專(zhuān)利名稱(chēng)：壓控振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓控振蕩器，其包括耦合到一對(duì)晶體管并交叉耦合到一對(duì)發(fā)射極跟隨器晶體管的LC諧振電路(tank circuit)，每個(gè)晶體管具有集電極、發(fā)射極和基極。
本發(fā)明還涉及偽隨機(jī)發(fā)生器，其包括上述壓控振蕩器。
壓控振蕩器(VCO)廣泛用于諸如接收機(jī)、發(fā)射機(jī)和收發(fā)信機(jī)的通信系統(tǒng)中。它們也可用作數(shù)字系統(tǒng)的時(shí)鐘發(fā)生器。圖4中示出了傳統(tǒng)的在先技術(shù)的差分LC VCO。其包括一對(duì)晶體管Tp1，、Tp2，晶體管的發(fā)射極耦合到電流源Ie用于偏置。LC諧振電路包括電感Lp1和Lp2，上述電感耦合到一對(duì)用可變電容二極管D1和D2實(shí)現(xiàn)的壓控電容器。電壓VT控制二極管D1和D2的電容。該對(duì)晶體管Tp1、Tp2彼此交叉耦合(即其中一個(gè)晶體管的集電極相互連接到另一個(gè)晶體管的基極)。圖4中所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)在于，由于兩個(gè)晶體管的基極和集電極上的DC(直流)偏置相對(duì)相同，兩個(gè)晶體管都操作在飽和狀態(tài)。通過(guò)電壓擺動(dòng)前向偏置基極-集電極二極管從而限制了最大可達(dá)擺動(dòng)。
US-A5847621公開(kāi)了具有延遲調(diào)諧的LC振蕩器，其包括一對(duì)耦合到LC諧振電路的晶體管。用一對(duì)發(fā)射極跟隨器實(shí)現(xiàn)交叉耦合反饋。經(jīng)由偏壓控制的電流發(fā)生器來(lái)偏置發(fā)射極跟隨器和一對(duì)晶體管。當(dāng)振蕩器耦合到負(fù)載阻抗時(shí)，使用電壓跟隨器可更好地緩沖振蕩器。已觀察到發(fā)射極跟隨器基極和集電極的偏壓基本相同并且晶體管也工作在飽和狀態(tài)。因此，如前面所示出的，不能夠獲得最大電壓擺動(dòng)。此外，擺動(dòng)限制決定了更高的相位噪聲。
US-A6150893公開(kāi)了包括兩個(gè)支路的壓控振蕩器，每個(gè)支路包括一對(duì)晶體管。第一支路是LC振蕩支路，在該支路中，每個(gè)晶體管的反饋回路中具有電容變換器。已觀察到在兩個(gè)支路中的晶體管的基極和集電極具有不同的偏壓，但是附加的電容需要附加的基片面積。
為此，本發(fā)明的目的在于獲得具有改進(jìn)的輸出電壓擺動(dòng)和更低的相位噪聲的壓控振蕩器。
根據(jù)本發(fā)明，可在前言段落所述的壓控振蕩器中實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，所述壓控振蕩器的特征在于加在發(fā)射極跟隨器晶體管的集電極上的電源電壓與加在發(fā)射極跟隨器晶體管的基極上的電源電壓基本不同。當(dāng)考慮NPN雙極晶體管時(shí)，晶體管集電極的偏壓高于基極的偏壓。當(dāng)考慮PNP雙極晶體管時(shí)，出現(xiàn)互補(bǔ)的情況。可用不同的技術(shù)(例如硅、硅-鍺等)實(shí)現(xiàn)晶體管。由于晶體管不是操作在飽和模式中，輸出電壓擺動(dòng)增加。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，LC諧振電路經(jīng)由雙極晶體管(將其連接為二極管)耦合到電源電壓，用于為發(fā)射極跟隨器晶體管的基極和集電極產(chǎn)生基本不同的電源電壓。使用諸如電阻和去耦電容以獲得晶體管基極和集電極的不同偏置。但是尤其因?yàn)殡娙莸脑蚨闺娐匪加玫拿娣e增加。因此，使用連接為二極管的雙極晶體管導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)振蕩器的半導(dǎo)體面積獲得更有效的使用。
