專利名稱：具有低噪聲延遲電路的電子電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括延遲電路的電路，并且優(yōu)選地涉及一種包 括這種延遲電路的鋸齒波振蕩器。
背景技術：
美國專利第6,107,894號描述了一種具有最小頻率噪聲的鋸齒波 振蕩器。該鋸齒波振蕩器包括多個級，每個級均包括積分電流源、積 分電路、參考電壓源和比較電路。每個級均起延遲級的作用。當一個 級處于激活狀態(tài)時，積分電路對來自積分電流源的電流進行積分，比 較器對參考電壓和來自積分電路的結果電壓進行比較。當來自積分電 路的電壓達到參考電壓時，下一級被啟動，這在該級被啟動后會出現 延遲。通過采用逐漸比較機制，使頻率噪聲最小化，這消除了對參考 電壓中的高頻率噪聲的靈敏度。
對來自這種類型振蕩器的剩余噪聲的估計顯示仍然存在一些噪 聲，主要是具有1/f噪聲特性的低頻噪聲。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的尤其是為了降低在鋸齒波振蕩器中引起噪聲的效應。
在權力要求1中闡述了根據本發(fā)明的電路。在該電路中，相關 電路保證積分電路的不可避免的波動部分和參考電壓是相關的，從而 基本上消除了它們對振蕩器頻率的影響。已經發(fā)現剩余的頻率噪聲的 一個重要來源是積分電流和/或參考電壓中的1/f噪聲。這種1/f噪聲 不能被抑制，但是通過使這種噪聲在震蕩頻率噪聲上有相關但相反的 效應，可以消除這種噪聲。


采用以下附圖，從示范性實施例的描述，這些和其它目標以及 有利方面將變得明確。
圖1示出了具有振蕩器的電路。
圖2-4示出了鋸齒波延遲級。
具體實施例方式
圖1示出了具有振蕩器的電子電路，該振蕩器通過緩沖器14與 功能電路12耦接。振蕩器包括多個被耦接在無限回路中的鋸齒波延 遲級10a-d。例如，功能電路12是接收機電路(為此，振蕩器起本 機振蕩器的作用)，或數字電路(為此，振蕩器起時鐘電路的作用)。 例如，緩沖器14可包含閾值電路。每個鋸齒延遲級包括復位電路100、 相關電流和電壓源102、積分電路104和電流調制器106。采用電容 器104a來實現積分電路104。耦接復位電路100，以在隨后鋸齒波延 遲級10a-d的控制下泄漏來自積分電路104的積分電荷。雖然未明確 示出，但是如在美國6,107,894中所述的一樣， 一個或多個延遲級可 具有起動電路。應該理解的是，在振蕩器中可以使用任何數量的鋸齒 波延遲級。
相關電流和電壓源102的電流輸出端與積分電路104耦接，積 分電路104的輸出端與電流調制器106的第一控制輸入端耦接。相關 電流和電壓源102的參考電壓輸出端與電流調制器106的第二控制輸 入端耦接。以示例的方式，相關電流和電壓源102可以實現為電流反 射鏡102a的輸出端系列，在其輸入端為恒流源102c，其各個輸出端 用作各個鋸齒波延遲級10a-d的電流輸出端，其另一輸出端與阻抗 102b耦接并且用作每個鋸齒波延遲級10a-d的參考電壓輸出端。因 此，相關電流和電壓源102作為相關電路來工作，其確保了來自電流 源102c的電流的波動會導致輸出電流和參考電壓中的相關波動。
電流調制器106被耦接在相關電流和電壓源102的電流輸出端 和積分電流104之間。電流調制器106具有差分控制輸入端，第一控 制輸入端用作與前一鋸齒波延遲級10a-d的積分電路104耦接的鏈式輸入端，第二控制輸入端用作與相關電流和電壓源102的參考電壓輸 出端耦接的參考輸入端。
在工作時，當電流調制器106開始允許來自相關電流和電壓源
102的電流到達積分電路104時，鋸齒波延遲級10a-d開始延遲周期。
當產生的積分電壓接近對應于提供在相關電流和電壓源102的參考 電壓輸出端的電壓的電平時，下一個鋸齒波延遲級的電流調制器106 被激活。而且，上升的積分電壓還使前級的復位電路IOO對該級的積 分電路104進行復位。
