專利名稱：振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于利用以級聯(lián)(cascade)方式連接成環(huán)的反相器(反相電 路)產(chǎn)生振蕩信號的振蕩電路(振蕩器)。更具體地說，本發(fā)明涉及其振蕩頻率 (共振頻率)可以被控制的振蕩電路。
背景技術(shù)：
PLL(鎖相環(huán))電路廣泛應(yīng)用于諸如具有高譜精度的振蕩信號的產(chǎn)生和具 有被鎖定到數(shù)據(jù)信號的頻率和相位的時鐘信號的產(chǎn)生之類的應(yīng)用。PLL電路 的典型應(yīng)用是利用手機作為主要通信工具的無線通信、通過各種線纜的串行 通信以及用于從盤記錄介質(zhì)再現(xiàn)所記錄的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的再現(xiàn)系統(tǒng)(或讀通道 (read channel))。首先，PLL電路需要顯示用以輸出具有高精度的信號的性能。由于PLL 電路輸出的信號的精度因為熱噪聲和PLL電路所釆用的器件固有的噪聲而惡 化，因此希望抑制噪聲。通常，作為用于評價PLL電路輸出的信號的精度的 指示器，在廣泛的PLL電路中應(yīng)用抖動性能(jitter performance )和相位噪聲。PLL電路包括VCO(Voltage-Controlled Oscillator,壓空振蕩器)。在大多 數(shù)PLL電路中，這里所采用的VCO擔(dān)當(dāng)不希望地產(chǎn)生抖動和相位噪聲的主 源。存在用于通過校正來降低噪聲的技術(shù)，作為用于通過PLL電路的波段 (band)的調(diào)整來改善PLL電路中所采用的VCO的抖動性能的方法。順便 地，改善VCO的抖動性能的努力就是減少噪聲本身的量級的努力。有兩種可以被集成在芯片中的VCO配置。這兩種配置之一是采用電感器 和電容器的LCVCO配置。另一種配置是環(huán)形VCO配置。通常，LCVCO的抖動性能與環(huán)形VCO相比要好。另一方面，環(huán)形VCO表現(xiàn)出具有寬可變頻率范圍、能夠輸出有相互不同 的相位的多個信號的優(yōu)點，以及^f艮少提及的、不需要電感器的優(yōu)點。由于這 樣的原因，在不強調(diào)絕對嚴(yán)格需要良好的抖動性能的應(yīng)用中，大多數(shù)情況下都使用環(huán)形vco。由于環(huán)形vco特別不需要電感器，所以環(huán)形vco不僅實 質(zhì)地克服了電感器作為對別的電路的不良影響而產(chǎn)生的不必要的電磁場的影響的缺點，而且相當(dāng)程度地縮小了環(huán)形vco所占用的面積的大小。也就是說， 環(huán)形vco產(chǎn)生不具有對其他電路的不良影響的優(yōu)點以及僅僅需要很小尺寸的占用面積從而降低成本的優(yōu)點。由于上述原因，很希望改善環(huán)形vco的抖動和相位噪聲性能。圖1是示出普通環(huán)形vco的典型配置的圖表。通常，環(huán)形VCO包括相互連接以形成環(huán)的多個相同VCO單元CL。環(huán)形VCO的振蕩頻率fo用每個VCO單元CL的延遲時間Td以及表示 在每一個上都提供VCO單元CL的級(stage )數(shù)的級計數(shù)N，根據(jù)下列等式 表達(dá)。fo=l/(2*N*Td) … (1)此外，任何特定VCO單元CL所輸出的信號具有,人相鄰于該特定VCO 單元CL的VCO單元CL所輸出的信號的相位移動相位差2兀/N[弧度]的相位。環(huán)形VCO可以分為兩個大類，即，差分型(differential type )環(huán)形VCO 和單端型(single-endtype)環(huán)形VCO。圖2是示出在普通單端型環(huán)形VCO中采用的單元CL1的典型配置的圖表。圖2中所示的VCO單元CL1具有包括相互連接來形成串聯(lián)電路的n型 MOS晶體管NT1和p型MOS晶體管PT1的CMOS結(jié)構(gòu)，該串聯(lián)電路在接 地側(cè)和電源側(cè)還分別包括可變負(fù)載LDl和LD2。在圖2中，符號NDl和ND2 都表示中間節(jié)點。圖2所示的CMOS結(jié)構(gòu)可以用只在兩側(cè)中的任何一側(cè)上采用一級放大器 代替。此外，可以取消可變負(fù)載LDl和LD2之一。如果表示在單端型環(huán)形 VCO中采用的單元數(shù)的單元級計數(shù)(cell-stage count) N是偶數(shù)，則當(dāng)VCO 進(jìn)入這樣的狀態(tài)兩個相鄰單元所輸出的信號被設(shè)置成高和低電平時，從DC 點看，VCO是穩(wěn)定的(或鎖定的)。因此，為了操作將單端型VCO作為振蕩 電路來操作，需要將單元級計數(shù)N設(shè)置成奇數(shù)。圖3是示出在普通差分型環(huán)形VCO中采用的單元CL2的典型配置的圖表。圖3所示的VCO單元CL2采用n型MOS晶體管NT2和NT3、電流源 II以及負(fù)載LD3和LD4。 n型MOS晶體管NT2和NT3的源極在尾端節(jié)點 ND3處相互連接。通過尾端節(jié)點ND3與接地GND之間的連接，電流源II 將從n型MOS晶體管NT2和NT3的源極流來的電流一直維持在恒定量級。 負(fù)載LD3連接在電壓電源VDD與NT2的源極之間，而負(fù)載LD4連接在電壓 電源VDD與NT3的源極之間。將差分輸入信號提供在n型MOS晶體管NT2 和NT3的柵極之間。順便地，近年來實現(xiàn)的研究結(jié)果清楚地表明，(在同樣的消耗電流的情況 下)， 一般來說，與差分型環(huán)形VCO相比，單端型環(huán)形VCO顯示出良好的 抖動性能和良好的相位噪聲性能。