專利名稱：壓控振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā) 明涉及鎖相環(huán)技術(shù)，特別是鎖相環(huán)電路中的壓控振蕩器。
背景技術(shù)：
鎖相環(huán)(PLL，Phase-Locked Loop)是一種常用的閉環(huán)電路，利用外部輸入的參考信號控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號的頻率和相位。鎖相環(huán)電路在工作的過程中，當輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時，輸出電壓與輸入電壓保持固定的相位差值。目前，參考圖1，鎖相環(huán)電路通常是由鑒相器(PD) 101、環(huán)路濾波器(LF) 102和壓控振蕩器(VCO) 103三部分組成。其中，壓控振蕩器是鎖相環(huán)電路中的關(guān)鍵部件，壓控振蕩器的VCO曲線能夠較為直接反映出該壓控振蕩器通過控制電壓調(diào)節(jié)頻率的特性。一般來說，當VCO曲線的斜率越大，雖然能夠較小范圍的電壓調(diào)節(jié)較大范圍的頻率，但是較容易產(chǎn)生抖動現(xiàn)象，造成控制的不穩(wěn)定；而當VCO曲線較為平緩時，雖然有效地抑制了抖動所帶來的不良影響，但通過控制電壓所能調(diào)節(jié)的頻率范圍受到了限制。為了平衡控制電壓與調(diào)節(jié)頻率之間的關(guān)系，人們通過對壓控振蕩器電路進行改進設(shè)計，以期產(chǎn)生如圖2所示的多條平行的VCO曲線，從而在避免抖動現(xiàn)象的同時，盡可能地擴大控制電壓可調(diào)節(jié)頻率的范圍。現(xiàn)有技術(shù)中，參考圖3，一種常見的具有多條VCO曲線的壓控振蕩器電路100至少包括PM0S管101和102的源極、襯底相互連接并連接至電源電壓VDD，PM0S管101的漏極連接至PMOS管101的柵極、PMOS管102的柵極和NMOS管103的源極，PMOS管102的漏極連接石英振蕩器104的一端；NMOS管103的柵極連接控制電壓Vcrt，NM0S管103的襯底連接至地線；開關(guān)Kl和電阻Rl串聯(lián)連接、開關(guān)K2和電阻R2串聯(lián)連接、開關(guān)K3和電阻R3串聯(lián)連接以及開關(guān)K4和電阻R4串聯(lián)連接，并且，開關(guān)K1-K4的一端相互連接并連接至NMOS 管103的源極，而電阻R1-R4的另一端相互連接，并與石英振蕩器104的另一端相連接至地線。參考圖4，圖4所示為壓控振蕩器電路100的VCO曲線，不難看出，由于MOS管存在非線性區(qū)，并且通過電阻R1-R4來改善VCO曲線，使得VCO曲線在初始階段呈現(xiàn)出非線性的狀態(tài)。另外，在線性區(qū)域，由于采用電阻R1-R4對該壓控振蕩器電路進行調(diào)節(jié)，具有不同的跨導，使得在高頻階段VCO曲線的斜率增大，容易產(chǎn)生抖動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供了一種壓控振蕩器，所述壓控振蕩器具有明顯可區(qū)分的多條子曲線的VCO曲線。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種壓控振蕩器，包括控制單元，用于根據(jù)控制電壓，控制輸入電流值；電流鏡像單元，用于將所述輸入電流鏡像至振蕩電路的輸入端；振蕩電路，用于根據(jù)所述輸入電流，提供與所述控制電壓相關(guān)的振蕩頻率；初始電流設(shè)置單元，用于提供初始工作階段所述振蕩電路的電流值?？蛇x的，所述壓控振蕩器包括第一 PMOS管和第二 PMOS管，所述第一 PMOS管和第二 PMOS管的源極相互連接并連接至電源電壓VDD，所述第一 PMOS管的柵極與所述第二 PMOS管的柵極相互連接并連接至所述第一 PMOS管的漏極；所述第二 PMOS管的漏極連接用于提供振蕩頻率的振蕩電路；第一電流源并聯(lián)在所述第二 PMOS管的兩端，且所述第一電流源的一端與所述振蕩電路的輸入端相互連接；第一 NMOS管的柵極連接控制電壓，所述第一 NMOS管的源極連接所述第一 PMOS管的漏極，所述第一 NMOS管的漏極與一個或多個并聯(lián)的電阻相連接?？蛇x的，所述壓控振蕩器還可包括一個或多個并聯(lián)的第二 NMOS管，其源極相互連接并連接至所述第一 PMOS管的漏極，用于提供初始電流。可選的，所述壓控振蕩器還可包括一個或多個并聯(lián)的第二電流源，其一端相互連接并連接至所述第一 PMOS管的漏極，用于提供初始電流。