相關電流和電壓源102保證了積分電流中的低頻噪聲與參考電 壓中的噪聲(在此所用的低頻噪聲指的是在遠遠低于振蕩器頻率的頻 率下的噪聲)是相關的。因此，以不影響該級的延遲時間的凈效應來 實現由于較低的積分電流而產生的具有按比例較小的參考電平的較 慢積分。以此方式，消除了l/f噪聲的影響。已經發(fā)現，晶體管形成 了 1/f噪聲的主要來源。因此，用于振蕩器工作的參考電流(來自電 流源102c)(優(yōu)選地，用某種溫度變化補償電路來產生)通常形成 了影響振蕩器頻率的1/f噪聲的主要來源。該電路確保了該噪聲不會 影響振蕩頻率。
圖2示出了延遲級10的實施例，其中電流調制器106是由第一 和第二晶體管20， 22實現的。第一和第二晶體管20， 22的源極均被 耦接到相關電流和電壓源102的電流源輸出端。第一晶體管20的柵 極與相關電流和電壓源102的電壓源輸出端耦接。第一晶體管20的 漏極與積分電路104耦接。第二晶體管22的柵極與延遲級10的輸入 端耦接，第二晶體管22的漏極接地。在工作時，第一和第二晶體管 20用作差分放大器，這確保了提供給積分電路104的電流是響應于 上升的鋸齒波輸入電壓而逐漸上升的。這產生了以下結果如果存在 的話，在相關的電流和電壓源102的參考電壓輸出端的電壓的快速波 動對振蕩頻率不會產生重大的影響。
圖3示出了鋸齒波延遲級10的實施例，其中第二晶體管22的 漏極通過阻抗30接地。漏極和阻抗30之間的節(jié)點32充當參考電壓 輸出端，并與第一晶體管20的柵極耦接。第一和第二晶體管20， 22
的源極與向每個鋸齒波延遲級提供電流的電流反射鏡34的輸出端耦 接。因此，與柵極的耦接用作相關電路的一部分，這確保了來自電流
反射鏡34的電流的低頻波動與在柵極的參考電壓的波動是相關的。
以此方式，產生了時變參考電壓。因此，該電路的工作與早期
電路不同。首先，通過阻抗30的電流高，因此參考電壓高。當在第 二晶體管22的柵極從前一鋸齒波延遲級(未示出)接收到的積分電 壓開始接近這個高的參考電壓時，電流逐漸從第二晶體管22改變路 線到第一晶體管20，這引起了參考電壓的下降。這個下降反過來會 增加電流改變路線的速度，從而實現了到達積分電路104的電流的較 小的逐步開始。
來自電流反射鏡34的電流限定了積分的速度，以及在第二晶體 管22的柵極的輸入電壓電平，該輸入電壓電平導致了到達積分電路 104的電流的開始。因此，抑制了來自電流反射鏡34的電流中的低 頻波動對振蕩頻率的影響。而且，與圖1相比，由于用于產生圖1 中的參考電壓的反射鏡34的另外輸出端沒有出現在圖3的電路中， 所以去除了由于采用這個另外輸出端而產生的1/f噪聲。而且，由于 過程開展而產生的電流反射鏡的組件之間的差異對頻率具有較小的 影響。
圖3的電路的一個可能不利點是由第一和第二晶體管20， 22實 現的放大器的增益會影響振蕩頻率。因此，會引起溫度依賴性。在另 一實施例中，可將具有電容值的電容器(未示出)放置在具有阻抗 30的并聯電路中，從而該電容器和阻抗30的RC時間大于(優(yōu)選為 遠遠大于)鋸齒波延遲級的延遲時間。在另一實施例中，在積分期間， 可采用采樣電路來斷開該電容器和第一晶體管20的柵極與阻抗30 之間的耦接。在另一實施例中，不同級的節(jié)點32可同時耦接到一個 阻抗，以產生平均參考電壓。
圖4示出了鋸齒波延遲級的實施例，其中鋸齒波延遲級10a， b 中的第二晶體管22的漏極通過阻抗30接地。級10b的漏極和阻抗 30之間的節(jié)點32充當參考電壓輸出端。與先前附圖相比，節(jié)點32 與前級10a的參考電壓輸入端耦接。以此方式，在當積分電壓接近參
考電壓時的參考電壓不取決于增益，也不通過增益取決于溫度。因此， 與柵極的耦接用作相關電路的一部份，這確保了從電流反射鏡34的 一個輸出端到一個級的電流中的低頻率波動與在另一個級的第二晶 體管的柵極處的參考電壓中的波動是相關的。如前述一樣消除了參考 電流中的噪聲對振蕩頻率的影響，這是因為參考電壓和參考電流中的 波動對振蕩電流具有相反影響。
而且，還消除了來自電流反射鏡34的不同輸出端的噪聲對振蕩
