專利名稱：一種偏置電路以及壓控振蕩器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子領域，尤其涉及一種偏置電路以及壓控振蕩器。
技術背景隨著芯片技術的發(fā)展，現(xiàn)實應用中逐漸要求系統(tǒng)能夠在只有一路參考時 鐘的情況下，提供多個頻點的時鐘以支撐系統(tǒng)應用，這就需要用到輸出時鐘頻率可調(diào)的鎖相環(huán)(PLL， Phase Locked Loop ),要求壓控振蕩器(VCO, Voltage Controlled Oscillator)的振蕩頻率范圍比較寬廣且能夠穩(wěn)定運行。現(xiàn)有技術中的一種偏置電路如圖1所示，其中，VCO控制電壓(VCO Control Voltage )經(jīng)過電壓一電流轉(zhuǎn)換器(Voltage-to-Current Converter)轉(zhuǎn)換 為電流，電流分別輸入偏置電路以及延遲單元，電流輸入偏置電3各后產(chǎn)生反 饋電壓Vfeedback, Vfeedback加在誤差放大器的同相輸入端，參考電壓輸入 誤差放大器的反相輸入端，則誤差放大器的輸出電壓為臨時電壓V,臨時電 壓V控制壓控電阻(VCR， Voltage Controlled Resistor)的阻值，在該技術方 案中，VCO的振蕩范圍和延遲時間有關，而延遲時間又與電流大小以及VCR 的阻值有關，所以電^各通過電流以及壓控電阻的阻值對延遲單元進行延遲控 制，以實現(xiàn)VCO的振蕩。但在上述現(xiàn)有技術中，由于存在從控制電壓Vc轉(zhuǎn)換為電流I的轉(zhuǎn)換電路， 所以當Vc小于電壓一電流轉(zhuǎn)換器開關門限值時，會導致輸入管不能開啟，進 而使整個電路不能正常工作；同時，由于延遲單元需要電流和VCR的共同作用進行延遲控制以實現(xiàn) VCO的振蕩，Vc需要轉(zhuǎn)換為I之后，再由I轉(zhuǎn)換為臨時電壓V,所以存在Vc 轉(zhuǎn)換為V的過程，而這個過程可能會引入增益誤差，影響VCR阻值的精確性， 進而影響VCO的穩(wěn)定性。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明實施例提供了一種偏置電路以及壓控振蕩器，能夠提高vco的穩(wěn) 定性。本發(fā)明實施例提供的偏置電路，包括誤差放大電路，所述誤差放大電路的反相輸入端接參考電壓；壓控電流源，所述壓控電流源的電壓控制端與 所述誤差放大電路的電壓輸出端相連，所述壓控電流源的電流大小受所述誤 差放大電路的電壓輸出端電壓的控制；延遲控制電路，所述延遲控制電路的 電流輸入端與所述壓控電流源相連，所述延遲控制電路的輸出端與所述誤差 放大電路的同相輸入端相連，所述延遲控制電路的電壓輸入端與控制電壓提 供端相連；所述延遲控制電路用于根據(jù)所述控制電壓調(diào)整延遲控制電路的輸 出電壓。本發(fā)明實施例提供的壓控振蕩器，包括參考電壓提供端，用于提供參 考電壓；控制電壓提供端，用于提供控制電壓；偏置電路，用于在參考電壓 提供端提供的參考電壓以及控制電壓提供端提供的控制電壓的控制下產(chǎn)生輸 出電壓；延遲單元，用于根據(jù)所述誤差放大電路的輸出電壓以及控制電壓提 供端輸出的控制電壓產(chǎn)生差分信號。從以上技術方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點由于本發(fā)明實施例當誤差放大電路開始工作時，在壓控電流源管中產(chǎn)生 偏置電流，并為延遲控制電路提供偏置電流，同時控制電壓直接加載于延遲 控制電路，所以在本發(fā)明實施例中不需要電壓一電流轉(zhuǎn)換電路，所以不會出 現(xiàn)輸入管不能開啟，進而使整個電路不能正常工作的情況，同時也不會產(chǎn)生 增益誤差，所以提高了偏置電路的穩(wěn)定性。


