一種對電源擾動不敏感的高功率效率的環形振蕩器
1.本發明涉及電子電路領域，特別涉及一種低功耗時鐘放大器電路。
背景技術：
2.傳統的對電源不敏感的環形振蕩器一般采用線性穩壓器或者使用電源敏感度補償等技術實現。使用穩壓源來實現的話，一般需要不小的電容來進行濾波，這樣大大增大了穩壓源的面積，同時穩壓源的需要一個額外的電源電壓，這樣大大增大了系統的設計復雜度以及增加了功耗。采用電源敏感度補償的方式的話，目前先有的補償方式都會惡化振蕩器的相位噪聲或者功耗。也有通過采用n管跟隨器作為n管共源級的負載實現的環形振蕩器來隔離電源和振蕩器的震蕩信號，同樣地，振蕩器的相位噪聲或者功耗也會惡化，因為跟隨器的不可避免浪費功耗。以上方式都不可避免會導致增大芯片的面積，振蕩器的電壓余度減小，振蕩器相位噪聲惡化或者振蕩器的功率效率降低等影響。
技術實現要素：
3.針對現有技術存在的不足，本發明提出了一種對電源噪聲和擾動不敏感的基于反相器結構的環形振蕩器，具體技術方案如下：
4.一種對電源擾動不敏感的高功率效率的環形振蕩器，包括奇數個單元電路，每個單元增益電路包含電源敏感度調節單元、增益單元、n型開關電流源和變容管；
5.所述增益單元包括pmos共源級放大器，所述pmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接電源，漏端連接單元增益電路的輸出端；
6.所述電源敏感度調節單元包括源極退化電阻可調的nmos共源級放大器，所述nmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接可調退化電阻的一端，漏端連接單元增益電路的輸出端；可調退化電阻的另一端接地；
7.所述變容管一端連接單元增益電路的輸出端，另一端接地或接電源，所述變容管的電容值隨著控制電壓升高而不斷增大；
8.單元增益電路的輸入振蕩時鐘信號作為所述n型開關電流源的開關信號；所述n型開關電流源的電流輸出端與單元增益電路的輸出端相連；所述n型開關電流源的電壓控制端接所述環形振蕩器的控制電壓；所述n型開關電流源的接地端接地。
9.進一步地，所述n型開關電流源還包括電流偏置端，所述電流偏置端接電流偏置電壓。
10.一種對電源擾動不敏感的高功率效率的環形振蕩器，包括奇數個單元電路，每個單元增益電路包含電源敏感度調節單元、增益單元、p型開關電流源和變容管；
11.所述增益單元包括nmos共源級放大器，所述nmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接地，漏端連接單元增益電路的輸出端；
12.所述電源敏感度調節單元包括源極退化電阻可調的pmos共源級放大器，所述pmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接可調退化電阻的一端，漏端
連接單元增益電路的輸出端；可調退化電阻的另一端接電源；
13.所述變容管一端連接單元增益電路的輸出端，另一端接地或接電源，所述變容管的電容值隨著控制電壓升高而不斷增大；
14.單元增益電路的輸入振蕩時鐘信號作為所述p型開關電流源的開關信號；所述p型開關電流源的電流輸出端與單元增益電路的輸出端相連；所述p型開關電流源的電壓控制端接所述環形振蕩器的控制電壓；所述p型開關電流源的電源端接電源。
15.進一步地，所述p型開關電流源還包括電流偏置端，所述電流偏置端接電流偏置電壓。
16.本發明的有益效果如下：
17.本發明提出了一種對電源噪聲和擾動不敏感的基于反相器結構的環形振蕩器。并且該環形振蕩器基本不額外增加芯片面積和不惡化振蕩器的相位噪聲和功耗，因此本結構的振蕩器充分利用環形振蕩器面積小、對電磁耦合不敏感、能夠實現多相時鐘信號輸出的優勢，大大拓展環形振蕩器的應用，使得環形振蕩器在一些既需要保持對電源擾動的抑制能力又需要有比較好的相位噪聲中的應用成為可能。
附圖說明
18.圖1為本發明的對電源擾動不敏感的高功率效率的環形振蕩器的其中一個實施例的電路示意圖。
19.圖2為n型開關電流源的電路圖。
