級(jí)延遲單元的情況下，l周期變?yōu)?xTsw。 同樣，在為n級(jí)延遲單元的情況下，l周期變?yōu)閚xTsw，所以n級(jí)延 遲單元的輸出信號(hào)Vout的振蕩頻率能表示為
fout=l/ ( nxTsw)
=Io/ ( nxCoxVsw )。
因此，輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的4展蕩頻率fout的關(guān)系成
為fout= (Vin-Vth) / ( nxCoxVswxR413 )。 因此，電壓從輸入電壓Vin被移動(dòng)Vth,得到與輸入電壓Vin成線性 的^T出信號(hào)Vout的l展蕩頻率fout。專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平5-145412號(hào)^>報(bào)發(fā)明內(nèi)容然而，電壓控制振蕩電路對(duì)PLL電路的穩(wěn)定性帶來(lái)影響，所以要 求相對(duì)于輸入電壓的輸出頻率為線性的性能。但是，在上述的以往的電壓控制振蕩電路中，存在著在比預(yù)定的 頻率低的區(qū)域，相對(duì)于輸入電壓的輸出信號(hào)Vout的振蕩頻率fout的 線性良好，而在比其頻率高的高頻區(qū)域中，相對(duì)于輸入電壓的輸出信 號(hào)Vout的振蕩頻率fout的線性惡化的問(wèn)題。這是因?yàn)橐酝碾妷嚎刂普袷庪娐分性诒阮A(yù)定頻率低的低頻區(qū) 域，可以視為電壓Vsw與輸入電壓變換電流值Io無(wú)關(guān)，是一定的， 但是在比它頻率高的高頻區(qū)域中，如以下說(shuō)明的那樣，對(duì)Io的依賴(lài) 性增大。當(dāng)施加在P溝道MOS晶體管421b和N溝道MOS晶體管421c 的柵極上的電壓為Vsw時(shí)，P溝道MOS晶體管421b和N溝道MOS 晶體管421c上流過(guò)的電流分別取為I421b、 1421c，則表示為I421b=IoI421c=(3/2x (Vsw畫(huà)Vth) A2 。這里，記號(hào)A意味著乘方。以上表達(dá)式中的(3意味著|3=uxCoxxW/L (u是電子遷移率，Cox 是柵電容，W是晶體管的溝道寬度，L是晶體管的溝道長(zhǎng)度)。此外， Vth意味著晶體管的閾值電壓。上述的1421b和1421c相等，所以表示為Io=p/2x (Vsw隱Vth) A2 。當(dāng)使用Io表示Vsw時(shí)，則表示為Vsw二Vth十(2xIo/(3) A0,5 。以上表達(dá)式表示，延遲單元內(nèi)的P溝道MOS晶體管421b上流過(guò)的電 流和N溝道MOS晶體管421c上流過(guò)的電流相等時(shí)的施加在P溝道 MOS晶體管421b和N溝道MOS晶體管421c的柵極上的電壓Vsw 按照電流源(P溝道MOS晶體管421a)的輸入電壓變換電流值Io而 變化。這時(shí)，輸入電壓變換電流值Io和輸出信號(hào)Vout的振蕩頻率fout 的關(guān)系在電容器421d的電容為Co時(shí)，變?yōu)?fout=Io/ ( nxCox ( Vth+ ( 2xIo/(3) A0.5 )。以上表達(dá)式意味著在高頻區(qū)域即P溝道MOS晶體管421a的輸入 電壓變換電流值Io大時(shí)，輸出信號(hào)Vout的振蕩頻率fout下降，而使 線性惡化。本發(fā)明是著眼于上述問(wèn)題而作出的，其目的在于，提供一種即使 在高頻區(qū)域也能使相對(duì)輸入電壓的輸出頻率為線性，在寬的頻率范圍 內(nèi)能提高PLL電路的穩(wěn)定性的電壓控制振蕩電路。