專利名稱：具有改良的參數(shù)變異耐受度的振蕩器及其反轉(zhuǎn)遲滯元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子電路，特別是涉及一種具有改良的參數(shù)變異耐受度的振蕩器及其反轉(zhuǎn)遲滯元件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今許多電子裝置(例如手機(jī)、電腦及個(gè)人數(shù)碼助理(PDA)等)皆需要在高頻的計(jì)時(shí)信號(hào)(clock signal)下操作，而通常這些計(jì)時(shí)信號(hào)乃是藉由鎖相回路(phase locked loops，PLLs)而產(chǎn)生的。
一典型的鎖相回路包含有一檢相器(phase detector)、一回路過濾器(loop filter)以及一電壓控制振蕩器(voltage controlled oscillator，VCO)。當(dāng)所有的元件在執(zhí)行重要的功能時(shí)，由于此電壓控制振蕩器可輸出高頻訊號(hào)并可根據(jù)一控制電壓訊號(hào)(control voltage signal)以調(diào)整此輸出訊號(hào)的頻率，因此，此電壓控制振蕩器在鎖相回路內(nèi)是扮演著一核心角色。
當(dāng)設(shè)計(jì)一鎖相回路時(shí)，首先則需選擇此電壓控制振蕩器的一輸出頻率值/控制電壓值，此數(shù)值是代表當(dāng)控制電壓改變某一數(shù)值時(shí)，此電壓控制振蕩器的輸出頻率會(huì)隨之對(duì)應(yīng)改變?yōu)榱硪粩?shù)值，在本文中乃是以Kvco的符號(hào)表示此電壓控制振蕩器的輸出頻率值/控制電壓值。圖1是現(xiàn)有習(xí)知的振蕩器的一種Kvco圖。請(qǐng)參閱圖1所示，圖1的X軸代表控制電壓，Y軸代表輸出頻率，其中Kvco值為圖1中斜線的斜率。當(dāng)圖1的圖形為一直線時(shí)，此時(shí)Kvco值為一常數(shù)，但在實(shí)際應(yīng)用上，Kvco值很有可能會(huì)隨著控制電壓而改變，換言之，此Kvco值將不會(huì)為一常數(shù)。盡管如此，為了簡(jiǎn)化其設(shè)計(jì)過程，通常還是會(huì)使用一固定的Kvco值來當(dāng)作實(shí)際Kvco值的近似值，而當(dāng)選定Kvco值后，就可決定其他鎖相回路元件的參數(shù)。因此，在此種方式之下，鎖相回路乃是依據(jù)電壓控制振蕩器來設(shè)計(jì)。
在一鎖相回路中，Kvco值的決定是根據(jù)其使用的特定的電壓控制振蕩器。就此特定的電壓控制振蕩器而言，由于此電壓控制振蕩器在制程中的變異，故可能具有許多種不同的Kvco值，而不是因?yàn)殡妷嚎刂普鹗幤饔性O(shè)計(jì)缺陷所造成。
更特別的是，此電壓控制振蕩器更包含多個(gè)元件(例如為晶體管等)，其中這些元件是藉由某一制程所制造而成。在理想狀態(tài)下，在經(jīng)由每一次的相同的制程下，應(yīng)該皆會(huì)制造出特性相同的元件(亦就是具有相同參數(shù)的元件)，但是，就實(shí)際應(yīng)用面上而言，這是十分困難的。因此，組成此電壓控制振蕩器的內(nèi)部元件的參數(shù)多少會(huì)有些變異(parameter variation)，其中某些元件的參數(shù)僅符合最低規(guī)格(minimum specification)，而其他元件將符合或超過最高規(guī)格(maximum specification)，至于其他元件則將落于最低規(guī)格與最高規(guī)格之間。因此，既使所有的電壓控制振蕩器的設(shè)計(jì)皆相同，但是由于這些制程的變異，故所制造出的這些電壓控制振蕩器的Kvco值將會(huì)不同。所以當(dāng)一鎖相回路設(shè)計(jì)者選定一Kvco值時(shí)，其必須根據(jù)所有電壓控制振蕩器在可運(yùn)作下的最低限度來決定，換言之，此設(shè)計(jì)者必須選定當(dāng)電壓控制振蕩器在最差狀況下(worst case)時(shí)的Kvco值。
圖2是現(xiàn)有習(xí)知的電壓控制振蕩器的Kvco圖，其顯示當(dāng)此電壓控制振蕩器的多個(gè)元件產(chǎn)生參數(shù)變異時(shí)，所可能顯示的多種不同的Kvco值。請(qǐng)參閱圖2所示，KVCO1的圖形顯示在最差情況下的Kvco值(亦就是當(dāng)此電壓控制振蕩器的多個(gè)元件符合最低規(guī)格時(shí))，而KVCO3的圖形顯示在最佳情況下的Kvco值(亦即當(dāng)此電壓控制振蕩器的多個(gè)元件符合最高規(guī)格時(shí))，且KVCO2的圖形顯示在一般情況下的Kvco值。如圖2所示，在最差情況下時(shí)的KVCO1圖形的斜率為最高。值得注意的是，由上述可知，一鎖相回路設(shè)計(jì)者必須選擇在最差情況下時(shí)的Kvco值，以確保當(dāng)所有相同設(shè)計(jì)的電壓控制振蕩器產(chǎn)生參數(shù)變異時(shí)，此時(shí)鎖相回路將仍然可以運(yùn)作。換言之，此設(shè)計(jì)者必須選定最高的Kvco值(亦就是KVCO1的圖形的斜率)。
然而，在許多實(shí)際的應(yīng)用上，欲選定如此高的Kvco值是很有問題的。在定義上，此Kvco值是代表當(dāng)控制電壓改變某一數(shù)值時(shí)，此電壓控制振蕩器的輸出頻率會(huì)隨之對(duì)應(yīng)改變另一數(shù)值。因此，當(dāng)此Kvco值非常高時(shí)，既使控制電壓只有些許的改變，便會(huì)讓輸出頻率產(chǎn)生大幅度的改變。換言之，當(dāng)控制電壓具有任何的雜訊成分(noise component)時(shí)，這些雜訊成分將會(huì)造成輸出頻率的變動(dòng)幅度更大(在本文乃是指顫動(dòng)(jitter)程度)。由于此種顫動(dòng)會(huì)造成一些元件不當(dāng)?shù)剡\(yùn)作，故要避免此顫動(dòng)的情形發(fā)生。因此，在一鎖相回路的設(shè)計(jì)中，使用過高的Kvco值將會(huì)有上述的重大缺點(diǎn)。
