補償電壓源偏移的環形振蕩器的製作方法
2023-05-01 00:57:06
專利名稱：補償電壓源偏移的環形振蕩器的製作方法
技術領域：
本發明是關於環形振蕩器，特別是關於可以補償電壓源偏移的環形振蕩器。
背景技術：
一般的電流控制型(Current-starved)環形振蕩器需要一個恆流偏壓技術(Constant current basing scheme)或反饋迴路來對電流控制的延遲級進行充電或放電，並在反饋環型迴路形成延遲單元以產生振蕩。圖1為此種電流控制型環形振蕩器的電路圖。如該圖所示，該環形振蕩器10由多個(N個)延遲單元11環型串接後形成反饋環型迴路。每個延遲單元11由電流源111、以及電晶體112、113所構成。若電流源111所提供的電流為IB、環形振蕩器10各節點的總電容值為CTOT(假設各節點的總電容值均相同)、共有N個延遲單元11、以及電源電壓為VDD，則該環形振蕩器10的輸出頻率fout為fout=IBN*CTOT*VDD---(1)]]>因此，從式(1)可以清楚了解到輸出頻率fout的值除了由IB、CTOT以及延遲單元11個數N的控制外，與會受到電源電壓VDD偏移的影響。換言之，當電源電壓VDD產生偏移時，輸出頻率fout也會產生偏移。
圖2為美國第5,180,995專利的具有溫度補償的環形振蕩器(Temperature-compensated ring oscillator circuit formed on asemiconductor substrate)。該環形振蕩器20利用恆壓發生器21提供恆定電壓VCONST，並利用兩個具有相反溫度係數的電阻R23、R24來產生具有溫度補償的偏壓電流。電阻R23為具有正溫度的摻雜擴散電阻(Diffused resistor)，而電阻R24為具有負溫度係數的多矽電阻(Polysilicon resistor)。該偏壓電流經由電流鏡(current mirror)23提供給每個延遲單元27。若延遲單元27的電流為IB、環形振蕩器20各節點的總電容值為CTOT、共有N個延遲單元27、以及電源電壓為VDD，則環形振蕩器20的輸出頻率fout為fout=IBN*CTOT*VDD=VCONST/(R33+R34)N*CTOT*VDD---(2)]]>但是，即使利用定電壓VCONST與不同溫度係數的電阻來精確產生延遲單元27的電流，環形振蕩器20的輸出頻率fout仍然受到電源電壓VDD偏移的影響。換言之，當電源電壓VDD產生偏移時，輸出頻率fout也會產生偏移。
發明內容
鑑於上述問題，本發明的目的是提出一種補償電壓源偏移的環形振蕩器，使得即使電壓源的電壓偏移，該環形振蕩器的輸出頻率也不受影響。
為達到上述目的，本發明補償電壓源偏移的環形振蕩器包含一與電源相關的電流源控制單元，接收電源電壓VDD，並輸出至少一電流源控制信號；以及多組環狀串接的延遲單元，每個延遲單元接收前一級的輸出信號並延遲一預設時間後輸出一延遲信號；且第一級延遲單元接收電流源控制信號與電源電壓VDD，並由該電流源控制信號來控制該延遲單元的電流，使該電流與該電源電壓VDD成線性正比例，以使該環形振蕩器的輸出頻率不受該電源電壓VDD偏移的影響。
本發明採用包括與電源相關的電壓源、反饋控制迴路和偏流單元的與電源相關的電流源控制單元，產生兩個電流源控制信號，以利用該電流源控制信號與延遲單元的其它電晶體形成電流鏡，來控制延遲單元的電流，進而使所產生環形振蕩器的輸出頻率不受該電源電壓VDD偏移的影響。因此，與電源相關的電流源控制單元補償了振蕩頻率的電壓源偏移，消除了電壓源偏移所帶來的誤差，因而使環形振蕩器產生的振蕩頻率更加準確。