為了解決上述課題，本發(fā)明的一個(gè)方式是一種電壓控制振蕩電 路，級(jí)聯(lián)連接有生成與輸入電壓對(duì)應(yīng)的電流即輸入電壓變換電流的電 壓電流變換電路和按照上述輸入電壓變換電流振蕩頻率發(fā)生變化的 電流控制振蕩電路，其特征在于上述電壓電流變換電路具有輸出與上述輸入電壓成比例的電流 的第 一電流源、和輸出與移動(dòng)上述輸入電壓得到的電壓成比例的電流 的多個(gè)第二電流源，將上述第 一 電流源輸出的電流和上述多個(gè)第二電 流源輸出的電流相加的電流作為上述1#入電壓變4灸電流對(duì)上述電流 控制振蕩電路輸出。根據(jù)本發(fā)明，在電壓控制振蕩電路中，能夠在寬的頻率范圍內(nèi)， 使相對(duì)于輸入電壓的輸出頻率為線性。因此，能在應(yīng)用本發(fā)明的電壓 控制振蕩電路的PLL電路中在寬的頻率范圍內(nèi)提高PLL電路的穩(wěn)定 性。


圖1是表示實(shí)施例1的電壓控制振蕩電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是表示參考例1的電壓控制振蕩電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖3是表示參考例1的變形例的電壓控制振蕩電路的結(jié)構(gòu)的框圖。圖4是表示參考例2的電壓控制振蕩電路的結(jié)構(gòu)的框圖。 圖5是表示以往例的電壓控制振蕩電路的結(jié)構(gòu)的框圖。 圖6是表示延遲單元的輸出信號(hào)的圖。 符號(hào)的說(shuō)明100:電壓4空制纟展蕩電^各；110:電壓電流變才灸電3各；111: N溝 道MOS晶體管；112: P溝道MOS晶體管；113:電阻；114: N溝 道MOS晶體管；115: N溝道MOS晶體管；116: P溝道MOS晶體 管；120:電流控制振蕩電路；121 127:延遲單元；121a: P溝道 MOS晶體管；121b: P溝道MOS晶體管；121c: N溝道MOS晶體 管；121d:電容器；200:電壓控制振蕩電路；210:電壓電流變換電 路；211:電阻；211a 211b:電阻；212: N溝道MOS晶體管；300: 電壓控制振蕩電路；310:電壓電流變換電路；311 31p:電流源；311a: N溝道MOS晶體管；311b:電阻。
具體實(shí)施方式
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施例和參考例。 《發(fā)明的實(shí)施例1》圖l是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的電壓控制振蕩電路300的結(jié)構(gòu)的 框圖。電壓控制振蕩電路300是輸出與輸入的電壓(輸入電壓Vin) 對(duì)應(yīng)的頻率的信號(hào)(輸出信號(hào)Vout)的電路。如圖1所示，電壓控制 振蕩電路300由電壓電流變換電路310和電流控制振蕩電路120級(jí)聯(lián) 連4妄而成。電壓電流變換電路310是生成與輸入電壓Vin對(duì)應(yīng)的電流 (輸入電壓變換電流)的電路。此外，電流控制振蕩電路120是按照 電壓電流變換電路310生成的輸入電壓變換電流，振蕩頻率發(fā)生變化 的電^各。電壓電流變換電路310具有N溝道MOS晶體管111、P溝道MOS晶體管112、電阻113和多個(gè)電流源(電流源311 31p)。
N溝道MOS晶體管111，柵極連接在輸入電壓Vin上，漏極連 接在P溝道MOS晶體管112的柵極和漏極上。此外，N溝道MOS 晶體管111的源極經(jīng)電阻113接地。
P溝道MOS晶體管112是構(gòu)成輸入電壓變換電流源的晶體管。P 溝道MOS晶體管112的源極連接在電源VDD上。
電阻211如圖1所示，由多個(gè)電阻串聯(lián)而成。雖然在圖1中只圖 示了 2個(gè)電阻211a和電阻211b, ^f旦還可以串聯(lián)更多的電阻。
各電流源是相對(duì)輸入的電壓而生成線性的電流的電路。在圖1的 例子中，雖然圖示了 311和31p這2個(gè)，^f旦在311和31p之間還可以 設(shè)置多個(gè)電流源。各電流源都是相同的結(jié)構(gòu)，所以以電流源311為代 表進(jìn)行說(shuō)明。
