壓控振蕩器的偏置電路的製作方法
2023-10-17 19:09:49 4
專利名稱：壓控振蕩器的偏置電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種半導體集成電路，特別是涉及一種壓控振蕩器的偏置電路。
背景技術：
隨著半導體工藝技術的不斷進步，現代通信技術數據傳輸速度也越來越快，從而對通信系統的技術參數要求也越來越高。低噪聲壓控振蕩器(VCO)是現代通信系統中不可或缺的電路，其中LC壓控振蕩器依其優越的低噪聲性能被普遍應用於各種通信系統中。LC壓控振蕩器的噪聲源包括偏置電路噪聲、開關管噪聲以及諧振器的損耗。除了優化壓控振蕩器本身的噪聲性能以外，目前已經有多種方法來減小由偏置電路帶來的噪聲，其中一種方法就是用低通濾波器來濾除偏置電路的噪聲。現有偏置電路的低通濾波器一般由電阻(R)和電容(C)構成。一種現有壓控振蕩器的偏置電路的電路如圖I所示，包括帶隙基準電流源(Bandgap Circuit)、第一組電流鏡和第二組電流鏡。所述第一組電流鏡和所述第二組電流鏡分別包括基準電流路徑和鏡像電流路徑。所述第一組電流鏡的基準電流路徑由第一 MOS管Ml組成，鏡像電流路徑由第二MOS管M2組成，所述第一 MOS管Ml和所述第二 MOS管M2為等比例NMOS管。所述第一 MOS管Ml的柵極、漏極和所述第二 MOS管M2柵極相連並都和所述帶隙基準電流源相連，所述第一 MOS管Ml的源極和所述第二 MOS管M2的源極相連並都接地。所述第二組電流鏡的基準電流路徑由第三MOS管M3組成，鏡像電流路徑由第四MOS管M4組成，所述為三MOS管M3和所述第四MOS管M4為等比例PMOS管。所述第二組電流鏡還包括一低通濾波器，所述低通濾波器包括電阻R和第七MOS管M7，所述第七MOS管M7為PMOS管且所述第七MOS管M7的源漏連接形成一 PMOS管電容。所述第三MOS管M3的漏極、柵極和所述電阻R的一端相連並和所述第二 MOS管M2的漏極相連；所述第四MOS管M4的柵極、所述第七MOS管M7的柵極和所述電阻R的另一端相連；所述第七MOS管M7的源極、漏極和所述第三MOS管M3的源極、所述第四MOS管M4的源極相連並都接電源電壓VDD ；所述第四MOS管M4的漏極接壓控振蕩器。工作時，所述帶隙基準電流源為所述第一組電流鏡的基準電流路徑提供第一基準電流Itl，在所述第一組電流鏡的鏡像電流路徑和所述第二組電流鏡的基準電流路徑中流過第一偏置電流I1，在所述第二組電流鏡的鏡像電流路徑中流過第二偏置電流I2，所述第二偏置電流I2提供給所述壓控振蕩器工作。其中所述第一偏置電流I1為所述第一基準電流
I。的鏡像電流，所述第二偏置電流I2為所述第一偏置電流I1的鏡像電流。所述電阻R和由所述第七MOS管M7形成的PMOS管電容形成電阻電容(RC)低通濾波器，在所述第一偏置電流I1和所述第二偏置電流I2間濾除所述第一基準電流Itl中的噪聲，即濾除所述帶隙基準電流源產生的噪聲。由於壓控振蕩器的偏置電路中的噪聲多為低頻噪聲，要濾除該噪聲，低通濾波器的拐點頻率也要很低，也就是所述電阻電容(RC)低通濾波器的電阻、電容的時間常數要很大，這需要所述低通濾波器的電阻、電容的取值至少有一個比較大，在集成電路上實現大電阻或大電容則會佔用相當大的晶片面積，成本較高，一般採用片外濾波電容。現有技術中的所述低通濾波器的電阻一般採用阱(well)電阻和多晶矽(Poly)電阻，阱電阻和多晶矽電阻都會佔用較大的面積。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種壓控振蕩器的偏置電路，能減小器件的尺寸。 