專利名稱：一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線收發(fā)電路技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán) 頻率綜合器。
背景技術(shù)：
隨著集成電路制造工藝的不斷發(fā)展，集成電路設(shè)計進入深亞微米時代，當(dāng)器件尺 寸越做越小時，一個CMOS工藝從開發(fā)到成熟定型總伴隨著各種各樣的性能波動，其原因是 工藝上存在的偏差使得同樣的器件性能存在波動。一個CMOS工藝之所以會存在各種各樣的性能波動，這是由于為了達到給定的目 標，工藝參數(shù)(包括摻雜，掩模技術(shù)等)總在進行不斷的調(diào)整?？偟膩碚f，一次工藝樣片的 性能參數(shù)服從正態(tài)分布，而多次樣片的均值又在所謂的guard band(安全帶)內(nèi)波動。最 終工藝會“收斂”在接近理想值或者說特征值，而收斂所需的時間各個工藝廠商都不相同， 大約2至3年左右。期間的任何模型更新變動都是正常的。也就是說在集成電路仿真設(shè)計 中，會遇到不同程度的器件模型與實際器件性能存在偏差，實際器件在不同晶圓的不同位 置以及出貨的不同批次也存在性能波動的情況。舉鎖相環(huán)頻率綜合器為例，假如實際流片MOSFET存在的工藝波動引起的MOSFET 頻率特性之間存在的偏差較大，F(xiàn)ast狀態(tài)的MOSFET與Slow狀態(tài)的MOSFET之間頻率特性 相差25%的話，一個由多級反相器組成的Ring VCO振蕩電路特征頻率就有可能偏移25% . 假如這個振蕩電路的特征頻率是1GHz，它的頻率偏移就在250MHz.而整個鎖相環(huán)頻率綜合 器的頻率范圍也將偏移250MHz。這就很有可能導(dǎo)致整個芯片無法正常工作。由于工藝存在 的波動，當(dāng)鎖相環(huán)綜合器需要覆蓋一定的頻率范圍時，就無法在各個工藝波動狀態(tài)下都能 夠滿足設(shè)計需求。傳統(tǒng)的做法是設(shè)計多個不同頻率范圍的VC0，然后根據(jù)電路需求進行自動 切換，圖1為現(xiàn)有技術(shù)的鎖相環(huán)頻率綜合器的結(jié)構(gòu)示意圖。為了減小可能存在的較大工藝波動對集成電路設(shè)計及制造帶來的影響，我們需要 在集成電路設(shè)計中引入一些能夠反饋當(dāng)前工藝波動并對電路進行自動調(diào)節(jié)的工藝波動自 適應(yīng)技術(shù)。

實用新型內(nèi)容本實用新型所解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠根據(jù)MOSFET工藝波動狀態(tài)對鎖 相環(huán)壓控振蕩器輸出信號的頻率范圍進行自動調(diào)節(jié)，從而使整個頻率綜合器不受工藝波動 影響的鎖相環(huán)頻率綜合器。為了實現(xiàn)所述目的，本實用新型提出一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器，包 括鑒頻鑒相器；電荷泵，和所述鑒頻鑒相器相連；環(huán)路濾波器，和所述電荷泵相連；壓控 振蕩器，和所述環(huán)路濾波器相連；MOSFET工藝波動反饋電路，和所述壓控振蕩器相連；分頻 器，和所述壓控振蕩器、所述鑒頻鑒相器分別相連?？蛇x的，所述的MOSFET工藝波動反饋電路包括一個MOSFET頻率特性偏差檢測器和一組由檢測器給出的反饋信號所控制的多路開關(guān)電流反饋信號控制電路。可選的，所述的MOSFET頻率特性偏差檢測器，用以探測集成電路制造過程中由于 半導(dǎo)體工藝引起的MOSFET頻率特性的波動，包括參考電荷電路；計數(shù)器電路；電壓控制振 蕩器，所述電壓控制振蕩器的一端耦接于所述參考電荷電路，另一端耦接于所述計數(shù)器電路?？蛇x的，所述參考電荷電路包括固定電阻，其一端接地；以及帶隙電流源，耦接 于所述固定電阻的另一端?？蛇x的，所述電壓控制振蕩器還包括第一反相器，其包括第一 P型MOS和第一 N 型MOS ；第二反相器，其包括第二 P型MOS和第二 N型MOS ；第三反相器，其包括第三P型MOS 和第三N型MOS ；第一電阻，其一端耦接于所述第一 N型MOS的源極，另一端接地；第二電阻， 其一端耦接于所述第一 N型MOS的漏極，另一端接地；以及電容，與所述第二電阻并聯(lián)在所 述第一 N型MOS的源極與地之間；其中，所述第一 P型MOS的源極與所述第一 N型MOS的漏 極耦接于所述第二 P型MOS與所述第二 N型MOS的柵極，所述第二 P型MOS的源極與所述 第二 N型MOS的漏極耦接于所述第三P型MOS與所述第三N型MOS的柵極，所述第三P型 MOS的源極與所述第三N型MOS的漏極耦接于所述第一 P型MOS的柵極?？