具有温度补偿效应的环路压控振荡器制造技术

本发明专利技术涉及一种具有温度补偿效应的环路压控振荡器，它由连接成环状的Ｎ个带温度补偿的延迟单元和温度补偿电路两部分构成，其延迟单元是在普通的反相器的基础上，在其负载管上并联一个或多个ＭＯＳ管，使其受到温度补偿电压的控制来调节导通程度，从而补偿温度变化所引起的频率变化。其温度补偿电路由温度传感器和电压放大器构成，温度传感器由二极管构成，而电压放大器的放大倍数受该压控振荡器的外接电压Ｖ↓［ｃ］控制，使得压控振荡器的输出频率在不同的Ｖ↓［ｃ］下都能得到相应的温度补偿，保持和温度没有变化前一致。本发明专利技术的环路压控振荡器特别适合于具有数字预置或数字粗调的锁相环。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于通信与信息处理系统的锁相环
，特别是环路压控振荡器设计。
技术介绍
压控振荡器(VCO)是锁相环路(PLL)的最重要组成部件，为了获得高频、高精度的输出信号频率，一般都采用LC压控振荡器或环路压控振荡器的形式。环路压控振荡器由于其低功耗、宽输出频率范围、占用芯片面积小等优点在通信和数字电路中得到了广泛应用。环路压控振荡器由连接成环状的N个延迟单元构成，延迟单元可以是单端的，也可以是差分的。对于单端的延迟单元来说，N只能是大于等于3的奇数；对于差分延迟单元来说，N可以是大于等于2的偶数或奇数，其个数N的多少视所需产生的频率高低而定。延迟单元的结构实际上就是反相放大器，它的负载管由外界电压Vc控制，改变控制电压Vc，就改变了负载管的导通程度，从而改变了反相器的反相延迟时间，使得整个环路的振荡频率发生改变，这就是环路压控振荡器输出信号频率随控制电压变化的原理，输出信号频率随控制电压的变化率称为压控振荡器的增益，用Kv表示。VCO输出信号的振荡频率受温度影响比较大。根据我们对某0.35umCMOS工艺的计算机模拟，在1GHz频段，VCO的振荡频率随温度变化大约1.4MHz/℃，也就是说，如果在常温下VCO振荡频率为1GHz，在125℃时振荡频率变为1.14GHz，相差140MHz。这么大的频率变化，有可能超过锁相环的锁定范围，使得锁相环无法正常工作。解决这个问题的方法之一是使得VCO的增益尽可能大，则无论温度如何变化，频率随温度漂移的范围总在VCO的调节范围之内。但VCO增益越大，越容易受外界的干扰，不利于改善锁相环的相位噪声，而相位噪声是锁相环的最重要指标。其次，VCO增益越大，将使得环路滤波器的电容越大，不利于电路集成。对于具有数字粗调或者数字预置的VCO来说，VCO增益一般都比较小，约为几十MHz/V，因此频率随温度的漂移将严重影响到锁相环能否正常工作。
技术实现思路
为了克服以上缺点，我们提出一种具有温度补偿效应的环路VCO。这种VCO由连接成环状的N个具有温度补偿功能的延迟单元和温度传感电路构成。延迟单元可以是单端的，也可以是差分的。对于单端的延迟单元来说，N只能是大于等于3的奇数；对于差分延迟单元来说，N可以是大于等于2的偶数或者奇数，其个数N的多少视所需产生的频率高低而定。本专利技术的延迟单元是在普通的反相器的基础上，在其负载管上并联一个或多个MOS管，用于温度补偿。若温度升高引起VCO振荡频率下降，则温度传感电路的输出电压使得延迟单元的补偿管导通速度加快，从而补偿频率的下降；若温度降低引起VCO振荡频率升高，则温度传感电路输出电压使得延迟单元的补偿管导通速度减缓，从而补偿频率的升高。设计恰当的参数，就能使得该VCO的输出频率在各种温度下保持恒定。一种环路压控振荡器，由连接成环状的N个延迟单元和温度补偿电路两部分构成，其特征在于，延迟单元的负载晶体管上并联有用作温度补偿的负载管，可以受到温度补偿电压的控制来调节输出信号频率，以补偿温度变化导致的输出频率误差，使得输出频率在不同温度下保持一致。一种环路压控振荡器，由连接成环状的N个延迟单元和温度补偿电路两部分构成，其特征在于，温度补偿电路由温度传感器和电压放大器构成，温度传感器由二极管构成，而电压放大器的放大倍数受该压控振荡器的外接电压Vc控制，使得压控振荡器的输出频率在不同的Vc下都能得到相应的温度补偿，保持和温度没有变化前一致。本专利技术阐述的环路压控振荡器的优点是它可以精确补偿温度变化导致的输出频率误差，特别适合于具有数字预置或数字粗调的锁相环中，便于数字准确预置，以加快锁定速度。