電流源311如圖1所示，具有N溝道MOS晶體管311a和電阻 311b。
N溝道MOS晶體管311a，源極經(jīng)電阻311b^妄地，漏極連接在N 溝道MOS晶體管111和P溝道MOS晶體管112的連接點(diǎn)上，柵極 連接在N溝道MOS晶體管111和電阻211的連接點(diǎn)(連接點(diǎn)A)上 或者電阻之間(在該例子中，為電阻211a 211b)的連接點(diǎn)的任意一 個(gè)上。即在N溝道MOS晶體管311a的4冊(cè)極輸入了連接點(diǎn)A的電位 或者將連接點(diǎn)A和接地之間的電位進(jìn)行電阻分割的電位。
電流控制振蕩電路120具有多級(jí)的延遲單元。延遲單元的級(jí)數(shù)是 2以上的奇數(shù)級(jí)，但是在以下的說(shuō)明中，說(shuō)明具有7級(jí)的延遲單元 121 127的例子。另外，在圖l的例子中，圖示了2個(gè)延遲單元121 和127,但是在121 127之間還設(shè)置有多個(gè)延遲單元122 126。即m 是初級(jí)延遲單元，127是最終級(jí)延遲單元。延遲單元全部是相同的結(jié) 構(gòu)，所以作為代表，只說(shuō)明延遲單元121。
延遲單元121如圖1所示，具有P溝道MOS晶體管Ula、 Klb、 N溝道MOS晶體管121c和電容器121d。
P溝道MOS晶體管121a構(gòu)成電流源。P溝道MOS晶體管121a的源極連接在電源VDD上，漏極連接在P溝道MOS晶體管121b的 源極上。此外，P溝道MOS晶體管121a的柵極與P溝道MOS晶體 管112的柵極、漏極和N溝道MOS晶體管111的漏才及的連接點(diǎn)的電 位連接。
P溝道MOS晶體管121b,漏極連接在N溝道MOS晶體管121c 的漏極上，并且經(jīng)電容器121cU妻地。N溝道MOS晶體管121c的源 極接地。
構(gòu)成各延遲單元的P溝道MOS晶體管121b和N溝道MOS晶體 管121c的漏極連接在構(gòu)成下一級(jí)延遲單元的P溝道MOS晶體管121b 和N溝道MOS晶體管121c的4冊(cè)極上。此外，構(gòu)成最終級(jí)延遲單元 的P溝道MOS晶體管121b和N溝道MOS晶體管121c的漏極(稱(chēng) 作專(zhuān)t出端)連4妻在構(gòu)成初級(jí)延遲單元的P溝道MOS晶體管121b和N 溝道MOS晶體管121c的柵極上。
下面，說(shuō)明電壓控制振蕩電路300的動(dòng)作。
在電壓控制振蕩電路300中，N溝道MOS晶體管311a一皮以源極 跟隨器方式連接。當(dāng)施加在N溝道MOS晶體管311a的片冊(cè)才及上的電 壓取為Vc，在N溝道MOS晶體管311a和電阻311b的連接點(diǎn)的電壓 當(dāng)施加在N溝道MOS晶體管311a的柵極上的電壓Vc大于Vth時(shí)， 大致變?yōu)?Vc-Vth)。
因此，當(dāng)電阻311b的電阻值取為R311b時(shí)，在N溝道MOS晶 體管311a和電阻311b上流過(guò)的電流值18就能由
18= (Vc-Vth) /R311b 表示。以上表達(dá)式意味著從施加在N溝道MOS晶體管311a的柵極 上的電壓Vc,電壓被移動(dòng)Vth,相對(duì)于施加在N溝道MOS晶體管311a 的沖冊(cè)極上的電壓Vc,流過(guò)線性的電流。
用電流源311 31p具體說(shuō)明輸入電壓變換電流值Io。在電流源 311 31p各自的N溝道MOS晶體管311a的^"極上施加由電阻211a 和211b將N溝道MOS晶體管111和電阻211的連接點(diǎn)A的電壓進(jìn) 行電阻分割的電壓。這里，施加在電流源3U 31p各自的N溝道MOS晶體管311a 的柵極上的電壓為卩311x (Vin-Vth) (331px ( Vin-Vth )。其中， 卩311 卩31p是0 1的常數(shù)。此外，當(dāng)電流源311 31p各自的電阻311b 的電阻值取為R31 R31p,在電流源311~31p各自的N溝道MOS晶 體管311a上流過(guò)的電流值取為L(zhǎng)311 I31p時(shí)，則能表示為