由此可見，上述現(xiàn)有的振蕩器在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決振蕩器存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長(zhǎng)久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切的結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。
有鑒于上述現(xiàn)有的振蕩器存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí)，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的具有改良的參數(shù)變異耐受度的振蕩器及其反轉(zhuǎn)遲滯元件，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的振蕩器，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種新型結(jié)構(gòu)的反轉(zhuǎn)遲滯元件，所要解決的技術(shù)問題是使其可以有效地減少其在輸出時(shí)所產(chǎn)生的顫動(dòng)(jitter)程度，從而更加適于實(shí)用。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種具有改良的參數(shù)變異耐受度的振蕩器，所要解決的技術(shù)問題是使其可以有效地減少其在輸出時(shí)所產(chǎn)生的顫動(dòng)(jitter)程度，從而更加適于實(shí)用。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種反轉(zhuǎn)遲滯元件，其包括一反轉(zhuǎn)部，具有一輸入端，以接收一輸入訊號(hào)；一補(bǔ)數(shù)輸入端，以接收該輸入訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)；一輸出端，以提供一輸出訊號(hào)；以及一補(bǔ)數(shù)輸出端，以提供該輸出訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)，其中該反轉(zhuǎn)部可執(zhí)行一反轉(zhuǎn)功能(inverting function)，使得該輸出訊號(hào)為該輸入訊號(hào)的該補(bǔ)數(shù)的一反轉(zhuǎn)版本(inverted version)，且該輸出訊號(hào)的該補(bǔ)數(shù)為該輸入訊號(hào)的一反轉(zhuǎn)版本；以及一遲滯控制部，包括一第一電流源，具有一第一阻抗，而該第一電流源是耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端，以及耦接至接收一控制訊號(hào)；一第一阻抗元件，是耦接于該第一電流源，而該第一阻抗元件可讓該第一電流源產(chǎn)生一第一輸出阻抗，其中該第一輸出阻抗是遠(yuǎn)大于該第一阻抗；一第二電流源，具有一第二阻抗，而該第二電流源是耦接于該輸出端，以及耦接至接收該控制訊號(hào)；以及一第二阻抗元件，是耦接于該第二電流源，而該第二阻抗元件可讓該第二電流源產(chǎn)生一第二輸出阻抗，其中該第二輸出阻抗是遠(yuǎn)大于該第二阻抗。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其中所述的第一電流源包括一第一晶體管，而該第一晶體管包括一汲極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；一閘極端，以接收該控制訊號(hào)；以及一源極端，耦接于該第一阻抗元件。
前述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其中所述的第二電流源包括一第二晶體管，而該第二晶體管包括一汲極端，耦接于該輸出端；一閘極端，以接收該控制訊號(hào)；以及一源極端，耦接于該第二阻抗元件。
前述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其中所述的第一阻抗元件包括一第一電阻器，且該第二阻抗元件包括一第二電阻器。
前述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其中所述的第一阻抗元件包括一第三晶體管，當(dāng)施加偏壓于該第三晶體管時(shí)，此時(shí)該第三晶體管可當(dāng)作一電阻器來使用，且該第二阻抗元件包括一第四晶體管，當(dāng)施加偏壓于該第四晶體管時(shí)，此時(shí)該第四晶體管可當(dāng)作一電阻器來使用。
前述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其中所述的反轉(zhuǎn)部包括一第一晶體管，具有一閘極端，耦接于該輸入端；一汲極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；以及一源極端，耦接于一第一節(jié)點(diǎn)；一第二晶體管，具有一閘極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸入端；一汲極端，耦接于該輸出端；以及一源極端，耦接于該第一節(jié)點(diǎn)；一第三晶體管，具有一閘極端，耦接于該輸出端；一汲極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；以及一源極端，耦接于該第一節(jié)點(diǎn)；以及一第四晶體管，具有一閘極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；一汲極端，耦接于該輸出端；以及一源極端，耦接于該第一節(jié)點(diǎn)。