蛇x的，所述控制電壓信號通過所述第一 N型MOS的柵極輸入，所述輸出電壓信號 通過所述第一 N型MOS的漏極輸出?？蛇x的，所述的多路開關(guān)電流反饋電路包括工藝波動檢測讀數(shù)譯碼電路和壓控 振蕩器電流控制電路。由于采用了所述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型一種工藝波動自適應(yīng)鎖 相環(huán)頻率綜合器具有以下優(yōu)點本實用新型提供的一種鎖相環(huán)頻率綜合器，采用個MOSFET 頻率特性偏差檢測器和一組由檢測器給出的反饋信號所控制的多路開關(guān)電流反饋信號控 制電路組成的MOSFET工藝波動反饋電路，根據(jù)MOSFET工藝波動狀態(tài)對鎖相環(huán)壓控振蕩器 輸出信號的頻率范圍進行自動調(diào)節(jié)，從而使整個頻率綜合器不受工藝波動影響，始終工作 在最佳的振蕩狀態(tài)。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的鎖相環(huán)頻率綜合器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型所采用的MOSFET頻率特性偏差檢測器的電路原理圖；圖4為本實用新型所采用的MOSFET頻率特性偏差檢測器中電壓控制振蕩器的電 路原理圖；圖5為本實用新型所采用的MOSFET工藝波動反饋電路的電路原理圖。
具體實施方式
下面，結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明。首先，請參考圖2，圖2為本實用新型一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器的 結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中，鎖相環(huán)頻率綜合器包括鑒頻鑒相器，用于檢測外部參考信號和內(nèi)部 反饋信號之間的相位差；電荷泵，連接所述鑒頻鑒相器，用于放大所述鑒頻鑒相器的輸出信
4號，并輸出控制電壓信號；環(huán)路濾波器，連接所述電荷泵，用于對所述電荷泵輸出的控制電 壓信號進行低通濾波；壓控振蕩器，連接所述環(huán)路濾波器，用于根據(jù)所述環(huán)路濾波器的輸出 信號輸出相應(yīng)頻率和相位的信號，壓控振蕩器的振蕩電路由η個反相器組成的環(huán)形振蕩器 組成，其中η為自然數(shù)；MOSFET工藝波動反饋電路，連接所述壓控振蕩器，能夠?qū)嶋H流片 的工藝波動進行實時感知并根據(jù)工藝波動狀態(tài)對鎖相環(huán)壓控振蕩器輸出信號的頻率范圍 進行自動調(diào)節(jié)，從而使整個頻率綜合器工作在最佳的振蕩狀態(tài)；分頻器，連接所述壓控振蕩 器，用于對所述鎖相環(huán)頻率綜合器的輸出信號進行分頻以輸出所述內(nèi)部反饋信號。所述的 MOSFET工藝波動反饋電路包括一個MOSFET頻率特性偏差檢測器和一組由檢測器給出的 反饋信號所控制的多路開關(guān)電流反饋信號控制電路。該電路根據(jù)MOSFET頻率特性偏差檢 測器檢測出來的MOS工藝波動引起的MOSFET頻率特性偏差值實時判定當(dāng)前工藝波動狀態(tài)， 并據(jù)此自動調(diào)節(jié)壓控振蕩器的延時單元的電流，當(dāng)MOSFET處于Fast工藝狀態(tài)時減小壓控 振蕩器的振蕩電流；MOSFET處于Slow工藝狀態(tài)時則增加壓控振蕩器的振蕩電流。從而實 現(xiàn)在各個工藝狀態(tài)下都能使壓控振蕩器輸出頻率范圍基本保持不變。所述的MOSFET頻率特性偏差檢測器，用以探測集成電路制造過程中由于半導(dǎo)體 工藝引起的MOSFET頻率特性的波動，包括參考電荷電路；計數(shù)器電路；電壓控制振蕩器， 所述電壓控制振蕩器的一端耦接于所述參考電荷電路，另一端耦接于所述計數(shù)器電路。所 述參考電荷電路包括固定電阻，其一端接地；以及帶隙電流源，耦接于所述固定電阻的另 一端。