本發(fā)明涉及電路領(lǐng)域，具體涉及一種低功率高性能的vco電路。

背景技術(shù)：

振蕩器是一種用于產(chǎn)生正弦波、方波等重復(fù)信號(hào)的電子元件，廣泛應(yīng)用于通信、電子、航空航天、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域；其中壓控振蕩器(vco，voltage-controlledoscillator)由于可以提供隨電壓變化的振蕩頻率，成為射頻電路的重要組成部分，也被稱(chēng)為調(diào)頻其，用于產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)，在現(xiàn)代通信技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)等方面普遍采用，在電子通信技術(shù)領(lǐng)域，vco與電流源、運(yùn)放具有同等重要的地位。

最初的vco都是采用分立元件組裝而成的，隨著通信領(lǐng)域?qū)K端產(chǎn)品不斷提出輕、薄、短、小等要求，并且要求低成本、高性能、能夠大批量生產(chǎn)等，因此關(guān)于壓控振蕩器的研究主要集中在電路結(jié)構(gòu)、性能、體積和制作成本等方面，并且發(fā)展方向是采用主流標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝的vco電路的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

目前壓控振蕩器主要包括lc壓控振蕩器、晶體壓控振蕩器和rc壓控振蕩器等三大類(lèi)。其中l(wèi)c壓控振蕩器是將壓控元件——變?nèi)荻O管放置在振蕩回路中形成的；晶體壓控振蕩器則將變?nèi)荻O管和石英晶體相串接而成的，由于這兩種類(lèi)型的vco都無(wú)法兼容標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝，因此目前集成電路中大多采用rc壓控振蕩器，本發(fā)明針對(duì)rc壓控振蕩器。

rc壓控振蕩器包括了普通rc充放電振蕩器和環(huán)形振蕩器兩大類(lèi)。

在現(xiàn)有技術(shù)中，線(xiàn)性壓控振蕩器就是一種典型的rc充放電振蕩器，這種類(lèi)型的振蕩器通過(guò)將電容上的電壓與比較器的參考電壓進(jìn)行比較，得到周期性的振蕩波形。rc充放電振蕩器通常利用高電源電壓來(lái)加快負(fù)載電容的充放電實(shí)現(xiàn)高頻率；一旦電源電壓降低，電場(chǎng)強(qiáng)度下降，半導(dǎo)體載流子移動(dòng)速度變慢，開(kāi)關(guān)速度也下降，從而導(dǎo)致頻率降低。另外由于這種結(jié)構(gòu)的vco中采用電阻、電容等半導(dǎo)體器件，受工藝變化的影響，頻率變化會(huì)比較大；另外由于增加了電阻、電容這些無(wú)源器件，導(dǎo)致集成電路加工過(guò)程中需要增加光刻掩膜層次，這樣會(huì)大大增加芯片的成本。

環(huán)形振蕩器中的延時(shí)單元可以是多種多樣的。第一類(lèi)：全差分環(huán)形振蕩器常采用三到五級(jí)的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)中典型的差分環(huán)形振蕩器采用了對(duì)稱(chēng)負(fù)載的差分延時(shí)單元和反饋-復(fù)制偏置電路；還有一種差分環(huán)形振蕩器，其中延時(shí)單元采用了電阻等無(wú)源器件，通過(guò)調(diào)節(jié)交叉耦合晶體管對(duì)的電阻值來(lái)對(duì)壓控振蕩器進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)。由于cmos工藝條件下很難制作阻值精確的電阻，因此也可用pmos管代替電阻，當(dāng)pmos管處于深線(xiàn)性區(qū)是，其導(dǎo)通電阻幾乎為常數(shù)。

第二類(lèi)是由反相器構(gòu)成的基本環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)。反相器構(gòu)成環(huán)形振蕩器在普通的振蕩器中非常普遍，其中反相器作為延時(shí)單元，這種振蕩器中四級(jí)環(huán)路在某種工作狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)鎖死、無(wú)法振動(dòng)的情形。為解決以上問(wèn)題，在延時(shí)單元中添加了鎖存器，可以打破鎖死狀態(tài)，增強(qiáng)了動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)電壓控制頻率的功能。

以上兩類(lèi)環(huán)形振蕩器的結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，這樣導(dǎo)致vco的芯片面積較大，另外以上幾種結(jié)構(gòu)的vco功耗相對(duì)較大，反相器構(gòu)成的基本環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)盡管功耗較以上全差分環(huán)形振蕩器要小，但電路結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，芯片面積無(wú)法做到很小。