圖1為現(xiàn)有技術中偏置電路示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中偏置電路總體示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中偏置電路第一實施例示意圖；圖4為本發(fā)明實施例中偏置電路第二實施例示意圖；圖5為本發(fā)明實施例中壓控振蕩器實施例示意圖；圖6為本發(fā)明實施例中壓控振蕩器中的延遲單元示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明實施例提供了一種偏置電路以及壓控振蕩器，用于提高vco穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例中提供的偏置電路可以應用于PLL中，能使得VCO的振蕩 范圍較寬且電路性能穩(wěn)定，可以理解的是，該偏置電路還可用于其他需要拓 寬VCO振蕩范圍的情況下。請參閱圖2,本發(fā)明實施例中偏置電路主要包括以下部分誤差放大電路201,誤差放大電路的反相輸入端接參考電壓；壓控電流源202，壓控電流源202的電壓控制端與誤差放大電路201的電 壓輸出端相連，壓控電流源202的電流大小受誤差放大電路201的電壓輸出 端電壓的控制；延遲控制電路203,延遲控制電路203的電流輸入端與壓控電流源202 相連，延遲控制電路203的輸出端與誤差放大電路201的同相輸入端相連， 延遲控制電路203的電壓輸入端與控制電壓提供端相連；延遲控制電路203用于根據(jù)所述控制電壓調(diào)整延遲控制電路的輸出電壓。下面對本發(fā)明實施例中的偏置電路實施例進行詳細描述，在下面的描述 中，壓控電流源為金屬-氧化物-半導體型場效應管(MOSFET , Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor)(后簡稱MOS管)，可以理 解的是，該壓控電流源還可以由其他方式實現(xiàn)。根據(jù)構(gòu)成VCR的MOS管類型可以將本發(fā)明實施例中偏置電路分為兩種 情況一、麗OS管做VCR:請參閱圖3,本發(fā)明實施例中偏置電路第一實施例包括如圖所示的12個 MOS管；其中，T1至T5構(gòu)成誤差》文大電3各301,T7至T12構(gòu)成延遲控制電3各302; 誤差放大電路301的電壓輸出端與PMOS管T6的柵極相連；
T6的漏極與延遲控制電路302的電流輸入端相連，源極與工作電壓VDD 提供端相連；當T6的柵極上加載有VBP時，T6管內(nèi)產(chǎn)生偏置電流，T6為延遲控制電 路302提供偏置電流；延遲控制電路的輸出端與誤差放大電路的同相輸入端相連。下面介紹誤差放大電路301結(jié)構(gòu)誤差放大電路301包括同相輸入端，反相輸入端，電壓輸出端以及T1 至T5;PMOS管Tl的柵極與PMOS管T2的柵極相連構(gòu)成電流鏡作為誤差放大 電路301的有源負載，Tl的源極與T2的源極共同與工作電壓VDD 4是供端相連；NMOS管T3的柵極與誤差放大電路301的同相輸入端相連，T3的漏極 與Tl的漏極相連，T3的源極與T5的漏極相連；NMOS管T4的柵極與誤差放大電路301的反相輸入端相連，與參考電壓 Vref^連，T4的漏極與T2的漏極相連，T4的源極與T5的漏極相連；T2的漏極與T4的漏極相連，與誤差放大電路301的電壓輸出端相連；在本實施例中，誤差放大電路301的偏置電流源由4冊極4妄一固定電壓VB1 的NMOS管T5構(gòu)成，當然，此偏置電流源也可由其它方式4是供，如與帶隙 基準相關的電流源等。