專利名稱：多相振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種為獲得具有相互不同的相位的多個輸出信號的多相振蕩器。
技術背景
某一現(xiàn)有技術是這樣的，通過將分別由奇數(shù)個反相器構成的多 個環(huán)形振蕩器連接成環(huán)狀，便構成了環(huán)型多相振蕩器。各個環(huán)形振 蕩器內(nèi)的一個節(jié)點經(jīng)由相位耦合用反相器連接在下一級環(huán)形振蕩器 內(nèi)所對應的節(jié)點上(參考專利文獻l)。
另一現(xiàn)有技術是這樣的，通過將分別由奇數(shù)個反相器構成的多 個環(huán)形振蕩器連接成矩陣狀，便構成了具有高相位分辨力的矩陣型 多相振蕩器，各個環(huán)形振蕩器內(nèi)的多個節(jié)點分別經(jīng)由相位耦合用反 相器連接在相鄰的環(huán)形振蕩器內(nèi)所對應的節(jié)點上(參考專利文獻 2)。《專利文獻1》美國專利第5592126號說明書 《專利文獻2》美國專利第5475344號說明書 發(fā)明內(nèi)容發(fā)明要解決的技術問題
因為上述現(xiàn)有的矩陣型多相振蕩器是由反相器使相位耦合結果 地的狀態(tài)反相的結構，所以為了形成繞著多個環(huán)形振蕩器轉 一 圈的 相位耦合路徑，需要把環(huán)形振蕩器的個數(shù)限制為奇數(shù)。另一個問題 是，由于構成相位耦合用反相器的晶體管的相對偏差，延遲量會由 于反相器所在的地方不同而不同，這樣一來，多相輸出的相位積分 直線性以及相位微分直線性(以下稱為相位輸出精度)則變壞。再 一個問題是，因相位耦合起源地應該驅(qū)動的負載是晶體管的柵極電容，所以負栽電容很重，難以進行高頻振蕩。
本發(fā)明的目的在于解決這樣的現(xiàn)有矩陣型多相振蕩器的技術 問題。用以解決技術問題的技術方案
為達成所述目的，本發(fā)明所涉及的一種多相振蕩器，不是讓相 位耦合結果地在反相器中進行相位翻轉，而是用電阻要素作相位耦 合元件來讓相位耦合結果地的狀態(tài)朝著與相位耦合起源地的狀態(tài)一 致的方向去變化。
具體說明的話，本發(fā)明的環(huán)形振蕩器包括多個環(huán)形振蕩器， 所述多個環(huán)形振蕩器中的每個環(huán)形振蕩器都具有多個輸出端子且每 個環(huán)形振蕩器是將奇數(shù)個反相器連接成環(huán)狀而構成，以及多個電阻 要素，所述多個電阻要素將所述多個環(huán)形振蕩器的輸出端子之間耦 合以便所述多個環(huán)形振蕩器都在同一頻率下動作且保持著所希望的 相位關系動作。環(huán)形振蕩器的個數(shù)可以是奇數(shù)，還可以是偶數(shù)。
因為若用電阻器作所述電阻要素，則電阻器的相對精度比晶體 管的相對精度要好很多，所以相位輸出精度會顯著提高。而且，因 為電阻器的寄生電容比晶體管的寄生電容小很多，所以能夠進行高頻振蕩o
若用導通狀態(tài)的晶體管作所述電阻要素，則相位耦合起源地所 應該驅(qū)動的負載便是漏極電容及源極電容，所以與是現(xiàn)有的相位耦 合用反相器的情況下的柵極電容相比，負載輕，能夠進行高頻振蕩。 發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明的多相振蕩器，因為對環(huán)形振蕩器的數(shù)量沒有限制， 所以能夠使對輸出信號數(shù)的選摔范圍增大；若用電阻器作相位耦合 元件，相位輸出精度會顯著地提高；相位耦合用電阻要素具有很輕 的負載，所以很容易實現(xiàn)高頻振蕩。. 附圖的簡單說明
[圖l]