關(guān)于這些性能的更多信息，建議讀者參考 "Jitter和Phase Noise in Ring Oscillators", IEEE Journal of Solid - State Circuits, the USA, June 1999, vol. 34, pp. 790 - 804 (以下稱為非專利文獻(xiàn)l)以及 "Oscillator Phase Noise: A Tutorial, ，， IEEE Journal of Solid - State Circuits, the USA, March 2003, vol.35, pp. 326 - 336 (以下稱為非專利文獻(xiàn)2)。然而，單端型環(huán)形VCO具有如下描述的一些缺點。第一個缺點是對電源 所產(chǎn)生的電壓的變化的高度敏感。當(dāng)電源電壓改變或電源電壓包括噪聲時， 單端型環(huán)形VCO的特性實質(zhì)地變化，這相當(dāng)惡化抖動性能和相位噪聲性能。第二個缺點是沒有在不提供用于輸出差分信號的專門工具的情況下輸出 差分信號的能力。由單端型環(huán)形VCO輸出的單端信號易受到由嵌入作為單端 型環(huán)形VCO的同一芯片的每個電路所產(chǎn)生的噪聲效應(yīng)的影響，并且很可能同 時將噪聲施加到該電路。因此，大多數(shù)系統(tǒng)都需要差分信號。另一方面，即使與單端型環(huán)形VCO相比，差分型環(huán)形VCO由于下述原 因而通常顯示出很差的抖動性能和很差的相位噪聲性能，差分型環(huán)形VCO沒 有上述缺點。首先，差分型環(huán)形VCO具有小振幅。這是因為電流源的存在將振蕩電壓 限制為小幅度。其次，單端型環(huán)形vco具有構(gòu)造在提供線和接地線之間的對稱結(jié)構(gòu)，而 差分型環(huán)形vco通常失去了這種對稱結(jié)構(gòu)。因此，差分型環(huán)形vco在振蕩信號的波形的上升和下降部分之間缺少對稱型，從而與單端型環(huán)形VCO相比，顯示出很差的抖動性能和很差的相位噪聲性能。此外，總所周知，在振 蕩信號的波形的上升和下降部分之間的對稱型的缺少具有不良效應(yīng)，即，產(chǎn)生閃變噪聲(flicker noise )的效應(yīng)。第三，出現(xiàn)在差分型環(huán)形VCO的結(jié)構(gòu)中的尾端節(jié)點ND3處的電壓以二 倍于振蕩頻率的頻率振蕩。出現(xiàn)在尾端節(jié)點ND3處的電壓的振蕩扭曲了振蕩 信號的波形，引起差分型環(huán)形VCO進(jìn)一步損失對稱性并產(chǎn)生具有降低了的幅 度的振蕩。結(jié)果，與單端型環(huán)形VCO相比，差分型環(huán)形VCO通常顯示出很 差的抖動性能和很差的相位噪聲性能。如上所述，單端型環(huán)形VCO具有不同于差分型環(huán)形VCO的優(yōu)缺點的優(yōu) 缺點。為了實現(xiàn)提供單端型環(huán)形VCO和差分型環(huán)形VCO兩者的優(yōu)點配置， 到目前為止已經(jīng)進(jìn)行了各種各樣的研究。關(guān)于更多信息，建議讀者參考"A Three-Stage Coupled Ring Oscillator with Quadrature Outputs", IEEE ISCAS. 2001， the USA, March 2001, vol.1, pp. 6 - 9 (以下稱為非專利文獻(xiàn)3)和"A Coupled Two-Stage Ring Oscillator"，正EE MWSCAS. 2001, theUSA， August 2001， vol.2, pp. 878-881 (以下稱為非專利文獻(xiàn)4)。發(fā)明內(nèi)容非專利文獻(xiàn)3和4 !4出了具有包括相互結(jié)合的兩個單端環(huán)的配置的環(huán)形 VCO,如圖4的右邊的圖表所示。由于兩個單端環(huán)相互結(jié)合，所以在這兩個 環(huán)之間也產(chǎn)生相位差。結(jié)果，在作為整體的環(huán)形VCO中產(chǎn)生正交信號。圖4 的右邊的圖表示出了環(huán)形VCO的基本VCO單元。在過去，由于這種技術(shù)是單端型環(huán)形VCO的技術(shù)，所以所提出的環(huán)形 VCO引發(fā)對電源電壓變化的^:感性與單端型環(huán)形VCO—樣高的問題。此外， 所提出的環(huán)形VCO還引發(fā)另一閣問題所提出的環(huán)形VCO不具有在構(gòu)造在 提供線和接地線之間的對稱結(jié)構(gòu)，從而所提出的環(huán)形VCO不具有良好的抖動 性能和良好的相位噪聲性能。本發(fā)明提供能夠產(chǎn)生分布式振蕩信號的振蕩電路，該振蕩信號具有對電 源電壓變化的低敏感性、可在很寬的范圍內(nèi)變的振蕩頻率、良好的抖動性能、 良好的相位噪聲性能以及相互移動固定差值的多個相位。根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，提供振蕩電路，包括:多個多級反相器環(huán)(每 一個也稱為主回路)，每一個都具有相互級聯(lián)地連接的奇數(shù)個反相器，以通過環(huán)上同樣奇數(shù)個節(jié)點形成環(huán)；反相器組(也稱為次回路(sub-loop),用于為了 將所產(chǎn)生的振蕩信號的相位相互移動固定差值而將特定一個多級反相器環(huán)上 的每一個節(jié)點連接到另一個多級反相器環(huán)上的相對應(yīng)一個節(jié)點，以便相互結(jié)合該特定和其他多級反相器環(huán)；以及連接到多級反相器環(huán)的反相器和反相器 組的反相器的電流源。