頻率的貢獻。前級的參考電壓的增加(伴隨著前級的延遲時間的增加) 補償了鋸齒波延遲級的積分電流的任何局部增加(伴隨著延遲時間的
降低)。優(yōu)選地，振蕩器中的每個鋸齒波延遲級的節(jié)點32與其各個 前鋸齒波延遲級耦接。因此，消除了來自每個電流輸出端的噪聲貢獻。 雖然示出了節(jié)點32與直接前一級的鋸齒波延遲級的參考電壓輸入端 的耦接，但是應該理解，節(jié)點32可與更遠距離的具有相同消除影響 的鋸齒波延遲級的參考電壓輸入端耦接。實際上，對于所有的鋸齒波 延遲級，包含節(jié)點的鋸齒波延遲級和節(jié)點電壓被用作參考的鋸齒波延 遲級之間的距離不需要相同。即使在每個鋸齒波延遲級中的節(jié)點32 不被耦接到各個其它的鋸齒延遲級(例如， 一些節(jié)點32與多于一個 級耦接，以及其它節(jié)點32不與任何級耦接，或者將類似于圖l中的 節(jié)點的參考電路用于其它目的)，仍然能實現一定量的消除。
雖然已經示出了特定示例，但是應該理解各種變化是可行的。 例如，應該理解，在振蕩器中可以使用任何數量的鋸齒波延遲級。雖 然在圖1中示出了四個，但是可以使用6個或大于1的任何數量。而 且，應該理解在級之間的連接的選擇上存在相當大的自由度。級的序 列是由級的輸出端被耦接到鏈接輸入端的序列確定的。例如，雖然圖 1示出了使用來自該序列中的前兩個鋸齒波延遲級的復位信號，但是 應該理解，可以使用來自序列中的不同位置處的鋸齒波延遲級的復位 信號。而且，雖然已經示出了具有用于對積分電路104中的電容器進 行分路的晶體管的簡單復位電路，但是應該理解可以采用較復雜的電 路，例如如在美國6,107,894中所述的電路。而且，雖然已經示出了 振蕩器電路的示例，但是應該理解，還可以將鋸齒波延遲級而且尤其是這種級的串聯用作準確的延遲電路。類似地，可將來自節(jié)點32的 參考電壓施加到序列中的不同距離處的級的參考輸入端。
而且，雖然已經示出了具有固定頻率的振蕩器的實施例，但是 應該理解，作為選擇可以使用具有可控頻率的振蕩器。例如，這可通 過采用一個可調阻抗(或多個可調阻抗)以產生參考電壓的方式來實 現。在一個實施例中，使用了阻抗的串聯結構，其中與阻抗耦接的開 關至少對一部分阻抗進行分路。因此，能夠進行振蕩器頻率的數字調 節(jié)。所述開關可能引入另外的1/f噪聲，但是通過采用這些開關來僅 僅對一個阻抗或一部分阻抗進行分路，可以將該噪聲影響保持在低水
平。在另一實施例中，在電流反射鏡102a、 34中可使用可選擇性地 開啟/關閉的可切換的并聯電流輸出端，以將數字控制的積分電流和/ 或電流提供到參考電壓輸出端。在其它實施例中，開啟/關閉可切換 或連續(xù)可調的額外電流可被饋送到第一和第二晶體管20， 22外部的 阻抗和/或積分電路，以調節(jié)頻率。應當理解的是，任何這樣的電流 都將使噪聲影響的消除不完美，但是當使用相對較小的額外電流時， 仍然能夠實現相當數量的消除。在另一實施例中，任何類型的數字調 節(jié)可與sigma-delta技術結合以實現可調的平均振蕩頻率。
而且，雖然已經示出了優(yōu)選的積分電路和電流調制器的簡單示 例，但是應該理解，可采用更復雜的電路。例如，如果高頻噪聲沒問 題，可采用更突變(開啟/關閉)的電流調制，例如使用比較器電路 來控制相關電流和電壓源102的電流源輸入端和積分電路104之間的 開關。而且，雖然電阻器優(yōu)選地被用作阻抗102b， 30，但是應該理 解的是，可選地，在此使用的"阻抗"可以是任何其他可以產生取決 于流經電路的電流的電壓的電路。類似地，雖然用阻抗產生了各種電 壓，但是應該明白，在不影響電路工作的情況下，可將另外的阻抗與 不影響產生的電壓的這些阻抗串聯起來。
權利要求