前述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其中所述的反轉(zhuǎn)部更包括一第五晶體管，具有一閘極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；一汲極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；以及一源極端，耦接于該第一節(jié)點(diǎn)；以及一第六晶體管，具有一閘極端，耦接于該輸出端；一汲極端，耦接于該輸出端；以及一源極端，耦接于該第一節(jié)點(diǎn)。
前述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其中所述第一電流源包括一第七晶體管，具有一汲極端、一閘極端與一源極端，其中該汲極端是耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端，而該閘極端是用以接收該控制訊號(hào)，且該源極端是耦接于該第一阻抗元件，以及該第二電流源包括一第八晶體管，具有一汲極端、一閘極端與一源極端，其中該汲極端是耦接于該輸出端，而該閘極端是用以接收該控制訊號(hào)，且該源極端是耦接于該第二阻抗元件。
前述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其中所述的第一阻抗元件包括一第一電阻器，且該第二阻抗元件包括一第二電阻器。
前述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其中所述的第一阻抗元件包括一第九晶體管，當(dāng)施加偏壓于該第九晶體管時(shí)，此時(shí)該第九晶體管可當(dāng)作一電阻器來使用，且該第二阻抗元件包括一第十晶體管，當(dāng)施加偏壓于該第十晶體管時(shí)，此時(shí)該第十晶體管可當(dāng)作一電阻器來使用。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種具有改良的參數(shù)變異耐受度的振蕩器，其包括一n個(gè)數(shù)目的反轉(zhuǎn)遲滯元件，是串聯(lián)地耦接以形成一閉回路(close loop)，其中n為比1大的一奇數(shù)，而每一該些反轉(zhuǎn)遲滯元件包括一反轉(zhuǎn)部，具有一輸入端，以接收一輸入訊號(hào)；一補(bǔ)數(shù)輸入端，以接收該輸入訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)；一輸出端，以提供一輸出訊號(hào)；以及一補(bǔ)數(shù)輸出端，以提供該輸出訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)，其中該反轉(zhuǎn)部可執(zhí)行一反轉(zhuǎn)功能(inverting function)，使得該輸出訊號(hào)為該輸入訊號(hào)的該補(bǔ)數(shù)的一反轉(zhuǎn)版本(inverted version)，且該輸出訊號(hào)的該補(bǔ)數(shù)為該輸入訊號(hào)的一反轉(zhuǎn)版本；以及一遲滯控制部，包括一第一電流源，具有一第一阻抗，而該第一電流源是耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端，以及耦接至接收一控制訊號(hào)；一第一阻抗元件，是耦接于該第一電流源，而該第一阻抗元件可讓該第一電流源產(chǎn)生一第一輸出阻抗，其中該第一輸出阻抗是遠(yuǎn)大于該第一阻抗；一第二電流源，具有一第二阻抗，而該第二電流源是耦接于該輸出端，以及耦接至接收該控制訊號(hào)；以及一第二阻抗元件，是耦接于該第二電流源，而該第二阻抗元件可讓該第二電流源產(chǎn)生一第二輸出阻抗，其中該第二輸出阻抗是遠(yuǎn)大于該第二阻抗，而該輸入端與該補(bǔ)數(shù)輸入端是分別地耦接于一前導(dǎo)(preceding)反轉(zhuǎn)遲滯元件的一補(bǔ)數(shù)輸出端與一輸出端，其中該輸出端與該補(bǔ)數(shù)輸出端是分別地耦接于一后續(xù)(succeeding)反轉(zhuǎn)遲滯元件的一補(bǔ)數(shù)輸入端與一輸入端。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，為了達(dá)到前述發(fā)明目的，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下本發(fā)明提出的一種反轉(zhuǎn)遲滯元件(inverting delay component)，包括一反轉(zhuǎn)部(irverting portion)與一遲滯控制部(delay controlportion)。反轉(zhuǎn)部具有一輸入端(input terminal)、一補(bǔ)數(shù)輸入端(complementary input terminal)、一輸出端(output terminal)及一補(bǔ)數(shù)輸出端(complementary output terminal)，其中，輸入端是接收一輸入訊號(hào)，而補(bǔ)數(shù)輸入端是用以接收此輸入訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)，且輸出端是提供一輸出訊號(hào)，而補(bǔ)數(shù)輸出端是提供此輸出訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)，其中反轉(zhuǎn)部可執(zhí)行一反轉(zhuǎn)功能，使得此輸出端的訊號(hào)為此補(bǔ)數(shù)輸入端的一反轉(zhuǎn)版本(invertedversion)，且此補(bǔ)數(shù)輸出端的訊號(hào)為此輸入端的訊號(hào)的一反轉(zhuǎn)版本。