為解決上述技術問題，本實用新型提供的壓控振蕩器的偏置電路，偏置電路包括第一組電流鏡、第二組電流鏡；所述第一組電流鏡包括第一 MOS管、第二 MOS管，第一 MOS管、第二 MOS管為類型相同的電晶體；所述第二組電流鏡包括第三MOS管、第四MOS管，第三MOS管、第四MOS管為與第一MOS管、第二MOS管類型相反的電晶體；所述第一MOS管的柵極、漏極及所述第二MOS管的柵極接基準電流源，所述第一 MOS管的源極和所述第二 MOS管的源極接地；所述第二組電流鏡還包括第五MOS管、第六MOS管和第七MOS管，所述第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管為與第一 MOS管、第二 MOS管類型相反的電晶體；所述第五MOS管的柵極、漏極與所述第六MOS管的柵極及所述第二 MOS管的漏極相連；所述第五MOS管的源極與所述第三MOS管的漏極、柵極以及所述第六MOS管的源極相連；所述第六MOS管的漏極與所述第四MOS管的柵極以及所述第七MOS管的柵極相連；所述第七MOS管的源極、漏極與所述第三MOS管的源極以及所述第四MOS管的源極接電源電壓；所述第四MOS管的漏極用於和壓控振蕩器相連。較佳的，所述第七MOS管的尺寸大於所述第四MOS管的尺寸。較佳的，所述基準電流源為帶隙基準電流源。較佳的，所述第一 MOS管、所述第二 MOS管為NMOS管；所述第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管為PMOS管。較佳的，所述第二組電流鏡還包括第八MOS管，所述第八MOS管M8為與所述第六MOS管M6類型相同的電晶體；所述第八MOS管的源極和所述第六MOS管的源極相連，所述第八MOS管的漏極和所述第六MOS管的漏極相連，所述第八MOS管的柵極接控制電壓。較佳的，所述第八MOS管為PMOS開關管。較佳的，偏置電路還包括一控制電路；所述控制電路用於產生所述控制電壓；所述控制電路包括第九MOS管、第十MOS管、第一電阻、第二電阻和一遲滯電壓比較器；所述第九MOS管和所述第十MOS管為具有相同尺寸的PMOS管，所述第一電阻和所述第二電阻的電阻值相同；所述第九MOS管的源極和所述第十MOS管的源極都接電源電壓，所述第九MOS管的漏極、所述第一電阻的一端接所述遲滯電壓比較器的反相輸入端，所述第十MOS管的漏極、所述第二電阻的一端接所述遲滯電壓比較器的同相輸入端，所述第九MOS管的柵極接所述第六MOS管的源極，所述第十MOS管的柵極接所述第六MOS管的漏極，所述第一電阻的另一端和所述第二電阻的另一端接地，遲滯電壓比較器的輸出端輸出所述控制電壓。[0022]本實用新型的壓控振蕩器的偏置電路，採用MOS管在線性工作區的導通電阻作為壓控振蕩器的偏置電路的低通濾波器的電阻，採用源漏極相連接的MOS管的柵極電容作為壓控振蕩器的偏置電路的低通濾波器的電容，使壓控振蕩器的偏置電路的低通濾波器具有大電阻、小電容的特點；本實用新型採用MOS管在線性工作區的導通電阻作為壓控振蕩器的偏置電路的低通濾波器的電阻，與現有技術中採用阱電阻和多晶矽電阻相比，能夠大大較少偏置電路的低通濾波器的在晶片上的佔用面積，本實用新型採用源漏極相連接的MOS管的柵極電容作為壓控振蕩器的偏置電路的低通濾波器的電容，也同樣能大大較少偏置電路的低通濾波器的在晶片上的佔用面積，從而能夠實現低通濾波器的在晶片上的片上集成、並降低成本。本實用新型採用MOS管在線性工作區的導通電阻作為壓控振蕩器的偏置電路的低通濾波器的電阻，易於實施大電阻，從而能降低低通濾波器的拐點頻率，提高產品性能。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明圖I是現有一種壓控振蕩器的偏置電路的電路圖；圖2是本實用新型的壓控振蕩器的偏置電路實施例一的電路圖；圖3是本實用新型的壓控振蕩器的偏置電路實施例四的電路圖；圖4是本實用新型的壓控振蕩器的偏置電路實施例五的控制電路的電路圖；圖5是本實用新型的壓控振蕩器的偏置電路實施例五的控制電路的工作原理示意圖。
具體實施方式