根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式，提供振蕩電路，其包括偶數(shù)個三級反相 器環(huán)，每一個都具有相互級聯(lián)地連接的三個反相器，以通過環(huán)上三個節(jié)點形 成環(huán)；反相器組，用于為了將所產(chǎn)生的振蕩信號的相位相互移動固定差值而 將特定一個三級反相器環(huán)上的每一個節(jié)點連接到另一個三級反相器環(huán)上的相 對應(yīng)一個節(jié)點，以便相互結(jié)合該特定和其他三級反相器環(huán)；以及連接到三級 反相器環(huán)的反相器和反相器組的反相器的電流源。最好，將振蕩電路設(shè)計成這樣的配置反相器組包括多個反相器對，每 個反相器對具有反相器，用于在從特定多級反相器環(huán)到其他多級反相器環(huán) 的方向上，將任何特定一個多級反相器環(huán)上的節(jié)點之一連接到另 一個多級反 相器環(huán)上的相對應(yīng)一個節(jié)點；以及另一個反相器，用于在從其他多級反相器 環(huán)到特定多級反相器環(huán)的方向上，將任何特定一個多級反相器環(huán)上的節(jié)點之 一連接到另 一個多級反相器環(huán)上的相對應(yīng)一個節(jié)點。最好，將振蕩電路設(shè)計成這樣的配置電流源具有連接到每一個反相器 的電源輸入端的公共節(jié)點作為對反相器公共的節(jié)點；并且電流源具有用于將 每個提供給反相器之一 的總電源電流維持為恒定值的功能。最好，將振蕩電路設(shè)計成這樣的配置電流源根據(jù)提供給電流源的控制 信號改變總電源電流。最好，將振蕩電路設(shè)計成這樣的配置每一個反相器具有第一傳導(dǎo)型的 第一晶體管以及第二傳導(dǎo)型的第二晶體管;第一晶體管和第二晶體管相互串 聯(lián)地連接以形成串聯(lián)電路;并且該串聯(lián)電路的一端連接到公共節(jié)點。最好，將振蕩電路設(shè)計成這樣的配置前述三級反相器環(huán)的數(shù)目是二， 而前述反相器對的數(shù)目是三；該兩個三級反相器環(huán)和該三個反相器對形成振 蕩核;并且該振蕩核能夠產(chǎn)生在相空間以固定間隔分布的六個振蕩信號(或具 有相互移動固定差值60度的相位的六個振蕩信號)。最好，將振蕩電路設(shè)計成這樣的配置前述三級反相器環(huán)的數(shù)目是二， 而前述反相器對的數(shù)目是三；該兩個三級反相器環(huán)和該三個反相器對形成振蕩核;并且該振蕩核能夠產(chǎn)生在相空間以固定間隔分布的三個差分信號(或具 有相互移動固定差值60度的相位的三個差分信號)。根據(jù)本發(fā)明，具有表示每一個反相器環(huán)中的級數(shù)目的奇數(shù)級計數(shù)的多級 反相器環(huán)變成具有很高速度的振蕩器。因此，采用多級反相器環(huán)的振蕩電路 能夠以高速振蕩。典型地，每一個反相器環(huán)中的級數(shù)目是三。此外，反相器對運行為耦合反相器(或耦合鎖存器(coupling latch))。因 此，構(gòu)成偶數(shù)個這樣的三級反相器環(huán)的反相器相互同步，而不是相互獨立地 振蕩。典型地，偶數(shù)個這樣的三級反相器環(huán)數(shù)目是二。結(jié)果，振蕩核能夠產(chǎn) 生在相空間以固定間隔分布的三個差分信號(或具有相互移動固定差值60度 的相位的三個差分信號)。根據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)能夠產(chǎn)生分布式差分信號的高速環(huán)形振蕩電路并 且實現(xiàn)采用高速環(huán)形振蕩電路的PLL電路，其該差分信號具有對電源電壓變 化的低敏感性、可在很寬的范圍內(nèi)變化的振蕩頻率、良好的抖動性能、良好 的相位噪聲性能以及相互移動固定差值的多個相位。


本發(fā)明的這些和其他特征將從參考附圖給出的優(yōu)選實施方式的下列描述 中明白，在附圖中圖1是示出普通環(huán)形VCO的配置的圖表；圖2是示出采用在普通單端型環(huán)形VCO中的單元的典型配置的圖表； 圖3是示出采用在普通差分型環(huán)形VCO中的單元的典型配置的圖表； 圖4是示出環(huán)形VCO和VCO的單元的典型配置的圖表； 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的振蕩電路的振蕩核的典型配置 的圖表；圖6是示出采用在圖5所示的振蕩電路中的每一個反相器(或每一個反相 電路)的典型配置的圖表；圖7A是示出用于控制通過圖6所示的反相器流動的電源電流的典型N 側(cè)電流源(N-side電流源)；圖7B是示出用于控制通過圖6所示的反相器流動的電源電流的典型P 側(cè)電流源(P-side電流源)；圖8A是慎重示出圖7A所示的典型N側(cè)電流源來解釋在圖l所示的振蕩電路中采用電流源的不同方式的圖表；圖8B是示出圖8A所示的N側(cè)電流源的實際電路的圖表；圖8C是慎重示出圖7B所示的典型P側(cè)電流源來解釋在圖l所示的振蕩電路中采用電流源的不同方式的圖表；圖8D是示出圖8A所示的P側(cè)電流源的實際電路的圖表；圖9是示出實現(xiàn)圖5所示的振蕩電路的振蕩核的第一實施方式的圖表，每一個反相器由一個箭頭表示；圖IOA是示出圖9所示的振蕩核的第一個三級的圖表；圖IOB是示出圖9所示的振蕩核的第二個三級的圖表；圖IOC是示出在圖9所示的振蕩核中擔(dān)當(dāng)耦合鎖存器的反相器的圖表；圖IIA是示出實現(xiàn)包括附加反相器的振蕩電路的振蕩核的第二實施方式的圖表，其中每一個附加反相器定向在與根據(jù)第一實施方式的振蕩電路的第一和第二三級反相器環(huán)中采用的反相器的方向相同的方向上；以及圖IIB是示出實現(xiàn)包括附加反相器的振蕩電路的振蕩核的第二實施方式的圖表，其中每一個附加反相器定向在與根據(jù)第一實施方式的振蕩電路的第一和第二三級反相器環(huán)中釆用的反相器的方向相反的方向上。