此遲滯控制部包括一第一電流源、一第一阻抗元件、第二電流源以及一第二阻抗元件，其中第一電流源是耦接于此反轉(zhuǎn)部的輸出端，而第二電流源是耦接于此反轉(zhuǎn)部的補(bǔ)數(shù)輸出端。每一電流源是可接收一控制訊號(hào)，以控制電流源所產(chǎn)生的電流，使得此遲滯控制部可控制其遲延(delay)。第一電流源具有一第一阻抗，是耦接于一第一阻抗元件。同樣地，第二電流源具有一第二阻抗，是耦接于一第二阻抗元件。藉由將這些阻抗元件耦接于這些電流源，將使得每一電流源可具有較高的輸出阻抗(換言之，第一電流源所具有的輸出阻抗相較于第一阻抗為高，且第二電流源所具有的輸出阻抗相較于第二阻抗為高)。
本發(fā)明另提出一種振蕩器，包括一n個(gè)數(shù)目的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其是串聯(lián)地耦接以形成一閉回路(close loop)，其中n為比1大的一奇數(shù)，而每一這些反轉(zhuǎn)遲滯元件包括一反轉(zhuǎn)部與一遲滯控制部。反轉(zhuǎn)部具有一輸入端、一補(bǔ)數(shù)輸入端、一輸出端以及一補(bǔ)數(shù)輸出端，其中，輸入端是接收一輸入訊號(hào)，而補(bǔ)數(shù)輸入端是用以接收此輸入訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)，且輸出端是提供一輸出訊號(hào)，而補(bǔ)數(shù)輸出端是提供此輸出訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)，其中反轉(zhuǎn)部可執(zhí)行一反轉(zhuǎn)功能，使得此輸出端的訊號(hào)為此補(bǔ)數(shù)輸入端的一反轉(zhuǎn)版本，且此補(bǔ)數(shù)輸出端的訊號(hào)為此輸入端的訊號(hào)的一反轉(zhuǎn)版本。
此遲滯控制部包括一第一電流源、一第一阻抗元件、第二電流源以及一第二阻抗元件，其中第一電流源是耦接于此反轉(zhuǎn)部的輸出端，而第二電流源是耦接于此反轉(zhuǎn)部的補(bǔ)數(shù)輸出端。每一電流源是可接收一控制訊號(hào)，以控制電流源所產(chǎn)生的電流，使得此遲滯控制部可控制其遲延。第一電流源具有一第一阻抗，是耦接于一第一阻抗元件。同樣地，第二電流源具有一第二阻抗，是耦接于一第二阻抗元件。藉由將這些阻抗元件耦接于這些電流源，將使得每一電流源可具有較高的輸出阻抗(換言之，第一電流源所具有的輸出阻抗相較于第一阻抗為高，且第二電流源所具有的輸出阻抗相較于第二阻抗為高)。
借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有改良的參數(shù)變異耐受度的振蕩器及其反轉(zhuǎn)遲滯元件至少具有下列優(yōu)點(diǎn)由于本發(fā)明的反轉(zhuǎn)遲滯元件與振蕩器，其電流源的輸出阻抗較高，故振蕩器將具有較高的參數(shù)變異耐受度。換句話說，由于電流源的輸出阻抗較高，減少了振蕩器狀況的變化，盡管這些變化仍在最差情況(亦就是當(dāng)此振蕩器的多個(gè)元件符合最低規(guī)格時(shí))與最佳狀況(亦就是當(dāng)此振蕩器的多個(gè)元件符合最高規(guī)格時(shí))標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。如此一來振蕩器的Kvco值的變化甚小。因此，本發(fā)明的振蕩器在最差情況下的Kvco值，將顯著地小于現(xiàn)有習(xí)知的振蕩器在最差情況下的Kvco值，故可有效地減少振蕩器在輸出時(shí)所產(chǎn)生的顫動(dòng)(jitter)程度。
綜上所述，本發(fā)明特殊結(jié)構(gòu)的反轉(zhuǎn)遲滯元件，可有效地減少其在輸出時(shí)所產(chǎn)生的顫動(dòng)(jitter)程度。另外，本發(fā)明特殊結(jié)構(gòu)的具有改良的參數(shù)變異耐受度的振蕩器，可有效地減少其在輸出時(shí)所產(chǎn)生的顫動(dòng)(jitter)程度。其具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，并在同類產(chǎn)品中未見有類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有的振蕩器具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，從而更加適于實(shí)用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下特舉多個(gè)較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1是現(xiàn)有習(xí)知的振蕩器的一種Kvco圖。
圖2是現(xiàn)有習(xí)知的電壓控制振蕩器的多數(shù)條Kvco圖，其顯示當(dāng)此電壓控制振蕩器的多個(gè)元件產(chǎn)生參數(shù)變異時(shí)，所可能顯示的多種不同的Kvco值。
圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施例的一種反轉(zhuǎn)遲滯元件(inverting delaycomponent)的電路圖。
圖4是本發(fā)明較佳實(shí)施例的一種振蕩器的功能方塊圖，此振蕩器是由圖3的反轉(zhuǎn)遲滯元件所構(gòu)成。
圖5是圖4的振蕩器的多數(shù)條Kvco圖，其顯示當(dāng)此振蕩器的多個(gè)元件產(chǎn)生參數(shù)變異時(shí)，所可能顯示的多種不同的Kvco值。
圖6是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的一種反轉(zhuǎn)遲滯元件的電路圖。
300、300(1)、300(2)、300(3)反轉(zhuǎn)遲滯元件302反轉(zhuǎn)部304遲滯控制部306輸入端308補(bǔ)數(shù)輸入端310輸出端312補(bǔ)數(shù)輸出端314第一電流源316第二電流源318、320阻抗元件 340、342晶體管322、324、326、328、330及332晶體管350節(jié)點(diǎn) 400振蕩器600反轉(zhuǎn)遲滯元件 602反轉(zhuǎn)部604遲滯控制部618、620阻抗元件622、624、626、628、630及632晶體管640、642晶體管 VDD供應(yīng)電壓具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的具有改良的參數(shù)變異耐受度的振蕩器及其反轉(zhuǎn)遲滯元件具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施例的一種反轉(zhuǎn)遲滯元件(inverting delaycomponent)的電路圖。請(qǐng)參閱圖3所示，此反轉(zhuǎn)遲滯元件300包括一反轉(zhuǎn)部302及一遲滯控制部304。
此反轉(zhuǎn)部302包括一輸入端306、一補(bǔ)數(shù)輸入端308、一輸出端310及一補(bǔ)數(shù)輸出端312，其中輸入端306是接收一輸入訊號(hào)，而補(bǔ)數(shù)輸入端308是接收此輸入訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)(complement)，且輸出端310是提供一輸出訊號(hào)，且補(bǔ)數(shù)輸出端312是提供此輸出訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)。此反轉(zhuǎn)部302是可執(zhí)行一反轉(zhuǎn)功能，使得此輸出訊號(hào)為此輸入訊號(hào)的補(bǔ)數(shù)的反轉(zhuǎn)版本(invertedversion)以及此輸出訊號(hào)的補(bǔ)數(shù)為輸入訊號(hào)的反轉(zhuǎn)版本。
在一實(shí)施例中，反轉(zhuǎn)部302包括六個(gè)晶體管322、324、326、328、330及332(在一實(shí)施例中，每一晶體管為P型的金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor，MOSFET))。晶體管322及328是一輸入晶體管(input transistors)，以分別接收來自于輸入端306、308的輸入訊號(hào)。較特殊的是，電晶體322具有一閘極端(gateterminal)、一源極端(source terminal)及一汲極端(drain terminal)，其中閘極端是與輸入端306電性連接，以接收輸入訊號(hào)，源極端是與一節(jié)點(diǎn)350電性連接(如圖3的電路所示)而耦接于一供應(yīng)電壓(supplyvoltage)VDD，且一汲極端是耦接于補(bǔ)數(shù)輸出端312。同樣地，晶體管328亦具有一閘極端、一源極端以及一汲極端，其中閘極端是與補(bǔ)數(shù)輸入端308電性連接，以接收一補(bǔ)數(shù)輸入訊號(hào)，而源極端是與一節(jié)點(diǎn)350電性連接，且一汲極端是耦接于輸出端310。
兩中間晶體管324及326是相互跨越耦接(cross-coupled)而形成一鎖存器(latch)。在一實(shí)施例中，這些晶體管324及326是提供此反轉(zhuǎn)部302的反轉(zhuǎn)作動(dòng)。藉由此跨越耦接的方式，每一晶體管324及326的閘極端是耦接于其他晶體管的汲極端。因此，晶體管324的閘極端是耦接于電極體326的汲極端(其依序耦接于輸出端310)，而晶體管324的源極端是耦接于節(jié)點(diǎn)350，且晶體管324的汲極端是耦接于補(bǔ)數(shù)輸出端312。此外，晶體管326的閘極端是耦接于電極體324的汲極端(其依序耦接于補(bǔ)數(shù)輸出端312)，而晶體管326的源極端是耦接于節(jié)點(diǎn)350，且晶體管326的汲極端是耦接于輸出端310。
藉由晶體管330及332，可控制在鎖存器(latch)之間的電壓擺蕩(voltage swing)(在一實(shí)施例中，在控制下，此電壓幾乎于一常數(shù))。在一實(shí)施例中，晶體管330及332是彼此電性耦接以分別作為一有效負(fù)載裝置(active load device)。更特殊的是，晶體管330的閘極端是與其汲極端耦接，以形成二極體型式的有效負(fù)載裝置，而晶體管330的源極端更耦接于節(jié)點(diǎn)350。同樣地，電晶體332的閘極端是耦接于其汲極端，以形成二極體型式的有效負(fù)載裝置，且晶體管332的源極端更耦接于節(jié)點(diǎn)350。