1.一種電子電路，其包括延遲電路，該延遲電路包括鋸齒波延遲級(10a-d)的鏈和相關電路(102、30、32、34)，每個鋸齒波延遲級(10a-d)均包括積分電路(104)和耦接在積分電路(104)和相關電路(102、30、32、34)的各個電流輸出端之間的電流調制器(106)，每個連續(xù)的鋸齒波延遲級(10a-d)的電流調制器(106)具有參考輸入端和與所述鏈中的前一鋸齒波延遲級(10a-d)的積分電路(104)的輸出端耦接的鏈式輸入端，所述相關電路(102、30、32、34)與所述鋸齒波延遲級(10a-d)中的至少第一級的電流調制器(106)的參考輸入端耦接，所述相關電路(102、30、32、34)用于從所述電流輸出端的至少一個電流輸出端產生電流，以及至少部分從共用參考(102c)在所述鋸齒波延遲級(10a-d)的所述第一級的參考輸入端產生參考電壓。
2. 根據權利要求1所述的電子電路，其中與所述相關電路(102、 30、 32、 34)的至少一個電流輸出端耦接的電流調制器(106)包括 電流分解電路(20、 22)，該電流分解電路的輸入端與所述相關電路(102、 30、 32、 34)的各個電流輸出端耦接，其第一和第二輸出端 分別與所述積分電路(104)和阻抗(30)耦接，所述電流調制器(106) 在所述鏈式輸入端和所述參考輸入端之間的電壓差的控制下用于調 制通過第一和第二輸出端的電流之間的比例，所述第二輸出端和阻抗(30)之間的節(jié)點(32)與所述鋸齒波延遲級(10a-d)的第一級的 參考輸入端耦接。
3. 根據權利要求2所述的電子電路，其中與所述電流輸出端的 至少一個電流輸出端耦接的電流調制器(106)除了是所述鋸齒波延 遲級(10a-d)的第一級的電流調制器(106)之外，還是鋸齒波延遲 級(10a-d)的第二級的電流調制器(106)。
4. 根據權利要求1所述的電子電路，其中每個鋸齒波延遲級(10a-d)的電流調制器(106)包括電流分解電路(20、 22)，其電 流輸入端與所述相關電路(102、 30、 32、 34)的各個電流輸出端耦 接，其第一和第二輸出端分別與所述積分電路(104)和所述鋸齒波 延遲級的阻抗(30)耦接，所述電流調制器(106)在所述鏈式輸入 端和所述參考輸入端之間的電壓差的控制下用于調制通過第一和第 二輸出端電流之間的比例，所述鋸齒波延遲級(lOa-d)被耦接在振 蕩器回路中，每個特定的鋸齒波延遲級(10a-d)的第二輸出端和阻 抗(30)之間的節(jié)點(32)與各個不同的鋸齒波延遲級(10a-c)的 參考輸入端耦接。
5. 根據權利要求2所述的電子電路，其中所述電流輸出端的至 少一個與鋸齒波延遲級(10a-c)的第一級耦接。
6. 根據權利要求1所述的電子電路，其中所述相關電路(102、 30、 32、 34)包括參考電流源(102c)和電流反射鏡(102a)，該電 流反射鏡的輸入端與所述參考電流源(102c)耦接，多個電流反射鏡 輸出端形成了與各個鋸齒波延遲電路的電流調制器(106)耦接的電 流輸出端。
7. 根據權利要求2所述的電子電路，其包括與所述電流反射鏡 (102a)的另一電流反射鏡輸出端耦接的阻抗(102b)，所述阻抗 (102b)和所述另一電流反射鏡輸出端之間的節(jié)點與所述鋸齒波延遲級(10a-c)中的第一級的參考輸入端耦接。
8. 根據權利要求1所述的電子電路，其中所述鋸齒波延遲級 (10a-c)被耦接在振蕩器回路中。
全文摘要
一種電子電路，其包括具有鋸齒波延遲級(10a-d)鏈的延遲電路，例如將該延遲電路耦接在回路中形成振蕩器。每個級均包括積分電路(104)和與該積分電路(104)耦接的電流調制器(106)。當積分結果達到由參考電壓定義的電平時，每個級均觸發(fā)下一級中的轉換。相關電路(102、30、32、34)具有電流輸出端，以產生至電流調制器(106)的電流和用于鋸齒波延遲級(10a-d)的參考電壓。至少部分地從共用參考(102c)產生參考電壓，從而以至少部分地消除噪聲對延遲時間的影響的方式來對來自電流調制器(106)的電流中的噪聲和參考電壓進行相關處理。
文檔編號H03K4/00GK101341655SQ200680047943
公開日2009年1月7日 申請日期2006年12月12日 優(yōu)先權日2005年12月20日
發(fā)明者約翰內斯·P·A·弗蘭巴赫 申請人:Nxp股份有限公司