本發(fā)明的另一方面提供了偽隨機(jī)序列發(fā)生器，其包括由壓控振蕩器驅(qū)動(dòng)的第一序列發(fā)生器和第二序列發(fā)生器。第一序列發(fā)生器的第一輸出和第二序列發(fā)生器的第二輸出耦合到復(fù)用器。由壓控振蕩器的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)復(fù)用器，用于選擇第一序列發(fā)生器輸出的信號(hào)或者第二序列發(fā)生器輸出的信號(hào)。復(fù)用器在第三輸出產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)，該信號(hào)的比特率基本是在第一輸出或第二輸出所獲得的比特率的兩倍。偽隨機(jī)序列發(fā)生器廣泛用于數(shù)字集成電路的測(cè)試中以產(chǎn)生測(cè)試向量。電路測(cè)試的持續(xù)時(shí)間最好盡可能越。其中，測(cè)試速度由用作時(shí)鐘的壓控振蕩器輸出信號(hào)的周期所決定。只要時(shí)鐘信號(hào)的振幅發(fā)生從例如低電平到高電平的轉(zhuǎn)換，普通的序列發(fā)生器就產(chǎn)生新的測(cè)試向量。
除非另有提到，產(chǎn)生測(cè)試向量的速度具有與時(shí)鐘頻率相同的頻率。使用耦合到復(fù)用器的兩個(gè)交織序列發(fā)生器獲得用于產(chǎn)生測(cè)試向量的基本雙倍速度。在時(shí)鐘信號(hào)的振幅從低電平到高電平的轉(zhuǎn)換中，第一序列發(fā)生器產(chǎn)生輸出信號(hào)，在時(shí)鐘信號(hào)的振幅從高電平到低電平的轉(zhuǎn)換中，第二序列發(fā)生器產(chǎn)生輸出信號(hào)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)序列發(fā)生器包括觸發(fā)器的閉合鏈，每個(gè)觸發(fā)器具有數(shù)據(jù)輸入、時(shí)鐘輸入、預(yù)置輸入和輸出。偽隨機(jī)序列發(fā)生器還包括反饋，該反饋包括XOR門(mén)，XOR門(mén)的輸出耦合到第一個(gè)觸發(fā)器數(shù)據(jù)輸入，一對(duì)輸入耦合到觸發(fā)器的一對(duì)輸出。反饋用于使寄存器能夠正確工作在環(huán)形模式中。在觸發(fā)器的輸出獲得作為二進(jìn)制信號(hào)向量的偽隨機(jī)發(fā)生器的輸出。
通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的以上和其它特征將變得顯而易見(jiàn)，其中

圖1示出按照本發(fā)明的壓控振蕩器，圖2示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的偽隨機(jī)序列發(fā)生器，圖3示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的隨機(jī)發(fā)生器中使用的觸發(fā)器鏈，并且圖4示出在先技術(shù)的壓控振蕩器。
圖1示出按照本發(fā)明的壓控振蕩器。所述壓控振蕩器包括LC諧振電路L1、L2、VD1、VD2，耦合到一對(duì)晶體管T2、T3并交叉耦合到一對(duì)發(fā)射極跟隨器晶體管T0、T4。每個(gè)晶體管具有集電極、發(fā)射極和基極。加在發(fā)射極跟隨器晶體管T0、T4的集電極的電源電壓與加在發(fā)射極跟隨器晶體管T0、T4的基極的電源電壓基本不同。電感L1、L2的電感和電容VD1、VD2的電容決定壓控振蕩器的振蕩頻率。電容VD1和VD2是變?nèi)荻O管。因此，它們是通過(guò)調(diào)諧電壓Vt可控制的。將電容C用作去耦電容，其電容基本大于變?nèi)荻O管的最大電容，電容C對(duì)壓控振蕩器的振蕩頻率有相對(duì)小的影響。電阻R用于偏置變?nèi)荻O管。晶體管T2和T3的集電極分別交叉耦合到晶體管T4和T0的基極。晶體管T4和T0連接為發(fā)射極跟隨器，經(jīng)由電流發(fā)生器T1和T5偏置該發(fā)射極跟隨器，通過(guò)偏壓VB控制電流發(fā)生器。已觀察到晶體管T0和T4的集電極連接到電源電壓VCC，晶體管T0和T4的基極連接到基本更低的電壓，該電壓大約為VCC-VBE(其中VBE是雙極晶體管T7的基極-發(fā)射極電壓。這里應(yīng)該指出的是可忽略電感L1，L2的電阻，這是由于該電感應(yīng)該具有盡可能更高的品質(zhì)因數(shù)以降低諧振電路中的損耗。當(dāng)Vcc等于3伏(V)時(shí)，輸出振蕩電壓等于1.2V，而圖4中所示的在先技術(shù)壓控振蕩器的輸出擺動(dòng)大約等于0.5V。圖1中所示的壓控振蕩器的相應(yīng)的相位噪聲大約是-108dBc/Hz，而在先技術(shù)振蕩器的相位余量是-95dBc/Hz。還觀察到發(fā)射極跟隨器晶體管緩沖壓控振蕩器，用于使負(fù)載對(duì)于振蕩器所產(chǎn)生的信號(hào)的振幅和頻率的影響最小化。