圖1是顯示發(fā)明所涉及的多相振蕩器的構成例的電路圖。 [圖2]圖2 (a)到圖2 (d)分別是顯示圖1中的電阻要素的具 體例的電路圖。[圖3]圖3是圖1中的多相振蕩器的時序圖。[圖4]圖4是顯示圖1中的多相振蕩器的相位輸出精度的曲線圖。[圖5]圖5是顯示圖1中的多相振蕩器的第一變形例的電路圖。 [圖6]圖6是顯示圖1中的多相振蕩器的第二變形例的電路圖。 [圖7]圖7 (a)到圖7 (c)分別是顯示固6中的帶開關的電阻. 要素的具體例的電路圖。[圖8]圖8是顯示包括本發(fā)明所涉及的多相振蕩器的相移振蕩 電路的構成例的方框圖。[圖9]圖9是顯示圖8中的多相振蕩器中的每一個環(huán)形振蕩器 的具體例的電路圖。[圖10]圖IO是顯示圖8中的多相振蕩器中的相位耦合用電阻 要素的具體例的電路圖。[圖ll]圖ll是顯示圖8中的多相振蕩器中的相位耦合用電阻 要素的電阻值與相位輸出精度間之關系的曲線圖。 符號的說明
10多相振蕩器20反相器21環(huán)形振蕩器30電阻要素31電阻器32NMOS晶體管33PMOS晶體管34反相器40帶開關的電阻要素50電壓一電流轉換器具體實施方式
下面，參考附圖對本發(fā)明的實施形態(tài)進行說明。
圖l示出了本發(fā)明所涉及的多相振蕩器的構成例。圖l中的多 相振蕩器10是一種矩陣型振蕩器具備分別將N個反相器20連接成環(huán)狀而構成的M個環(huán)形振蕩器21和MxN個相位耦合用電阻 要素30。每個環(huán)形振蕩器21都具有N個輸出端子。MxN個電阻 要素30將M個環(huán)形振蕩器21的輸出端子之間耦合起來，以便M 個環(huán)形振蕩器21都在同一頻率下動作且保持著所希望的相位關系 動作。這里，N是奇數(shù)，M既可以是奇數(shù)，也可以是偶數(shù)。
在圖1的例子中形成有相位耦合路徑，以便繞所有的環(huán)形振蕩 器21轉一圏回到開始的位置。具體而言，若用兩個數(shù)字的組合(縱 向的號碼、橫向的號碼)表示各個輸出端子的號碼，則相位耦合的 J頓序就成為(1,1)、(2，1)、(3，1)…(M，1)(1，3)、(2，3)、(3，3)…(M，3)(1，5)、(2，5)、(3，5)…(M，5)(1,N)、(2，N)、(3，N )'' (M，(1,2)、(2，2)、(3，2)…(M，2)(1，4)、(2，4)、(3,4)…(M,4)(1，N —1)、(2，N —1)、 (3，N —1(1， 1)、…
圖2 (a)到圖2 (d)分別示出了圖1中的電阻要素30的具體 例。根據(jù)圖2 (a)，電阻器31作為電阻要素30使用；根據(jù)圖2(b)， 導通狀態(tài)的NMOS晶體管32的溝道電阻作為電阻要素30使用； 根據(jù)圖2 (c)，導通狀態(tài)的PMOS晶體管33的溝道電阻作為電阻 要素30使用；根據(jù)圖2 (d), NMOS晶體管32和PMOS晶體管 33的組合作為電阻要素30使用。還能夠?qū)⑦@些電阻要素30結枸 串聯(lián)起來等并用。
圖3是圖1中的多相振蕩器10的時序圖。首先，若第一環(huán)形 振蕩器的輸出(1， 1)成為高電平，則下一個相位耦合結果地即第 二環(huán)形振蕩器(2， 1)變化為高電平。就這樣，成為相位耦合結果地的環(huán)形振蕩器的輸出依序變化為高電平，第M環(huán)形振蕩器的初級輸出(M， 1)變化為 高電平。
接著，若第M環(huán)形振蕩器的輸出(M， 1)成為高電平，則下 一個相位耦合結果地即第一環(huán)形振蕩器(1， 3)便成為高電平。因 為第一環(huán)形振蕩器的輸出(1， 1)是高電平，所以輸出(1， 2)成 為低電平，之后，輸出(1， 3)成為高電平，邏輯動作不矛盾。若 第一環(huán)形振蕩器的輸出(1， 3)成為高電平，則下一個相位耦合結 果地即第二環(huán)形振蕩器的輸出(2， 3)便變化為高電平。重復進行 以上動作，第M環(huán)形振蕩器的第N級的輸出(M， N)便變化為高 電平。