圖1為已知電流控制型環形振蕩器的電路圖；圖2為另一種已知電流控制型環形振蕩器的電路圖；
圖3為本發明補償電壓源偏移的環形振蕩器的電路圖；圖4顯示圖3的與電源相關的電流源的電路實施例；圖5為本發明補償電壓源偏移的環形振蕩器的詳細電路圖。
具體實施例方式
以下參考附圖詳細說明本發明補償電壓源偏移的環形振蕩器。
圖3為本發明補償電壓源偏移的環形振蕩器。如該圖所示，該補償電壓源偏移的環形振蕩器30利用一與電源相關的電流源控制單元31來提供每個延遲單元32的電流IB，並使電流IB與電源電壓VDD成線性正比例。若每個延遲單元32的電流為IB(VDD)、環形振蕩器30各節點的總電容值為CTOT、共有N個延遲單元32、以及電源電壓為VDD，則本發明的環形振蕩器30的輸出頻率fout為fout=IB(VDD)N*CTOT*VDD1N*CTOT---(3)]]>因此，根據式(3)可以發現，本發明的環形振蕩器30的輸出頻率fout與 成正比例，而與電源電壓VDD無關，所以輸出頻率fout可以不受電源電壓偏移的影響。
圖4顯示圖3的與電源相關的電流源控制單元的電路實施例。如該圖所示，與電源相關的電流源控制單元31包含與電源相關的電壓源41、反饋控制迴路42、以及偏流單元43。與電源相關的電壓源41利用電源電壓VDD與電阻R1、R2來產生與電源相關的參考電壓VREF。反饋控制迴路42包含一運算放大器421、一電晶體422、以及一參考電阻RB。運算放大器421接收參考電壓VREF與反饋電壓Vfeedback，並輸出控制電壓Vc。電晶體422的柵極接收控制電壓Vc、源極連接於電源電壓VDD、而漏極連接於參考電阻RB。參考電阻RB則建立並提供反饋電壓Vfeedback給運算放大器421。電流偏壓單元43具有兩個串接的電晶體431與432。電晶體431與電晶體422形成一個電流鏡。因此，若電晶體431與電晶體422的源極、柵極、漏極的接收電壓相同且是相同的電晶體、工作在相同的工作狀態，則電流IREF1會等於電流IREF2。同時，流過電晶體431的電流IREFP會等於電流IREF2，且流過電晶體432的電流IREFN也會等於電流IREF2。另外，電流偏壓單元43產生兩個電流鏡控制信號MC1、MC2，以利用該等電流鏡控制信號MC1、MC2與其它電晶體形成電流鏡，來控制其它路徑的電流。
圖5為本發明補償電壓源偏移的環形振蕩器的詳細電路圖。圖5的環形振蕩器50與圖3的環形振蕩器30相似，只是以電晶體321』與322』來實施環形振蕩器30的電流源321與322。而每個延遲單元32的電晶體321』與322』的柵極分別由電流鏡控制信號MC1、MC2來控制。所以，每個延遲單元32的電晶體321』和與電源相關的電流源控制單元31的電晶體322形成電流鏡架構，同時，每個延遲單元32的電晶體322』和與電源相關的電流源控制單元31的電晶體432形成電流鏡架構。因此，若電晶體431與電晶體321』的源極、柵極、漏極的接收電壓相同且是相同的電晶體、工作在相同的工作狀態，且電晶體432與電晶體322』的源極、柵極、漏極的接收電壓相同且是相同的電晶體、工作在相同的工作狀態，則流過每個延遲單元32的電晶體321』與322』的電流IREF為IREF=IREFP=IREFN=(R2/(R1+R2))*VDDRB---(4)]]>其中，R1與R2為與電源相關的電壓源41的分壓電阻、RB為反饋控制迴路42的參考電阻。將式(4)帶入式(1)，則本發明的環形振蕩器50的輸出頻率fout為fout=IREFN*CTOT*VDD]]>=(R2/(R1+R2))*VDD/RBN*CTOT*VDD---(5)]]>=1N*CTOT*R2RB*(R1+R2)]]>根據式(5)即可了解到本發明環形振蕩器50的輸出頻率fout與電源電壓無關，所以該輸出頻率fout不會受到電源電壓的偏移而影響。