實施例一壓控振蕩器的偏置電路如圖2所示，偏置電路包括第一組電流鏡、第二組電流鏡；[0031 ] 所述第一組電流鏡包括第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2，第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2為溝道類型相同的電晶體；所述第二組電流鏡包括第三MOS管M3、第四MOS管M4，第三MOS管M3、第四MOS管M4為與第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2溝道類型相反的電晶體；所述第一 MOS管Ml的柵極、漏極及所述第二 MOS管M2的柵極接基準電流源，所述第一 MOS管Ml的源極和所述第二 MOS管M2的源極接地；所述第二組電流鏡還包括第五MOS管M5、第六MOS管M6和第七MOS管M7，所述第五MOS管M5、第六MOS管M6、第七MOS管M7為與第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2溝道類型相反的電晶體；所述第五MOS管M5的柵極、漏極與所述第六MOS管M6的柵極及所述第二 MOS管M2的漏極相連；所述第五MOS管M5的源極與所述第三MOS管M3的漏極、柵極以及所述第六MOS管M6的源極相連；所述第六MOS管M6的漏極與所述第四MOS管M4的柵極以及所述第七MOS管M7的柵極相連；所述第七MOS管M7的源極、漏極與所述第三MOS管M3的源極以及所述第四MOS管M4的源極接電源電壓VDD ;所述第四MOS管M4的漏極用於和壓控振蕩器相連。較佳的，所述基準電流源為帶隙基準電流源。[0035]實施例一中，所述第一組電流鏡的基準電流路徑由第一 MOS管Ml組成，鏡像電流路徑由第二 MOS管M2組成。所述第二組電流鏡的基準電流路徑由第三MOS管M3和第五MOS管M5組成，所述第二組電流鏡的鏡像電流路徑由所述第四MOS管M4組成。所述第五MOS管M5、第六MOS管M6和第七MOS管M7構成一低通濾波器。工作時，基準電流源為所述第一組電流鏡的基準電流路徑提供第一基準電流Itl,在所述第一組電流鏡的鏡像電流路徑和所述第二組電流鏡的基準電流路徑中流過第一偏置電流I1，在所述第二組電流鏡的鏡像電流路徑中流過第二偏置電流I2，所述第二偏置電流I2提供給壓控振蕩器工作。其中所述第一偏置電流I1為所述第一基準電流Itl的鏡像電流，所述第二偏置電流I2為所述第一偏置電流I1的鏡像電流。所述第五MOS管M5工作於飽和區，所述第五MOS管M5的柵源電壓使所述第六MOS管M6導通並工作於線性區並形成一 MOS管電阻，所述第七MOS管M7形成一 MOS管電容，所述第六MOS管M6的電阻和所述第七MOS管M7的電容一起形成所述低通濾波器的電阻電容濾波單元，所述低通濾波器在所述 第一偏置電流I1和所述第二偏置電流I2間濾除第一基準電流Itl中的噪聲，即濾除基準電流源產生的噪聲。所述第六MOS管的電阻和所述第七MOS管的電容的大小要使形成的所述低通濾波器的拐點頻率足夠低，以濾除基準電流源產生的噪聲。實施例二基於實施例一，所述第一 MOS管Ml和所述第二 MOS管M2為等比例NMOS管，所述第三MOS管M3、第四MOS管M4、所述第五MOS管M5、第六MOS管M6和第七MOS管M7為PMOS管。實施例二中，所述第五MOS管M5的柵源電壓為所述第六MOS管M6提供偏置電壓即柵源電壓，使所述第六MOS管M6導通並工作於線性區並形成一 MOS管電阻。所述第六MOS管M6的導通電阻的大小通過所述第五MOS管M5的溝道寬長比、所述第六MOS管M6的溝道寬長比和所述第一偏置電流I1的大小進行調節。所述第六MOS管M6的導通電阻和所述第五MOS管M5的溝道寬長比、所述第六MOS管M6的溝道寬長比和所述第一偏置電流I1的大小的關係如下公式所述 gm5 = μ pC0X (ff/L) 5 (Vgs5-Vth5)(I)Ron6 = [ μ pC0X(ff/L)6 (Vgs6-Vth6) Γ1 (2)Vgs5 — Vgs6(3)上述公式中，gm5為所述第五MOS管M5的跨導，Up為P型半導體材料的電導率，Cox為單位柵電容，(W/L)5為所述第五MOS管M5的溝道的寬長比,Ves5為所述第五MOS管M5的柵源電壓，Vth5為所述第五MOS管M5的閾值電壓；Rm6為所述第六MOS管M6的導通電阻，(ff/D6為所述第六MOS管M6的溝道的寬長比，Ves6為所述第六MOS管M6的柵源電壓，Vth6為所述第六MOS管M6的閾值電壓。