具體實施方式
以下通過參考圖表來解釋本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的實施方式的振蕩電路100的振蕩核的典型配置 的圖表。圖6是示出在振蕩電路中采用的反相器(或反相電路)的典型配置的 圖表。圖7和圖8都是示出用于控制反相器的電源電流的電流源電路的圖表?；旧希瑢⒄袷庪娐?00設(shè)計成具有單端型環(huán)形VCO和差分型環(huán)形VCO 兩者的優(yōu)點的環(huán)形VCO電路。典型地，振蕩電路100的振蕩核采用偶數(shù)個三級反相器環(huán)，每一個三級 反相器環(huán)形成一個主回路。在圖5所示的典型配置中，振蕩電路100包括第 一和第二三級反相器環(huán)110和120。在第一三級反相器環(huán)110中的三個級通過 節(jié)點NDlll、 ND112和ND113相互連接。同樣，在第二三級反相器環(huán)120 中的三個級通過節(jié)點ND121、 ND122和ND123相互連接。第一和第二三級 反相器環(huán)IIO和120由每個都提供固定相位關(guān)系給所產(chǎn)生的振蕩信號的第一、 第二和第三反相器對130、 140和150來相互連接。具體來說，第一反相器對130將節(jié)點ND111連接到節(jié)點ND122，第二反相器對140將節(jié)點ND113連 接到節(jié)點ND121,而第三反相器對150將節(jié)點ND112連接到節(jié)點ND123。 振蕩電路100也采用未在圖中示出的電流源160。第一三級反相器環(huán)110、第 二三級反相器環(huán)120、第一反相器對130、第二反相器對140、第三反相器對 150和電流源160每一個都是振蕩電路100的主要配置元件。應(yīng)該注意到， 擔(dān)當(dāng)次回路，第一、第二和第三反相器對130、 140和150中的每一個都形成 反相器對組。以下描述振蕩電路100的主要配置元件。第一三級反相器環(huán)110具有第一、第二和第三反相器(或反相電路)lll、反相器111的輸出端通過擔(dān)當(dāng)包括輸入和輸出端之間的節(jié)點NDlll的連接路 徑的線路Llll連接到第二反相器112的輸入端。同樣，第二反相器112的輸出端通過擔(dān)當(dāng)包括輸入和輸出端之間的節(jié)點 ND112的連接路徑的線路L112連接到第三反相器113的輸入端。以同樣的方式，第三反相器113的輸出端通過擔(dān)當(dāng)包括輸入和輸出端之 間的節(jié)點ND113的連接路徑的線路L113連接到第一反相器111的輸入端。類似地，第二三級反相器環(huán)120具有第一、第二和第三反相器(或反相電 路s)121、 122和123，它們級聯(lián)地相互連接以形成以上引用的被稱為主回路 的環(huán)。第 一反相器121的輸出端通過擔(dān)當(dāng)包括輸入和輸出端之間的節(jié)點ND121 的連接路徑的線路L121連接到第二反相器122的輸入端。同樣，第二反相器122的輸出端通過擔(dān)當(dāng)包括輸入和輸出端之間的節(jié)點 ND122的連接路徑的線路L122連接到第三反相器123的輸入端。以同樣的方式，第三反相器123的輸出端通過擔(dān)當(dāng)包括輸入和輸出端之 間的節(jié)點ND123的連接路徑的線路L123連接到第一反相器121的輸入端。第一反相器對130具有第一和第二反相器131和132。第一反相器131的輸入端連接到第一三級反相器環(huán)110的節(jié)點NDlll， 而反相器131的輸出端連接到第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND122。線路 L131是將節(jié)點ND111通過第一反相器131連接到節(jié)點ND122的連接路徑。另一方面，第二反相器132的輸出端連接到第一三級反相器環(huán)IIO的節(jié) 點NDlll，而反相器132的輸入端連接到第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND122。線路L132是將節(jié)點NDlll通過第二反相器132連接到節(jié)點ND122 的連接路徑。同樣，第二反相器對140具有第一和第二反相器141和142。 第一反相器141的輸入端連接到第一三級反相器環(huán)110的節(jié)點ND113， 而反相器141的輸出端連接到第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND121。線路 L141是將節(jié)點ND113通過第一反相器141連接到節(jié)點ND121的連接路徑。 另一方面，第二反相器142的輸出端連接到第一三級反相器環(huán)IIO的節(jié) 點ND113，而反相器142的輸入端連接到第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點 ND121。線路L142是將節(jié)點ND113通過第二反相器142連接到節(jié)點ND121 的連接路徑。