20.圖3為變容管的電壓和電容曲線。
21.圖4為本發明的p型開關電流源的單位電路示意圖。
具體實施方式
22.下面根據附圖和優選實施例詳細描述本發明，本發明的目的和效果將變得更加明白，應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
23.眾所周知，環形振蕩器的振蕩頻率主要由環形振蕩器的級數、上拉下拉電流以及每級的負載電容決定。隨著電源電壓的增加，基于反相器結構的環形振蕩器的上拉下拉電流也隨之增加，因此基于反相器結構的環形振蕩器的振蕩頻率隨著電源電壓的增加而增加。定義電源敏感度為振蕩頻率的該變量對其電源電壓量該變量的比值。
24.其中，上拉電流由pm1單管共源級放大器實現，這樣上拉電流的大小隨著電源電壓增加而增加，也就是正的電源敏感度。變容管的容值一般隨著變容管柵端控制電壓的升高而不斷變大，也就是負的電源敏感度。因此變容管可以補償基于反相器結構的環形振蕩器的電源敏感度，降低環形振蕩器隨著電源電壓的變化而導致振蕩頻率的變化。通過使用變容管作為環形振蕩器的負載電容，振蕩器的相位噪聲不會惡化。假設下拉電流由理想電流源實現的話，那么隨著電源電源電壓的增加，電流源的需要充更多的時候電流才能將輸出節點拉到地，也就是負的電源敏感度。但是電流源一直工作的話，會導致無用功耗，降低環形振蕩器的功率效率。因此本發明中采用開關電流源來實現，如圖1所示，本發明的對電源擾動不敏感的高功率效率的環形振蕩器電路，其單元電路包含電源敏感度調節單元、增益單元、開關電流源和變容管。圖1中的開關電流源為n型開關電流源。如圖1所示，增益單元包
括pmos共源級放大器，pmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接電源，漏端連接單元增益電路的輸出端。
25.電源敏感度調節單元包括源極退化電阻可調的nmos共源級放大器，nmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接可調退化電阻的一端，漏端連接單元增益電路的輸出端；可調退化電阻的另一端接地。
26.變容管一端連接單元增益電路的輸出端，另一端接地或接電源，變容管的電容值隨著控制電壓升高而不斷增大；
27.單元增益電路的輸入振蕩時鐘信號作為n型開關電流源的開關信號；n型開關電流源的電流輸出端與單元增益電路的輸出端相連；n型開關電流源的電壓控制端接環形振蕩器的控制電壓；n型開關電流源的接地端接地。
28.優選地，n型開關電流源還包括電流偏置端，電流偏置端接電流偏置電壓。
29.圖2中為開關電流源的具體電路圖。nm
vc
是實現了電流源管和頻率調諧控制管的效果，nm
sw
是開關管，這樣保證了電流源只在上升下降沿才共工作，避免了功耗的浪費。其中，nm
vc
的源端連接nm
sw
的漏端，nm
vc
的柵端連接壓控振蕩器控制信號，nm
vc
的漏端連接單元增益電路的輸出端，nm
sw
的柵端連接單元增益電路的輸入震蕩信號端，nm
sw
的漏端連接地。
30.圖3為典型的變容管的電壓和電容曲線，隨著變容管控制電壓的增加，變容管的容值也在不斷增加。
31.圖4為環形振蕩器的單元增益電路另一個實施案例，其環形振蕩器的單元增益電路包含電源敏感度調節單元、增益單元、p型開關電流源和變容管。
32.增益單元包括nmos共源級放大器，nmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接地，漏端連接單元增益電路的輸出端；
33.電源敏感度調節單元包括源極退化電阻可調的pmos共源級放大器，pmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接可調退化電阻的一端，漏端連接單元增益電路的輸出端；可調退化電阻的另一端接電源；
34.變容管一端連接單元增益電路的輸出端，另一端接地或接電源，變容管的電容值隨著控制電壓升高而不斷增大；
