CN104836575B - 一种用于相位检测电路的可调相位频率振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于相位检测电路的可调相位频率振荡器，其特征在于，包括级联的N个具有相同电路结构的单位延迟单元和多位信号选择器，N个单位延迟单元构成一个环形振荡器，N个单位延迟单元输出的时序相位的差异一致，N个单位延迟单元的输出端均有抽头连接至由一个数模转换器和另一级联的N个具有相同电路结构的增强型NMOS管串联而成的多位信号选择器，通过多位信号选择器的选择，可调相位频率振荡器的输出信号的时序的频率一致且相位精度线性可调，其中，N大于等于2。根据本发明，可以通过数字方式调节可调相位频率振荡器的振荡频率与主时钟或信号频率同步，方便地对输出信号进行相位调节，有效降低电路设计难度的同时保证相位检测的精度。

Description

一种用于相位检测电路的可调相位频率振荡器

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种用于相位检测电路的可调相位频率振荡器。

背景技术

在包括MEMS陀螺仪在内的ASIC电路设计中，需要专用的相位检测电路对传感器信号的相位进行监控，并由此修正感应信号及调整驱动电路的相位频率。常见的相位检测电路根据检测信号的过零点位置提供相关时序给相位检测积分器进行处理，在现有技术中，用于控制相位检测器的该时序一般由***主时钟产生，从而与检测信号的过零点位置存在一个固有的如图1所示的相位误差，该相位误差经相位检测积分器累积放大后，会明显恶化相位检测电路的精度。

现有技术对上述相位误差的补偿主要有两种方式：第一种方式，不修正检测信号与控制时序之间的相位误差，根据预估相位误差的大小，通过特殊的数字算法对相位检测电路的最终输出进行增益修正补偿，这种补偿方式因为无法精准的判断相位不一致带来的误差，很难对最终输出进行精准的补偿，同时，实现这种补偿方式需要复杂的数字修正算法电路以及在相位检测电路输出端增加专用的自动增益控制电路，数字修正算法电路及自动增益控制电路的性能在很大程度上也影响了相位误差的补偿精度；第二种方式，使用额外增加的DLL或者DDS电路为相位检测电路提供不同相位的专用时序以解决相位误差问题，这种补偿方式需要增加额外的电路，增加了相位检测电路的复杂性、功耗面积和设计难度。

因此，需要提出一种新的电路结构，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于相位检测电路的可调相位频率振荡器，其特征在于，包括级联的N个具有相同电路结构的单位延迟单元和多位信号选择器，所述N个单位延迟单元构成一个环形振荡器，所述N个单位延迟单元输出的时序相位的差异是一致的，所述N个单位延迟单元的输出端均有抽头连接至所述多位信号选择器，所述多位信号选择器由一个数模转换器和另一级联的N个具有相同电路结构的增强型NMOS管串联而成，通过所述多位信号选择器的选择，所述可调相位频率振荡器的输出信号的时序的频率一致且相位精度线性可调，其中，N大于等于2。

进一步，通过选择所述N的数值来确定所述单位延迟单元的个数，以获取具有不同精度的相位输出。

进一步，当所述相位检测电路应用于陀螺仪时，所述N大于或等于31。

进一步，所述N个单位延迟单元均由带偏置电压和偏置电流的CMOS反相器构成。

进一步，所述CMOS反相器由一个增强型NMOS管和一个增强型PMOS管组成，所述NMOS管和所述PMOS管的栅极连在一起作为输入端，所述NMOS管和所述PMOS管的漏极连在一起作为输出端，所述PMOS管的源极连接至所述数模转换器的输出端，所述NMOS管的源极连接至所述另一NMOS管的漏极。

进一步，所述数模转换器的输入端连接至数字控制信号的提供源，所述数模转换器的输出端连接至所述另一NMOS管的栅极，所述另一NMOS管的源极接地。

进一步，所述数模转换器将输入的所述数字控制信号转换为施加于所述环形振荡器的偏置电压或偏置电流来改变延迟时间，从而调节所述环形振荡器的输出频率，且所述数模转换器的动态范围及分辨率决定所述环形振荡器的输出频率范围及调节精度。

根据本发明，可以通过数字方式调节用于相位检测电路的可调相位频率振荡器的振荡频率与主时钟或信号频率同步，同时可以方便地对输出信号进行相位调节，在有效降低电路设计难度的同时保证了相位检测的精度。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1为采用现有的相位检测电路实施相位检测时存在的相位误差的示意图；

图2A为本发明提出的用于相位检测电路的可调相位频率振荡器的原理图；

图2B为本发明提出的用于相位检测电路的可调相位频率振荡器的电路结构示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的用于相位检测电路的可调相位频率振荡器。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

[示例性实施例]