所述電壓控制振蕩器還包括第一反相器，其包括第一 P型MOS和第一 N型MOS ；第 二反相器，其包括第二 P型MOS和第二 N型MOS ；第三反相器，其包括第三P型MOS和第三N 型MOS ；第一電阻，其一端耦接于所述第一 N型MOS的源極，另一端接地；第二電阻，其一端 耦接于所述第一 N型MOS的漏極，另一端接地；以及電容，與所述第二電阻并聯(lián)在所述第一 N型MOS的源極與地之間；其中，所述第一 P型MOS的源極與所述第一 N型MOS的漏極耦接 于所述第二 P型MOS與所述第二 N型MOS的柵極，所述第二 P型MOS的源極與所述第二 N 型MOS的漏極耦接于所述第三P型MOS與所述第三N型MOS的柵極，所述第三P型MOS的 源極與所述第三N型MOS的漏極耦接于所述第一 P型MOS的柵極。上述控制電壓信號通過 上述第一 N型MOS的柵極輸入，上述輸出電壓信號通過上述第一 N型MOS的漏極輸出。上 述輸出電壓信號輸入上述計數(shù)器電路，作為采樣信號對上述計數(shù)器電路的基準時鐘信號進 行采樣，輸出采樣計數(shù)值。采樣計數(shù)值為一 M位的2進制并聯(lián)數(shù)字信號，代表MOS工藝偏差 引起的MOSFET頻率特性偏差。M為自然數(shù)。上述采樣計數(shù)值的最高有效位是符號位。所述 的多路開關(guān)電流反饋電路包括工藝波動檢測讀數(shù)譯碼電路、壓控振蕩器電流控制電路。所 述的工藝波動檢測讀數(shù)譯碼電路功能在于將M位2進制MOSFET頻率特性偏差數(shù)字信號轉(zhuǎn) 換為3位2進制工藝波動狀態(tài)數(shù)字信號。當(dāng)工藝波動狀態(tài)數(shù)字信號為“111”時表示MOSFET 處于“Slow”狀態(tài)；當(dāng)工藝波動狀態(tài)數(shù)字信號為“110”時表示MOSFET處于“Typical”狀態(tài)； 當(dāng)工藝波動狀態(tài)數(shù)字信號為“100”時表示MOSFET處于“Fast”狀態(tài)。所述的壓控振蕩器電 流控制電路為一個電流鏡，其輸入端為鎖相環(huán)環(huán)路濾波器的輸出信號“Ctrl”，其輸出端分 為η路，3Xn位，分別與3Xn個動態(tài)開關(guān)相連。每3路動態(tài)開關(guān)與環(huán)形壓控振蕩器的η個 反相器其中一個的電源端相連。該3路動態(tài)開關(guān)與工藝波動檢測讀數(shù)譯碼電路的3位輸出 端相連。鑒頻鑒相器用于檢測外部參考信號CLKref和內(nèi)部反饋信號CLKfb之間的相位差。電荷泵用于放大所述鑒頻鑒相器的輸出信號，并輸出控制電壓信號。環(huán)路濾波器用于對所 述電荷泵輸出的控制電壓信號進行低通濾波。壓控振蕩器，用于根據(jù)所述環(huán)路濾波器的輸 出信號輸出相應(yīng)頻率和相位的信號，壓控振蕩器的振蕩電路由η個反相器組成的環(huán)形振蕩 器組成，其中η為自然數(shù)。MOSFET工藝波動反饋電路，用于對實際流片的工藝波動進行實時 感知并根據(jù)工藝波動狀態(tài)對鎖相環(huán)壓控振蕩器輸出信號的頻率范圍進行自動調(diào)節(jié)，從而使 整個頻率綜合器工作在最佳的振蕩狀態(tài)。分頻器，用于對所述鎖相環(huán)頻率綜合器的輸出信 號CLKout進行分頻以輸出所述內(nèi)部反饋信號CLKfb。接著，請參考圖3，圖3為本實用新型所采用的MOSFET頻率特性偏差檢測器的電 路原理圖，如圖3所示，它的最終采樣計數(shù)值為一 M位的2進制并聯(lián)數(shù)字信號，代表MOS工 藝偏差引起的MOSFET頻率特性偏差。M為自然數(shù)。在本實施例中，m選為5。也就是說， MOSFET頻率特性偏差檢測器的輸出信號為五位二進制，(最高位有效位是符號位，“1”代表 正值，“O”代表負值)。在理想狀態(tài)下，MOSFET頻率特性偏差檢測器的輸出信號為“100001”， 轉(zhuǎn)換為十進制，計數(shù)器電路輸出值為“+1”。此時MOSFET的工藝波動狀態(tài)為“Typical”；當(dāng) MOSFET頻率特性偏差檢測器的輸出信號小于“000111”時，轉(zhuǎn)換為十進制，計數(shù)器電路輸出 值為“_7”，與理想狀態(tài)下的“+1”相差“_8”，同時也意味著實際輸出計數(shù)值M與特征輸出 計數(shù)值1相差“_8”，因此MOSFET頻率特性偏差超過-8/32即小于-25%，此時MOSFET處 于“Slow”狀態(tài)；當(dāng)MOSFET頻率特性偏差檢測器的輸出信號大于“ 101001 ”時，轉(zhuǎn)換為十進 制，計數(shù)器電路輸出值為“9”，與理想狀態(tài)下的“+1”相差“8”，同時也意味著實際輸出計數(shù) 值M與特征輸出計數(shù)值1相差“8”，因此MOSFET頻率特性與理想情況偏差超過8/32即大于 25%, jibB^ MOSFET 處于“Fast” 狀態(tài)。