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在電路的不同位置設(shè)置用以提供初始電流的初始電流設(shè)置單元，使得所述壓控振蕩器能夠在低頻階段提供具有清晰的多條子曲線的VCO曲線，從而具有出色的低頻表現(xiàn)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中鎖相環(huán)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是理論VCO曲線示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中壓控振蕩器的電路示意圖；圖4是與如圖3所示壓控振蕩器電路所對應(yīng)的VCO曲線示意圖；圖5是本發(fā)明壓控振蕩器一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明壓控振蕩器一種具體實施方式
的電路示意圖；圖7是與如圖6所示壓控振蕩器電路所對應(yīng)的VCO曲線示意圖；圖8是本發(fā)明壓控振蕩器另一種具體實施方式
的電路示意圖。
具體實施例方式發(fā)明人在總結(jié)了大量的實踐經(jīng)驗之后，提出了一種新型的壓控振蕩器，通過設(shè)置用以提供初始電流的電路，從而能夠提供低頻階段的具有清晰的多條子曲線的VCO曲線， 使得所述壓控振蕩器具有出色的低頻表現(xiàn)。參考圖5，本發(fā)明壓控振蕩器的一種實施方式可包括控制單元501，用于根據(jù)控制電壓，控制輸入電流值；電流鏡像單元502，用于將所述輸入電流鏡像至振蕩電路的輸入端；振蕩電路503，用于根據(jù)所述輸入電流，提供與所述控制電壓相關(guān)的振蕩頻率；初始電流設(shè)置單元504，用于提供所述振蕩電路初始工作階段的電流值。參考圖6，本發(fā)明壓控振蕩器200的一種具體實施方式
至少可包括PM0S管201和 PMOS管202的源極相互連接并連接至電源電壓VDD，PM0S管201的漏極連接至PMOS管201 的柵極、PMOS管202的柵極、NMOS管203的源極；電流源205并聯(lián)在PMOS管202的兩端， 且電流源205的一端與PMOS管202的漏極、以及石英振蕩器204的一端相互連接；NMOS管 203的柵極連接控制電壓Vctr，NMOS管203的襯底接地；開關(guān)Tl與電阻Rll串聯(lián)連接且開關(guān)T2與電阻R12串聯(lián)連接，開關(guān)Τ1-Τ2的一端相互連接并連接至NMOS管203的源極以及電阻R13的一端；電阻R11-R13的另一端相互連接，并與石英振蕩器204的另一端以及地線相連接。 具體地，PMOS管201和PMOS管202形成電流鏡，當在匪OS管203上施加控制電壓 Vctr時，匪OS管203的源極電流通過PMOS管201，鏡像至PMOS管202，并通過PMOS管202 的漏極進行輸出，從而實現(xiàn)通過調(diào)整控制電壓V。te，以調(diào)節(jié)輸出的電流I。ut。石英振蕩器204 根據(jù)所輸入的輸出電流I。ut產(chǎn)生振蕩頻率f。其中，根據(jù)圖6所示的壓控振蕩器的結(jié)構(gòu)，所述振蕩頻率f和所述控制電壓V。te的關(guān)系如圖7的VCO曲線所示。其中，電流源205用于為石英振蕩器204提供初始工作的電流值，其輸出的電流直接輸入至石英振蕩器204，提高了初始工作階段石英振蕩器204的電流值，從而可將如圖7 所示VCO曲線中的多條子曲線明顯的區(qū)分出來，使得所述壓控振蕩器在低頻階段具有出色的表現(xiàn)。其中，可通過開關(guān)Tl和T2的設(shè)置以及對電阻R11-R13的阻值進行調(diào)整，選擇NMOS 管203漏極所連接電阻的阻值，調(diào)整NMOS管203的源極電流，從而調(diào)整PMOS管202漏極輸出的輸出電流I。ut，使得所產(chǎn)生的VCO曲線具有恰當?shù)目鐚А＞唧w地，可選擇Rl 1，或R12，或 R13，或三者的組合，甚至更多與Rll或R12或R13相互并聯(lián)的電阻的組合；其中，所選取的電阻值越小，具有的跨導越大。由于MOS管在工作的初始階段存在一段非線性工作區(qū)，通過減小所選取的電阻值，可盡可能地縮短所述非線性工作區(qū)。其中，石英振蕩器204僅用于示例；在具體的電路中，輸出電流I。ut也可輸入至其它振蕩電路，以產(chǎn)生振蕩頻率。在本發(fā)明壓控振蕩器的另一種具體實施方式