接著，根據(jù)相位耦合的順序，返回第一環(huán)形振蕩器，與輸出(1， 2)進行相位耦合，所以如上所述是低電平的輸出(1， 2)的狀態(tài) 變化為高電平。若第一環(huán)形振蕩器的輸出(1， 2)成為高電平，則 下一個相位耦合結果地即第二環(huán)形振蕩器(2， 2)便變化為高電平。 以上動作被重復進行，第M環(huán)形振蕩器的第N—l級的輸出(M， N—l)便變化為高電平。接下來，根據(jù)相位耦合的順序，返回第一 環(huán)形振蕩器使輸出(1， 1)變化為高電平。
在根據(jù)相位耦合各個輸出依序變化為高電平的過程中，輸出(1 ， N)也已經(jīng)變化為高電平。因為輸出(1， 1)是第一環(huán)形振蕩器的 輸出(1， N)的邏輯反相輸出，所以在輸出(1， 1)由予笫M環(huán) 形振蕩器的第N—l級輸出(M， N — l)變化為高電平之前，輸出 (1， 1)已成為低電平，但這里輸出(1, 1)再次變化為高電平。
以上是多相振蕩器的一個周期，之后重復進行同樣的動作。補 充說明一下，在以上的說明中，假定是依序傳播高電平的情況，也 能夠假定是依序傳播低電平的情況來進行說明。
圖1中的多相振蕩器10的振蕩頻率由各個環(huán)形振蕩器21的振 蕩頻率決定。而且，若看一下從輸出(1， 1)依序經(jīng)由輸出(M， 1)到輸出(3， 1)進行相位耦合的路徑，則生成了相移輸出來將 從輸出(1， 1)的遷移到輸出(1, 3)的遷移的期間插入。該相位耦合關系在從輸出(1， 3)經(jīng)由輸出(M， 3)到輸出(5， 1)的 路徑也一樣，在其它任何地方同樣的關系都成立。結果是，生成了 具有將環(huán)形振蕩器21的1周期等分為MxN的相位的相移輸出。
圖4是一曲線圖，示出了與使用了相位耦合用反相器的現(xiàn)有例 相比，在圖1的結構中用電阻器31作電阻要素30時多相振蕩器 10的相位輸出精度。因為電阻器31的相對精度比晶體管的相對精 度好很多，所以相位輸出精度顯著地提高。而且，因為電阻器31 的寄生電容比晶體管的寄生電容小很多，所以能夠進行高頻振蕩。
補充說明一下，在圖1中舉出的是用反相器20作構成各個環(huán) 形振蕩器21的元件之例，不僅如此，還可以使用"與非"門等邏 輯元件，又可以使用能夠進行電壓控制振蕩或電流控制振蕩的元件。
在圖1的例子是輸出(M， 1)相位耦合到輸出(1， 3)的情 況，不僅如此，還可以使輸出(M， 1)與輸出(1， 5)、 (1, 7) 那樣的與輸出(1， 1)成為邏輯同相位的輸出進行相位耦合。
說明的是，形成繞所有環(huán)形振蕩器21的所有輸出轉一圏的相 位耦合路徑的例子，但在不要求太高的線性精度的用途中可以去掉 相位耦合用電阻要素30。
圖5示出了圖1中的多相振蕩器10的第一變形例。圖5看起 來與圖1不同，^f旦這一不同僅Y義是相位輸出順序的不同，動作卻等 效。
圖6示出了圖1中的多相振蕩器10的第二變形例。在圖6的 結構中，把將圖1中的第M環(huán)形振蕩器與第一環(huán)形振蕩器之間相位 耦合的N個電阻要素30置換為帶開關的電阻要素40。這些電阻要 素40由控制信號CONT控制接通與斷開。
根據(jù)圖6的結構，萬一在相位耦合結果地出現(xiàn)錯開了 1周期等 不良現(xiàn)象，相位耦合在我們所不希望的狀態(tài)下穩(wěn)定，則由帶開關的 電阻要素40將第M環(huán)形振蕩器與第一環(huán)形振蕩器之間的相位耦合 切斷。這樣一來，便能夠?qū)牡谝画h(huán)形振蕩器到第M環(huán)形振蕩器的 各個輸出全部初始化為同一個相位。從該同相位狀態(tài)再次在第M環(huán) 形振蕩器與第 一 環(huán)形振蕩器之間將相位耦合連接起來，則能夠?qū)崿F(xiàn)與上述同相位狀態(tài)最接近的狀態(tài)即本來的相位耦合狀態(tài)。
補充說明一下，在圖6中，論述的是在第M環(huán)形振蕩器與第一 環(huán)形振蕩器之間將相位耦合連接起來或者切斷的例子，但可以是第 一環(huán)形振蕩器與第二環(huán)形振蕩器之間、第二環(huán)形振蕩器與第三環(huán)形 振蕩器之間等任何 一 個組合。