35.單元增益電路的輸入振蕩時鐘信號作為p型開關電流源的開關信號；p型開關電流源的電流輸出端與單元增益電路的輸出端相連；p型開關電流源的電壓控制端接環形振蕩器的控制電壓；p型開關電流源的電源端接電源。
36.優選地，p型開關電流源還包括電流偏置端，電流偏置端接電流偏置電壓。
37.理想情況下，源級退化的單管共源級放大器nm1是正電源敏感度。通過調節源級退化電阻可控的單管共源級放大器nm1來可以細微地調節nm管的電流大小也就是其在下拉電流中的權重，從而可以細調電源敏感度，進而實現最后振蕩器的電源敏感度接近為零。
38.本領域普通技術人員可以理解，以上所述僅為發明的優選實例而已，并不用于限制發明，盡管參照前述實例對發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實例記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在發明的精神和原則之內，所做的修改、等同替換等均應包含在發明的保護范圍之內。
技術特征：
1.一種對電源擾動不敏感的高功率效率的環形振蕩器，其特征在于，包括奇數個單元電路，每個單元增益電路包含電源敏感度調節單元、增益單元、n型開關電流源和變容管；所述增益單元包括pmos共源級放大器，所述pmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接電源，漏端連接單元增益電路的輸出端；所述電源敏感度調節單元包括源極退化電阻可調的nmos共源級放大器，所述nmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接可調退化電阻的一端，漏端連接單元增益電路的輸出端；可調退化電阻的另一端接地；所述變容管一端連接單元增益電路的輸出端，另一端接地或接電源，所述變容管的電容值隨著控制電壓升高而不斷增大；單元增益電路的輸入振蕩時鐘信號作為所述n型開關電流源的開關信號；所述n型開關電流源的電流輸出端與單元增益電路的輸出端相連；所述n型開關電流源的電壓控制端接所述環形振蕩器的控制電壓；所述n型開關電流源的接地端接地。2.根據權利要求1所述的對電源擾動不敏感的高功率效率的環形振蕩器，其特征在于，所述n型開關電流源還包括電流偏置端，所述電流偏置端接電流偏置電壓。3.一種對電源擾動不敏感的高功率效率的環形振蕩器，其特征在于，包括奇數個單元電路，每個單元增益電路包含電源敏感度調節單元、增益單元、p型開關電流源和變容管；所述增益單元包括nmos共源級放大器，所述nmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接地，漏端連接單元增益電路的輸出端；所述電源敏感度調節單元包括源極退化電阻可調的pmos共源級放大器，所述pmos共源級放大器的柵端與單元增益電路的輸入端連接，源端連接可調退化電阻的一端，漏端連接單元增益電路的輸出端；可調退化電阻的另一端接電源；所述變容管一端連接單元增益電路的輸出端，另一端接地或接電源，所述變容管的電容值隨著控制電壓升高而不斷增大；單元增益電路的輸入振蕩時鐘信號作為所述p型開關電流源的開關信號；所述p型開關電流源的電流輸出端與單元增益電路的輸出端相連；所述p型開關電流源的電壓控制端接所述環形振蕩器的控制電壓；所述p型開關電流源的電源端接電源。4.根據權利要求3所述的對電源擾動不敏感的高功率效率的環形振蕩器，其特征在于，所述p型開關電流源還包括電流偏置端，所述電流偏置端接電流偏置電壓。
技術總結
本發明公開一種對電源擾動不敏感的高功率效率的環形振蕩器，包括奇數個單元電路，每個單元增益電路包含電源敏感度調節單元、增益單元、型開關電流源和變容管。本發明的環形振蕩器基本不額外增加芯片面積和不惡化振蕩器的相位噪聲和功耗，因此本結構的振蕩器充分利用環形振蕩器面積小、對電磁耦合不敏感、能夠實現多相時鐘信號輸出的優勢，大大拓展環形振蕩器的應用，使得環形振蕩器在一些既需要保持對電源擾動的抑制能力又需要有比較好的相位噪聲中的應用成為可能。噪聲中的應用成為可能。噪聲中的應用成為可能。