第三類(lèi)：為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，縮小面積，降低功耗，采用一些特殊的延時(shí)單元，有在vco中采用了cmos傳輸門(mén)的結(jié)構(gòu)作為延時(shí)單元；另外還采用了施密特觸發(fā)器，在滿(mǎn)足振蕩條件的情況下起到相位反轉(zhuǎn)和整形的作用。該種壓控振蕩器采用了傳輸門(mén)作為壓控電阻，但由于mos管導(dǎo)通電阻取決于管子的寬長(zhǎng)比，而管子寬長(zhǎng)比受制于加工等因素限，這種結(jié)構(gòu)的vco其頻率可調(diào)范圍較小，很多應(yīng)用情況下都無(wú)法滿(mǎn)足。

另外，現(xiàn)有技術(shù)中，vco輸出頻率會(huì)隨著溫度的變化而變化。舉一個(gè)例子，在室溫下，輸出頻率為20mhz時(shí)，傳統(tǒng)的vco的頻率變化量約為6.57mhz，而現(xiàn)有的vco相對(duì)來(lái)說(shuō)變化量已經(jīng)較小了，但還是有0.9mhz，按百分比計(jì)算的話(huà)也達(dá)到了4.5％，這樣的溫度特性在很多vco應(yīng)用中也是無(wú)法接受的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種低功率高性能的vco電路，其在低電壓下輸出頻率高，隨工藝變化小，頻率可調(diào)范圍大，壓控振蕩器的輸出頻率隨溫度的變化小，芯片成本低，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗低。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種低功率高性能的vco電路，包括帶隙基準(zhǔn)電路、低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓電路ldo、電流轉(zhuǎn)換器電路和環(huán)形振蕩器電路，所述帶隙基準(zhǔn)電路、低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓電路、電流轉(zhuǎn)換器電路和環(huán)形振蕩器電路從左至右依次連接，所述帶隙基準(zhǔn)電路用于提供不隨溫度和電源電壓變化的基準(zhǔn)電壓，所述低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓電路ldo用于將帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生電壓加倍并使輸出電壓保持不變，所述電流轉(zhuǎn)換器電路包括三層轉(zhuǎn)換裝置，所述電流轉(zhuǎn)換器電路第一層轉(zhuǎn)換裝置將所述低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓電路ldo輸出恒定電壓轉(zhuǎn)換成控制電流i1，所述電流轉(zhuǎn)換器電路第二層轉(zhuǎn)換裝置將恒定電壓控制電流i1轉(zhuǎn)換到由電源電壓控制電流i2，所述電流轉(zhuǎn)換器電路第三層轉(zhuǎn)換裝置將電流i2轉(zhuǎn)換成控制vco頻率的兩個(gè)抑制電壓vbp和vbn，所述環(huán)形振蕩器電路由五級(jí)振蕩器并聯(lián)組成。

優(yōu)選的，所述帶隙基準(zhǔn)電路包括八個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，所述八個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管包括四個(gè)n型場(chǎng)效應(yīng)管和四個(gè)p型場(chǎng)效應(yīng)管。

優(yōu)選的，所述包括低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓電路ldo包括九個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，所述九個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管包括五個(gè)n型場(chǎng)效應(yīng)管和四個(gè)p型場(chǎng)效應(yīng)管。

優(yōu)選的，所述電流轉(zhuǎn)換器電路包括十個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，所述十個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管包括五個(gè)n型場(chǎng)效應(yīng)管和五個(gè)p型場(chǎng)效應(yīng)管。

優(yōu)選的，所述環(huán)形振蕩器電路共分為五級(jí)振蕩器并聯(lián)組成，包括二十四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，所述二十四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管包括十二個(gè)n型場(chǎng)效應(yīng)管和十二個(gè)p型場(chǎng)效應(yīng)管。

本發(fā)明達(dá)到的有益效果是：

1、采用帶隙基準(zhǔn)模塊后提升了vco輸出頻率隨溫度變化的穩(wěn)定性，適用于頻率隨溫度變化要求非常小的場(chǎng)合；針對(duì)輸出為350mhz這一中心頻率進(jìn)行溫度特性的仿真，結(jié)果表明，溫度在-40～125℃范圍內(nèi)，輸出中心頻率變化約為0.18％，遠(yuǎn)小于其它vco結(jié)構(gòu)。