如圖3所示，晶體管322、324及330的汲極端是皆耦接于補(bǔ)數(shù)輸出端312。同樣地，晶體管326、328及332的汲極端是皆耦接于輸出端310。晶體管322、324、330以及晶體管326、328、332是以如圖3所示的方式耦接并交互作用而產(chǎn)生一反轉(zhuǎn)(inverting)功能。在一實(shí)施例中，輸出端310所提供的訊號(hào)為補(bǔ)數(shù)輸入端308所接收的訊號(hào)的一反轉(zhuǎn)版本(invertedversion)，且補(bǔ)數(shù)輸出端312所提供的訊號(hào)為輸入端306所接收的訊號(hào)的反轉(zhuǎn)版本。
遲滯控制部304是耦接于輸出端310以及補(bǔ)數(shù)輸出端312，以接收這些端點(diǎn)的訊號(hào)。該遲滯控制部304可以決定整個(gè)反轉(zhuǎn)遲滯元件300的遲延(delay)，其中一控制訊號(hào)是可控制此遲延。
在一實(shí)施例中，遲滯控制部304包括一第一電流源(currentsource)314與一第二電流源316，其中第一電流源314是耦接于補(bǔ)數(shù)輸出端312，且第二電流源316是耦接于輸出端310。在一實(shí)施例中，第一電流源314為一晶體管340的型式(在一實(shí)施例中，為一N型的金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET))。晶體管340具有一閘極端、一汲極端及一源極端，其中閘極端是接收此控制訊號(hào)，而汲極端是耦接于補(bǔ)數(shù)輸出端312。在一實(shí)施例中，第二電流源316為一晶體管342的型式(在一實(shí)施例中，為一N型的金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET))。晶體管342具有一閘極端、一汲極端及一源極端，其中閘極端是接收此控制訊號(hào)，而汲極端是耦接于輸出端310?？刂朴嵦?hào)是控制由每一電流源314及316所產(chǎn)生的電流量，其依序決定由遲滯控制部304所施加的遲延。每一電流源314及316具有一彼此相互關(guān)連的阻抗，換言之，即第一電流源314具有一第一阻抗且第二電流源316具有一第二阻抗。
在一實(shí)施例中，每一電流源314以及316具有一阻抗元件。較特殊的是，阻抗元件318是耦接于晶體管340的源極端，且阻抗元件320是耦接于晶體管342的源極端。在一實(shí)施例中，阻抗元件318及320為電阻器等型式。阻抗元件318及320將可顯著地增加電流源314及316的輸出阻抗(此現(xiàn)象稱為訊源退化(source degeneration))。較特殊的是，檢視晶體管340的汲極端，第一電流源314的輸出阻抗是大于第一電流源314的第一阻抗(在一實(shí)施例中，第一電流源314的輸出阻抗是大于第一電流源314的第一阻抗的好幾倍)。同樣地，檢視晶體管342的汲極端，第二電流源316的輸出阻抗是大于第二電流源316的第二阻抗(在一實(shí)施例中，第二電流源316的輸出阻抗是大于第二電流源316的第二阻抗的好幾倍)。因此，相較于電流源314及316的一般的輸出阻抗，阻抗元件318及320將可讓電流源314及316呈現(xiàn)出較高的輸出阻抗，其重要性將詳述如下。
如圖3所示的多個(gè)反轉(zhuǎn)遲滯元件300可串聯(lián)地耦接于一閉回路(closeloop)中，以形成一振蕩器。舉例而言，如圖4所示的振蕩器400，其由三個(gè)反轉(zhuǎn)遲滯元件300所構(gòu)成，當(dāng)然本發(fā)明的振蕩器400亦可以由任何整數(shù)n的反轉(zhuǎn)遲滯元件300所構(gòu)成，只要n為比1大的奇數(shù)即可。
請(qǐng)參閱圖4所示，每一反轉(zhuǎn)遲滯元件300具有(1)一輸入端、(2)一補(bǔ)數(shù)輸入端、(3)一補(bǔ)數(shù)輸出端、(4)一輸出端，其中(1)輸入端是耦接于一前導(dǎo)的(preceding)反轉(zhuǎn)遲滯元件300的補(bǔ)數(shù)輸出端。(2)補(bǔ)數(shù)輸入端是耦接于此前導(dǎo)的反轉(zhuǎn)遲滯元件300的輸出端，而(3)補(bǔ)數(shù)輸出端是耦接于此前導(dǎo)的反轉(zhuǎn)遲滯元件300的輸入端，且(4)輸出端是耦接于此后續(xù)的(succeeding)反轉(zhuǎn)遲滯元件300的補(bǔ)數(shù)輸入端。由于這些反轉(zhuǎn)遲滯元件300是以一閉回路的方式耦接在一起，因此最后的反轉(zhuǎn)遲滯元件300(3)是作為第一反轉(zhuǎn)遲滯元件300(1)的前導(dǎo)的反轉(zhuǎn)遲滯元件，且第一反轉(zhuǎn)遲滯元件300(1)是作為最后的反轉(zhuǎn)遲滯元件300(3)的后續(xù)的反轉(zhuǎn)遲滯元件。
每一反轉(zhuǎn)遲滯元件300是耦接在一起，以接收一控制訊號(hào)。此控制訊號(hào)是控制每一反轉(zhuǎn)遲滯元件300的遲延(delay)。藉由控制此遲延，將可控制振蕩器400的輸出訊號(hào)頻率。
請(qǐng)參閱圖3所示，阻抗元件318及320可讓電流源314及316產(chǎn)生較高的輸出阻抗。值得注意的是，這些增加的輸出阻抗將使得振蕩器400對(duì)于其組成元件(例如為晶體管322、324、326、328、330、332、340及342)的參數(shù)變異具有更大的耐受度。
此增加的耐受度的結(jié)果是繪示于圖5，其為本發(fā)明一振蕩器400的三條定性的(qualitative)輸出頻率值/控制電壓值的關(guān)系圖。請(qǐng)參閱圖5所示，KVCO1的圖形顯示在最差情況下的Kvco值(亦就是當(dāng)此振蕩器400的多個(gè)元件符合最低規(guī)格時(shí))，而KVCO3的圖形顯示在最佳情況下的Kvco值(亦即當(dāng)此振蕩器400的多個(gè)元件符合最高規(guī)格時(shí))，且KVCO2的圖形顯示在一般情況下的Kvco值。