1311 =(3311 x ( Vin- ( Vth+Vth/(3311) ) /R311
I31p=|331px (Vin- ( Vth+Vth/p31p ) ) /R31p 。
在電阻211上流過(guò)的電流16和在電流源311 31p各自的N溝道 MOS晶體管311a上流過(guò)的電流I311 I31p,流向P溝道MOS晶體管 112,因此在輸入電壓變換電流源(P溝道MOS晶體管112)上流過(guò) 的輸入電壓變換電流值Io由
Io= ( Vin-Vth ) /R211+(3311x ( Vin畫(huà)(Vth+Vth/卩311 )) /R311+…+卩31px (Vin畫(huà)(Vth+Vth/卩3 lp ) ) /R31p 決定。
即，當(dāng)僅有相對(duì)于輸入電壓具有線性特性的電流16時(shí)在高頻區(qū) 域振蕩頻率下降，而在電壓控制振蕩電路300中，振蕩頻率的下降能 夠由相對(duì)于輸入電壓具有線性特性的多個(gè)電流1311~13lp來(lái)校正。
另外，通過(guò)使構(gòu)成電阻211的電阻211a 211b的電阻值變化，變 更施加在電流源311 31p各自的N溝道MOS晶體管31 la的柵極上 的電壓，就能任意設(shè)定開(kāi)始校正的電壓。即在本實(shí)施例中，能任意選 擇想要校正的區(qū)域，此外，通過(guò)任意變更電阻值R311 R31p,能任意 選擇校正量。
進(jìn)而，各電流源輸出的電流(具有線性特性的電流)由電阻決定， 所以與如以下所示的參考例或其變形例那樣，具有斜率的增加率為正 的特性的電流由晶體管的電導(dǎo)gm決定相比，能抑制制造工藝或周邊 溫度的影響引起的電流值的變動(dòng)。 《參考例1》
圖2是表示參考例1的電壓控制振蕩電路IOO的結(jié)構(gòu)的框圖。電 壓控制振蕩電路100是輸出與輸入的電壓(輸入電壓Vin)對(duì)應(yīng)的頻率的信號(hào)(輸出信號(hào)Vout)的電路。如圖2所示，電壓控制振蕩電路
100由電壓電流變換電路110和電流控制振蕩電路120級(jí)聯(lián)連接而成。 電壓電流變換電路110是生成與輸入電壓V i n對(duì)應(yīng)的電流(輸入電壓 變換電流)的電^^。此外，電流控制振蕩電^各120是"t姿照電壓電流變 換電路IIO生成的輸入電壓變換電流，振蕩頻率發(fā)生變化的電路。
電壓電流變換電路IIO具有N溝道MOS晶體管111、P溝道MOS 晶體管112、電阻113、 N溝道MOS晶體管114。
N溝道MOS晶體管111，柵極連接在輸入電壓Vin上，漏極連 接在P溝道MOS晶體管112的柵極和漏極上。此外，N溝道MOS 晶體管111的源極經(jīng)電阻113接地。
P溝道MOS晶體管112是構(gòu)成輸入電壓變換電流源的晶體管。P 溝道MOS晶體管112的源極連接在電源VDD上。
N溝道MOS晶體管114,柵極連接在電壓電流變換電路110的 輸入電壓Vin上。此外，N溝道MOS晶體管114的源擬j妻地，漏極 連接在N溝道MOS晶體管111和P溝道MOS晶體管112的連接點(diǎn) 上。
電流控制振蕩電路120具有多級(jí)的延遲單元。延遲單元的級(jí)數(shù)是 2以上的奇數(shù)級(jí)，但是在以下的說(shuō)明中，說(shuō)明具有7級(jí)的延遲單元 121 127的例子。另外，在圖2的例子中，圖示了2個(gè)延遲單元121 和127，但是在121 127之間還設(shè)置有多個(gè)延遲單元122 126。即121 是初級(jí)延遲單元，127是最終級(jí)延遲單元。延遲單元全部是相同的結(jié) 構(gòu)，所以作為代表，只說(shuō)明延遲單元121。
