專利名稱：具有低噪聲延遲電路的電子電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括延遲電路的電路，并且優(yōu)選地涉及一種包 括這種延遲電路的鋸齒波振蕩器。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利第6,107,894號(hào)描述了一種具有最小頻率噪聲的鋸齒波 振蕩器。該鋸齒波振蕩器包括多個(gè)級(jí)，每個(gè)級(jí)均包括積分電流源、積 分電路、參考電壓源和比較電路。每個(gè)級(jí)均起延遲級(jí)的作用。當(dāng)一個(gè) 級(jí)處于激活狀態(tài)時(shí)，積分電路對(duì)來(lái)自積分電流源的電流進(jìn)行積分，比 較器對(duì)參考電壓和來(lái)自積分電路的結(jié)果電壓進(jìn)行比較。當(dāng)來(lái)自積分電 路的電壓達(dá)到參考電壓時(shí)，下一級(jí)被啟動(dòng)，這在該級(jí)被啟動(dòng)后會(huì)出現(xiàn) 延遲。通過采用逐漸比較機(jī)制，使頻率噪聲最小化，這消除了對(duì)參考 電壓中的高頻率噪聲的靈敏度。
對(duì)來(lái)自這種類型振蕩器的剩余噪聲的估計(jì)顯示仍然存在一些噪 聲，主要是具有1/f噪聲特性的低頻噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的尤其是為了降低在鋸齒波振蕩器中引起噪聲的效應(yīng)。
在權(quán)力要求1中闡述了根據(jù)本發(fā)明的電路。在該電路中，相關(guān) 電路保證積分電路的不可避免的波動(dòng)部分和參考電壓是相關(guān)的，從而 基本上消除了它們對(duì)振蕩器頻率的影響。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)剩余的頻率噪聲的 一個(gè)重要來(lái)源是積分電流和/或參考電壓中的1/f噪聲。這種1/f噪聲 不能被抑制，但是通過使這種噪聲在震蕩頻率噪聲上有相關(guān)但相反的 效應(yīng)，可以消除這種噪聲。


采用以下附圖，從示范性實(shí)施例的描述，這些和其它目標(biāo)以及 有利方面將變得明確。
圖1示出了具有振蕩器的電路。
圖2-4示出了鋸齒波延遲級(jí)。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了具有振蕩器的電子電路，該振蕩器通過緩沖器14與 功能電路12耦接。振蕩器包括多個(gè)被耦接在無(wú)限回路中的鋸齒波延 遲級(jí)10a-d。例如，功能電路12是接收機(jī)電路(為此，振蕩器起本 機(jī)振蕩器的作用)，或數(shù)字電路(為此，振蕩器起時(shí)鐘電路的作用)。 例如，緩沖器14可包含閾值電路。每個(gè)鋸齒延遲級(jí)包括復(fù)位電路100、 相關(guān)電流和電壓源102、積分電路104和電流調(diào)制器106。采用電容 器104a來(lái)實(shí)現(xiàn)積分電路104。耦接復(fù)位電路100，以在隨后鋸齒波延 遲級(jí)10a-d的控制下泄漏來(lái)自積分電路104的積分電荷。雖然未明確 示出，但是如在美國(guó)6,107,894中所述的一樣， 一個(gè)或多個(gè)延遲級(jí)可 具有起動(dòng)電路。應(yīng)該理解的是，在振蕩器中可以使用任何數(shù)量的鋸齒 波延遲級(jí)。
相關(guān)電流和電壓源102的電流輸出端與積分電路104耦接，積 分電路104的輸出端與電流調(diào)制器106的第一控制輸入端耦接。相關(guān) 電流和電壓源102的參考電壓輸出端與電流調(diào)制器106的第二控制輸 入端耦接。以示例的方式，相關(guān)電流和電壓源102可以實(shí)現(xiàn)為電流反 射鏡102a的輸出端系列，在其輸入端為恒流源102c，其各個(gè)輸出端 用作各個(gè)鋸齒波延遲級(jí)10a-d的電流輸出端，其另一輸出端與阻抗 102b耦接并且用作每個(gè)鋸齒波延遲級(jí)10a-d的參考電壓輸出端。因 此，相關(guān)電流和電壓源102作為相關(guān)電路來(lái)工作，其確保了來(lái)自電流 源102c的電流的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致輸出電流和參考電壓中的相關(guān)波動(dòng)。
