环形压控振荡器启动辅助电路的制作方法

1.本发明涉及压控振荡器领域，特别涉及一种环形压控振荡器启动辅助电路。


背景技术：

2.四级环形压控振荡器在工作时可能卡死无法启动振荡。图1为传统四级差分环形压控振荡器的示意图。四个差分单极模块连接在一起形成一个反馈回路。其中一个差分单极模块的框图如图2所示。在这样的差分单级模块中，i1和i2是主倒相器，i3和i4是辅助倒相器，用来保持各级差分的输出。图3为传统环形振荡器的理想工作点的示意图。例如，如果节点x1为1，由于下一差分单极模块的主倒相器，节点x2为0。由于有辅助倒相器，节点y1将为0，依次类推，对整个环路做类似操作。因此，对于每个差分单极模块的输出(x1/y1,x2/y2,x3/y3和x4/y4)，输出是差分的，即一个输出是1，另一个输出是0。这里”1”指的是环形压控振荡器的电源电压附近的电压，不一定是1伏特。这里”0”指的是环形压控振荡器的地附近的电压，不一定是0伏特。
3.常规环形压控振荡器启动失败，熟悉相关技术的人员通常将主倒相器与辅助倒相器的比例调整到4:1以上。当辅助倒相器的尺寸较大时，强辅助倒相器可以很好地保持差分运算，但辅助倒相器会给主倒相器增加负载，降低振荡频率。这些辅助倒相器也会造成较大的功耗。然而，如果辅助倒相器尺寸小，差分操作不会维护，可以进入锁定状态，如图4所示的传统环形振荡器的故障工作点示意图，差分操作在哪里坏了，一个差分单极模块的输出是相同的，和振荡不能启动自节点形成一个积极的反馈，整个电路锁定。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种使压控振荡器脱离闭锁状态的环形压控振荡器启动辅助电路。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种环形压控振荡器启动辅助电路，包括多个差分单极模块，所述差分单极模块连接在一起形成一个反馈回路，每个所述差分单极模块包括两个主倒相器和两个辅助倒相器，同一差分单极模块中每个所述主倒相器的输出端分别与其中一个辅助倒相器的输入端和另一个辅助倒相器的输出端连接，每个所述主倒相器的输出端均通过一个启动助手电路与下一级对应位置的主倒相器的输入端连接。
6.在本发明所述的环形压控振荡器启动辅助电路中，所述启动助手电路包括偏置电阻，所述偏置电阻的一端连接电源，所述偏置电阻的另一端接地，所述偏置电阻的中间节点分别与当前级所述主倒相器的输出端和下一级主倒相器的输入端连接。
7.在本发明所述的环形压控振荡器启动辅助电路中，所述启动助手电路包括可切换的偏置电阻，所述可切换的偏置电阻的一端连接电源，所述可切换的偏置电阻的另一端接地，所述可切换的偏置电阻的en端与当前级所述主倒相器的输出端连接。
8.在本发明所述的环形压控振荡器启动辅助电路中，所述启动助手电路包括pmos管
和nmos管，所述pmos管的漏极连接电源，所述pmos管的栅极接地，所述pmos管的源极与所述nmos管的漏极连接，所述nmos管的栅极连接所述电源，所述nmos管的源极接地。
9.在本发明所述的环形压控振荡器启动辅助电路中，所述启动助手电路包括自偏压电阻，所述主倒相器的输入端通过所述自偏压电阻与其输出端连接。
10.在本发明所述的环形压控振荡器启动辅助电路中，所述启动助手电路包括交叉耦合电阻，所述主倒相器的输入端通过所述交叉耦合电阻与同一差分单极模块中另一个主倒相器的输出端连接。
11.在本发明所述的环形压控振荡器启动辅助电路中，所述启动助手电路包括两队交叉耦合mos管，每个所述主倒相器的输入端分别通过一对交叉耦合mos管与同一差分单极模块中另一个主倒相器的输出端连接，每对所述交叉耦合mos管包括pmos管和nmos管，所述pmos管的栅极接地，所述nmos管的栅极连接电源。
12.实施本发明的环形压控振荡器启动辅助电路，具有以下有益效果：由于设有多个差分单极模块，差分单极模块连接在一起形成一个反馈回路，每个差分单极模块包括两个主倒相器和两个辅助倒相器，同一差分单极模块中每个主倒相器的输出端分别与其中一个辅助倒相器的输入端和另一个辅助倒相器的输出端连接，每个主倒相器的输出端均通过一个启动助手电路与下一级对应位置的主倒相器的输入端连接，该环形压控振荡器启动辅助电路具有启动助手，本发明使压控振荡器脱离闭锁状态。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为背景技术中传统四级差分环形压控振荡器的示意图；
15.图2为背景技术中其中一个差分单极模块的框图；
16.图3为背景技术中传统环形振荡器的理想工作点的示意图；
17.图4为背景技术中传统环形振荡器的故障工作点示意图；
18.图5为本发明环形压控振荡器启动辅助电路一个实施例中具有偏置电阻的结构示意图；
19.图6为本发明环形压控振荡器启动辅助电路具有可切换的偏置电阻的结构示意图；
20.图7为本发明环形压控振荡器启动辅助电路具有偏置mos电阻的结构示意图；
21.图8为本发明环形压控振荡器启动辅助电路具有自偏压电阻的结构示意图；
