一种用于高速模数转换器的可配置振荡器电路
阅读说明：本技术 一种用于高速模数转换器的可配置振荡器电路 (Configurable oscillator circuit for high-speed analog-to-digital converter ) 是由 吴旭凡 董业民 于 2021-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种用于高速模数转换器的可配置振荡器电路,属于振荡器领域,包括环形振荡器,还包括可调RC延迟电路；所述可调RC延迟电路通过调整不同数量的电阻和电容接入环形振荡器,控制该振荡器的振荡频率。本发明通过在环形振荡器电路中添加若干高精度的电阻和电容,可以精确地控制环路延时,从而控制振荡频率；在环路和电阻电容之间添加开关,通过开关选择接入电路的电阻和电容大小或者数目,总的阻容大小不同,环路的传输延时随之改变,从而实现振荡频率的配置。(The invention discloses a configurable oscillator circuit for a high-speed analog-to-digital converter, which belongs to the field of oscillators and comprises a ring oscillator and an adjustable RC delay circuit; the adjustable RC delay circuit is connected into the ring oscillator by adjusting different numbers of resistors and capacitors, and the oscillation frequency of the ring oscillator is controlled. According to the invention, a plurality of high-precision resistors and capacitors are added in the ring oscillator circuit, so that the loop delay can be accurately controlled, and the oscillation frequency is controlled; a switch is added between a loop and a resistor capacitor, the size or the number of the resistors and the capacitors of an access circuit is selected through the switch, the total resistance-capacitance size is different, the transmission delay of the loop is changed along with the total resistance-capacitance size, and therefore the configuration of the oscillation frequency is achieved.)
技术领域
本发明涉及振荡器技术领域，特别涉及一种用于高速模数转换器的可配置振荡器电路。
背景技术
振荡器电路常用于产生高频信号，尤其在高速模数转换器中具有重要的应用。如图1所示，环形振荡器是由n(n为奇数)个非门组成的环形电路。在振荡器的输出端看，输出信号会从高电平到低电平再到高电平进行周期性翻转，从而产生固定频率的振荡信号。
如果将单个反相器输入变为1/2VDD到输出变为1/2VDD处的延迟时间看作单个反相器的延迟时间Δt，其表达式可描述为：
其中tPLH、tPHL分别是单个反相器输出由低变高和由高到低的传输延时，传输延时表示一个信号通过门电路是所经历的延时，定义为输入和输出波形的50％翻转点之间的时间。
如果用Δt代表单个反相器的延迟时间，n代表反向器的个数，f代表振荡器输出信号的频率，环形振荡器输出的频率可以写成：
其中T为信号流经环路两周的总传输延时(下文简称为总传输延时)，由于反相器的延迟时间较短，适用于产生高频信号，它的延迟时间在ns级，输出信号频率为GHz量级。如果要使振荡频率减小到原来的1/n，则需要n倍数目的反相器串联在环形电路中，每次都需要进行重新设计、仿真和调试，工作量大而且繁琐。因此，一种频率可配置的环形振荡器的设计是十分必要的。
环形振荡器的优点是线路简单、起振容易，但存在着延迟网络频率不便于灵活选择，要想产生较低的频率信号需要大量倍增非门个数的问题。由于门电路的延迟时间存在一定的误差，这也会导致实际的振荡频率和估算的数值有较大误差，所以直接使用非门串联的形式无法进行高质量的频率输出，也限制了频率的范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于高速模数转换器的可配置振荡器电路，以解决背景技术中的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于高速模数转换器的可配置振荡器电路，包括环形振荡器，还包括可调RC延迟电路，
所述可调RC延迟电路通过调整不同数量的电阻和电容接入环形振荡器，控制该振荡器的振荡频率。