2、采用ldo模塊后，將帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生的1.25v電壓增加為2.5v。通常低電壓情況下環(huán)形振蕩器的偏置電流較小，從而增加上升、下降時(shí)間，使得翻轉(zhuǎn)變慢，從而影響頻率的可調(diào)范圍。隨著工作電壓的提高，偏置電流也得到提高，使得頻率的可調(diào)范圍非常大。

3、通過(guò)采用特殊的電流轉(zhuǎn)換器，使得控制電壓vt與電流i1成線(xiàn)性關(guān)系，而由i1鏡像得到的vco控制電流i2與控制電壓vt之間是一個(gè)線(xiàn)性關(guān)系，且不隨電源電壓vdd的變化而變化，通過(guò)產(chǎn)生穩(wěn)定可控的偏置電流提高了vco輸出頻率的線(xiàn)性度，并且較適合低電壓；從輸出頻率隨輸入控制端電壓變化曲線(xiàn)圖可以看出，當(dāng)電源電壓在1.2～3v之間變化時(shí)，vco輸出頻率范圍可達(dá)到200～500mhz，vco頻率受控范圍較寬，可滿(mǎn)足不同應(yīng)用對(duì)頻率變化的要求。

4、在電流抑制型環(huán)形振蕩結(jié)構(gòu)中，由于反相器尺寸較小，這樣可以降低每個(gè)osc節(jié)點(diǎn)的寄生電容。當(dāng)電容減小后，達(dá)到一定頻率所需要的電流就會(huì)降低，即可以在一定的偏置電流下提高輸出頻率，也利于vco輸出頻率的穩(wěn)定性，并且采用這樣的設(shè)計(jì)可以極大的降低電路的功耗。另外這種結(jié)構(gòu)能夠有效抑制環(huán)境噪聲包括電源和襯底噪聲的影響，具有良好的抗噪能力。

5、整個(gè)vco電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以有效節(jié)省芯片面積；采用0.35μm工藝；整個(gè)vco的面積只有0.02mm²；vco的芯片面積?。涣硗庹麄€(gè)vco中只采用標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝中的有源器件，一方面進(jìn)一步降低芯片的成本，同時(shí)減小工藝變化對(duì)輸出頻率的影響。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明vco電路的總體電路框圖；

圖2是本發(fā)明帶隙基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的電路圖；

圖3是本發(fā)明低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓器ldo的電路圖；

圖4是本發(fā)明電流轉(zhuǎn)換器的電路圖；

圖5是本發(fā)明環(huán)形振蕩器的電路圖；

圖6是本發(fā)明vco輸出頻率隨溫度變化趨勢(shì)圖；

圖7是本發(fā)明vco輸出頻率隨控制信號(hào)vt變化趨勢(shì)圖；

圖8是本發(fā)明vco的電流仿真圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

如圖1至圖8所示，一種低功率高性能的vco電路，包括帶隙基準(zhǔn)電路、低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓電路ldo、電流轉(zhuǎn)換器電路和環(huán)形振蕩器電路，所述帶隙基準(zhǔn)電路、低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓電路、電流轉(zhuǎn)換器電路和環(huán)形振蕩器電路從左至右依次連接，所述帶隙基準(zhǔn)電路用于提供不隨溫度和電源電壓變化的基準(zhǔn)電壓，所述低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓電路ldo用于將帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生電壓加倍并使輸出電壓保持不變，所述電流轉(zhuǎn)換器電路包括三層轉(zhuǎn)換裝置，所述電流轉(zhuǎn)換器電路第一層轉(zhuǎn)換裝置將所述低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓電路ldo輸出恒定電壓轉(zhuǎn)換成控制電流i1，所述電流轉(zhuǎn)換器電路第二層轉(zhuǎn)換裝置將恒定電壓控制電流i1轉(zhuǎn)換到由電源電壓控制電流i2，所述電流轉(zhuǎn)換器電路第三層轉(zhuǎn)換裝置將電流i2轉(zhuǎn)換成控制vco頻率的兩個(gè)抑制電壓vbp和vbn，所述環(huán)形振蕩器電路由五級(jí)振蕩器并聯(lián)組成。

優(yōu)選的，所述帶隙基準(zhǔn)電路包括八個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，所述八個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管包括四個(gè)n型場(chǎng)效應(yīng)管和四個(gè)p型場(chǎng)效應(yīng)管。