22.图9为本发明环形压控振荡器启动辅助电路具有交叉耦合电阻的结构示意图；
23.图10为本发明环形压控振荡器启动辅助电路具有交叉耦合mos管的结构示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.在本发明环形压控振荡器启动辅助电路实施例中，其环形压控振荡器启动辅助电路包括多个差分单极模块，差分单极模块连接在一起形成一个反馈回路，每个差分单极模块包括两个主倒相器和两个辅助倒相器，同一差分单极模块中每个主倒相器的输出端分别与其中一个辅助倒相器的输入端和另一个辅助倒相器的输出端连接，每个主倒相器的输出端均通过一个启动助手电路与下一级对应位置的主倒相器的输入端连接。
26.要使压控振荡器(vco)摆脱卡死状态，有六种方法或启动辅助电路。图5为本发明环形压控振荡器启动辅助电路一个实施例中具有偏置电阻的结构示意图，该带有偏置电阻的启动是第一种方法或启动辅助电路，其优先级为第6级，启动助手电路包括偏置电阻，偏置电阻的一端连接电源vdd，偏置电阻的另一端接地，偏置电阻的中间节点分别与当前级主倒相器的输出端和下一级主倒相器的输入端连接。具体而言，每个压控振荡器(vco)节点(x1/y1等等)，两个相对大的电阻(r1p1和r2p2)连接到电源vdd和接地提供接近vdd/2偏见的内部节点帮助周围的内部节点收敛于中点vdd/2辅助倒相器的增益最高，可以帮助维持差分操作。
27.图6为本发明环形压控振荡器启动辅助电路具有可切换的偏置电阻的结构示意图，启动助手电路包括可切换的偏置电阻，可切换的偏置电阻的一端连接电源，可切换的偏置电阻的另一端接地，可切换的偏置电阻的en端与当前级主倒相器的输出端连接。该带有可调偏置电阻的启动是第二种方法或启动辅助电路，其优先级为第5级，使用的电阻r1p1和r2p2创建了从vdd到gnd的直接路径，从而导致额外的静态功耗。图6中的方案可以修改为包括每个电阻的开关，使其能够断电，如图6所示。en信号用于启用偏置电阻，并且在压控振荡器(vco)成功启动后可以是低电平(接近于0)。
28.图7为本发明环形压控振荡器启动辅助电路具有偏置mos电阻的结构示意图，启动助手电路包括pmos管和nmos管，pmos管的漏极连接电源vdd，pmos管的栅极接地，pmos管的源极与nmos管的漏极连接，nmos管的栅极连接电源vdd，nmos管的源极接地。该mos电阻偏置启动的方法是第三种方法或启动辅助电路，其优先级为第4级，硅制多电阻的物理电阻在布局上可能比较笨重，因此像10k欧姆以上的大型电阻在紧凑的压控振荡器(vco)布局中是不可用的。一种解决方案是用pmos和nmos代替这些多电阻，如图7所示。在该实现中，使用与gnd有栅连接的pmos(如p4-1)，使用与电源vdd有栅连接的nmos(如n4-1)作为偏置电阻。熟悉相关技术的人可以调整pmos和nmos的宽度和长度以获得所需的等效电阻。
29.图8为本发明环形压控振荡器启动辅助电路具有自偏压电阻的结构示意图，启动助手电路包括自偏压电阻，主倒相器的输入端通过自偏压电阻与其输出端连接。该mos电阻自偏置启动的方法是第四种方法或启动辅助电路，其优先级为第3级。该电阻连接在主倒相器的输入和输出之间，并且该倒相器自偏置靠近vdd/2的电源。这解决了启动问题，因为自偏置电阻为内部节点提供了一个接近vdd/2的偏置，帮助内部节点向vdd/2附近的中点收敛，在那里辅助倒相器的增益最高，可以帮助保持差分运行。这种结构的一个缺点是可能会减慢振荡。
30.图9为本发明环形压控振荡器启动辅助电路具有交叉耦合电阻的结构示意图，启动助手电路包括交叉耦合电阻，主倒相器的输入端通过交叉耦合电阻与同一差分单极模块
中另一个主倒相器的输出端连接。该交叉耦合电阻启动的方法是第五种方法或启动辅助电路，其优先级为第2级。交叉耦合电阻，如r41是用来交叉耦合一个差分输出级(y1)的输出到另一个输入(x4)。类似的连接是由电阻r42来连接y4和x1。这种交叉连接在其他差分单极模块重复进行。
31.图10为本发明环形压控振荡器启动辅助电路具有交叉耦合mos管的结构示意图，启动助手电路包括两队交叉耦合mos管，每个主倒相器的输入端分别通过一对交叉耦合mos管与同一差分单极模块中另一个主倒相器的输出端连接，每对交叉耦合mos管包括pmos管和nmos管，pmos管的栅极接地，nmos管的栅极连接电源。该采用交叉耦合mos启动的方式是第六种方法或启动辅助电路，其优先级为第1级。电阻是bucky，可以用一对pmos和nmos来代替，如图10所示。pmos(如p4-1)的门连接到gnd，而nmos(如n4-1)的门连接到电源vdd。这样，熟悉相关技术的人就可以调整pmos和nmos的宽度和长度，以获得所需的等效电阻。
32.总之，本实施例中，该环形压控振荡器启动辅助电路具有启动助手，本发明使压控振荡器脱离闭锁状态。
33.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。