中，所述初始電流設(shè)置單元504還可包括與PMOS管201相連接的初始電流設(shè)置單元。具體來說，參考圖8，所述壓控振蕩器還可包括并聯(lián)連接的NMOS管206-207，以及分別于NMOS管206、207串聯(lián)連接的開關(guān)T3、T4。其中，NMOS管開關(guān)Τ3的一端連接至NMOS 管206的源極，開關(guān)Τ4的一端連接至NMOS管207的源極，開關(guān)Τ3-Τ4的另一端相互連接并連接至PMOS管201的漏極，NMOS管206的漏極和NMOS管207的漏極相互連接并連接至地線。其中，當向NMOS管206的柵極施加導通電壓Vbn時，開關(guān)Τ3閉合，NMOS管206導通，其源極電流通過PMOS管201鏡像至PMOS管202，并輸入至石英振蕩器204，從而增加初始工作階段石英振蕩器204的電流值。NMOS管207的工作過程與NMOS管206類似。NMOS 管206和NMOS管207分別起到增加初始電流的作用，可根據(jù)具體設(shè)計要求僅設(shè)置一個NMOS 管，或設(shè)置兩個NMOS管的并聯(lián)，例如圖8所示的NMOS管206和NMOS管207，甚至設(shè)置多于兩個的NMOS管的并聯(lián)，以提供較大的初始電流。在其它的具體實施方式
中，還可采用電流源，例如，可采用一個或多個電流源，替換如圖8所示的NMOS管206和/或NMOS管207。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了一種新型的壓控振蕩器，本發(fā)明的上述各個實施方式通過在電路的不同位置設(shè)置用以提供初始電流的初始電流設(shè)置單元，從而使得所述壓控振蕩器能夠在低頻階段提供具有清晰的多條子曲線的VCO曲線，從而具有出色的低頻表現(xiàn)。另外，本發(fā)明壓控振蕩器的各個實施方式還包括通過減小連接于由控制電壓控制的MOS 管一端的電阻的阻值，縮短了 MOS管的非線性工作段，使得MOS管盡早進入線性工作區(qū)，從而有效的改善了所述壓控振蕩器的工作表現(xiàn)。另一方面，本發(fā)明實現(xiàn)簡單方便，具有較強的可操作性。 雖然本發(fā)明已通過較佳實施例說明如上，但這些較佳實施例并非用以限定本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應(yīng)有能力對該較佳實施例做出各種改正和補充，因此，本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種壓控振蕩器，其特征在于，包括控制單元，用于根據(jù)控制電壓，控制輸入電流值；電流鏡像單元，用于將所述輸入電流鏡像至振蕩電路的輸入端；振蕩電路，用于根據(jù)所述輸入電流，提供與所述控制電壓相關(guān)的振蕩頻率；初始電流設(shè)置單元，用于提供初始工作階段所述振蕩電路的電流值。
2.如權(quán)利要求1所述的壓控振蕩器，其特征在于，包括第一 PMOS管和第二 PMOS管，所述第一 PMOS管和第二 PMOS管的源極相互連接并連接至電源電壓VDD，所述第一 PMOS管的柵極與所述第二 PMOS管的柵極相互連接并連接至所述第一 PMOS管的漏極，所述第二 PMOS管的漏極連接用于提供振蕩頻率的振蕩電路；第一電流源并聯(lián)在所述第二 PMOS管的兩端，且所述第一電流源的一端與所述振蕩電路的輸入端相互連接；第一 NMOS管的柵極連接控制電壓，所述第一 NMOS管的源極連接所述第一 PMOS管的漏極，所述第一 NMOS管的漏極與一個或多個并聯(lián)的電阻相連接。
3.如權(quán)利要求2所述的壓控振蕩器，其特征在于，還包括一個或多個與所述電阻分別串聯(lián)的開關(guān)。
4.如權(quán)利要求2所述的壓控振蕩器，其特征在于，還包括一個或多個并聯(lián)的第二NMOS 管，其源極相互連接并連接至所述第一 PMOS管的漏極，用于提供初始電流。
5.如權(quán)利要求4所述的壓控振蕩器，其特征在于，還包括一個或多個與所述第二NMOS 管分別串聯(lián)的開關(guān)。
6.如權(quán)利要求2所述的壓控振蕩器，其特征在于，還包括一個或多個并聯(lián)的第二電流源，其一端相互連接并連接至所述第一 PMOS管的漏極，用于提供初始電流。
7.如權(quán)利要求6所述的壓控振蕩器，其特征在于，還包括一個或多個與所述第二電流源分別串聯(lián)的開關(guān)。
全文摘要
一種壓控振蕩器，包括控制單元，用于根據(jù)控制電壓，控制輸入電流值；電流鏡像單元，用于將所述輸入電流鏡像至振蕩電路的輸入端；振蕩電路，用于根據(jù)所述輸入電流，提供與所述控制電壓相關(guān)的振蕩頻率；初始電流設(shè)置單元，用于提供初始工作階段所述振蕩電路的電流值。本發(fā)明通過在電路的不同位置設(shè)置用以提供初始電流的初始電流設(shè)置單元，使得所述壓控振蕩器能夠在低頻階段提供具有清晰的多條子曲線的VCO曲線，從而具有出色的低頻表現(xiàn)。
文檔編號H03L7/099GK102158223SQ201110031970
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者彭進忠 申請人:上海宏力半導體制造有限公司