由(I)、(2)、(3)可以得到R- =g-5 (W/L)5/(W/L)6⑷因為作為二極體接法的所述第五MOS管M5永遠工作在飽和區,所以gm5 =p"pCjW/L%I、{j)[0049] 把(5)帶入(4)，得到(妒,人)身,405 - P^pQAWfLlil(b)由公式(6)可知，所述第六MOS管M6的導通電阻Rm6隻取決於所述第五MOS管M5、所述第六MOS管M6的器件尺寸以及第一偏置電流I1的大小，又因為所述第三MOS管M3、所述第五MOS管M5和所述第六MOS管M6都是相同類型的PMOS器件，它們具有相同的工藝參數，所以所述第六MOS管M6的導通電阻Rm6與溫度以及工藝誤差無關。同時，因為所述第七MOS管M7形成的MOS管電容工作在深度線性區，所以溫度和工藝誤差對它的影響也比較 小。所以由所述第六MOS管M6和所述第七MOS管M7組成的RC低通濾波器的拐點頻率也幾乎不受溫度和工藝誤差的影響。實施例三基於實施例二，所述第七MOS管M7的尺寸大於所述第四MOS管M4的尺寸。第七MOS管M7的尺寸大於第四MOS管M4的尺寸，第七MOS管M7形成的電容會大於第四MOS管M4的柵源電容，使第四MOS管M4的柵源電容對所述低通濾波器的拐點頻率影響忽略掉。實施例四基於實施例三，壓控振蕩器的偏置電路如圖3所示，所述第二組電流鏡還包括第八MOS管M8 ;所述第八MOS管M8為與所述第六MOS管M6溝道類型相同的電晶體，所述第八MOS管M8的源極和所述第六MOS管M6的源極即節點A相連，所述第八MOS管M8的漏極和所述第六MOS管M6的漏極即節點B相連，所述第八MOS管M8的柵極接控制電壓Vc。較佳的，所述第八MOS管為PMOS開關管。實施例四中，所述控制電壓Vc用於控制所述第八MOS管M8在所述偏置電路接通瞬間開啟，加快所述第六MOS管M6的開啟速度，所述第六MOS管M6開啟後，所述控制電壓Vc控制所述第八MOS管M8關閉。實施例五基於實施例四，壓控振蕩器的偏置電路還包括一控制電路，所述控制電路用於產生所述控制電壓Vc並控制所述第八MOS管M8的開和關；所述控制電路如圖4所示，包括第九MOS管M9、第十MOS管M10、第一電阻R1、第二電阻R2和一遲滯電壓比較器；所述第九MOS管M9和所述第十MOS管MlO為具有相同尺寸的PMOS管，所述第一電阻Rl和所述第二電阻R2的電阻值相同。所述第九MOS管M9的源極和所述第十MOS管MlO的源極都接電源電壓VDD，所述第九MOS管M9的漏極、所述第一電阻Rl的一端接所述遲滯電壓比較器的反相輸入端，所述第十MOS管MlO的漏極、所述第二電阻R2的一端接所述遲滯電壓比較器的同相輸入端，所述第九MOS管M9的柵極接所述第六MOS管M6的源極即節點A，所述第十MOS管MlO的柵極接所述第六MOS管M6的漏極即節點B，所述第一電阻Rl的另一端和所述第二電阻R2的另一端接地，所述遲滯電壓比較器的輸出端輸出所述控制電壓Vc。所述控制電路的工作原理如下如圖5所示，在電路啟動瞬間，電源電壓上升到VDD,由於所述第七MOS管M7的MOS管電容兩端的電壓不能突變，圖3中B點電壓也被拉升至VDD，從而使所述第四MOS管M4截止。而A點電壓則為VDD-Vse4,所以A點電壓低於B點電壓。因為圖4中所述第九MOS管M9和所述第十MOS管MlO的柵極分別接到圖3中的A、B兩點，所以所述第九MOS管M9的柵極電壓低於所述第十MOS管MlO的柵極電壓，導致的所述第九MOS管M9漏極電壓即C點電壓大於所述第十MOS管MlO的漏極電壓即D點電壓，遲滯電壓比較器(Comp)將輸出低電壓，遲滯電壓比較器的輸出端連接到圖3中所述第八MOS管M8的柵極，從而使所述第八MOS管M8導通。所述第八MOS管M8導通電阻很小，從而使所述第七MOS管M7的柵極電壓被迅速拉低，B點電壓被迅速拉低至與A點電壓相當的點位。當B、A兩點的電位差小到一定程度，所述遲滯電壓比較器輸出高電平，關閉圖3中的開關管即所述第八MOS管M8，整個偏置電路得以迅速進入穩定狀態，所述第四MOS管M4導通並為壓控振蕩器VCO電路提供正常的低噪聲偏置電流，整個偏置電路的穩定時間較短。以上通過具體實施例對本實用新型進行了詳細的說明，但這些並非構成對本實用新型的限制。在不脫離本實用新型原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求1.