請(qǐng)同時(shí)參閱并比較圖5及圖2所示，將可觀察出下列幾點(diǎn)不同處。首先，就在最差情況下與最佳狀況下的Kvco值的圖形而言，圖5的變異顯著地比圖2的變異更小。因此，相較于現(xiàn)有習(xí)知的振蕩器，圖4的振蕩器400將具有較高的元件參數(shù)變異的耐受度。此外，圖5的在最差狀況下的KVCO1圖形的斜率是明顯地小于圖2的在最差狀況下的KVCO1圖形的斜率。因此，相較于現(xiàn)有習(xí)知的振蕩器，圖4的振蕩器400的輸出訊號(hào)的顫動(dòng)(jitter)程度將會(huì)更小。
請(qǐng)參閱圖3所示，阻抗元件318及320不僅可以為電阻器等型式，亦可為其他型式的元件。具例而言，亦可以加偏壓于晶體管，使得此晶體管可當(dāng)作電阻器來使用。因此，任何功能如電阻器的元件皆可作為阻抗元件318及320以達(dá)成本發(fā)明的目的。
另外，如圖3所示，反轉(zhuǎn)部302的晶體管322、324、326、328、330及332為P型晶體管，且遲滯控制部304的晶體管340及342為N型晶體管。當(dāng)然，反轉(zhuǎn)部的晶體管亦可以為N型晶體管，且遲滯控制部的晶體管亦可以為P型晶體管，以下則為此例子的一實(shí)施例。請(qǐng)參閱圖6所示，反轉(zhuǎn)遲滯元件600包括一反轉(zhuǎn)部602及一遲滯控制部604，其中反轉(zhuǎn)部602的多個(gè)晶體管622、624、626、628、630及632皆為N型晶體管，而遲滯控制部604的多個(gè)晶體管640及642為P型晶體管，皆包含在本發(fā)明所欲保護(hù)的范圍內(nèi)。
綜上所述，由于本發(fā)明的反轉(zhuǎn)遲滯元件與振蕩器的電流源的輸出阻抗較高，故振蕩器將具有較高的參數(shù)變異耐受度，故可有效地減少振蕩器在輸出時(shí)所產(chǎn)生的顫動(dòng)(jitter)程度。
以上所述，僅是本發(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，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種反轉(zhuǎn)遲滯元件，其特征在于其包括一反轉(zhuǎn)部，具有一輸入端，以接收一輸入訊號(hào)；一補(bǔ)數(shù)輸入端，以接收該輸入訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)；一輸出端，以提供一輸出訊號(hào)；以及一補(bǔ)數(shù)輸出端，以提供該輸出訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)，其中該反轉(zhuǎn)部可執(zhí)行一反轉(zhuǎn)功能(inverting function)，使得該輸出訊號(hào)為該輸入訊號(hào)的該補(bǔ)數(shù)的一反轉(zhuǎn)版本(inverted version)，且該輸出訊號(hào)的該補(bǔ)數(shù)為該輸入訊號(hào)的一反轉(zhuǎn)版本；以及一遲滯控制部，包括一第一電流源，具有一第一阻抗，而該第一電流源是耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端，以及耦接至接收一控制訊號(hào)；一第一阻抗元件，是耦接于該第一電流源，而該第一阻抗元件可讓該第一電流源產(chǎn)生一第一輸出阻抗，其中該第一輸出阻抗是遠(yuǎn)大于該第一阻抗；一第二電流源，具有一第二阻抗，而該第二電流源是耦接于該輸出端，以及耦接至接收該控制訊號(hào)；以及一第二阻抗元件，是耦接于該第二電流源，而該第二阻抗元件可讓該第二電流源產(chǎn)生一第二輸出阻抗，其中該第二輸出阻抗是遠(yuǎn)大于該第二阻抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其特征在于其中所述的第一電流源包括一第一晶體管，而該第一晶體管包括一汲極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；一閘極端，以接收該控制訊號(hào)；以及一源極端，耦接于該第一阻抗元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其特征在于其中所述的第二電流源包括一第二晶體管，而該第二晶體管包括一汲極端，耦接于該輸出端；一閘極端，以接收該控制訊號(hào)；以及一源極端，耦接于該第二阻抗元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其特征在于其中所述的第一阻抗元件包括一第一電阻器，且該第二阻抗元件包括一第二電阻器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其特征在于其中所述的第一阻抗元件包括一第三晶體管，當(dāng)施加偏壓于該第三晶體管時(shí)，此時(shí)該第三晶體管可當(dāng)作一電阻器來使用，且該第二阻抗元件包括一第四晶體管，當(dāng)施加偏壓于該第四晶體管時(shí)，此時(shí)該第四晶體管可當(dāng)作一電阻器來使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其特征在于其中所述的反轉(zhuǎn)部包括一第一晶體管，具有一閘極端，耦接于該輸入端；一汲極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；以及一源極端，耦接于一第一節(jié)點(diǎn)；一第二晶體管，具有一閘極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸入端；一汲極端，耦接于該輸出端；以及一源極端，耦接于該第一節(jié