本實用新型所增加的工藝波動檢測讀數(shù)譯碼電路將根據(jù)MOSFET頻率特性偏差檢 測器的輸出信號判斷MOSFET的工藝波動狀態(tài)，并將M位2進制MOSFET頻率特性偏差數(shù)字信 號轉(zhuǎn)換為3位2進制工藝波動狀態(tài)數(shù)字信號。當(dāng)MOSFET處于“Slow”狀態(tài)時輸出工藝波動 狀態(tài)數(shù)字信號“ 111” ；當(dāng)MOSFET處于“Typical，，狀態(tài)時輸出工藝波動狀態(tài)數(shù)字信號“110”; 當(dāng)MOSFET處于“Fast”狀態(tài)時輸出工藝波動狀態(tài)數(shù)字信號“100”。圖4為本實用新型所采用的MOSFET頻率特性偏差檢測器中電壓控制振蕩器的電 路原理圖，如圖4所示，電壓控制振蕩器采用三級環(huán)形壓控振蕩器的機構(gòu)，其包括三組反相 器Pl/Nl、P2/N2、P3/N3，兩個電阻Rl、R2和電容Cl。第一電阻Rl的一端耦接于第一 N型 MOS Nl的源極，另一端接地。第二電阻R2的一端耦接于第一 N型MOS Nl的漏極，另一端接 地。電容Cl與第二電阻R2并聯(lián)在第一 N型MOS附的源極與地之間。第一 P型MOS Pl的 源極與第一 N型MOS Nl的漏極耦接于第二 P型MOS P2與第二 N型MOS N2的柵極，第二 P 型MOS P2的源極與第二 N型MOS N2的漏極耦接于第三P型MOS P3與第三N型MOS N3的 柵極，第三P型MOS P3的源極與第三N型MOS N3的漏極耦接于第一 P型MOS Pl的柵極。 控制電壓信號Vctel通過第一 N型MOS Nl的柵極輸入，輸出電壓信號VC0。ut通過第一 N型 MOS Nl的漏極輸出。本實用新型所增加的壓控振蕩器電流控制電路將根據(jù)輸出工藝波動狀態(tài)數(shù)字信 號通過3路動態(tài)開關(guān)控制壓控振蕩器反相器單元的工作電流。當(dāng)MOSFET處于“Slow”狀態(tài)時 輸出工藝波動狀態(tài)數(shù)字信號“111”，3路動態(tài)開關(guān)將同時打開，共有3路電流通過電流鏡注 入壓控振蕩器反相器單元，此時反相器單元的工作電流最大；而當(dāng)MOSFET處于“Typical”狀態(tài)時輸出工藝波動狀態(tài)數(shù)字信號“110”，2路動態(tài)開關(guān)將打開，共有2路電流通過電流鏡 注入壓控振蕩器反相器單元，此時反相器單元的工作電流為MOSFET處于“Slow”狀態(tài)時的 2/3 ；當(dāng)MOSFET處于“Fast”狀態(tài)時輸出工藝波動狀態(tài)數(shù)字信號“100”，只有1路動態(tài)開關(guān) 打開，共有1路電流通過電流鏡注入壓控振蕩器反相器單元，此時反相器單元的工作電流 為MOSFET處于“Slow”狀態(tài)時的1/3。這樣，MOSFET處于“Fast”工藝狀態(tài)時壓控振蕩器 反相器掩飾的工作電流被減小，而處于“Slow”工藝狀態(tài)時壓控振蕩器反相器掩飾的工作電 流被增大。從而實現(xiàn)最大可能地減小由MOSFET工藝波動引起的壓控振蕩器反相器延時單 元的延時差異，從而實現(xiàn)壓控振蕩器輸出頻率范圍不受工藝波動影響，基本保持不變。圖5 為本實用新型所采用的MOSFET工藝波動反饋電路的電路原理圖，MOSFET工藝波動反饋電 路，用于對實際流片的工藝波動進行實時感知并根據(jù)工藝波動狀態(tài)對鎖相環(huán)壓控振蕩器輸 出信號的頻率范圍進行自動調(diào)節(jié)，從而使整個頻率綜合器工作在最佳的振蕩狀態(tài)。綜上所述，本實用新型提供的工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器，即使在流片中 處于不同批次，或是同一晶圓中處于不同位置，均可保證頻率綜合器有著穩(wěn)定，變化極小的 頻率輸出范圍。雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本實用新型。本實 用新型所述技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各 種的更動與潤飾。因此，本實用新型的保護范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準。