延遲單元121如圖2所示，具有P溝道MOS晶體管121a、 121b、 N溝道MOS晶體管121c和電容器121d。
P溝道MOS晶體管121a構(gòu)成電流源。P溝道MOS晶體管121a 的源極連接在電源VDD上，漏極連接在P溝道MOS晶體管121b的 源極上。此外，P溝道MOS晶體管121a的柵極與P溝道MOS晶體 管112的柵極、漏極和N溝道MOS晶體管111的漏極的連接點(diǎn)的電 位連接。P溝道MOS晶體管121b,漏極連接在N溝道MOS晶體管121c 的漏極上，并且經(jīng)電容器121d接地。N溝道MOS晶體管121c的源
極接地。
構(gòu)成各延遲單元的P溝道MOS晶體管121b和N溝道MOS晶體 管121c的漏極連接在構(gòu)成下一級(jí)延遲單元的P溝道MOS晶體管121b 和N溝道MOS晶體管121c的柵極上。此外，構(gòu)成最終級(jí)延遲單元 的P溝道MOS晶體管121b和N溝道MOS晶體管121c的漏極(稱(chēng) 作輸出端)連接在構(gòu)成初級(jí)延遲單元的P溝道MOS晶體管121b和N 溝道MOS晶體管121c的4冊(cè)極上。
下面，說(shuō)明電壓控制振蕩電路100的動(dòng)作。
首先，圖2所示的N溝道MOS晶體管111和電阻113的連4妻點(diǎn) (連接點(diǎn)A)的電位當(dāng)輸入電壓Vin比Vth (Vth是晶體管的閾值電 壓)大時(shí)，大致變?yōu)?Vin-Vth)。
因此，當(dāng)電阻113的電阻值耳又為R113時(shí)，則在N溝道MOS晶 體管111和電阻113上流過(guò)的電流II由
11= (Vin-Vth) /R113 決定。即可知電壓乂人輸入電壓Vin一皮移動(dòng)Vth，在電阻113上流過(guò)相 對(duì)輸入電壓成線性的電流。
此外，N溝道MOS晶體管114的柵極連接有輸入電壓Vin,所 以在N溝道MOS晶體管114上流過(guò)的電流I2由
12=卩/2>< (Vin-Vth) A2 決定。即可知在N溝道MOS晶體管114中，將電壓從輸入電壓Vin 移動(dòng)Vth，流過(guò)相對(duì)于輸入電壓具有斜率的增加率為正的特性的電流。 這里，記號(hào)八意味著乘方。
在N溝道MOS晶體管111和電阻113上流過(guò)的電流I1、在N溝 道MOS晶體管114上流過(guò)的電流12流向P溝道MOS晶體管112, 所以在輸入電壓變換電流源(P溝道MOS晶體管112)上流過(guò)的電流 值Io由
Io= (Vin-Vth) /R113+卩/2x (Vin-Vth) A2決定。以上表達(dá)式的(3意味著p=uxW/L (u是電子遷移率，Cox是柵 電容，W是晶體管的溝道寬度，L是晶體管的溝道長(zhǎng)度)。此外，Vth 意味著晶體管的閾值電壓。
施加在延遲單元內(nèi)的P溝道MOS晶體管121b和N溝道MOS晶 體管121c的柵極上的電壓為低電平時(shí)，P溝道MOS晶體管121b上 流過(guò)的電流值由延遲單元內(nèi)的電流源(P溝道MOS晶體管121a)決 定，成為輸入電壓變換電流值Io (=11+12)。
輸出信號(hào)Vout的振蕩頻率fout,根據(jù)相對(duì)于輸入電壓成線性的 電流11和相對(duì)于輸入電壓具有斜率的增加率為正的特性的電流12相 加的電流來(lái)決定。
即，按照本參考例，當(dāng)僅有相對(duì)于輸入電壓具有線性特性的電流 II時(shí)在高頻區(qū)域中振蕩頻率下降，而振蕩頻率的下降能夠由具有斜率 的增加率為正的特性的電流12來(lái)校正。
另外，也能代替N溝道MOS晶體管114，用相對(duì)于輸入電壓具 有斜率的增加率為正的特性的二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。 《參考例1的變形例》