)點(diǎn)；一第三晶體管，具有一閘極端，耦接于該輸出端；一汲極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；以及一源極端，耦接于該第一節(jié)點(diǎn)；以及一第四晶體管，具有一閘極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；一汲極端，耦接于該輸出端；以及一源極端，耦接于該第一節(jié)點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其特征在于其中所述的反轉(zhuǎn)部更包括一第五晶體管，具有一閘極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；一汲極端，耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端；以及一源極端，耦接于該第一節(jié)點(diǎn)；以及一第六晶體管，具有一閘極端，耦接于該輸出端；一汲極端，耦接于該輸出端；以及一源極端，耦接于該第一節(jié)點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其特征在于其中所述的第一電流源包括一第七晶體管，具有一汲極端、一閘極端與一源極端，其中該汲極端是耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端，而該閘極端是用以接收該控制訊號(hào)，且該源極端是耦接于該第一阻抗元件，以及該第二電流源包括一第八晶體管，具有一汲極端、一閘極端與一源極端，其中該汲極端是耦接于該輸出端，而該閘極端是用以接收該控制訊號(hào)，且該源極端是耦接于該第二阻抗元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其特征在于其中所述的第一阻抗元件包括一第一電阻器，且該第二阻抗元件包括一第二電阻器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的反轉(zhuǎn)遲滯元件，其特征在于其中所述的第一阻抗元件包括一第九晶體管，當(dāng)施加偏壓于該第九晶體管時(shí)，此時(shí)該第九晶體管可當(dāng)作一電阻器來使用，且該第二阻抗元件包括一第十晶體管，當(dāng)施加偏壓于該第十晶體管時(shí)，此時(shí)該第十晶體管可當(dāng)作一電阻器來使用。
11.一種具有改良的參數(shù)變異耐受度的振蕩器，其特征在于其包括一n個(gè)數(shù)目的反轉(zhuǎn)遲滯元件，是串聯(lián)地耦接以形成一閉回路(closeloop)，其中n為比1大的一奇數(shù)，而每一該些反轉(zhuǎn)遲滯元件包括一反轉(zhuǎn)部，具有一輸入端，以接收一輸入訊號(hào)；一補(bǔ)數(shù)輸入端，以接收該輸入訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)；一輸出端，以提供一輸出訊號(hào)；以及一補(bǔ)數(shù)輸出端，以提供該輸出訊號(hào)的一補(bǔ)數(shù)，其中該反轉(zhuǎn)部可執(zhí)行一反轉(zhuǎn)功能(inverting function)，使得該輸出訊號(hào)為該輸入訊號(hào)的該補(bǔ)數(shù)的一反轉(zhuǎn)版本(inverted version)，且該輸出訊號(hào)的該補(bǔ)數(shù)為該輸入訊號(hào)的一反轉(zhuǎn)版本；以及一遲滯控制部，包括一第一電流源，具有一第一阻抗，而該第一電流源是耦接于該補(bǔ)數(shù)輸出端，以及耦接至接收一控制訊號(hào)；一第一阻抗元件，是耦接于該第一電流源，而該第一阻抗元件可讓該第一電流源產(chǎn)生一第一輸出阻抗，其中該第一輸出阻抗是遠(yuǎn)大于該第一阻抗；一第二電流源，具有一第二阻抗，而該第二電流源是耦接于該輸出端，以及耦接至接收該控制訊號(hào)；以及一第二阻抗元件，是耦接于該第二電流源，而該第二阻抗元件可讓該第二電流源產(chǎn)生一第二輸出阻抗，其中該第二輸出阻抗是遠(yuǎn)大于該第二阻抗，而該輸入端與該補(bǔ)數(shù)輸入端是分別地耦接于一前導(dǎo)(preceding)反轉(zhuǎn)遲滯元件的一補(bǔ)數(shù)輸出端與一輸出端，其中該輸出端與該補(bǔ)數(shù)輸出端是分別地耦接于一后續(xù)(succeeding)反轉(zhuǎn)遲滯元件的一補(bǔ)數(shù)輸入端與一輸入端。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種具有改良的參數(shù)變異耐受度的振蕩器及其反轉(zhuǎn)遲滯元件，可讓振蕩器具有較高的參數(shù)變異耐受度，使得當(dāng)振蕩器在最差情況(亦就是當(dāng)此振蕩器的多個(gè)元件符合最低規(guī)格時(shí))與最佳狀況(亦就是當(dāng)此振蕩器的多個(gè)元件符合最高規(guī)格時(shí))之間時(shí)，此時(shí)振蕩器的Kvco值的變化甚小。換言之，本發(fā)明的振蕩器是在最差情況下的Kvco值，將顯著地小于現(xiàn)有習(xí)知的振蕩器，因此，可有效地減少振蕩器在輸出時(shí)所產(chǎn)生的顫動(dòng)(jitter)程度，而設(shè)計(jì)出低顫動(dòng)(low－jitter)的振蕩器。
文檔編號(hào)H03L7/099GK1601906SQ200410090398
公開日2005年3月30日 申請(qǐng)日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月30日
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