圖7 (a)到圖7 (c)分別示出了圖6中的帶開關的電阻要素 40的具體例。根據(jù)圖7 (a),電阻器31與NMOS晶體管32的串 聯(lián)電路被作為帶開關的電阻要素40用。根據(jù)圖7 (b)，電阻器31 與PMOS晶體管33的串聯(lián)電路被作為帶開關的電阻要素40用。 根據(jù)圖7 (c)， NMOS晶體管32與PMOS晶體管33并聯(lián)后所形 成的電路和電阻器31構成的串聯(lián)電路作為帶開關的電阻要素40 用。CONT施給了 NMOS晶體管32的柵極，由反相器34將CONT 反相后所得到的信號施給了 PMOS晶體管33的柵極。
根據(jù)圖7 (a)到圖7 (c)的結構，通過將導通狀態(tài)的晶體管 32、 33的電阻值設定得較小，將電阻器31的電阻值的比率設定得 較大，便能夠使相位輸出精度顯著地提高。
補充說明一下，可以將電阻器31連接在晶體管32、 33的兩側， 還可以夾著晶體管32、 33將電阻器31設置在晶體管32、 33中間。
若相位耦合的電阻值變小，則已相位耦合的狀態(tài)相互不同的輸 出之間，高電平輸出電壓下降，4氐電平輸出電壓上升。由于這些輸 出電平變動，有可能發(fā)生環(huán)形振蕩器21的反相時刻異常；在對環(huán) 形振蕩器21的輸出進行電平轉換2值化來獲得數(shù)字輸出的電路中 還有可能發(fā)生輸出時刻異常動作。在所有的地方發(fā)生同樣的事情不 會有問題，但通常情況下，不同的地方有偏差，所以有相位輸出精 度急劇惡化的可能。
若振蕩頻率下降，則構成環(huán)形振蕩器21的反相器20作為晶體 管的能力下降，若相位耦合用電阻要素30的電阻值一定，則所述 輸出電平變動容易變得很大。正因為如此，應該將電阻要素30的 電阻值設定得大一些。相反，若振蕩頻率很高，則構成環(huán)形振蕩器 21的反相器20的晶體管能力提高，若相位耦合用電阻要素30的電阻值一定，則所述輸出電平變動很小。但若電阻要素30的電阻 值減小，則相位輸出精度會更好。
如上所述，為了使相位輸出精度最佳，最好是讓電阻要素30 的電阻值根據(jù)振蕩頻率變化。以下對讓電阻要素30的電阻值變化 的例子進行說明。
圖8示出了包括本發(fā)明所涉及的多相振蕩器IO的相移振蕩電 路的構成例。圖8的相移振蕩電路，除了包括多相振蕩器10以外， 還包括電壓一電流轉換器50。電壓—電流轉換器50接收電壓控制 振蕩器的輸入電壓V,將該輸入電壓轉換為電流I。這里，假定電 流I隨著輸入電壓V單調(diào)地增加。
圖9示出了圖8中的多相振蕩器10中的每一個環(huán)形振蕩器21 的具體例。圖9中的環(huán)形振蕩器21是將各個由PMOS晶體管及 NMOS晶體管構成的奇數(shù)個反相器20環(huán)狀連接起來后而構成的。 來自電壓一電流轉換器50的電流I被供給各個PMOS晶體管的源 極。根據(jù)該環(huán)形振蕩器21，電流I越大，各個反相器20的驅(qū)動能 力便越高。結果是，多相振蕩器IO在高頻率下振蕩。
圖10示出了圖8中的多相振蕩器10中的相位耦合用電阻要素 30的具體例。根據(jù)圖10,電阻器31與NMOS晶體管32的串聯(lián) 電路被作為電阻要素30使用，所述輸入電壓V被施加給NMOS 晶體管32的柵極。這樣一來，輸入電壓V越大，NMOS晶體管 32的導通電阻值便減小。結果是，電阻要素30的電阻值變小。補 充說明一下，還可以這樣，將來自電壓一電流轉換器50的電流I 再次被轉換為與該電流I成正比的電壓以后，再將該電壓施加給 NMOS晶體管32的柵極。
如上所述，根據(jù)圖8的結構，多相振蕩器10的振蕩頻率越高， 相位耦合用電阻要素30的電阻值將變小。因為若振蕩頻率變高， 則用于環(huán)形振蕩器21的晶體管的導通電阻值減小，所以從相位輸 出精度的觀點來看，電阻要素30的更小的電阻值將成為最佳。