此外，在電壓電流變換電路110中，也可以代替N溝道MOS晶 體管114,而如圖3所示設(shè)置N溝道MOS晶體管115。
N溝道MOS晶體管115,柵極連接在N溝道MOS晶體管111 和電阻113的連接點(diǎn)(連接點(diǎn)A)上，漏極與N溝道MOS晶體管111 和P溝道MOS晶體管112的連接點(diǎn)連接，源極接地。
在該變形例中，連接點(diǎn)A的電位在輸入電壓比閾值電壓Vth大時(shí)， 大致變?yōu)?Vin-Vth)。因此，當(dāng)電阻113的電阻值取為R113時(shí)，則 在電阻113上流過(guò)的電流II由
11= (Vin-Vth) /R113 決定。即可知電壓從輸入電壓Vin被移動(dòng)Vth，在電阻113上流過(guò)相
對(duì)于輸入電壓成線性的電流。
進(jìn)而，連接點(diǎn)A的電壓連接在N溝道MOS晶體管115的柵極上， 所以在N溝道MOS晶體管115上流過(guò)的電流I4由I4=(3/2x ( Vin-2xVth) A2 決定。即可知在N溝道MOS晶體管115中，將電壓從輸入電壓Vin 移動(dòng)2xVth，流過(guò)相對(duì)于輸入電壓具有斜率的增加率為正的特性的電
流o
在電阻113上流過(guò)的電流I3和在N溝道MOS晶體管115上流過(guò) 的電流I4分別流向P溝道MOS晶體管112，所以在輸入電壓變4奐電 流源(P溝道MOS晶體管112 )上流過(guò)的電流值Io由
Io= (Vin-Vth) /R113+(3/2x (Vin-2xVth) A2決定。
因此，在本變形例中，也能由相對(duì)于輸入電壓具有斜率的增加率 為正的特性的電流14來(lái)校正在高頻區(qū)域中振蕩頻率下降這種問(wèn)題。
另外，在本變形例中，也可代替N溝道MOS晶體管115，用相 對(duì)于輸入電壓具有斜率的增加率為正的特性的二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
《參考例2》
圖4是表示參考例2的電壓控制振蕩電路200的結(jié)構(gòu)的框圖。電 壓控制振蕩電路200如圖4所示，具有電壓電流變換電路210和電流 控制振蕩電路120。
電壓電流變換電路210具有N溝道MOS晶體管111、P溝道MOS 晶體管112、電阻211和N溝道MOS晶體管212。
電阻211由電阻211a和電阻21 lb串聯(lián)而成。電阻211的一端與 N溝道MOS晶體管111的源極連接，另一端接地。
N溝道MOS晶體管212的柵極與N溝道MOS晶體管111和電 阻211的連接點(diǎn)、或者電阻211a和211b的連接點(diǎn)的任意一個(gè)連接。 在圖4所示的例子中，連接在電阻211a和211b的連接點(diǎn)上。
此外，N溝道MOS晶體管212的漏極連接在N溝道MOS晶體 管111和P溝道MOS晶體管112的連4秦點(diǎn)上，源極接地。
下面，說(shuō)明電壓控制振蕩電路200的動(dòng)作。
在電壓控制振蕩電路200中，N溝道MOS晶體管111和電阻211 的連接點(diǎn)A的電壓在輸入電壓大于閾值電壓Vth時(shí)，大致變?yōu)?Vin-Vth)。因此，當(dāng)電阻211的電阻值取為R211時(shí)，則在電阻211 和N溝道MOS晶體管111上流過(guò)的電流16由
<formula>formula see original document page 17</formula> 決定。因此，可知電壓,人輸入電壓Vin^皮移動(dòng)Vth,在電阻211上流 過(guò)相對(duì)于輸入電壓成線性的電流。
此夕卜，在N溝道MOS晶體管212的柵極上施加將連接點(diǎn)A的電 壓進(jìn)行了電阻分割的電壓。當(dāng)N溝道MOS晶體管212的柵極電位取 為Vb時(shí)，則表示為