以相同的方式，第三反相器對150具有第一和第二反相器151和152。 第一反相器151的輸入端連接到第一三級反相器環(huán)110的節(jié)點ND112, 而反相器151的輸出端連接到第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND123。線路 L151是將節(jié)點ND112通過第一反相器151連接到節(jié)點ND123的連接路徑。 另一方面，第二反相器152的輸出端連接到第一三級反相器環(huán)IIO的節(jié) 點ND112,而反相器152的輸入端連接到第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點 ND123。線路L152是將節(jié)點ND112通過第二反相器152連接到節(jié)點ND123 的連接路徑。以這種方式，第一反相器對130、第二反相器對140和第三反相器對150 將第一三級反相器環(huán)110連接到第二三級反相器環(huán)120并且運行為向所產(chǎn)生 的振蕩信號提供固定相位關(guān)系的耦合反相器(或耦合鎖存器)。振蕩電路100的基本部件是反相器111至113、 121至123、 131、 132、 141、 142、 151和152。每一個基本部件都實現(xiàn)為像圖6所示的CMOS反相 器200。如圖所示，CMOS反相器200包括連接在節(jié)點ND201和ND202之間以 形成串聯(lián)電路的p型(第一傳導(dǎo)型)MOS晶體管201和n型(第二傳導(dǎo)型)MOS 晶體管202。p型CMOS晶體管201的源極連接到節(jié)點ND201,p型CMOS晶體管201 的漏極連接到輸出端OUT，而p型CMOS晶體管201的柵極連接到輸入端 IN。另 一方面，n型CMOS晶體管202的源極連接到節(jié)點ND202, n型CMOS 晶體管202的漏極連接到輸出端OUT,而n型CMOS晶體管202的柵才及連接到輸入端IN。因此，當(dāng)提供給輸入端IN的電壓被設(shè)置成高電平時，n型CMOS晶體管 202導(dǎo)通，而p型CMOS晶體管201截止。結(jié)果，出現(xiàn)在輸出端OUT上的電 壓被降到低電平。另一方面，當(dāng)提供給輸入端IN的電壓被設(shè)置成低電平時， n型CMOS晶體管202截止，而p型CMOS晶體管201導(dǎo)通。結(jié)果，出現(xiàn)在 輸出端OUT上的電壓升高到高電平。連接到n型CMOS晶體管202的源極的N側(cè)源擔(dān)當(dāng)要連接到公共節(jié)點 ND161的負(fù)側(cè)電源輸入端(negative-side power-supply input terminal),如圖 7A所示。另一方面，連接到p型CMOS晶體管201的源極的P側(cè)源擔(dān)當(dāng)要 連接到7〉共節(jié)點ND162的正側(cè)電源輸入端(positive-side power-supply input terminal),如圖7B所示。如上所述，p-型CMOS晶體管201和n型CMOS 晶體管202是每一個基本元件(即反相器111至113、 121至123、 131、 132、 141、 142、 151和152)中所采用的晶體管。如上所述，振蕩電路100包括電流源160。具體來說，振蕩電路100包 括提供在節(jié)點ND202和基準(zhǔn)電勢(諸如接地電勢)VSS之間的電流源161， 如圖7A所示。作為替換，振蕩電路100包括提供在節(jié)點ND201和電源電壓 VDD的提供線之間的電流源162，如圖7B所示。電流源電路161和/或162分別通過公共節(jié)點ND161和/或ND162連接到 每一個反相器，以將饋入反相器之一的總電源電流維持為恒定量級。電流源 電路161和/或162能夠根據(jù)提供給電流源電^各161和/或162的控制信號 VCNT來改變總電源電 流。更具體地說，電流源電路161和/或162根據(jù)控制信號VCNT來改變從節(jié) 點ND161流向基準(zhǔn)電勢VSS的電流(如圖7A所示)和/或/人電源電壓VDD 流向節(jié)點ND162的電流(如圖7B所示)。為了僅僅利用圖7A所示的電流源161,將吸收式公共節(jié)點(absorption common node ) ND161短路到包括在振蕩核的每一個反相器中的N側(cè)源節(jié)點 ND202。在這種情況下，將包括在振蕩核的每一個反相器中的P側(cè)源節(jié)點 ND201短路到電源電壓VDD。如上所述，振蕩核的反相器是反相器111至 113、 121至123、 131、 132、 141、 142、 151和152。另一方面，為了但 f又利用圖7B所示的電流源162,將注入式^^共節(jié)點 (injection common node ) ND162短路到包括在振蕩核的每一個反相器中的P側(cè)源節(jié)點ND201。在這種情況下，將包括在振蕩核的每一個反相器中的N側(cè) 源節(jié)點ND202短路到地。如上所述，振蕩核的反相器是反相器111至113、 121至123、 131、 132、 141、 142、 151和152。在根據(jù)該實施方式的振蕩電路100中，振蕩電路100的振蕩頻率通過根 據(jù)控制信號VCNT來改變由電流源161和/或電流源162產(chǎn)生的電流進(jìn)行控 制。如圖8A和8B所示，電流源161可以實現(xiàn)為NMOS晶體管NT161。在這種情況下，NMOS晶體管NT161的漏極連接到節(jié)點ND161, NMOS 晶體管NT161的源極連接到基準(zhǔn)電勢VSS,而NMOS晶體管NT161的柵極 連接到控制信號VCNT的提供線。