用于以太網(wǎng)物理層時(shí)鐘同步PLL的VCO設(shè)計(jì)
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2 電流饑餓型VCO
如圖2所示VCO由11級(jí)單端反相延時(shí)單元組成的差分電流饑餓型環(huán)型振蕩器結(jié)構(gòu)，11級(jí)差分反相延遲單元，交叉耦合輸出結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為單端輸出，其振蕩電壓可達(dá)到全擺幅。交叉耦合、柵極接地的P管，在兩個(gè)環(huán)之間加入一個(gè)反相器，使它們的輸出信號(hào)相位差為180°。為了在上電的時(shí)候能立即使兩個(gè)振蕩器同步并保持180°的輸出相差，這兩個(gè)門的尺寸必須設(shè)得比較大以便有足夠大的驅(qū)動(dòng)能力。這種結(jié)構(gòu)能夠有效地抑制環(huán)境噪聲包括電源和襯底噪聲的影響，因此具有良好的抗噪能力。在設(shè)計(jì)環(huán)型振蕩器時(shí)，應(yīng)充分考慮每級(jí)輸入輸出點(diǎn)的電容負(fù)載，保證每一級(jí)的延時(shí)都相同，這樣每個(gè)輸入輸出點(diǎn)的振蕩頻率才能相同。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/179290.htm
此外，由于溝道長(zhǎng)度L決定了最大工作頻率，因此在滿足最大工作頻率指標(biāo)的條件下應(yīng)盡可能增加溝道長(zhǎng)度以減少電路對(duì)工藝參數(shù)的敏感程度，即使在最壞情況下仍能保證電路正常工作。第一級(jí)反相器的控制電流來自于PLL中RC濾波器的輸出電壓轉(zhuǎn)換過來的。在設(shè)計(jì)反相器的寬長(zhǎng)比時(shí)要保證有足夠大的控制電流調(diào)節(jié)范圍，同時(shí)也要使溝道長(zhǎng)度足夠長(zhǎng)以消除短溝道效應(yīng)。反相器MOS管的襯底與濾波器電容接同一個(gè)參考地電位，這樣可以保證PMOS管和NMOS管不受接地噪聲的影響。在與控制支路平行的電流通路中，NMOS管是長(zhǎng)溝道管，它為VCO提供小的偏置電流，保證了當(dāng)控制管工作在亞閾值狀態(tài)時(shí)振蕩器仍能振蕩。反相器電容管連接在虛地線與VDD之間，其作用等效一個(gè)電容，它能有效地限制虛地線的電壓波動(dòng)，從而增強(qiáng)VCO的抗噪聲能力。如果需要較大的電容值，可以通過多管并聯(lián)的方法得到。但是該電路需要設(shè)計(jì)一個(gè)良好的電壓／電流轉(zhuǎn)換電路，即控制電壓變換電路。
3 控制電壓交換電路
控制電壓變換電路如圖3所示，該電路的工作原理是在保持振蕩器控制電流范圍不變的情況下對(duì)RC濾波器的輸出電壓，即變換電路的輸入電壓進(jìn)行成比例縮放。這樣使得振蕩控制支路在臨界飽和工作狀態(tài)下能夠提供更大的控制電流，從而改善高頻區(qū)域的線性度，增大VCO的線性覆蓋頻率范圍。在圖3中，控制管M1是做阻抗變換，M2，M3用于電壓的放大，第一級(jí)反相放大管采用PMOS管的形式放大很小的電壓，M3管是第二級(jí)反相放大NMOS管。這樣可以保證輸出電壓跟輸入電壓是具有同相功能。該控制電壓變換電路的偏置電路采用共源共柵結(jié)構(gòu)，完全適用于低壓電路。該結(jié)構(gòu)不僅增強(qiáng)變換電壓對(duì)電源，工藝，溫度依賴性,輸出電流噪聲的干擾能力，同時(shí)抑制了電源噪聲對(duì)VCO輸入電壓的影響。 M1，M13，M18管組成了低壓共源共柵結(jié)構(gòu)，這時(shí)M1管的柵電壓為(Vth+2Vds)，該電壓由M18和M22管組成的偏置支路提供。通過隔離控制管和振蕩器控制電流，可以進(jìn)一步抑制振蕩器產(chǎn)生的電壓振蕩對(duì)控制管的影響，降低了控制電流的波動(dòng)，從而減小了VCO輸出的頻率抖動(dòng)，大大降低了VCO輸出的相位噪聲，有效地提高了VCO輸出的頻譜純度。
評(píng)論