所述帶隙基準(zhǔn)電路中，p11管的源極接電源，柵極接地；p11管的漏極接n11的漏極和柵極；n11管的源極接電阻r11一端，電阻r11另一端接地；p12管的源極接電源，柵極接p12的漏極和p13管的柵極以及n13的漏極；n12的漏極接n13的漏極，柵極接p11的漏極和n11的柵極，源極接n13的源極和電阻r12的一端，電阻另一端接t11的發(fā)射極；n13的漏極接p12的漏極，柵極接n14的柵極，源極接n12的源極；t11的基區(qū)接地，集電區(qū)接地；p13的源極接電源，柵極接p12的柵極和p14的柵極，漏極接n14的漏極和柵極；n14的漏極p13的漏極和n13的柵極，柵極接n13的柵極，源極接t12的發(fā)射極；t12基極和集電極都接地；p14的源極接電源，柵極接p13的柵極和vbias，漏極接vref和r13的一端，r13另一端接t13的發(fā)射極；t13的基極和集電極都接地。

所述帶隙基準(zhǔn)電路通過(guò)設(shè)法利用正、負(fù)溫度系數(shù)相互抵消補(bǔ)償了vbe隨溫度變化對(duì)輸出電壓的影響，在-40℃到125℃的溫度范圍內(nèi)，可以獲得接近零溫度系數(shù)的輸出電壓。它非常適合在溫度和電壓不穩(wěn)定的環(huán)境中保持穩(wěn)定的輸出參考電壓。這種帶隙基準(zhǔn)功耗低，容易啟動(dòng)，對(duì)工藝的依賴(lài)程度低。該帶隙基準(zhǔn)模塊產(chǎn)生一個(gè)幾乎不隨溫度和電源電壓變化的1.25v基準(zhǔn)電壓。針對(duì)輸出為350mhz這一中心頻率進(jìn)行溫度特性的仿真，結(jié)果如附圖6所示，結(jié)果表明，溫度在-40～125℃范圍內(nèi)，輸出中心頻率變化約為0.18％，遠(yuǎn)小于其它vco結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，所述包括低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓電路ldo包括九個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，所述九個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管包括五個(gè)n型場(chǎng)效應(yīng)管和四個(gè)p型場(chǎng)效應(yīng)管。

所述低壓差線(xiàn)性穩(wěn)壓電路ldo中，p21的源極接電源，柵極接vbias，漏極接n21的漏極和柵極；n21漏極接p21的漏極，柵極接p21的漏極和n24的柵極，源極接地；p22的源極接電源，柵極接p23的柵極和p22的漏極。漏極接n22的漏極；n22的漏極接p22的漏極，柵極接地，源極接n23的源極和n24的漏極；n24的漏極接n22和n23的源極，柵極接n21的柵極，源極接地；p23的源極接電源，柵極接p22的柵極，漏極接n23的漏極和p24的柵極；n23的漏極接p23的漏極，柵極接vref，源極接n24的漏極；c21的一端接p23的漏極和p24的柵極，另一端接vldo；c22的一端接vldo，另一端接地；p24的源極接電源，柵極接p23的漏極，漏極接vldo；r21的一端接vldo，另一端接地和r22一端，r22的另一端也接地；n25的柵極接vldo，源極和漏極連接同時(shí)接地。

采用ldo模塊后，將帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生的1.25v電壓增加為2.5v。通常低電壓情況下環(huán)形振蕩器的偏置電流較小，從而增加上升、下降時(shí)間，使得翻轉(zhuǎn)變慢，從而影響頻率的可調(diào)范圍。隨著工作電壓的提高，偏置電流也得到提高，使得頻率的可調(diào)范圍非常大，這種結(jié)構(gòu)的ldo具有成本低、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。

優(yōu)選的，所述電流轉(zhuǎn)換器電路包括十個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，所述十個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管包括五個(gè)n型場(chǎng)效應(yīng)管和五個(gè)p型場(chǎng)效應(yīng)管。

所述電流轉(zhuǎn)換器電路中，p30管源極接v1do，p30管柵極接p31管柵極和p30管漏極，n30管漏極接p30管漏極，n30管柵極接vt，n30管源極接電阻i_r的一端，電阻另一端接地；p31管源極接v1do，p31管柵極接p30管柵極，n31管漏極接p31管漏極，n31管柵極接n32管柵極以及n31管漏極，n31管源極接地；p32管源極接電源，p32管柵極接p33管柵極和p32管漏極，n32管漏極接n31管漏極，n32管源極接地；p33管源極接電源，p33管柵極接p32管柵極，n33管漏極接p33管漏極，n33管柵極接n33管漏極和n34管柵極，n33管源極接地；p34管源極接電源和電容c32一端，p34管柵極接電容c32另一端vbp和p34管漏極，n34管漏極接p34管漏極，n34管柵極接電容c33一端vbn，電容c33另一端接地，n34管源極接地。