使用NPN雙極晶體管實(shí)現(xiàn)圖1所示的電路，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可使用PNP雙極晶體管相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)所述電路。此外，可以用不同的技術(shù)(諸如硅、硅-鍺等)實(shí)現(xiàn)晶體管。由于晶體管不是操作在飽和模式中，輸出電壓擺動(dòng)增加。還觀察到可使用諸如電阻和具有相對(duì)高電容量的去耦電容獲得晶體管的基極和集電極的不同偏置。但是尤其因?yàn)殡娙莸脑蚨闺娐匪加玫拿娣e增加。因此，使用連接為二極管的雙極晶體管導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)振蕩器的半導(dǎo)體面積獲得更有效的使用。
圖2示出偽隨機(jī)序列發(fā)生器(PRSG)。PRSG包括由圖1中所示的壓控振蕩器驅(qū)動(dòng)的第一序列發(fā)生器R1和第二序列發(fā)生器R2。第一序列發(fā)生器R1的第一輸出O1和第二序列發(fā)生器R2的第二輸出O2耦合到由壓控振蕩器的輸出信號(hào)I所驅(qū)動(dòng)的復(fù)用器M。信號(hào)I選擇第一序列發(fā)生器R1輸出的信號(hào)或第二序列發(fā)生器R2輸出的信號(hào)。復(fù)用器M在第三輸出O3上產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)，該信號(hào)的比特率基本上是僅僅使用序列發(fā)生器R1、R2的其中一個(gè)所獲得的比特率的兩倍。下文中將序列定義為一連串二進(jìn)制數(shù)據(jù)(比特)。僅僅在信號(hào)I從低的值向高的值轉(zhuǎn)換時(shí)，第一序列發(fā)生器在第一輸出O1上產(chǎn)生輸出比特。因此，在信號(hào)I的每個(gè)周期內(nèi)，在第一輸出O1上產(chǎn)生比特。類(lèi)似地，在信號(hào)I每次從高電平向低電平轉(zhuǎn)換時(shí)，在第二輸出O2上產(chǎn)生比特。當(dāng)信號(hào)I具有高電平時(shí)，復(fù)用器M將信號(hào)從其輸入I1傳送到其輸出O3，當(dāng)信號(hào)I具有低電平時(shí)，復(fù)用器M將信號(hào)從其輸入I2傳送到輸出O3。在信號(hào)I從低的值轉(zhuǎn)換到高的值之后，將第一輸入I1中出現(xiàn)的比特傳送到輸出O3。在信號(hào)I從高電平轉(zhuǎn)換到低電平之后，將來(lái)自輸入I2的信號(hào)傳送到輸出O3。因此，在信號(hào)I的每半個(gè)周期，在輸出O3產(chǎn)生比特。如果我們把輸出O1或輸出O2上的比特率記為BR，那么記為2BR的輸出O3上的比特率基本上是2*BR。該特征是非常吸引人的，這是因?yàn)槭褂孟鄬?duì)低頻率的時(shí)鐘信號(hào)I就獲得了輸出O3上的比特率。
圖3示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的偽隨機(jī)發(fā)生器中使用的觸發(fā)器FF1，...，F(xiàn)Fn鏈。該觸發(fā)器鏈表示連接成環(huán)的可預(yù)置移位寄存器，用于產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的偽隨機(jī)向量。圖1中所示的壓控振蕩器的輸出信號(hào)I驅(qū)動(dòng)偽隨機(jī)序列發(fā)生器。偽隨機(jī)發(fā)生器包括N個(gè)觸發(fā)器組成的鏈，每個(gè)觸發(fā)器具有數(shù)據(jù)輸入D1、...、Dn-1、Dn、時(shí)鐘輸入C1、...、Cn-1、Cn、預(yù)置輸入P1、...、Pn-1、Pn以及輸出Q1、...，、Qn-1、Qn。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，我們認(rèn)為觸發(fā)器FF1是觸發(fā)器鏈中的第一個(gè)并且觸發(fā)器FFn是觸發(fā)器鏈中的最后一個(gè)。偽隨機(jī)序列發(fā)生器還包括反饋，該反饋包括XOR門(mén)，XOR門(mén)的輸出耦合到第一個(gè)觸發(fā)器FF1的數(shù)據(jù)輸入D1，而一對(duì)輸入耦合到最后一個(gè)和倒數(shù)第二個(gè)觸發(fā)器的一對(duì)輸出Qn，、Qn-1。首先在二進(jìn)制狀態(tài)中使用經(jīng)由預(yù)置輸入P1、...、Pn-1、Pn輸入的二進(jìn)制信號(hào)預(yù)置觸發(fā)器。因此，二進(jìn)制值Pi位于輸出Qi。信號(hào)I的每個(gè)正邊沿決定二進(jìn)制值從輸出Qi到輸出Qi+1的傳送。為了使觸發(fā)器鏈閉合，提供了反饋，該反饋包括位于輸出Qn-1和Qn之間的XOR門(mén)。
