集成电路设计（第4版） 课件9-6 振荡器

1第九章模拟集成电路基本单元9.1电流源电路

9.2基准电压源9.3单端反相放大器

9.4差分放大器9.5运算放大器9.6振荡器2图9.47环形振荡器9.6.1环形振荡器

3图9.48采用差分增益级的环形振荡器但如果放大级采用如图9.48所示的差分结构，就不一定要求级数是奇数了。因为只要把差分输入两端调换一下位置，就可以实现直流180°的倒相。所以用差分对形式的增益级可以构成偶数级的环形振荡器。这点是比较重要的特性。

4图9.49RC网络型环形压控振荡器原理图

图9.49中，每一级CMOS反相放大单元跟随着一个通过一只MOS管实现的电阻可变的RC延迟网络。改变MOS管的栅极控制电压，即改变了MOS管的沟道电阻，从而改变RC延迟网络的延迟时间，改变了环路的振荡频率。

5图9.50矢量叠加型环形VCO

6图9.51环形振荡器的延迟单元差分结构环形振荡器中的增益级有以上几种实现方式。7图9.52负阻网络假设两个压控电流源的下端共同电位为VA，则由上图可得到两个晶体管中的电流为所以输入信号源的总电流为：(9.68)调整每级延时的另一种方法：负阻效应

8如果两个管子完全相同，则，此时可得：所以从两个输入端看进去可得阻抗：(9.70)(9.71)(9.69)9

适当的选取管子的跨导值，可以得到不同的负阻值。而管子的跨导可以通过改变管子的静态工作电流来调整。其关系为：(9.72)10图9.53含有负阻网络的延迟单元从单端的等效电路可以看到，负载R1与负阻网络的负电阻-1/gm并联，从而产生总的电阻值为：(9.73)119.6.2LC振荡器如果放大器负载采用图9.54(a)中LC谐振网络，则构成了LC振荡器。实际电路中一般认为电容的Q值较高，主要的损耗在电感的寄生电阻上。LC振荡器相比于前述由RC延时单元构成的振荡器能够获得较好的相位噪声性能。图9.54LC谐振网络12定义图9.54(b)是该网络阻抗的幅频相频特性曲线。可以看出，在极低频或者极高频时该网络的阻抗很小，相移分别是+90°和-90°。在w1

频率附近幅频曲线出现一个尖峰，此时网络的相移为0°。

(9.74)图9.54(b)13(a)单端形式 (b)差分双端形式图9.55用LC谐振网络做负载的放大级用谐振网络作为负载，则可得到如下图9.55所示的LC环形振荡器的单级放大电路。14差分LC放大单元的分析方法与单端的类似。如果用多级的差分单元串起来，形式如下图9.56所示。图9.56差分LC双端单元串联15(a)单级的幅频特性(b)多级串联的幅频特性(c)带宽的定义图9.57多级LC增益级串联的幅频特性因为每个单元都具有图9.57(a)所示的幅频和相频特性曲线。多级这样的增益级串联后，总的传输函数应该等于N级增益级传输函数的乘积。所以，可以得到图9.57(b)中的幅频和相频特性曲线。

16，由LC构成的环形振荡器的振荡频率近似为所以改变电容的值就可以改变LC振荡器的输出频率形成LC压控振荡器。利用PN结的结电容随反向电压而变化这一特性可以构成变容二极管。变容二极管的结电容与控制电压的关系为：(9.76)17由于可变