本發(fā)明中的電流轉(zhuǎn)換模塊是指首先利用以上ldo輸出恒定電壓將vco控制電壓vt轉(zhuǎn)換成控制電流i1；然后采用鏡像電流源原理，將ldo輸出恒定電壓控制電流i1轉(zhuǎn)換到由電源電壓控制電流i2；最后由電流i2產(chǎn)生控制vco頻率的兩個(gè)抑制電壓vbp和vbn。

如圖4所示，流經(jīng)電阻r上的電流i_r可以用以下公式計(jì)算：

在以上公式中，vthn為n30管的開(kāi)啟電壓，因n30管的尺寸w/l設(shè)計(jì)較大，而i_r設(shè)計(jì)又偏小，故落在n30管上的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓非常小，在計(jì)算時(shí)可以忽略。采用這種方法設(shè)計(jì)，控制電壓vt與電阻r上的電流i_r之間建立了準(zhǔn)線(xiàn)性關(guān)系。而從附圖4可以看出，由ldo輸出恒定電壓控制的電流i1又與i_r是成正比關(guān)系的；因此控制電壓vt與電流i1成線(xiàn)性關(guān)系。

另外從附圖4可以看出，i2是通過(guò)鏡像電流源與i1成一定比例關(guān)系的，因此產(chǎn)生vco抑制電壓的電流i2(也稱(chēng)為vco控制電流)與控制電壓vt之間是一個(gè)線(xiàn)性關(guān)系，且不隨電源電壓vdd的變化而變化，故在本發(fā)明所采用的cmos工藝制程中，所設(shè)計(jì)的vco的工作電壓可以從1.2v到3.3v，而相應(yīng)的輸出頻率具有非常好的線(xiàn)性度。

由i2所產(chǎn)生輸出的vbp和vbn電壓會(huì)受到時(shí)鐘信號(hào)的干擾產(chǎn)生振蕩，從而影響vco的頻率。加入c32、c33電容可以有效的減小此振蕩，避免vco輸出頻率的變化。

通過(guò)采用特殊的電流轉(zhuǎn)換器，使得控制電壓vt與電流i1成線(xiàn)性關(guān)系；而由i1鏡像得到的vco控制電流i2與控制電壓vt之間是一個(gè)線(xiàn)性關(guān)系，且不隨電源電壓vdd的變化而變化；通過(guò)產(chǎn)生穩(wěn)定可控的偏置電流，提高了vco輸出頻率的線(xiàn)性度(如圖8所示)，并且較適合低電壓；附圖7為輸出頻率隨輸入控制端電壓變化曲線(xiàn)，從圖中可以看出，當(dāng)電源電壓在1.2～3v之間變化時(shí)，vco輸出頻率范圍可達(dá)到200～500mhz，vco頻率受控范圍較寬，可滿(mǎn)足不同應(yīng)用對(duì)頻率變化的要求。

優(yōu)選的，所述環(huán)形振蕩器電路共分為五級(jí)振蕩器并聯(lián)組成，包括二十四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，所述二十四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管包括十二個(gè)n型場(chǎng)效應(yīng)管和十二個(gè)p型場(chǎng)效應(yīng)管。

所述環(huán)形振蕩器電路中，p402管源極接電源，p402管柵極接vbp，p402管漏極接p401管漏極，p401管柵極接n401管柵極和n411管柵極，p401管源極接n401管源極和電容cl一端，電容cl另一端接地，n401管漏極接n402管漏極，n402管柵極接vbn，n402管源極接地；p404管源極接電源，p404管柵極接vbp，p404管漏極接p403管漏極，p403管柵極接n403管柵極和p401管源極，p403管源極接n403管源極，n403管漏極接n404管漏極，n404管柵極接vbn，n404管源極接地；p406管源極接電源，p406管柵極接vbp，p406管漏極接p405管漏極，p405管柵極接n405管柵極和p403管源極，p405管源極接n405管源極，n405管漏極接n406管漏極，n406管柵極接vbn，n406管源極接地；p408管源極接電源，p408管柵極接vbp，p408管漏極接p407管漏極，p407管柵極接n407管柵極和p405管源極，p407管源極接n407管源極，n407管漏極接n408管漏極，n408管柵極接vbn，n408管源極接地；p410管源極接電源，p410管柵極接vbp，p410管漏極接p409管漏極，p409管柵極接n409管柵極和p407管源極，p409管源極接n409管源極，n409管漏極接n410管漏極，n410管柵極接vbn，n410管源極接地；p411管源極接電源，p411管柵極接n411管柵極和p409管源極，p411管漏極接n411管漏極，n411管源極接地；p412管源極接電源，p412管柵極接n412管柵極和p411管漏極，p412管漏極接n412管漏極和vco，n412管源極接地。