同樣，如圖8C和8D所示，可以將電流源162實現(xiàn)為PMOS晶體管NT162。在這種情況下，PMOS晶體管NT162的漏極連接到節(jié)點ND162, PMOS 晶體管NT162的源極連接到電源.電壓VDD,而PMOS晶體管NT162的柵極 連接到控制信號VCNT的提供線。下述描述將解釋包括在振蕩電路100中的振蕩核作為采用如圖5所示的 第一三級反相器環(huán)IIO、第二三級反相器環(huán)120、第一反相器對130、第二反 相器對140和第三反相器對150的核。然而，該描述沒有解釋電流源160。為了使得解釋筒單，將振蕩電路100所采用的每一個反相器用如圖9所 示的一個箭頭表示。圖9是示出實現(xiàn)圖5所示的振蕩電路100的第一實施方式的圖表。圖IOA、 IOB和10C是示出通過分解圖9所示的第一實施方式所獲得的元件的圖表。 更具體地說，圖IOA和IOB分別示出第一和第二三級反相器環(huán)110和120， 而圖10C示出耦合鎖存器(或反相器對130、 140和150)。在這種實施方式中，第一三級反相器環(huán)110被看成具有作為其邊的連接 路徑Llll、 L112和L113和作為其頂點的節(jié)點NDlll、 ND112和ND113的 等邊三角形(如圖IOA所示)。同樣，第二三級反相器環(huán)120被看成具有作 為其邊的連接路徑L121、 L122和L123和作為其頂點的節(jié)點ND121、 ND122 和ND123的等邊三角形(如圖IOB所示)。如果節(jié)點ND111、ND112、ND113、 ND121、 ND122和ND123被放在圓周上，相互分開如圖9所示的同樣的旋轉(zhuǎn) 角，則每兩個穿過圓心的對角線的端點處的節(jié)點由對角線互相連接，這種對 角線是如圖IOC所示的第一反相器對130、 140或150。15以這種方式，原來不互相連接的第一三級反相器環(huán)110和第二三級反相器環(huán)120具有通過包括反相器對130、 140和150的反相器對組的關(guān)系鏈接。 圖IO還示出了出現(xiàn)在節(jié)點NDlll、 ND112、 ND113、 ND121、 ND122和 ND123處的六個信號的相位之間的關(guān)系。如上所述，沿圓周將節(jié)點NDlll、 ND112、 ND113、 ND121、 ND122和 ND123相互隔開旋轉(zhuǎn)角60度(=360度/6)。這個旋轉(zhuǎn)角是振蕩電路100所產(chǎn) 生的六個信號之間的相位差。這六個信號可以^皮認(rèn)為是具有相互隔開60度的 相位的三個差分信號。以下描述本發(fā)明的實施方式的特性。如圖5、 9和10所示，本發(fā)明所提 供的振蕩電路100包括多個三級反相器環(huán)和與三級反相器環(huán)相互連接的耦合 反相器(擔(dān)當(dāng)耦合鎖存器)。更具體地說，本發(fā)明所提供的振蕩電路100包括兩 個三級反相器環(huán)和三個與三級反相器環(huán)相互連接的反相器對(擔(dān)當(dāng)耦合鎖存 器)。如眾所周知的那樣，三級反相器環(huán)運行作為高速振蕩器。 因此，根據(jù)本實施方式的振蕩電路100能夠以高速振蕩。 此夕卜，借助于與三級反相器環(huán)相互連接的耦合反相器(擔(dān)當(dāng)耦合鎖存器)， 兩個三級反相器環(huán)相互同步，而不是相互獨立地振蕩。因此，獲得相互移動固定差60度的六個相位作為振蕩電路IOO所產(chǎn)生的 六個振蕩信號的相位。振蕩電路100所產(chǎn)生的、具有相互移動固定差的六個 相位的振蕩信號可以看作具有相互不同的相位的三個差分信號。此外，振蕩核具有包括在電源和接地之間完全對稱地布局的反相器的配 置。因此，振蕩信號的波形的對稱性以及相位噪聲性能和抖動性能也都很好。 除此而外，由于可以通過改變控制電源所產(chǎn)生的電壓來控制振蕩核，所以該 核能夠防電源電壓的變化，并且具有寬范圍的頻率變化。如上所述，根據(jù)本實施方式，振蕩電路100的振蕩核采用偶數(shù)個三級反 相器環(huán)，每一個三級反相器環(huán)典型地形成一個主回路。在圖5所示的典型配 置，振蕩電路100包括第一和第二三級反相器環(huán)110和120。第一三級反相 器環(huán)110中的三級通過節(jié)點NDlll、 ND112和ND113相互連接。同樣，第二 三級反相器環(huán)120中的三級通過節(jié)點ND121、 ND122和ND123相互連才妄。 第一和第二三級反相器環(huán)110和120由向所產(chǎn)生的振蕩信號提供固定相位關(guān) 系的第一、第二和第三反相器對130、 140和150來相互連接。具體地說，第一反相器對130將節(jié)點ND111連接到節(jié)點ND122，第二反相器對140將節(jié)點 ND113連接到節(jié)點ND121，而第三反相器對150將節(jié)點ND112連接到節(jié)點 ND123。振蕩電路100還采用未在圖中示出的電流源160。第一三級反相器環(huán) 110、第二三級反相器環(huán)120、第一反相器對130、第二反相器對140、第三 反相器對150和電流源160每一個都是振蕩電路100的主要配置元件。因此， 實現(xiàn)能夠產(chǎn)生具有對電源電壓變化的低敏感性、可在^f艮寬的范圍內(nèi)變化的振 蕩頻率、良好的抖動性能、良好的相位噪聲性能以及相互移動固定差值60度 的多個相位的分布式差分信號的高速環(huán)振蕩電路，以及實現(xiàn)采用高速環(huán)振蕩 電路的PLL電路都是可能的。