在此實施例中，T5的柵極與外部偏置電壓提供端相連，漏極與T3的源 極以及T4的源極相連，源才及與地相連；當T5的柵極上加載有偏置電壓VB1時，T5管內(nèi)可產(chǎn)生誤差放大電路301 工作電流，為誤差放大電路301提供工作電流。下面介紹延遲控制電路302結(jié)構(gòu)延遲控制電路302包括輸出端，T6至T12;延遲控制電路302中T7, T9, T10處于截止狀態(tài)；T6為延遲控制電路302提供偏置電流；T6的漏極與PMOS管T8的源極相連，T8的柵極與地相連，T8的漏極 與VCR及延遲控制電路302的輸出端相連；在本實施例中，VCR由NMOS管Tll與NMOS管T12組成Tll的源極與NMOS管T12的源極相連，Tll的漏才及與T12的漏才及連接， 并于T8的漏極相連，Tll與T12共同構(gòu)成VCR,其中，T12的柵極與漏極相 連，源極與地相連；可以理解的是，VCR還可以由其他方式實現(xiàn)。當延遲控制電路302正常運行時，Tll的柵極上加載有外部控制電壓， Tll的漏極與T12漏極以及延遲控制電路302輸出端相連，Tll的源極與地相連；T9和T10構(gòu)成的子電路結(jié)構(gòu)與Tll和T12構(gòu)成的子電路結(jié)構(gòu)對稱。在上述的電路結(jié)構(gòu)中，Tl, T2, T6， T7以及T8為PMOS管，T3, T4, T5, T9, T10, Tll以及T12為NMOS管。下面描述一下本實施例電路運行過程當偏置電壓VB1,參考電壓Vref,工作電壓VDD以及控制電壓Vc均產(chǎn) 生時，誤差放大電路開始正常工作，T5提供誤差放大電路正常工作所需要的 電流，在誤差放大電路輸出端產(chǎn)生電壓VBP,則在T6中產(chǎn)生偏置電流，T6 通過T6的漏極將產(chǎn)生的偏置電流輸入至延遲控制電路中T8的源極，當Vc 增大時，VCR變小，假如此時T6提供的電流不變化，則延遲控制電路輸出 的Vamp變小；Vamp接誤差放大電路的同相輸入端，當Vamp變小時，誤差 放大電路的輸出VBP也變小，VBP變小使得T6提供的電流增大，從而Vamp 也增大，最后Vamp保持和Vref同樣的電壓幅值。這樣VCR變小，T6電流 增大，使得VCO振蕩幅值保持恒定，而根據(jù)延遲原理可知，延遲時間和T6 中電流成反比，和VCR的阻值成正比，所以當VCR變小，T6電流增大時， 延遲時間降低，振蕩頻率升高。反之，當Vc減小時，通過和上述同樣的反饋回路，使得Vamp最后穩(wěn)定 在和Vref同樣的電壓幅值。
二、 PMOS管做VCR:請參閱圖4,本發(fā)明實施例中偏置電路第二實施例包括如圖所示的12個開關管；其中，Tl至T5構(gòu)成誤差放大電路401, T7至T12構(gòu)成延遲控制電路402;誤差放大電路401的電壓輸出端與T6的柵極相連；T6的漏極與延遲控制電路402的電流輸入端相連，源極與地相連；當T6的柵極上加載有VBP時，T6管內(nèi)產(chǎn)生偏置電流，T6為延遲控制電 路402提供偏置電 流;延遲控制電路402的輸出端與誤差放大電路401的同相輸入端相連。下面介紹誤差放大電路401結(jié)構(gòu)誤差放大電^各401包括同相輸入端，反相l(xiāng)命入端，電壓輸出端以及T1 至T5;Tl的柵極與T2的柵極相連構(gòu)成電流鏡作為誤差放大電路401的有源負 載，Tl的源極與T2的源極共同與地相連；T3的柵極與誤差放大電路401的同相輸入端相連，T3的漏極與Tl的漏 極相連，T3的源極與T5的漏極相連；T4的柵極與誤差放大電路401的反相輸入端相連，T4的漏極與T2的漏 極相連，T4的源極與T5的漏極相連；T2的漏極與T4的漏極共同與誤差放大電路401的電壓輸出端相連；T5作為第二壓控電流源管，T5的柵極與外部偏置電壓提供端相連，漏極 與T3的源極以及T4的源極相連，源極與工作電壓VDD提供端相連；當T5的柵極上加載有偏置電壓VB1時，T5管內(nèi)產(chǎn)生誤差放大電路401 工作電流。