同时，在数字预置或数字粗调的锁相环中，压控振荡器的增益较小，较大的温度变化所引起的频率漂移有可能超出锁相环的锁定范围，使锁相环不能正常工作，本专利技术很好地解决了这个问题。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作详细说明。图1本专利技术提出的具有温度补偿效应的环路压控振荡器方框图；图2本专利技术提出的单端环路压控振荡器实施例的结构框图；图3本专利技术提出的单端延迟单元电路图；图4本专利技术提出的温度传感电路图；图5本专利技术提出的偶数个延迟单元构成的差分环路压控振荡器实施例的结构框图；图6本专利技术提出的奇数个延迟单元构成的差分环路压控振荡器实施例的结构框图；图7本专利技术提出的差分延迟单元电路图。具体实施例方式图1是本专利技术提出的具有温度补偿效应的环路压控振荡器方框图。它包含一个环路振荡器和一个温度传感电路。其中环路振荡器由连接成环状的N个延迟单元构成，延迟单元的个数N及其具体的连接形式因具体的实施例而有所不同。温度传感电路控制环路振荡器的每个延迟单元的延迟时间，使得输出振荡频率不随环境温度的改变而改变。模拟输入电压Vc调节环路振荡器输出频率的高低；频率信号从Fout端输出。图2是本专利技术的单端延迟单元构成的环路压控振荡器实施例结构框图。它由连接成环状的N个具有温度补偿功能的单端延迟单元和温度传感电路两部分构成，其中N是大于等于3的奇数，它的延迟单元有(1)模拟信号输入端Vc；(2)温度补偿控制端Vt；(3)输入输出端Vin和Vout。模拟电压Vc来自环路滤波器的输出，Vc控制每一个延迟单元的导通程度来改变延迟时间，从而改变输出信号频率。当温度变化导致VCO输出信号频率改变时，温度传感电路感知温度的变化，使温度补偿控制电压Vt产生相应的变化，控制延迟单元电路的导通程度进行频率补偿，使得VCO输出信号频率与原来一致。同时温度传感电路受到Vc的控制，使得压控振荡器的输出频率在不同的Vc下都能得到相应的温度补偿，都能保持振荡器的振荡频率和温度没有变化前一致。图3是本专利技术的以PMOS晶体管为负载的单端延迟单元电路图，它由一对反相放大管MN23和MP23、两个并联的负载管MP22、MP24、一个二极管MN24、以及电压控制端Vc、温度补偿端Vt、输入端Vin、输出端Vout构成。其中，MN23和MP23构成单端反相器作基本的延时单元，负载管MP22受外界电压Vc的控制，改变Vc可以改变MP22的导通电阻，从而改变反相器的延迟时间，达到压控调节输出信号频率的目的。负载管MP24受温度补偿电压Vt的控制，改变Vt可以改变MP24的导通电阻，从而改变反相器的延迟时间，补偿输出信号频率随温度的变化。恰当设计延迟单元和温度传感器的参数，就能使受温度影响的频率变化刚好被补偿，使得输出信号频率几乎不随温度变化。图4是本专利技术提出的温度传感电路图。MN10、MP10、MP11三个晶体管各自的栅极和漏极相连，构成三个二极管，三个二极管正向串连构成偏置分压器。二极管的正向电压具有负的温度系数，即温度升高，正向电压降低；温度降低，正向电压升高。二极管正向电压的温度系数很小，我们通过恰当设计MP10、MN10和MP11管的宽长比，使得节点电压Vn能随温度产生较大的变化。晶体管MN11和MP12构成电压放大器，Vn经过MN11晶体管的放大作用，产生较大的温度补偿电压Vt，Vt控制单端延迟单元的负载管MP24的导通电阻，来补偿延迟单元的延迟时间，也就是补偿了VCO输出频率随温度的变化。在电压放大器中，晶体管MP12是放大管MN11的负载，其栅极受外界电压Vc的控制，也即放大器的放大倍数受Vc的控制。这是因为VCO的振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环路压控振荡器，由连接成环状的Ｎ个延迟单元和温度补偿电路两部分构成，其特征在于，延迟单元的负载晶体管上并联有用作温度补偿的负载管，可以受到温度补偿电压的控制来调节输出信号频率，以补偿温度变化导致的输出频率误差，使得输出频率在不同温度下保持一致。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邝小飞，吴南健，王海永，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]