已觀察到信號(hào)I可以是單端信號(hào)(即圖1中In或Ip)或差分信號(hào)。相應(yīng)地，觸發(fā)器也可以是單端觸發(fā)器或差分觸發(fā)器。
應(yīng)該注意的是，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于這里所描述的實(shí)施例。權(quán)利要求中的標(biāo)號(hào)也并不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。動(dòng)詞“包括”并不排除在權(quán)利要求中提到的以外的部分。元件之前的詞“一個(gè)”并不排除多個(gè)這種元件的存在?？梢酝ㄟ^(guò)專(zhuān)用硬件的形式或編程用處理器的形式實(shí)現(xiàn)組成部分本發(fā)明的裝置。本發(fā)明存在于每個(gè)新的特征或特征組合中。
權(quán)利要求
1.一種壓控振蕩器，包括LC諧振電路(L1、L2、VD1、VD2)，其耦合到一對(duì)晶體管(T2、T3)并交叉耦合到一對(duì)發(fā)射極跟隨器晶體管(T0、T4)，每個(gè)晶體管具有集電極、發(fā)射極和基極。所述壓控振蕩器的特征在于加在所述發(fā)射極跟隨器晶體管(T0、T4)的集電極上的電源電壓與加在所述發(fā)射極跟隨器晶體管(T0、T4)的基極上的電源電壓基本不同。
2.如權(quán)利要求1所述的壓控振蕩器，其特征在于所述LC諧振電路(L1、L2、VD1、VD2)經(jīng)由連接為二極管的雙極晶體管(T7)耦合到所述電源電壓，用于為所述發(fā)射極跟隨器晶體管(T0、T4)的基極和集電極獲得基本不同的電源電壓。
3.一種偽隨機(jī)序列發(fā)生器，其包括由權(quán)利要求1所述的壓控振蕩器驅(qū)動(dòng)的第一序列發(fā)生器(R1)和第二序列發(fā)生器(R2)，所述第一序列發(fā)生器(R1)的第一輸出(O1)和所述第二序列發(fā)生器(R2)的第二輸出(O2)耦合到由所述壓控振蕩器的輸出信號(hào)(I)所驅(qū)動(dòng)的復(fù)用器M，用于選擇所述第一序列發(fā)生器(R1)輸出的信號(hào)或所述第二序列發(fā)生器(R2)輸出的信號(hào)，所述復(fù)用器(M)在第三輸出(O3)上產(chǎn)生二進(jìn)制信號(hào)，所述二進(jìn)制信號(hào)的比特率(2BR)基本上是在所述第一輸出(O1)或所述第二輸出(O2)獲得的比特率的兩倍。
4.如權(quán)利要求3所述的偽隨機(jī)序列發(fā)生器，其特征在于每個(gè)所述序列發(fā)生器(R1、R2)包括觸發(fā)器(FF1、...、FFn-1、FFn)的閉合鏈，每個(gè)觸發(fā)器包括數(shù)據(jù)輸入(D1、...、Dn-1、Dn)、時(shí)鐘輸入(C1、...、Cn-1、Cn)、預(yù)置輸入(P1、...、Pn-1、Pn)以及輸出(Q1、...，、Qn-1、Qn)，所述偽隨機(jī)序列發(fā)生器還包括反饋，所述反饋包括XOR門(mén)，所述XOR門(mén)的輸出耦合到第一個(gè)所述觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入(D1)，所述XOR門(mén)的一對(duì)輸入耦合到所述觸發(fā)器的一對(duì)輸出(Qn-1、Qn)。
全文摘要
壓控振蕩器，包括LC諧振電路(L1、L2、VD1、VD2)，其耦合到一對(duì)晶體管(T2、T3)并且交叉耦合到一對(duì)發(fā)射極跟隨器晶體管(T0、T4)，每個(gè)晶體管具有集電極、發(fā)射極和基極，壓控振蕩器的特征在于加在發(fā)射極跟隨器晶體管(T0、T4)的集電極上的電源電壓與加在發(fā)射極跟隨器晶體管(T0、T4)的基極上的電源電壓基本不同。
文檔編號(hào)H03K3/84GK1672319SQ03818479
公開(kāi)日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月8日
發(fā)明者E·海登, H·維恩斯特拉 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司