下面介紹延遲控制電路402結(jié)構(gòu)延遲控制電路402包括輸出端，T6至T12;延遲控制電路402中T7, T9, T10處于截止狀態(tài)； T6為延遲控制電路402提供偏置電流；T6的漏極與T8的源極相連，T8的柵極與工作電壓VDD ^是供端相連， T8的漏極與VCR及延遲控制電路402的輸出端相連；在本實施例中，VCR由PMOS管Tll與PMOS管T12組成Tll的源極與T12源才及的相連，Tll的漏才及與T12的漏極相連，Tll與 T12共同構(gòu)成VCR,其中，T12的柵極與自身源極相連，同時源極與工作電 壓VDD提供端相連；可以理解的是，VCR還可以由其他方式實現(xiàn)。當延遲控制電路402正常運行時，Tll的柵極上加載有外部控制電壓， Tll的漏極與T12漏極以及延遲控制電路402輸出端相連，Tll的源極與工作 電壓VDD提供端相連；T9和T10構(gòu)成的子電路結(jié)構(gòu)與Tll和T12構(gòu)成的子電^各結(jié)構(gòu)對稱。在上述的電路結(jié)構(gòu)中，Tl, T2, T6, T7以及T8為N管，T3, T4， T5, T9, T10, T11以及T12為P管。下面描述一 下本實施例電路運行過程當偏置電壓VB1,參考電壓Vref,工作電壓VDD以及控制電壓Vc均產(chǎn) 生時，誤差放大電路開始正常工作，T5提供誤差放大電路正常工作所需要的 電流，在誤差放大電路輸出端產(chǎn)生電壓VBP,則在T6中產(chǎn)生偏置電流，T6 通過T6的漏極將產(chǎn)生的偏置電流輸入至延遲控制電路中T8的源極。當Vc增大時，VCR變大，加入此時T6提供的電流不變化，則延遲控制 電路輸出的Vamp變??；Vamp接誤差放大電路的同相輸入端，當Vamp變小 時，誤差放大電路的輸出VBP也變小，VBP變小使得T6提供的電流變小， 從而Vamp增大，最后Vamp保持和Vref同樣的電壓幅值。這樣VCR增大， T6電流變小，使得VCO振蕩幅值保持恒定，而^f艮據(jù)延遲原理可知，延遲時 間和T6中電流成反比，和VCR的阻值成正比，所以當VCR增大，T6電流 變小時，延遲時間增大，振蕩頻率降低。反之，當Vc減小時，延遲時間減少，振蕩頻率升高，通過和上述同樣的 反饋回路，使得Vamp最后穩(wěn)定在和Vref同樣的電壓幅值。
DC的延遲時間和偏置電流I成反比，和VCR成正比，當Vc增大時，VCR變小，偏置電流增大，都使得延遲時間變??；當Vc減小時，VCR變大， 偏置電流減小，都使得延遲時間變大，從而獲得較大的頻率范圍。根據(jù)上述描述的兩個實施例可知，本發(fā)明實施例中的偏置電路不需要電 壓一電流轉(zhuǎn)換電路，所以不會出現(xiàn)輸入管不能開啟，進而使整個電路不能正 常工作的情況，同時也不會產(chǎn)生增益誤差，所以提高了偏置電路的穩(wěn)定性。請參閱圖5，本發(fā)明實施例中提供的壓控振蕩器包括參考電壓提供端501,用于提供參考電壓；控制電壓提供端503,用于提供控制電壓；偏置電路502,用于在參考電壓提供端501提供的參考電壓以及控制電壓 提供端503提供的控制電壓的控制下產(chǎn)生輸出電壓；延遲單元504,用于根據(jù)偏置電路502的輸出電壓以及控制電壓提供端 503輸出的控制電壓產(chǎn)生差分信號。其中，偏置電路502包括誤差放大電路，誤差放大電路的反相輸入端接參考電壓；壓控電流源，壓控電流源的電壓控制端與誤差放大電路的電壓輸出端相 連，壓控電流源的電流大小受誤差放大電路的電壓輸出端電壓的控制；控制電路，延遲控制電路的電流輸入端與壓控電流源相連，延遲控制電 路的輸出端與誤差放大電路的同相輸入端相連，延遲控制電路的電壓輸入端 與控制電壓提供端相連；延遲控制電路用于根據(jù)所述控制電壓調(diào)整延遲控制電路的輸出電壓。