一種壓控振蕩器的偏置電路，偏置電路包括第一組電流鏡、第二組電流鏡； 所述第一組電流鏡包括第一 MOS管、第二 MOS管，第一 MOS管、第二 MOS管為類型相同的電晶體；所述第二組電流鏡包括第三MOS管、第四MOS管，第三MOS管、第四MOS管為與第一 MOS管、第二 MOS管類型相反的電晶體；所述第一 MOS管的柵極、漏極及所述第二 MOS管的柵極接基準電流源，所述第一 MOS管的源極和所述第二 MOS管的源極接地；其特徵在於所述第二組電流鏡還包括第五MOS管、第六MOS管和第七MOS管，所述第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管為與第一 MOS管、 第二 MOS管類型相反的電晶體； 所述第五MOS管的柵極、漏極與所述第六MOS管的柵極及所述第二 MOS管的漏極相連；所述第五MOS管的源極與所述第三MOS管的漏極、柵極以及所述第六MOS管的源極相連；所述第六MOS管的漏極與所述第四MOS管的柵極以及所述第七MOS管的柵極相連；所述第七MOS管的源極、漏極與所述第三MOS管的源極以及所述第四MOS管的源極接電源電壓；所述第四MOS管的漏極用於和壓控振蕩器相連。
2.如權利要求I所述壓控振蕩器的偏置電路，其特徵在於 所述第七MOS管的尺寸大於所述第四MOS管的尺寸。
3.如權利要求I所述壓控振蕩器的偏置電路，其特徵在於 所述基準電流源為帶隙基準電流源。
4.如權利要求I所述壓控振蕩器的偏置電路，其特徵在於 所述第一 MOS管、所述第二 MOS管為NMOS管；所述第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管為PMOS管。
5.如權利要求4所述壓控振蕩器的偏置電路，其特徵在於 所述第二組電流鏡還包括第八MOS管，所述第八MOS管M8為與所述第六MOS管M6類型相同的電晶體；所述第八MOS管的源極和所述第六MOS管的源極相連，所述第八MOS管的漏極和所述第六MOS管的漏極相連，所述第八MOS管的柵極接控制電壓。
6.如權利要求5所述壓控振蕩器的偏置電路，其特徵在於 所述第八MOS管為PMOS開關管。
7.如權利要求5所述壓控振蕩器的偏置電路，其特徵在於 偏置電路還包括一控制電路；所述控制電路用於產生所述控制電壓； 所述控制電路包括第九MOS管、第十MOS管、第一電阻、第二電阻和一遲滯電壓比較器； 所述第九MOS管和所述第十MOS管為具有相同尺寸的PMOS管，所述第一電阻和所述第二電阻的電阻值相同；所述第九MOS管的源極和所述第十MOS管的源極都接電源電壓，所述第九MOS管的漏極、所述第一電阻的一端接所述遲滯電壓比較器的反相輸入端，所述第十MOS管的漏極、所述第二電阻的一端接所述遲滯電壓比較器的同相輸入端，所述第九MOS管的柵極接所述第六MOS管的源極，所述第十MOS管的柵極接所述第六MOS管的漏極，所述第一電阻的另一端和所述第二電阻的另一端接地，遲滯電壓比較器的輸出端輸出所述控制電壓。
專利摘要本實用新型公開了一種壓控振蕩器的偏置電路，包括第一組電流鏡、第二組電流鏡；第一組電流鏡包括第一MOS管、第二MOS管，第一MOS管、第二MOS管為類型相同；第二組電流鏡包括第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管和第七MOS管，第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管與第一MOS管、第二MOS管類型相反；第五MOS管的柵極、漏極與第六MOS管的柵極及第二MOS管的漏極相連；第五MOS管的源極與第三MOS管的漏極、柵極以及第六MOS管的源極相連；第六MOS管的漏極與第四MOS管的柵極及第七MOS管的柵極相連；第七MOS管的源極、漏極與第三MOS管的源極及第四MOS管的源極接電源電壓；第四MOS管的漏極接壓控振蕩器。本實用新型的壓控振蕩器的偏置電路，能減小器件的尺寸。
文檔編號H03B5/32GK202663357SQ20122032535
公開日2013年1月9日 申請日期2012年7月6日 優先權日2012年7月6日
發明者盛懷茂, 陳敏強 申請人:漢凌微電子(上海)有限公司