以上所述僅為本發明的優選實施方式，任何在本發明的精神之內所作的修改和改進，對於本領域技術人員是顯而易見的，均應包含在本發明的權利要求保護範圍之內。
權利要求
1.一種補償電壓源偏移的環形振蕩器，包含一與電源相關的電流源控制單元，其接收一電源電壓VDD，並輸出至少一電流源控制信號；和多組環狀串接的延遲單元，每個延遲單元接收前一級的輸出信號並延遲一預設時間後輸出一延遲信號；其中，前述第一級延遲單元接收前述電流源控制信號與前述電源電壓VDD，並由該電流源控制信號來控制該延遲單元的電流，使該電流與該電源電壓VDD成線性正比例，以使該環形振蕩器的輸出頻率不受該電源電壓VDD偏移的影響。
2.如權利要求1所述的補償電壓源偏移的環形振蕩器，其中前述與電源相關的電流源控制單元包含一與電源相關的電壓源，其接收前述電源電壓VDD，並輸出與該電壓成線性正比例的參考電壓；一反饋控制迴路用於接收來自所述與電源相關的電壓源的參考電壓，產生反饋電壓補償與電源相關的電壓源的參考電壓，並輸出第一電流源控制信號；一偏流單元，接收所述反饋控制迴路的第一電流源控制信號，並且還輸出第二電流源控制信號。
3.如權利要求2所述的補償電壓源偏移的環形振蕩器，其中前述反饋控制迴路包含一運算放大器，其一個輸入端接收前述參考電壓，另一輸入端接收一反饋電壓；一第一電晶體，其柵極接收前述第一電流源控制信號且源極連接於前述電源電壓VDD；一參考電阻，其連接於前述第一電晶體的漏極，並產生前述反饋電壓。
4.如權利要求2所述的補償電壓源偏移的環形振蕩器，其中前述偏流單元包含一第二電晶體，其柵極接收前述第一電流源控制信號，且源極連接於前述電源電壓VDD，以與前述第一電晶體形成電流鏡架構；以及一第三電晶體，其漏極連接於前述第二電晶體的漏極、其源極接地、且其柵極與漏極互相連接。
5.如權利要求2所述的補償電壓源偏移的環形振蕩器，其中前述第一電晶體與前述第二電晶體的源極、柵極、漏極的接收電壓相同且是相同的電晶體、工作在相同的工作狀態。
6.如權利要求2所述的補償電壓源偏移的環形振蕩器，其中前述每個延遲單元包含一第四電晶體，其柵極接收前述第一電流源控制信號，源極連接前述電源電壓VDD，以與前述第一電晶體形成電流鏡架構；一第五電晶體，其柵極接收前一級延遲單元的輸出信號，源極連接前述第四電晶體的漏極；一第六電晶體，其柵極連接於前述第五電晶體的柵極，並同時接收前一級延遲單元的輸出信號，漏極連接於前述第五電晶體的漏極；以及一第七電晶體，其柵極接收前述第二電流源控制信號，漏極連接於前述第六電晶體的源極，且源極接地，以與前述第三電晶體形成電流鏡架構。
7.如權利要求6所述的補償電壓源偏移的環形振蕩器，其中前述第四電晶體與前述第二電晶體的源極、柵極、漏極的接收電壓相同且是相同的電晶體、工作在相同的工作狀態。
8.如權利要求6所述的補償電壓源偏移的環形振蕩器，其中前述第七電晶體與前述第三電晶體的的源極、柵極、漏極的接收電壓相同且是相同的電晶體、工作在相同的工作狀態。
9.如權利要求2-6中任一項所述的電晶體是場效應電晶體。
全文摘要
本發明提供一種補償電壓源偏移的環形振蕩器。該補償電壓源偏移的環形振蕩器包含一與電源相關的電流源控制單元，其接收一電源電壓V
文檔編號H03K3/03GK1848667SQ20051005999
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月4日 優先權日2005年4月4日
發明者丁明強 申請人:凌陽科技股份有限公司