電流調(diào)制器106被耦接在相關(guān)電流和電壓源102的電流輸出端 和積分電流104之間。電流調(diào)制器106具有差分控制輸入端，第一控 制輸入端用作與前一鋸齒波延遲級(jí)10a-d的積分電路104耦接的鏈?zhǔn)捷斎攵?，第二控制輸入端用作與相關(guān)電流和電壓源102的參考電壓輸 出端耦接的參考輸入端。
在工作時(shí)，當(dāng)電流調(diào)制器106開始允許來(lái)自相關(guān)電流和電壓源
102的電流到達(dá)積分電路104時(shí)，鋸齒波延遲級(jí)10a-d開始延遲周期。
當(dāng)產(chǎn)生的積分電壓接近對(duì)應(yīng)于提供在相關(guān)電流和電壓源102的參考 電壓輸出端的電壓的電平時(shí)，下一個(gè)鋸齒波延遲級(jí)的電流調(diào)制器106 被激活。而且，上升的積分電壓還使前級(jí)的復(fù)位電路IOO對(duì)該級(jí)的積 分電路104進(jìn)行復(fù)位。
相關(guān)電流和電壓源102保證了積分電流中的低頻噪聲與參考電 壓中的噪聲(在此所用的低頻噪聲指的是在遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于振蕩器頻率的頻 率下的噪聲)是相關(guān)的。因此，以不影響該級(jí)的延遲時(shí)間的凈效應(yīng)來(lái) 實(shí)現(xiàn)由于較低的積分電流而產(chǎn)生的具有按比例較小的參考電平的較 慢積分。以此方式，消除了l/f噪聲的影響。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，晶體管形成 了 1/f噪聲的主要來(lái)源。因此，用于振蕩器工作的參考電流(來(lái)自電 流源102c)(優(yōu)選地，用某種溫度變化補(bǔ)償電路來(lái)產(chǎn)生)通常形成 了影響振蕩器頻率的1/f噪聲的主要來(lái)源。該電路確保了該噪聲不會(huì) 影響振蕩頻率。
圖2示出了延遲級(jí)10的實(shí)施例，其中電流調(diào)制器106是由第一 和第二晶體管20， 22實(shí)現(xiàn)的。第一和第二晶體管20， 22的源極均被 耦接到相關(guān)電流和電壓源102的電流源輸出端。第一晶體管20的柵 極與相關(guān)電流和電壓源102的電壓源輸出端耦接。第一晶體管20的 漏極與積分電路104耦接。第二晶體管22的柵極與延遲級(jí)10的輸入 端耦接，第二晶體管22的漏極接地。在工作時(shí)，第一和第二晶體管 20用作差分放大器，這確保了提供給積分電路104的電流是響應(yīng)于 上升的鋸齒波輸入電壓而逐漸上升的。這產(chǎn)生了以下結(jié)果如果存在 的話，在相關(guān)的電流和電壓源102的參考電壓輸出端的電壓的快速波 動(dòng)對(duì)振蕩頻率不會(huì)產(chǎn)生重大的影響。
圖3示出了鋸齒波延遲級(jí)10的實(shí)施例，其中第二晶體管22的 漏極通過阻抗30接地。漏極和阻抗30之間的節(jié)點(diǎn)32充當(dāng)參考電壓 輸出端，并與第一晶體管20的柵極耦接。第一和第二晶體管20， 22
的源極與向每個(gè)鋸齒波延遲級(jí)提供電流的電流反射鏡34的輸出端耦 接。因此，與柵極的耦接用作相關(guān)電路的一部分，這確保了來(lái)自電流
反射鏡34的電流的低頻波動(dòng)與在柵極的參考電壓的波動(dòng)是相關(guān)的。
以此方式，產(chǎn)生了時(shí)變參考電壓。因此，該電路的工作與早期
電路不同。首先，通過阻抗30的電流高，因此參考電壓高。當(dāng)在第 二晶體管22的柵極從前一鋸齒波延遲級(jí)(未示出)接收到的積分電 壓開始接近這個(gè)高的參考電壓時(shí)，電流逐漸從第二晶體管22改變路 線到第一晶體管20，這引起了參考電壓的下降。這個(gè)下降反過來(lái)會(huì) 增加電流改變路線的速度，從而實(shí)現(xiàn)了到達(dá)積分電路104的電流的較 小的逐步開始。
來(lái)自電流反射鏡34的電流限定了積分的速度，以及在第二晶體 管22的柵極的輸入電壓電平，該輸入電壓電平導(dǎo)致了到達(dá)積分電路 104的電流的開始。因此，抑制了來(lái)自電流反射鏡34的電流中的低 頻波動(dòng)對(duì)振蕩頻率的影響。而且，與圖1相比，由于用于產(chǎn)生圖1 中的參考電壓的反射鏡34的另外輸出端沒有出現(xiàn)在圖3的電路中， 所以去除了由于采用這個(gè)另外輸出端而產(chǎn)生的1/f噪聲。而且，由于 過程開展而產(chǎn)生的電流反射鏡的組件之間的差異對(duì)頻率具有較小的 影響。