<formula>formula see original document page 17</formula> 。 以上表達(dá)式中的a是0 1的常數(shù)。
因此，當(dāng)N溝道MOS晶體管212的柵極電位取為Vb時(shí)，則在 N溝道MOS晶體管212上流過(guò)的電流I7由
<formula>formula see original document page 17</formula> A2 決定。4戈入4冊(cè)極電位Vb，則表示為
I7=p/2xaA2x (Vin- ( Vth+Vth/a ) ) A2 。 因此，可知在N溝道MOS晶體管212中，將電壓從輸入電壓Vin移 動(dòng)Vth+Vth/a，流過(guò)相對(duì)于輸入電壓具有斜率的增加率為正的特性的 電流。
在電阻211和N溝道MOS晶體管111上流過(guò)的電流16和在N 溝道MOS晶體管212上流過(guò)的電流I7流向P溝道MOS晶體管112, 所以在輸入電壓變換電流源(P溝道MOS晶體管112)上流過(guò)的電流 值Io由
<formula>formula see original document page 17</formula>決定。
如上所述，在電壓控制振蕩電路200中，由相對(duì)于輸入電壓具有 斜率的增加率為正的特性的電流17來(lái)校正在高頻區(qū)域中振蕩頻率下 降這種問(wèn)題。
此外，通過(guò)改變構(gòu)成電阻211的電阻211a 211b的電阻值，變 更施加在N溝道MOS晶體管212的柵極上的電壓，就能任意地設(shè)定開(kāi)始校正輸出頻率的電壓。
另外，在本參考例中，也可以代替N溝道MOS晶體管212，用
相對(duì)于輸入電壓具有斜率的增加率為正的特性的二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。 工業(yè)可利用性
本發(fā)明的電壓控制振蕩電路具有能在寬的頻率范圍內(nèi)，使相對(duì)于
輸入電壓的輸出頻率變?yōu)榫€性的效果。因此，作為能應(yīng)用于PLL電路 的，根據(jù)輸入電壓來(lái)控制振蕩頻率的電壓控制振蕩電路是有用的。
權(quán)利要求
1.一種電壓控制振蕩電路，級(jí)聯(lián)連接有生成與輸入電壓對(duì)應(yīng)的 電流即輸入電壓變換電流的電壓電流變換電路、和按照上述輸入電壓變換電流振蕩頻率發(fā)生變化的電流控制振蕩電路，其特征在于上述電壓電流變換電路具有輸出與上述輸入電壓成比例的電流 的第 一 電流源、和輸出與移動(dòng)上述輸入電壓得到的電壓成比例的電流 的多個(gè)第二電流源，將上述第 一電流源輸出的電流和上述多個(gè)第二電 流源輸出的電流相加的電流作為上述輸入電壓變換電流對(duì)上述電流 控制振蕩電路輸出。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電壓控制振蕩電路，級(jí)聯(lián)連接有生成與輸入電壓對(duì)應(yīng)的電流即輸入電壓變換電流的電壓電流變換電路(310)、和按照輸入電壓變換電流振蕩頻率發(fā)生變化的電流控制振蕩電路(120)，在電壓電流變換電路(310)中設(shè)置輸出與輸入電壓成比例的電流的第一電流源、輸出與移動(dòng)輸入電壓得到的電壓成比例的電流的多個(gè)第二電流源。而且，將第一電流源輸出的電流和多個(gè)第二電流源輸出的電流相加的電流作為輸入電壓變換電流對(duì)電流控制振蕩電路(120)輸出。
文檔編號(hào)H03L7/08GK101313467SQ200780000239
公開(kāi)日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月23日
發(fā)明者岡隆司, 渡邊誠(chéng)司 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社