權(quán)利要求一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器，其特征在于包括鑒頻鑒相器；電荷泵，和所述鑒頻鑒相器相連；環(huán)路濾波器，和所述電荷泵相連；壓控振蕩器，和所述環(huán)路濾波器相連；MOSFET工藝波動反饋電路，和所述壓控振蕩器相連；分頻器，和所述壓控振蕩器、所述鑒頻鑒相器分別相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器，其特征在于所述 的MOSFET工藝波動反饋電路包括一個MOSFET頻率特性偏差檢測器和一組由檢測器給出 的反饋信號所控制的多路開關(guān)電流反饋信號控制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器，其特征在于所 述的MOSFET頻率特性偏差檢測器，用以探測集成電路制造過程中由于半導(dǎo)體工藝引起的 MOSFET頻率特性的波動，包括參考電荷電路；計數(shù)器電路；電壓控制振蕩器，所述電壓控 制振蕩器的一端耦接于所述參考電荷電路，另一端耦接于所述計數(shù)器電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器，其特征在于所述 參考電荷電路包括固定電阻，其一端接地；以及帶隙電流源，耦接于所述固定電阻的另一 端。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器，其特征在于 所述電壓控制振蕩器還包括第一反相器，其包括第一 P型MOS和第一 N型MOS ； 第二反相器，其包括第二 P型MOS和第二 N型MOS ； 第三反相器，其包括第三P型MOS和第三N型MOS ； 第一電阻，其一端耦接于所述第一 N型MOS的源極，另一端接地； 第二電阻，其一端耦接于所述第一 N型MOS的漏極，另一端接地；以及 電容，與所述第二電阻并聯(lián)在所述第一 N型MOS的源極與地之間； 其中，所述第一 P型MOS的源極與所述第一 N型MOS的漏極耦接于所述第二 P型MOS 與所述第二 N型MOS的柵極，所述第二 P型MOS的源極與所述第二 N型MOS的漏極耦接于 所述第三P型MOS與所述第三N型MOS的柵極，所述第三P型MOS的源極與所述第三N型 MOS的漏極耦接于所述第一 P型MOS的柵極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器，其特征在于所述 控制電壓信號通過所述第一 N型MOS的柵極輸入，所述輸出電壓信號通過所述第一 N型MOS 的漏極輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器，其特征在于所述 的多路開關(guān)電流反饋電路包括工藝波動檢測讀數(shù)譯碼電路和壓控振蕩器電流控制電路。
專利摘要本實用新型公開了一種工藝波動自適應(yīng)鎖相環(huán)頻率綜合器，包括鑒頻鑒相器；電荷泵，和所述鑒頻鑒相器相連；環(huán)路濾波器，和所述電荷泵相連；壓控振蕩器，和所述環(huán)路濾波器相連；MOSFET工藝波動反饋電路，和所述壓控振蕩器相連；分頻器，和所述壓控振蕩器、所述鑒頻鑒相器分別相連。本實用新型通過一個MOSFET頻率特性偏差檢測器對實際流片的工藝波動進行實時感知；再通過一組由MOSFET頻率特性偏差檢測器給出的反饋信號所控制的多路開關(guān)電流反饋信號控制電路根據(jù)工藝波動狀態(tài)對鎖相環(huán)壓控振蕩器輸出信號的頻率范圍進行自動調(diào)節(jié)，從而使整個頻率綜合器不受工藝波動影響，始終工作在最佳的振蕩狀態(tài)。
文檔編號H03L7/18GK201708787SQ201020147058
公開日2011年1月12日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者任錚, 周偉, 唐逸, 曹永峰, 胡少堅, 顧學(xué)強 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司