到目前為此，已經(jīng)參考圖9和IO描述了第一實施方式的配置。通過向圖 9所示的第一實施方式沿圓周提供附加反相器來獲得第二實施方式，如圖11 A 和圖IIB所示。圖IIA和IIB每一個都是示出包括根據(jù)第二實施方式的兩個三級反相器 環(huán)的振蕩核的配置的圖表。圖中的所示的配置相互不同的點在于在圖11A 所示的配置的情況中，附加反相器的方向是與第一和第二三級反相器環(huán)中所 釆用的反相器的方向相同的反時針方向，而在圖11B所示的配置的情況中， 附加反相器的方向是與第一和第二三級反相器環(huán)中所采用的反相器的方向相 對的順時針方向。具體地說，在圖IIA所示的典型配置的情況中，附加反相器171將第一 三級反相器環(huán)110的節(jié)點ND111連接到第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND121， 并被定向于從節(jié)點ND111到節(jié)點ND121的方向上。同樣，附加反相器172 將第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND121連接到第一三級反相器環(huán)110的節(jié)點 ND112，并被定向于從節(jié)點ND121到節(jié)點ND112的方向上。以相同的方式， 附加反相器173將第一三級反相器環(huán)110的節(jié)點ND112連接到第二三級反相 器環(huán)120的節(jié)點ND122,并被定向于從節(jié)點ND112到節(jié)點ND122的方向上。 類似地，附加反相器174將第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND122連接到第一 三級反相器環(huán)110的節(jié)點ND113，并被定向于從節(jié)點ND122到節(jié)點ND113 的方向上。類似地，附加反相器175將第一三級反相器環(huán)110的節(jié)點ND113 連接到第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND123,并^皮定向于從節(jié)點ND113到節(jié) 點ND123的方向上。最后，附加反相器176將第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點 ND123連接到第一三級反相器環(huán)110的節(jié)點NDlll，并被定向于從節(jié)點ND123到節(jié)點NDlll的方向上。另一方面，在圖IIB所示的典型配置的情況中，附加反相器181將第一 三級反相器環(huán)110的節(jié)點ND111連接到第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND123, 并一皮定向于^v節(jié)點NDlll到節(jié)點ND123的方向上。同樣，附加反相器182 將第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND123連接到第一三級反相器環(huán)110的節(jié)點 ND113,并被定向于從節(jié)點ND123到節(jié)點ND113的方向上。以相同的方式， 附加反相器183將第一三級反相器環(huán)110的節(jié)點ND113連接到第二三級反相 器環(huán)120的節(jié)點ND122，并被定向于從節(jié)點ND113到節(jié)點ND122的方向上。 類似地，附加反相器184將第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND122連接到第一 三級反相器環(huán)110的節(jié)點ND112,并一皮定向于從節(jié)點ND122到節(jié)點ND112 的方向上。類似地，附加反相器185將第一三級反相器環(huán)110的節(jié)點ND112 連接到第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點ND121,并被定向于從節(jié)點ND112到節(jié) 點ND121的方向上。最后，附加反相器186將第二三級反相器環(huán)120的節(jié)點 ND121連接到第一三級反相器環(huán)110的節(jié)點ND111,并被定向于從節(jié)點 ND121到節(jié)點ND111的方向上。具有上述配置的第二實施方式能夠產(chǎn)生與以前描述的第一實施方式提供 的效果相同的效果。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，依賴于設(shè)計要求和其他因素，可以出 現(xiàn)多種多樣的修改、組合、部分組合和變更，只要它們在所附權(quán)利要求或其 等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種振蕩電路，包括多個多級反相器環(huán)，每一個都具有相互級聯(lián)地連接的奇數(shù)個反相器，以通過環(huán)上同樣奇數(shù)個節(jié)點形成所述環(huán)；反相器組，用于為了將所產(chǎn)生的振蕩信號的相位相互移動固定差值而將任何特定一個所述多級反相器環(huán)上的每一個所述節(jié)點連接到另一個所述多級反相器環(huán)上的相對應(yīng)一個所述節(jié)點，以便相互結(jié)合所述特定和其他多級反相器環(huán)；以及連接到所述多級反相器環(huán)的所述反相器和所述反相器組的所述反相器的電流源。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的振蕩電路，其中，所述反相器組包括多個反相器對， 每個反相器對具有反相器，用于在從任何特定一個多級反相器環(huán)到其他多級反相器環(huán)的方 向上，將所述特定多級反相器環(huán)上的所述節(jié)點之一連接到所述另 一個多級反 相器環(huán)上的相對應(yīng)一個所述節(jié)點；以及另 一個反相器，用于在從所述其他多級反相器環(huán)到任何特定一個所述多 級反相器環(huán)的方向上，將所述特定多級反相器環(huán)上的所述節(jié)點之一連接到所 述另 一個多級反相器環(huán)上的相對應(yīng)一個所述節(jié)點。