圖3的電路的一個(gè)可能不利點(diǎn)是由第一和第二晶體管20， 22實(shí) 現(xiàn)的放大器的增益會(huì)影響振蕩頻率。因此，會(huì)引起溫度依賴性。在另 一實(shí)施例中，可將具有電容值的電容器(未示出)放置在具有阻抗 30的并聯(lián)電路中，從而該電容器和阻抗30的RC時(shí)間大于(優(yōu)選為 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于)鋸齒波延遲級(jí)的延遲時(shí)間。在另一實(shí)施例中，在積分期間， 可采用采樣電路來(lái)斷開該電容器和第一晶體管20的柵極與阻抗30 之間的耦接。在另一實(shí)施例中，不同級(jí)的節(jié)點(diǎn)32可同時(shí)耦接到一個(gè) 阻抗，以產(chǎn)生平均參考電壓。
圖4示出了鋸齒波延遲級(jí)的實(shí)施例，其中鋸齒波延遲級(jí)10a， b 中的第二晶體管22的漏極通過阻抗30接地。級(jí)10b的漏極和阻抗 30之間的節(jié)點(diǎn)32充當(dāng)參考電壓輸出端。與先前附圖相比，節(jié)點(diǎn)32 與前級(jí)10a的參考電壓輸入端耦接。以此方式，在當(dāng)積分電壓接近參
考電壓時(shí)的參考電壓不取決于增益，也不通過增益取決于溫度。因此， 與柵極的耦接用作相關(guān)電路的一部份，這確保了從電流反射鏡34的 一個(gè)輸出端到一個(gè)級(jí)的電流中的低頻率波動(dòng)與在另一個(gè)級(jí)的第二晶 體管的柵極處的參考電壓中的波動(dòng)是相關(guān)的。如前述一樣消除了參考 電流中的噪聲對(duì)振蕩頻率的影響，這是因?yàn)閰⒖茧妷汉蛥⒖茧娏髦械?波動(dòng)對(duì)振蕩電流具有相反影響。
而且，還消除了來(lái)自電流反射鏡34的不同輸出端的噪聲對(duì)振蕩
頻率的貢獻(xiàn)。前級(jí)的參考電壓的增加(伴隨著前級(jí)的延遲時(shí)間的增加) 補(bǔ)償了鋸齒波延遲級(jí)的積分電流的任何局部增加(伴隨著延遲時(shí)間的
降低)。優(yōu)選地，振蕩器中的每個(gè)鋸齒波延遲級(jí)的節(jié)點(diǎn)32與其各個(gè) 前鋸齒波延遲級(jí)耦接。因此，消除了來(lái)自每個(gè)電流輸出端的噪聲貢獻(xiàn)。 雖然示出了節(jié)點(diǎn)32與直接前一級(jí)的鋸齒波延遲級(jí)的參考電壓輸入端 的耦接，但是應(yīng)該理解，節(jié)點(diǎn)32可與更遠(yuǎn)距離的具有相同消除影響 的鋸齒波延遲級(jí)的參考電壓輸入端耦接。實(shí)際上，對(duì)于所有的鋸齒波 延遲級(jí)，包含節(jié)點(diǎn)的鋸齒波延遲級(jí)和節(jié)點(diǎn)電壓被用作參考的鋸齒波延 遲級(jí)之間的距離不需要相同。即使在每個(gè)鋸齒波延遲級(jí)中的節(jié)點(diǎn)32 不被耦接到各個(gè)其它的鋸齒延遲級(jí)(例如， 一些節(jié)點(diǎn)32與多于一個(gè) 級(jí)耦接，以及其它節(jié)點(diǎn)32不與任何級(jí)耦接，或者將類似于圖l中的 節(jié)點(diǎn)的參考電路用于其它目的)，仍然能實(shí)現(xiàn)一定量的消除。
雖然已經(jīng)示出了特定示例，但是應(yīng)該理解各種變化是可行的。 例如，應(yīng)該理解，在振蕩器中可以使用任何數(shù)量的鋸齒波延遲級(jí)。雖 然在圖1中示出了四個(gè)，但是可以使用6個(gè)或大于1的任何數(shù)量。而 且，應(yīng)該理解在級(jí)之間的連接的選擇上存在相當(dāng)大的自由度。級(jí)的序 列是由級(jí)的輸出端被耦接到鏈接輸入端的序列確定的。例如，雖然圖 1示出了使用來(lái)自該序列中的前兩個(gè)鋸齒波延遲級(jí)的復(fù)位信號(hào)，但是 應(yīng)該理解，可以使用來(lái)自序列中的不同位置處的鋸齒波延遲級(jí)的復(fù)位 信號(hào)。而且，雖然已經(jīng)示出了具有用于對(duì)積分電路104中的電容器進(jìn) 行分路的晶體管的簡(jiǎn)單復(fù)位電路，但是應(yīng)該理解可以采用較復(fù)雜的電 路，例如如在美國(guó)6,107,894中所述的電路。而且，雖然已經(jīng)示出了 振蕩器電路的示例，但是應(yīng)該理解，還可以將鋸齒波延遲級(jí)而且尤其是這種級(jí)的串聯(lián)用作準(zhǔn)確的延遲電路。類似地，可將來(lái)自節(jié)點(diǎn)32的 參考電壓施加到序列中的不同距離處的級(jí)的參考輸入端。