针对现有的相位检测电路中存在的固有的相位误差所实施的补偿方式通常存在补偿精度低或者增大电路的复杂性、功耗面积以及设计难度的问题，为了解决上述问题，本发明提出一种用于相位检测电路的可调相位频率振荡器，通过在包括MEMS陀螺仪在内的相位检测电路中增加该可调相位频率振荡器，可以显著减小检测信号与控制时序之间的相位误差，同时，与现有技术相比，电路复杂程度以及所占用的芯片面积也大为缩减。

如图2A所示，其示出了本发明提出的用于相位检测电路的可调相位频率振荡器的工作原理。通过级联的N个单位延迟单元改变输出时序的相位，每级单位延迟单元具有相同的电路结构，因此，每级单位延迟单元输出的时序相位的差异是一致的，再通过输入数字控制信号的多位信号选择器200的选择，可以线性调节输出信号的相位精度，从而可获得与检测信号相位频率一致的时序。通过选择所述N的数值来确定单位延迟单元的个数，以获取具有不同精度的相位输出。

如图2B所示，上述N个单位延迟单元均采用最简单的CMOS反相器，通过改变偏置电压或偏置电流的方式来改变延迟时间，从而调节由级联的N个CMOS反相器组成的环形振荡器的输出频率。对于每级CMOS反相器而言，均由一个增强型NMOS管（以下简称N管）和一个增强型PMOS管（以下简称P管）组成，两个管子的栅极连在一起作为输入端，两个管子的漏极连在一起作为输出端，P管的源极连接至偏置电压或偏置电流的提供源-数模转换器201，N管的源极连接至另一N管的漏极，所述另一N管的源极接地，所述另一N管的栅极连接至数模转换器201的输出端。***应用中可以通过数模转换器201将输入的数字控制信号转换为施加于所述环形振荡器的偏置电压或偏置电流来改变延迟时间，从而调节所述环形振荡器的输出频率，数模转换器201的动态范围及分辨率决定所述环形振荡器的输出频率范围及调节精度。所述振荡器采用多级奇数CMOS反相器方式获取输出频率，每级反相器的输出端均有抽头连接至多位信号选择器200，因此最终输出的可调相位的精度与反相器的级数相关，为适用于陀螺仪应用，反相器的级数N大于或等于31。数模转换器201和另一级联的N个具有相同电路结构的N管相串联组成多位信号选择器200，数模转换器201的输入端连接至数字控制信号的提供源，数模转换器201的输出端连接至另一级联的N个N管中的每个N管的栅极。

根据本发明，可以通过数字方式调节用于相位检测电路的可调相位频率振荡器的振荡频率与主时钟或信号频率同步，同时可以方便地对输出信号进行相位调节，在有效降低电路设计难度的同时保证了相位检测的精度。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (7)

1.一种用于相位检测电路的可调相位频率振荡器，其特征在于，包括级联的N个具有相同电路结构的单位延迟单元和多位信号选择器，所述N个单位延迟单元构成一个环形振荡器，所述N个单位延迟单元输出的时序相位的差异是一致的，所述N个单位延迟单元的输出端均有抽头连接至所述多位信号选择器，所述多位信号选择器由一个数模转换器和另一级联的N个具有相同电路结构的增强型NMOS管串联而成，所述多位信号选择器的输入端连接至数字控制信号，通过所述多位信号选择器的选择，所述可调相位频率振荡器的输出信号的时序的频率一致且相位精度线性可调，其中，N大于等于2。

2.根据权利要求1所述的可调相位频率振荡器，其特征在于，通过选择所述N的数值来确定所述单位延迟单元的个数，以获取具有不同精度的相位输出。

3.根据权利要求2所述的可调相位频率振荡器，其特征在于，当所述相位检测电路应用于陀螺仪时，所述N大于或等于31。

4.根据权利要求1所述的可调相位频率振荡器，其特征在于，所述N个单位延迟单元均由带偏置电压和偏置电流的CMOS反相器构成。

5.根据权利要求4所述的可调相位频率振荡器，其特征在于，所述CMOS反相器由一个增强型NMOS管和一个增强型PMOS管组成，所述NMOS管和所述NMOS管的栅极连在一起作为输入端，所述NMOS管和所述NMOS管的漏极连在一起作为输出端，所述PMOS管的源极连接至所述数模转换器的输出端，所述NMOS管的源极连接至所述另一NMOS管的漏极。

6.根据权利要求1所述的可调相位频率振荡器，其特征在于，所述数模转换器的输入端连接至数字控制信号的提供源，所述数模转换器的输出端连接至所述另一NMOS管的栅极，所述另一NMOS管的源极接地。

7.根据权利要求6所述的可调相位频率振荡器，其特征在于，所述数模转换器将输入的所述数字控制信号转换为施加于所述环形振荡器的偏置电压或偏置电流来改变延迟时间，从而调节所述环形振荡器的输出频率，且所述数模转换器的动态范围及分辨率决定所述环形振荡器的输出频率范围及调节精度。