3、 沖艮據(jù)權(quán)利要求l的振蕩電路，其中，所述電流源具有連接到每一個所述反相器的電源輸入端的公共節(jié)點作為 對所述反相器公共的節(jié)點；并且所述電流源具有用于將每個提供給所述反相器之一的總電源電流維持為 恒定值的功能。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的振蕩電路，其中，所述電流源根據(jù)提供給所述電流源的控制信號改變所述總電源電流。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3的振蕩電路，其中，每一個所述反相器具有第一傳導(dǎo)型的第一晶體管以及第二傳導(dǎo)型的第二 晶體管；所述第一晶體管和所述第二晶體管相互串聯(lián)地連接以形成串聯(lián)電路;并且所述串聯(lián)電路的 一端連接到所述公共節(jié)點。
6、 一種振蕩電路，包括偶數(shù)個三級反相器環(huán)，每一個具有相互級聯(lián)地連接的三個反相器，以通過環(huán)上三個節(jié)點形成所述環(huán)；反相器組，用于為了將所產(chǎn)生的振蕩信號的相位相互移動固定差值而將 任何特定一個所述三級反相器環(huán)上的每一個所述節(jié)點連接到另一個所述三級 反相器環(huán)上的相對應(yīng)一個所述節(jié)點，以便相互結(jié)合所述特定和其他三級反相 器環(huán)；以及連接到所述三級反相器環(huán)的所述反相器和所述反相器組的所述反相器的 電流源。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的振蕩電路，其中，所述反相器組包括多個反相器對， 每個反相器對具有反相器，用于在從任何特定一個多級反相器環(huán)到其他多級反相器環(huán)的方 向上，將所述特定多級反相器環(huán)上的所述節(jié)點之一連接到所述另 一個多級反 相器環(huán)上的相對應(yīng)一個所述節(jié)點；以及另 一個反相器，用于在從所述其他多級反相器環(huán)到任何特定一個所述多 級反相器環(huán)的方向上，將所述特定多級反相器環(huán)上的所述節(jié)點之一連接到另 一個所述多級反相器環(huán)上的相對應(yīng)一個所述節(jié)點。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6的振蕩電路，其中，所述電流源具有連接到每一個所述反相器的電源輸入端的公共節(jié)點作為 對所述反相器公共的節(jié)點；并且所述電流源具有用于將每個提供給所述反相器之一的總電源電流維持為 恒定值的功能。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8的振蕩電路，其中，所述電流源根據(jù)提供給所述電流源的控制信號改變所述總電源電流。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8的振蕩電路，其中，每一個所述反相器具有第 一傳導(dǎo)型的第 一 晶體管以及第二傳導(dǎo)型的第二 晶體管；所述第一晶體管和所述第二晶體管相互串聯(lián)地連接以形成串聯(lián)電路;并且所述串聯(lián)電路的 一端連接到所述公共節(jié)點。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7的振蕩電路，其中，所述三級反相器環(huán)的數(shù)目是二，而所述反相器對的數(shù)目是三； 所述兩個三級反相器環(huán)和所述三個反相器對形成振蕩核;并且 所述振蕩核能夠產(chǎn)生在相空間以固定間隔分布的六個振蕩信號。
12、 根據(jù)權(quán)利要求7的振蕩電路，其中，所述三級反相器環(huán)的數(shù)目是二，而所述反相器對的數(shù)目是三； 所述兩個三級反相器環(huán)和所述三個反相器對形成振蕩核;并且 該振蕩核能夠產(chǎn)生在相空間以固定間隔分布的三個差分信號。
全文摘要
本發(fā)明提供振蕩電路，包括多個多級反相器環(huán)，每一個都具有相互級聯(lián)地連接的奇數(shù)個反相器，以通過環(huán)上同樣奇數(shù)個節(jié)點形成所述環(huán)；反相器組，用于為了將所產(chǎn)生的振蕩信號的相位相互移動固定差值而將任何特定一個多級反相器環(huán)上的每一個節(jié)點連接到另一個多級反相器環(huán)上的相對應(yīng)一個節(jié)點，以便相互結(jié)合該特定和其他多級反相器環(huán)；以及連接到所述多級反相器環(huán)的所述反相器和所述反相器組的所述反相器的電流源。
文檔編號H03K3/03GK101247114SQ20081008078
公開日2008年8月20日 申請日期2008年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者植野洋介 申請人:索尼株式會社