而且，雖然已經(jīng)示出了具有固定頻率的振蕩器的實(shí)施例，但是 應(yīng)該理解，作為選擇可以使用具有可控頻率的振蕩器。例如，這可通 過采用一個(gè)可調(diào)阻抗(或多個(gè)可調(diào)阻抗)以產(chǎn)生參考電壓的方式來(lái)實(shí) 現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，使用了阻抗的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中與阻抗耦接的開 關(guān)至少對(duì)一部分阻抗進(jìn)行分路。因此，能夠進(jìn)行振蕩器頻率的數(shù)字調(diào) 節(jié)。所述開關(guān)可能引入另外的1/f噪聲，但是通過采用這些開關(guān)來(lái)僅 僅對(duì)一個(gè)阻抗或一部分阻抗進(jìn)行分路，可以將該噪聲影響保持在低水
平。在另一實(shí)施例中，在電流反射鏡102a、 34中可使用可選擇性地 開啟/關(guān)閉的可切換的并聯(lián)電流輸出端，以將數(shù)字控制的積分電流和/ 或電流提供到參考電壓輸出端。在其它實(shí)施例中，開啟/關(guān)閉可切換 或連續(xù)可調(diào)的額外電流可被饋送到第一和第二晶體管20， 22外部的 阻抗和/或積分電路，以調(diào)節(jié)頻率。應(yīng)當(dāng)理解的是，任何這樣的電流 都將使噪聲影響的消除不完美，但是當(dāng)使用相對(duì)較小的額外電流時(shí)， 仍然能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)數(shù)量的消除。在另一實(shí)施例中，任何類型的數(shù)字調(diào) 節(jié)可與sigma-delta技術(shù)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)可調(diào)的平均振蕩頻率。
而且，雖然已經(jīng)示出了優(yōu)選的積分電路和電流調(diào)制器的簡(jiǎn)單示 例，但是應(yīng)該理解，可采用更復(fù)雜的電路。例如，如果高頻噪聲沒問 題，可采用更突變(開啟/關(guān)閉)的電流調(diào)制，例如使用比較器電路 來(lái)控制相關(guān)電流和電壓源102的電流源輸入端和積分電路104之間的 開關(guān)。而且，雖然電阻器優(yōu)選地被用作阻抗102b， 30，但是應(yīng)該理 解的是，可選地，在此使用的"阻抗"可以是任何其他可以產(chǎn)生取決 于流經(jīng)電路的電流的電壓的電路。類似地，雖然用阻抗產(chǎn)生了各種電 壓，但是應(yīng)該明白，在不影響電路工作的情況下，可將另外的阻抗與 不影響產(chǎn)生的電壓的這些阻抗串聯(lián)起來(lái)。
權(quán)利要求
1.一種電子電路，其包括延遲電路，該延遲電路包括鋸齒波延遲級(jí)(10a-d)的鏈和相關(guān)電路(102、30、32、34)，每個(gè)鋸齒波延遲級(jí)(10a-d)均包括積分電路(104)和耦接在積分電路(104)和相關(guān)電路(102、30、32、34)的各個(gè)電流輸出端之間的電流調(diào)制器(106)，每個(gè)連續(xù)的鋸齒波延遲級(jí)(10a-d)的電流調(diào)制器(106)具有參考輸入端和與所述鏈中的前一鋸齒波延遲級(jí)(10a-d)的積分電路(104)的輸出端耦接的鏈?zhǔn)捷斎攵耍鱿嚓P(guān)電路(102、30、32、34)與所述鋸齒波延遲級(jí)(10a-d)中的至少第一級(jí)的電流調(diào)制器(106)的參考輸入端耦接，所述相關(guān)電路(102、30、32、34)用于從所述電流輸出端的至少一個(gè)電流輸出端產(chǎn)生電流，以及至少部分從共用參考(102c)在所述鋸齒波延遲級(jí)(10a-d)的所述第一級(jí)的參考輸入端產(chǎn)生參考電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中與所述相關(guān)電路(102、 30、 32、 34)的至少一個(gè)電流輸出端耦接的電流調(diào)制器(106)包括 