一种对电源扰动不敏感的高功率效率的环形振荡器
1.本发明涉及电子电路领域，特别涉及一种低功耗时钟放大器电路。
背景技术：
2.传统的对电源不敏感的环形振荡器一般采用线性稳压器或者使用电源敏感度补偿等技术实现。使用稳压源来实现的话，一般需要不小的电容来进行滤波，这样大大增大了稳压源的面积，同时稳压源的需要一个额外的电源电压，这样大大增大了系统的设计复杂度以及增加了功耗。采用电源敏感度补偿的方式的话，目前先有的补偿方式都会恶化振荡器的相位噪声或者功耗。也有通过采用n管跟随器作为n管共源级的负载实现的环形振荡器来隔离电源和振荡器的震荡信号，同样地，振荡器的相位噪声或者功耗也会恶化，因为跟随器的不可避免浪费功耗。以上方式都不可避免会导致增大芯片的面积，振荡器的电压余度减小，振荡器相位噪声恶化或者振荡器的功率效率降低等影响。
技术实现要素：
3.针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种对电源噪声和扰动不敏感的基于反相器结构的环形振荡器，具体技术方案如下：
4.一种对电源扰动不敏感的高功率效率的环形振荡器，包括奇数个单元电路，每个单元增益电路包含电源敏感度调节单元、增益单元、n型开关电流源和变容管；
5.所述增益单元包括pmos共源级放大器，所述pmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接电源，漏端连接单元增益电路的输出端；
6.所述电源敏感度调节单元包括源极退化电阻可调的nmos共源级放大器，所述nmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接可调退化电阻的一端，漏端连接单元增益电路的输出端；可调退化电阻的另一端接地；
7.所述变容管一端连接单元增益电路的输出端，另一端接地或接电源，所述变容管的电容值随着控制电压升高而不断增大；
8.单元增益电路的输入振荡时钟信号作为所述n型开关电流源的开关信号；所述n型开关电流源的电流输出端与单元增益电路的输出端相连；所述n型开关电流源的电压控制端接所述环形振荡器的控制电压；所述n型开关电流源的接地端接地。
9.进一步地，所述n型开关电流源还包括电流偏置端，所述电流偏置端接电流偏置电压。
10.一种对电源扰动不敏感的高功率效率的环形振荡器，包括奇数个单元电路，每个单元增益电路包含电源敏感度调节单元、增益单元、p型开关电流源和变容管；
11.所述增益单元包括nmos共源级放大器，所述nmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接地，漏端连接单元增益电路的输出端；
12.所述电源敏感度调节单元包括源极退化电阻可调的pmos共源级放大器，所述pmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接可调退化电阻的一端，漏端
连接单元增益电路的输出端；可调退化电阻的另一端接电源；
13.所述变容管一端连接单元增益电路的输出端，另一端接地或接电源，所述变容管的电容值随着控制电压升高而不断增大；
14.单元增益电路的输入振荡时钟信号作为所述p型开关电流源的开关信号；所述p型开关电流源的电流输出端与单元增益电路的输出端相连；所述p型开关电流源的电压控制端接所述环形振荡器的控制电压；所述p型开关电流源的电源端接电源。
15.进一步地，所述p型开关电流源还包括电流偏置端，所述电流偏置端接电流偏置电压。
16.本发明的有益效果如下：
17.本发明提出了一种对电源噪声和扰动不敏感的基于反相器结构的环形振荡器。并且该环形振荡器基本不额外增加芯片面积和不恶化振荡器的相位噪声和功耗，因此本结构的振荡器充分利用环形振荡器面积小、对电磁耦合不敏感、能够实现多相时钟信号输出的优势，大大拓展环形振荡器的应用，使得环形振荡器在一些既需要保持对电源扰动的抑制能力又需要有比较好的相位噪声中的应用成为可能。
附图说明
18.图1为本发明的对电源扰动不敏感的高功率效率的环形振荡器的其中一个实施例的电路示意图。
19.图2为n型开关电流源的电路图。
20.图3为变容管的电压和电容曲线。
21.图4为本发明的p型开关电流源的单位电路示意图。
具体实施方式
22.下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.众所周知，环形振荡器的振荡频率主要由环形振荡器的级数、上拉下拉电流以及每级的负载电容决定。随着电源电压的增加，基于反相器结构的环形振荡器的上拉下拉电流也随之增加，因此基于反相器结构的环形振荡器的振荡频率随着电源电压的增加而增加。定义电源敏感度为振荡频率的该变量对其电源电压量该变量的比值。
24.其中，上拉电流由pm1单管共源级放大器实现，这样上拉电流的大小随着电源电压增加而增加，也就是正的电源敏感度。变容管的容值一般随着变容管栅端控制电压的升高而不断变大，也就是负的电源敏感度。因此变容管可以补偿基于反相器结构的环形振荡器的电源敏感度，降低环形振荡器随着电源电压的变化而导致振荡频率的变化。通过使用变容管作为环形振荡器的负载电容，振荡器的相位噪声不会恶化。假设下拉电流由理想电流源实现的话，那么随着电源电源电压的增加，电流源的需要充更多的时候电流才能将输出节点拉到地，也就是负的电源敏感度。但是电流源一直工作的话，会导致无用功耗，降低环形振荡器的功率效率。因此本发明中采用开关电流源来实现，如图1所示，本发明的对电源扰动不敏感的高功率效率的环形振荡器电路，其单元电路包含电源敏感度调节单元、增益单元、开关电流源和变容管。图1中的开关电流源为n型开关电流源。如图1所示，增益单元包
括pmos共源级放大器，pmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接电源，漏端连接单元增益电路的输出端。