補充說明一下，在圖8中舉出的是利用電壓控制振蕩器的輸入 電壓V作為與振蕩頻率相關的電壓的例子，但也可以對電壓控制振蕩器的振蕩輸出進行頻率 一 電壓轉換或者頻率 一 電流轉換來得到與 振蕩頻率相關的電壓或者電流，再利用它們。
圖11是顯示各個不同的振蕩頻率下圖8中的多相振蕩器中的 相位耦合用電阻要素30的電阻值與相位輸出精度間之關系的曲線 圖。相位輸出精度具有在某一個電阻值下變得極小的性質(zhì)，極小電 阻值隨著振蕩頻率變化。因此，通過根據(jù)振蕩頻率選擇上述極小電 阻值作相位耦合用電阻要素30的電阻值，則即使振蕩頻率變化也 能夠獲得最佳的相位輸出精度。
圖8的相移振蕩電路非常適合用在光盤記錄裝置中。因為在生 成光盤的用于寫入戰(zhàn)略的時鐘時，低速倍記錄及高速倍記錄雙方都 需要能夠發(fā)出高相位輸出精度的相移振蕩電路。
本發(fā)明對在半導體電路中需要輸入時鐘具有所希望的相位差的 各種數(shù)字控制的時刻時鐘生成很有用。 工業(yè)實用性
如上所述，本發(fā)明所涉及的多相振蕩器，在生成多相時鐘信號 等廣泛的范圍內(nèi)很有用。
權利要求
1.一種多相振蕩器，其特征在于包括多個環(huán)形振蕩器，所述多個環(huán)形振蕩器中的每個環(huán)形振蕩器都具有多個輸出端子且每個環(huán)形振蕩器是將奇數(shù)個反相器連接成環(huán)狀而構成的，以及多個電阻要素，所述多個電阻要素將所述多個環(huán)形振蕩器的輸出端子之間耦合以便所述多個環(huán)形振蕩器都在同一頻率下動作且保持著所希望的相位關系動作。
2. 根據(jù)權利要求l所述的多相振蕩器，其特征在于 所述多個電阻要素分別是電阻器。
3. 根據(jù)權利要求l所述的多相振蕩器，其特征在于 所述多個電阻要素分別是導通狀態(tài)的晶體管。
4. 根據(jù)權利要求l所述的多相振蕩器，其特征在于 所述多個電阻要素中的至少一個電阻要素是帶開關的電阻要素，所迷帶開關的電阻要素用以切斷所述輸出端子之間的耦合以便將所迷多個環(huán)形 振蕩器的狀態(tài)初始化。
5. 根據(jù)權利要求4所述的多相振蕩器，其特征在于 所述帶開關的電阻要素是電阻器與晶體管的串聯(lián)電路。
6. 根據(jù)權利要求l所述的多相振蕩器，其特征在于還包括用以使所迷多個電阻要素的電阻值發(fā)生變化的元件，振蕩頻率 越高，所述用以使所述多個電阻要素的電阻值發(fā)生變化的元件便使所述多 個電阻要素的電阻值越小。
7. 根據(jù)權利要求6所述的多相振蕩器，其特征在于選擇所述多個電阻要素的電阻值以便所述多個輸出端子的多相輸出的 相位線性最佳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多相振蕩器。其包括多個環(huán)形振蕩器(21)，每個環(huán)形振蕩器(21)具有多個輸出端子且每個環(huán)形振蕩器(21)是將奇數(shù)個反相器(20)環(huán)狀地連接起來而構成的，以及多個電阻要素(30)，該多個電阻要素使所述多個環(huán)形振蕩器的輸出端子之間耦合以便所述多個環(huán)形振蕩器都在同一頻率下動作且保持著所希望的相位關系動作。多個環(huán)形振蕩器(21)并不限于奇數(shù)，也可以是偶數(shù)。用電阻要素(30)作相位耦合元件來讓相位耦合結果地的狀態(tài)朝著與相位耦合起源地的狀態(tài)一致的方向變化。若用電阻器作電阻要素(30)，相位輸出精度便顯著地提高且能夠進行高頻振蕩。
文檔編號H03K3/03GK101263654SQ20068003359
公開日2008年9月10日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權日2005年12月2日
發(fā)明者岡隆司, 渡邊誠司, 荒川哲男 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社