可选的，所述RC延迟电路包括若干个电容和若干个电阻，若干个电容并联，单端接在所述环形振荡器的环路上；若干个电阻串联在所述环形振荡器的环路中，产生时间延迟。
可选的，每个电容的第一端均与所述环形振荡器的环路连接，每个电容的第二端分别通过一个开关接地。
可选的，每个电阻的第二端分别与一个开关相连接入环形振荡器，第一端直接串联接入环形振荡器的环路。
在本发明提供的用于高速模数转换器的可配置振荡器电路中，包括环形振荡器，还包括可调RC延迟电路；所述可调RC延迟电路通过调整不同数量的电阻和电容接入环形振荡器，控制该振荡器的振荡频率。
(1)采用三级非门串联组成的环形结构，用于产生高频信号，实现振荡器的功能；
(2)在环形振荡器电路中添加若干高精度的电阻和电容，可以精确地控制环路延时，从而控制振荡频率；
(3)在环路和电阻电容之间添加开关，通过开关选择接入电路的电阻和电容大小或者数目，总的阻容大小不同，环路的传输延时随之改变，从而实现振荡频率的配置。
附图说明
图1是三个反相器串联构成的环形振荡器结构示意图；
图2是本发明提供的可配置振荡器结构示意图；
图3是本发明提供的可配置振荡器的另一结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于高速模数转换器的可配置振荡器电路作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种用于高速模数转换器的可配置振荡器电路，辅以RC延迟电路结构的环形振荡器可以实现不同频率的振荡器输出，即频率可配置的振荡器结构。如图2所示，具体实现方法是：其在环形振荡器的基础上，添加一定大小的电阻、电容及开关构成RC延迟电路。
请继续参阅图2，所述RC延迟电路包括若干个电容和若干个电阻，若干个电容并联，单端接在在所述环形振荡器的环路上；若干个电阻串联在所述环形振荡器的环路中，产生时间延迟。每个电容的第一端均与所述环形振荡器的环路连接，每个电容的第二端分别通过一个开关接地。每个电阻的第二端分别与一个开关相连接入环形振荡器，第一端直接串联接入环形振荡器的环路。通过对开关的控制，使相应数目或者相应大小的电阻、电容接入环形振荡器因为电阻、电容的引入，会得到不同的RC电路延迟时间，这样就可以来控制整个振荡器的振荡频率。
本发明中，每个电阻的阻值可以全部相同，也可以完全不同，也可以部分相同；每个电容的容值可以全部相同，也可以完全不同，也可以部分相同。为了方便计算和理解，本实施例一以每个电阻的阻值全部相同、每个电容的容值全部相同为例，进行说明；电阻和电容的其他情况与本实施例一相似，也在本发明的保护范围内。
首先对基本的RC延迟电路的传输延时进行简单的分析，RC延迟电路的时域传输函数为：
其中t是RC延迟电路的延迟时间，Vout是输出电压，Vin是输入电压，τ是时间常数，表达式为τ＝R·C，R为电阻值，C为电容值；
以输入为VDD，输出变化到1/2VDD的时间作为传输延时，则RC延迟电路的延迟时间t表述为：
t＝ln2·RC＝0.69RC
现对可配置振荡器进行分析，请参阅图2，若开关S1、S4闭合，则引入环路的电阻大小为R，电容大小为C，那么此时的总延迟时间T1表达式为：
T1＝2（n·Δt+0.69×RC）＝2nΔt+1.38RC
n为环形振荡器中反相器的个数，Δt为单个反相器的延迟时间，稳定输出的振荡频率f1为：
若开关S1、S2、S5闭合，则引入环路的电阻大小为2R，电容大小为2C，总延迟时间T2表达式和振荡频率f2分别为：
T2＝2nΔt+1.38×4RC
若开关S1、S2、S3、S6闭合，则引入环路的电阻大小为3R，电容大小为3C，总延迟时间T3表达式和振荡频率f3分别为：
T3＝2nΔt+1.38×9RC
综上所述，通过开关控制被引入电阻和电容的数目可以实现振荡器频率的配置，其输出稳定后的振荡频率可以归纳为：
其中f为振荡器的振荡频率，T为环路的总传输延时，n为反相器的个数，Δt为单个反相器的传输延时，m1为串入环路的电阻个数，m2为并入环路的电容个数。
如果每次配置时引入的电阻电容个数相同，即m1＝m2＝m(m>0)，那么我们通过以上分析可以得到，当m＝1时，延迟最小，具有最大的振荡频率fm耀x：
当m取最大值时，延迟最大，具有最小的振荡频率fmin：
从公式出发，观察不同配置的总延时T，可以发现：总延时T与引入的电阻、电容个数m呈平方关系，构成系数为1.38RC，增量大小为2nΔt的一元二次方程，振荡频率与m2呈反比。
如果固定环路中电阻的数目，即m1不变，m2可变，如图3所示，振荡频率f可以归纳为：
此时，总延时T与引入的电容个数m2呈线性关系，配置后的频率变化相对减缓。在使用时，可以根据频率配置的需要选择不同的电路结构以及RC的大小、挂载的数目。
注意，在设计的过程中应该合理控制RC的大小，不易过大，否则会不满足振荡器的稳定条件，导致振荡器不能正常工作。本发明的电路结构是由三级非门和若干电阻电容构成的环形结构，具有线路简单，起振容易的特点。本发明实现了振荡器的震荡频率可调功能，其振荡频率可以通过开关控制接入电路的电阻、电容数目，对振荡频率进行配置；相比传统的固定频率的振荡器，具有调节振荡频率更加方便的特点。本发明使用RC电路控制传输延时，电阻电容是传输延迟的共同影响因素，它们的数值是以现有工艺下的制程决定的，不会出现较大的数值误差，因此具有振荡频率更加精确的特点。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
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