環(huán)形振蕩器是vco中最重要的子模塊，本發(fā)明采用了一種受控反相器作為延時(shí)單元的環(huán)形振蕩器結(jié)構(gòu)，這種受控反相器的電流受到vbp和vbn這兩個(gè)抑制電源控制而無(wú)法達(dá)到其應(yīng)有的最大值，因此稱(chēng)為電流抑制型環(huán)形振蕩器。

本發(fā)明將電流抑制型環(huán)形osc電路采用五級(jí)設(shè)計(jì)，這主要是基于整體vco的面積和功耗的考慮，因?yàn)榄h(huán)形振蕩器頻率與級(jí)數(shù)之間成反比關(guān)系，級(jí)數(shù)越少，振蕩頻率越高；級(jí)數(shù)越多，輸出頻率的抖動(dòng)會(huì)被逐級(jí)放大。這樣的設(shè)計(jì)既可以在一定的偏置電流下提高輸出頻率，也利于vco輸出頻率的穩(wěn)定性。

附圖5中，p401管和n401管用作反相器與電流源，p402管和n402管分別由vbp和vbn控制，抑制著流過(guò)p401管、n401管的電流，即由p401管和n401管構(gòu)成的反相器處于電流抑制狀態(tài)，它們共同構(gòu)成環(huán)形振蕩器的一級(jí)。其中后一級(jí)的輸入柵電容、p401和n401的漏端對(duì)地的電容的總和cl，其作為前級(jí)的負(fù)載電容。由p401、p402、n401和n402組成的每一級(jí)對(duì)該負(fù)載電容進(jìn)行充放電。充放電電流相同，為圖中的idc1，因此n級(jí)電流抑制型環(huán)形振蕩器的頻率fosc可用以下公式來(lái)表示：

以上公式中的充放電電流idc1，受vbp和vbn控制，即受到抑制。根據(jù)前面的分析，充放電電流大小由輸入控制電壓設(shè)定。這種結(jié)構(gòu)能夠有效抑制環(huán)境噪聲包括電源和襯底噪聲的影響，具有良好的抗噪能力。

環(huán)形振蕩器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小其中反相器的尺寸，這樣可以降低每個(gè)osc節(jié)點(diǎn)的寄生電容。當(dāng)電容減小后，達(dá)到一定頻率所需要的電流就會(huì)降低，即可以在一定的偏置電流下提高輸出頻率，也利于vco輸出頻率的穩(wěn)定性，并且采用這樣的設(shè)計(jì)可以極大的降低電路的功耗。這種環(huán)形振蕩器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且通過(guò)方便地控制流經(jīng)反相器電流的大小，即負(fù)載電容的沖放電電流大小，從而靈活地控制振蕩頻率。

附圖8為整個(gè)vco的電流仿真結(jié)果，可以看出平均電流不大于2.2ma，最大功耗不超過(guò)7.26mw，另外在附圖7中，將vco控制電壓vt轉(zhuǎn)換成的控制電流為圖中i_r，從圖中可以明顯看出兩者之間是一種準(zhǔn)線(xiàn)性關(guān)系。由ldo輸出恒定電壓控制的電流為圖中i1，而電源電壓控制的電流為圖中i2，該電流即為vco控制電流，與vt之間也是很明顯的線(xiàn)性關(guān)系。

整個(gè)vco電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以有效節(jié)省芯片面積；采用0.35μm工藝；整個(gè)vco的面積只有0.02mm²；另外整個(gè)vco中只采用標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝中的有源器件，一方面進(jìn)一步降低芯片的成本，同時(shí)減小工藝變化對(duì)輸出頻率的影響。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。