電流分解電路(20、 22)，該電流分解電路的輸入端與所述相關(guān)電路(102、 30、 32、 34)的各個(gè)電流輸出端耦接，其第一和第二輸出端 分別與所述積分電路(104)和阻抗(30)耦接，所述電流調(diào)制器(106) 在所述鏈?zhǔn)捷斎攵撕退鰠⒖驾斎攵酥g的電壓差的控制下用于調(diào) 制通過第一和第二輸出端的電流之間的比例，所述第二輸出端和阻抗(30)之間的節(jié)點(diǎn)(32)與所述鋸齒波延遲級(jí)(10a-d)的第一級(jí)的 參考輸入端耦接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子電路，其中與所述電流輸出端的 至少一個(gè)電流輸出端耦接的電流調(diào)制器(106)除了是所述鋸齒波延 遲級(jí)(10a-d)的第一級(jí)的電流調(diào)制器(106)之外，還是鋸齒波延遲 級(jí)(10a-d)的第二級(jí)的電流調(diào)制器(106)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中每個(gè)鋸齒波延遲級(jí)(10a-d)的電流調(diào)制器(106)包括電流分解電路(20、 22)，其電 流輸入端與所述相關(guān)電路(102、 30、 32、 34)的各個(gè)電流輸出端耦 接，其第一和第二輸出端分別與所述積分電路(104)和所述鋸齒波 延遲級(jí)的阻抗(30)耦接，所述電流調(diào)制器(106)在所述鏈?zhǔn)捷斎?端和所述參考輸入端之間的電壓差的控制下用于調(diào)制通過第一和第 二輸出端電流之間的比例，所述鋸齒波延遲級(jí)(lOa-d)被耦接在振 蕩器回路中，每個(gè)特定的鋸齒波延遲級(jí)(10a-d)的第二輸出端和阻 抗(30)之間的節(jié)點(diǎn)(32)與各個(gè)不同的鋸齒波延遲級(jí)(10a-c)的 參考輸入端耦接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子電路，其中所述電流輸出端的至 少一個(gè)與鋸齒波延遲級(jí)(10a-c)的第一級(jí)耦接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中所述相關(guān)電路(102、 30、 32、 34)包括參考電流源(102c)和電流反射鏡(102a)，該電 流反射鏡的輸入端與所述參考電流源(102c)耦接，多個(gè)電流反射鏡 輸出端形成了與各個(gè)鋸齒波延遲電路的電流調(diào)制器(106)耦接的電 流輸出端。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子電路，其包括與所述電流反射鏡 (102a)的另一電流反射鏡輸出端耦接的阻抗(102b)，所述阻抗 (102b)和所述另一電流反射鏡輸出端之間的節(jié)點(diǎn)與所述鋸齒波延遲級(jí)(10a-c)中的第一級(jí)的參考輸入端耦接。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中所述鋸齒波延遲級(jí) (10a-c)被耦接在振蕩器回路中。
全文摘要
一種電子電路，其包括具有鋸齒波延遲級(jí)(10a-d)鏈的延遲電路，例如將該延遲電路耦接在回路中形成振蕩器。每個(gè)級(jí)均包括積分電路(104)和與該積分電路(104)耦接的電流調(diào)制器(106)。當(dāng)積分結(jié)果達(dá)到由參考電壓定義的電平時(shí)，每個(gè)級(jí)均觸發(fā)下一級(jí)中的轉(zhuǎn)換。相關(guān)電路(102、30、32、34)具有電流輸出端，以產(chǎn)生至電流調(diào)制器(106)的電流和用于鋸齒波延遲級(jí)(10a-d)的參考電壓。至少部分地從共用參考(102c)產(chǎn)生參考電壓，從而以至少部分地消除噪聲對(duì)延遲時(shí)間的影響的方式來(lái)對(duì)來(lái)自電流調(diào)制器(106)的電流中的噪聲和參考電壓進(jìn)行相關(guān)處理。
文檔編號(hào)H03K4/00GK101341655SQ200680047943
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月20日
發(fā)明者約翰內(nèi)斯·P·A·弗蘭巴赫 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司