本實施例中偏置電路502的具體實現(xiàn)方式與圖2所示的實現(xiàn)方式一致， 此處不再贅述。本實施例中，壓控振蕩器中的延遲單元504的具體結(jié)構(gòu)如圖6所示，其 中的MOS管T6至T12的功能以及工作流程與圖3中描述的T6至T12的功 能以及工作流程一致，此處不再贅述。 下面描述本發(fā)明實施例中壓控振蕩器運行流程首先將偏置電路產(chǎn)生的電壓VBP, Vc連接到VCO的各個延遲單元對應 的節(jié)點上，VCO中的延遲單元個數(shù)為N(N>=3的正整數(shù))，本實施例中以N=3 為例il明VCO的工作原理將第N個延遲單元的同相輸出端(VO+)，反相輸出端(VO-)分別連接 到到第1個延遲單元的反相輸入端(VI-)，同相輸入端(VI+),產(chǎn)生180度 的相移。第1個延遲單元的VO+, VO-連接第2個延遲單元的VI+， VI-，依次類 推直至第N個延遲單元，從第1個延遲單元到第N個延遲單元，每個延遲單 元產(chǎn)生180/N相移，共產(chǎn)生180相移，這樣即形成正反饋，只要每個延遲單可以理解的是，同樣可以如下方式實現(xiàn)將第N個延遲單元的同相輸出端(VO+),反相輸出端(VO-)分別連接到到第1個延遲單元的反相輸入端(VI+),同相輸入端(VI-)。第1個延遲單元的VO+, VO-連接第2個延遲單元的VI-, VI+,依次類 推直至第N個延遲單元。每個延遲單元的延遲時間td正比于每個延遲單元后的負載電容C,振蕩 幅度Vamp,反比于尾電流Ictrl,通過偏置電路改變尾電流即可實現(xiàn)對頻率的 改變。具體實現(xiàn)中VCO電路連接方式很多，上述描述的僅一個具體的連接實例。以上對本發(fā)明所提供的一種偏置電路以及壓控振蕩器進行了詳細介紹， 對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想，在具體實施方式
及 應用范圍上均會有改變之處,綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明 的限制。元的增益滿足A2」l + tan2丄，即可滿足振蕩條件，形成振蕩。
權利要求
1、一種偏置電路，其特征在于，包括誤差放大電路，所述誤差放大電路的反相輸入端接參考電壓；壓控電流源，所述壓控電流源的電壓控制端與所述誤差放大電路的電壓輸出端相連，所述壓控電流源的電流大小受所述誤差放大電路的電壓輸出端電壓的控制；延遲控制電路，所述延遲控制電路的電流輸入端與所述壓控電流源相連，所述延遲控制電路的輸出端與所述誤差放大電路的同相輸入端相連，所述延遲控制電路的電壓輸入端與控制電壓提供端相連；所述延遲控制電路用于根據(jù)所述控制電壓調(diào)整延遲控制電路的輸出電壓。
2、 根據(jù)權利要求1所述的偏置電路，其特征在于，所述壓控電流源為NMOS管，所述壓控電流源管的柵極與所述誤差放大 電路的電壓輸出端相連，漏極與所述延遲控制電路的電流輸入端相連，源極 與地相連。
3、 根據(jù)權利要求1所述的偏置電路，其特征在于，所述壓控電流源為PMOS管，所述壓控電流源管的柵極與所述誤差放大 電路的電壓輸出端相連，漏極與所述延遲控制電路的電流輸入端相連，源極 與工作電壓提供端相連。