25.电源敏感度调节单元包括源极退化电阻可调的nmos共源级放大器，nmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接可调退化电阻的一端，漏端连接单元增益电路的输出端；可调退化电阻的另一端接地。
26.变容管一端连接单元增益电路的输出端，另一端接地或接电源，变容管的电容值随着控制电压升高而不断增大；
27.单元增益电路的输入振荡时钟信号作为n型开关电流源的开关信号；n型开关电流源的电流输出端与单元增益电路的输出端相连；n型开关电流源的电压控制端接环形振荡器的控制电压；n型开关电流源的接地端接地。
28.优选地，n型开关电流源还包括电流偏置端，电流偏置端接电流偏置电压。
29.图2中为开关电流源的具体电路图。nm
vc
是实现了电流源管和频率调谐控制管的效果，nm
sw
是开关管，这样保证了电流源只在上升下降沿才共工作，避免了功耗的浪费。其中，nm
vc
的源端连接nm
sw
的漏端，nm
vc
的栅端连接压控振荡器控制信号，nm
vc
的漏端连接单元增益电路的输出端，nm
sw
的栅端连接单元增益电路的输入震荡信号端，nm
sw
的漏端连接地。
30.图3为典型的变容管的电压和电容曲线，随着变容管控制电压的增加，变容管的容值也在不断增加。
31.图4为环形振荡器的单元增益电路另一个实施案例，其环形振荡器的单元增益电路包含电源敏感度调节单元、增益单元、p型开关电流源和变容管。
32.增益单元包括nmos共源级放大器，nmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接地，漏端连接单元增益电路的输出端；
33.电源敏感度调节单元包括源极退化电阻可调的pmos共源级放大器，pmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接可调退化电阻的一端，漏端连接单元增益电路的输出端；可调退化电阻的另一端接电源；
34.变容管一端连接单元增益电路的输出端，另一端接地或接电源，变容管的电容值随着控制电压升高而不断增大；
35.单元增益电路的输入振荡时钟信号作为p型开关电流源的开关信号；p型开关电流源的电流输出端与单元增益电路的输出端相连；p型开关电流源的电压控制端接环形振荡器的控制电压；p型开关电流源的电源端接电源。
36.优选地，p型开关电流源还包括电流偏置端，电流偏置端接电流偏置电压。
37.理想情况下，源级退化的单管共源级放大器nm1是正电源敏感度。通过调节源级退化电阻可控的单管共源级放大器nm1来可以细微地调节nm管的电流大小也就是其在下拉电流中的权重，从而可以细调电源敏感度，进而实现最后振荡器的电源敏感度接近为零。
38.本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种对电源扰动不敏感的高功率效率的环形振荡器，其特征在于，包括奇数个单元电路，每个单元增益电路包含电源敏感度调节单元、增益单元、n型开关电流源和变容管；所述增益单元包括pmos共源级放大器，所述pmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接电源，漏端连接单元增益电路的输出端；所述电源敏感度调节单元包括源极退化电阻可调的nmos共源级放大器，所述nmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接可调退化电阻的一端，漏端连接单元增益电路的输出端；可调退化电阻的另一端接地；所述变容管一端连接单元增益电路的输出端，另一端接地或接电源，所述变容管的电容值随着控制电压升高而不断增大；单元增益电路的输入振荡时钟信号作为所述n型开关电流源的开关信号；所述n型开关电流源的电流输出端与单元增益电路的输出端相连；所述n型开关电流源的电压控制端接所述环形振荡器的控制电压；所述n型开关电流源的接地端接地。2.根据权利要求1所述的对电源扰动不敏感的高功率效率的环形振荡器，其特征在于，所述n型开关电流源还包括电流偏置端，所述电流偏置端接电流偏置电压。3.一种对电源扰动不敏感的高功率效率的环形振荡器，其特征在于，包括奇数个单元电路，每个单元增益电路包含电源敏感度调节单元、增益单元、p型开关电流源和变容管；所述增益单元包括nmos共源级放大器，所述nmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接地，漏端连接单元增益电路的输出端；所述电源敏感度调节单元包括源极退化电阻可调的pmos共源级放大器，所述pmos共源级放大器的栅端与单元增益电路的输入端连接，源端连接可调退化电阻的一端，漏端连接单元增益电路的输出端；可调退化电阻的另一端接电源；所述变容管一端连接单元增益电路的输出端，另一端接地或接电源，所述变容管的电容值随着控制电压升高而不断增大；单元增益电路的输入振荡时钟信号作为所述p型开关电流源的开关信号；所述p型开关电流源的电流输出端与单元增益电路的输出端相连；所述p型开关电流源的电压控制端接所述环形振荡器的控制电压；所述p型开关电流源的电源端接电源。4.根据权利要求3所述的对电源扰动不敏感的高功率效率的环形振荡器，其特征在于，所述p型开关电流源还包括电流偏置端，所述电流偏置端接电流偏置电压。
技术总结
本发明公开一种对电源扰动不敏感的高功率效率的环形振荡器，包括奇数个单元电路，每个单元增益电路包含电源敏感度调节单元、增益单元、型开关电流源和变容管。本发明的环形振荡器基本不额外增加芯片面积和不恶化振荡器的相位噪声和功耗，因此本结构的振荡器充分利用环形振荡器面积小、对电磁耦合不敏感、能够实现多相时钟信号输出的优势，大大拓展环形振荡器的应用，使得环形振荡器在一些既需要保持对电源扰动的抑制能力又需要有比较好的相位噪声中的应用成为可能。噪声中的应用成为可能。噪声中的应用成为可能。