4、 根據(jù)權利要求2或3所述的偏置電路，其特征在于，所述誤差放大電 路包括同相輸入端；反相輸入端；電壓l命出端；第一MOS管；第二 MOS管，所述第二 MOS管的柵極與第一 MOS管的柵極相連，第 二 MOS管的源極與第一 MOS管的源極相連，第一 MOS管的柵極和自身漏 極相連；第三MOS管，所述第三MOS管的柵極與所述同相輸入端相連，漏極與 所述第一 MOS管的漏極相連；第四MOS管，所述第四MOS管的柵極與所述反相輸入端相連，漏極與 所述第二 MOS管的漏極相連，所述第二 MOS管的漏極與第四MOS管的漏 極與所述電壓輸出端相連；第五MOS管，所述第五MOS管的柵極接偏置電壓，漏極與所述第三 MOS管的源極以及所述第四MOS管的源極相連；當所述壓控電流源管為NMOS管時，第五MOS管的源極與工作電壓提 供端相連；當所述壓控電流源管為PMOS管時，第五MOS管的源極與地相連。
5、 根據(jù)權利要求1所述的偏置電路，其特征在于， 所述延遲控制電路包括輸出端；第六MOS管，漏極與所述輸出端相連，源極與所述壓控電流源相連，柵 極與地相連；壓控電阻，所述壓控電阻與第六MOS管相連，所述壓控電阻的電壓控制 端上加載有控制電壓。
6、 根據(jù)權利要求5所述的偏置電路，其特征在于，所述壓控電阻包括第七MOS管，所述第七MOS管的柵極上加載有控制電壓；第八MOS管，所述第八MOS管的漏極與第七MOS管的漏極相連，源 極與第七MOS管的源極相連并與地相連，柵極與自身漏極相連。
7、 根據(jù)權利要求1所述的偏置電路，其特征在于， 所述延遲控制電路包括輸出端；第六MOS管，漏極與所述輸出端相連，源極與所述壓控電流源相連，柵 極與工作電壓提供端相連；壓控電阻，所述壓控電阻與第六MOS管相連，所述壓控電阻的電壓控制端上加載有控制電壓。
8、 根據(jù)權利要求7所述的偏置電路，其特征在于，所述壓控電阻包括第七MOS管，所述第七MOS管的柵^l上加載有控制電壓；第八MOS管，所述第八MOS管的漏極與第七MOS管的漏極相連，源 極與第七MOS管的源極相連并與工作電壓提供端相連，柵極與自身源極相 連。
9、 一種壓控振蕩器，其特征在于，包括 參考電壓提供端，用于提供參考電壓； 控制電壓提供端，用于提供控制電壓；偏置電路，用于在參考電壓提供端提供的參考電壓以及控制電壓提供端 提供的控制電壓的控制下產(chǎn)生輸出電壓；延遲單元，用于根據(jù)所述誤差放大電路的輸出電壓以及控制電壓提供端 輸出的控制電壓產(chǎn)生差分信號。
10、 根據(jù)權利要求9所述的壓控振蕩器，其特征在于，所述偏置電路包括誤差放大電路，所述誤差放大電路的反相輸入端接參考電壓；壓控電流源，所述壓控電流源的電壓控制端與所述誤差放大電路的電壓 輸出端相連，所述壓控電流源的電流大小受所述誤差放大電路的電壓輸出端 電壓的控制；延遲控制電路，所述延遲控制電路的電流輸入端與所述壓控電流源相連， 所述延遲控制電路的輸出端與所述誤差放大電路的同相輸入端相連，所述延 遲控制電路的電壓輸入端與控制電壓提供端相連；所述延遲控制電路用于根據(jù)所述控制電壓調(diào)整延遲控制電路的輸出電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏置電路以及壓控振蕩器，用于提高偏置電路的穩(wěn)定性。本發(fā)明偏置電路包括誤差放大電路，所述誤差放大電路的反相輸入端接參考電壓；壓控電流源，所述壓控電流源的電壓控制端與所述誤差放大電路的電壓輸出端相連，所述壓控電流源的電流大小受所述誤差放大電路的電壓輸出端電壓的控制；延遲控制電路，所述延遲控制電路的電流輸入端與所述壓控電流源相連，所述延遲控制電路的輸出端與所述誤差放大電路的同相輸入端相連，所述延遲控制電路的電壓輸入端與控制電壓提供端相連；所述延遲控制電路用于根據(jù)所述控制電壓調(diào)整延遲控制電路的輸出電壓。此外還提供一種壓控振蕩器。本發(fā)明可以有效地提高偏置電路的穩(wěn)定性。
文檔編號H03L7/08GK101127525SQ20071014607
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月7日 優(yōu)先權日2007年9月7日
發(fā)明者李運海 申請人:華為技術有限公司