專利名稱：振蕩器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多環(huán)路的振蕩電路。
技術(shù)背景包括有源元件A和反饋元件P的單端振蕩器的基本概念在圖5中示 出。為了在電振蕩器中開始和保持振蕩，通常通過反饋網(wǎng)絡(luò)將有源元件 的輸出反饋到有源器件的輸入，這產(chǎn)生大于l的環(huán)路增益。反饋元件通 常具有窄帶特性。此外，可以通過對(duì)反饋元件的中心頻率進(jìn)行電控制來改變振蕩器的振蕩頻率。在圖la和lb中進(jìn)一步圖示了差分實(shí)現(xiàn)方式。為了產(chǎn)生具有低相位噪 聲的振蕩器， 一個(gè)或多個(gè)有源器件的快速轉(zhuǎn)換(switching)是有利的。 此外，如果要求低相位噪聲，則由有源器件注入到諧振元件的電流與諧 振元件上的電壓之間的時(shí)間關(guān)系是很重要的，如圖la中所示。為了實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，可以通過增加有源器件的增益來增加環(huán)路增益， 有源器件的增益是通過具有更寬的器件(wider device )(這在FET (場(chǎng) 效應(yīng)晶體管)的情況下是有效的)，或通過增加有源器件的偏流來增加 的。然而，增加功率消耗是不希望的并且更寬的晶體管將會(huì)導(dǎo)致更多寄 生電容，這會(huì)抵制快速轉(zhuǎn)換。此外，用圖la和lb中示出的共用振蕩器 拓樸結(jié)構(gòu)以最優(yōu)的方式控制注入的電流脈沖的相位是不可能的。在圖la中，振蕩器電路100a包括兩個(gè)諧振元件101a和102a，這兩 個(gè)元件在共用端子處從供給電壓110a來饋電并且被分別連接到晶體管 Tla和T2a的漏極和柵極。反饋元件103a被連接在晶體管Tla的漏極和 晶體管T2a的柵極之間，而反饋元件104a被連接在晶體管T2a的漏極 和晶體管Tla的4冊(cè)4及之間?？蛇x地，偏壓源120a可以經(jīng)由阻抗元件105a 連接到晶體管Tla和T2a的柵極。晶體管的漏極被AC接地，可選地通 過偏流源130a :故AC接地。圖lb圖示了另一振蕩器電路100b,其中諧振元件lOlb被連接到有源 元件Tib和T2b的漏極。包括兩個(gè)晶體管T3b和T4b的有源元件分別連 4妻到與Tib和T2b所共用的柵極和漏纟及。T3b的漏相j皮連接到T4b和T2b的共用柵極，而T4b的漏極被連接到T3b和Tib的共用柵極，從而構(gòu)成 反饋。所述電路是用供給電壓110b通過T3b和T4b的源極來饋電的。 晶體管Tlb和T2b的源極纟支接地，可選地通過偏流源130b4妻地。在根據(jù)圖lb中的電路中提供附加反饋元件也是可能的。此外，電流 源能夠被提供于電路之上。根據(jù)IEEE Solid State Circuits期刊，1999年5月，34巻5號(hào)的 A. Hajimiri 等人的 "Design Issues in CMOS Differential IX Oscillators"的現(xiàn)有技術(shù)，公開了振蕩器的拓樸結(jié)構(gòu)，其中實(shí)現(xiàn)了快 速轉(zhuǎn)換和電流脈沖優(yōu)化。然而，該文件沒有記載根據(jù)本發(fā)明的新穎性連 接。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供具有快速轉(zhuǎn)換特性和電流脈沖優(yōu)化的振蕩器。本 發(fā)明允許以非常緊湊(且低寄生)的方式實(shí)現(xiàn)。所述特性還允許基于該拓樸結(jié)構(gòu)的非常高頻率的vco。因此，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的本發(fā)明將提供更快和/或更優(yōu)化的轉(zhuǎn)換，從 而對(duì)于固定的偏流而言引起較低的振蕩器相位噪聲。在優(yōu)選實(shí)施例中，源節(jié)點(diǎn)和地之間的電流為其DC分量獲得較低的幅度。由于這些原因的緣故，振蕩器電路包括諧振元件、有源元件和反饋環(huán) 路和包含相移元件的附加反饋環(huán)路。所述諧振元件被連接到所述有源元 件的漏極，而所述反饋環(huán)路被連接到所述有源元件的柵極和所述諧振元 件，并且所述附加反饋環(huán)路被連接在所述有源元件的漏極和柵極之間。所述附力口元件還可以被提供有輔助放大(supplementary amplification)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述振蕩器電路還包括兩個(gè)諧振元件， 具有從供給電壓饋電的第一共用端子和被連接到第 一和第二晶體管的 漏極的第二端子，所述第一和第二晶體管分別被作為有源元件提供；反 饋元件，其被連接在所述第一晶體管的漏極和第二晶體管的柵極之間； 以及用于每個(gè)晶體管的反饋，其包括相移元件。優(yōu)選地，所述反饋包括 被分別連接在所述第 一和第二晶體管的漏極和柵極之間的放大器和反 相器網(wǎng)絡(luò)。晶體管的源極通過以下方式之一接地直接接地，通過偏流源接地，經(jīng)由電阻器、阻礙Umpeditive)元件或電流發(fā)生器接地。偏 壓網(wǎng)絡(luò)可以被連接到所述第 一和第二晶體管的柵極。根據(jù)第二實(shí)施例，所述振蕩器電路包括第一晶體管對(duì)；第二晶體管 對(duì)；諧振元件，其被布置連接到第一和第二有源元件對(duì)的漏極；第一和 第二有源元件對(duì)；每個(gè)晶體管對(duì)都將柵極和漏極連接起來，其中晶體管 對(duì)中的第 一 晶體管的漏極被連接到晶體管對(duì)中的第二晶體管的共用柵 極；供給電壓源，其被連接到第一和第二晶體管的源極；以及附加反饋 元件，其纟皮連接在有源元件的漏極和柵極之間。諧振元件可以包括一個(gè)或多個(gè)LC電路，而反々貴元件可以包括電容器 或變壓器。附加反饋環(huán)路包括晶體管，所述晶體管將它們的柵極分別連接到相同 晶體管的漏極，并且將它們的輸出(漏極)連接到晶體管的柵極。偏壓 能夠被施加到反饋晶體管的源極。優(yōu)選地，反饋環(huán)路包括反相器網(wǎng)絡(luò)和/或放大器。本發(fā)明還涉及用于向振蕩器提供快速轉(zhuǎn)換特性和電流脈沖優(yōu)化的方 法，所述方法包括以下步驟用諧振元件、有源元件和反饋環(huán)路來布置 振蕩器電路，以及向所述電路提供包括相移元件的附加反饋環(huán)路。本發(fā)明還涉及包括如上所述的振蕩器的電路。


在下文中，將參照附圖以非限制性方式進(jìn)一步描述本發(fā)明，在所述附 圖中圖la和lb示意性地圖示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有振蕩器拓樸結(jié)構(gòu)的電 路，圖2a和2b示意性地圖示出根據(jù)本發(fā)明的基本概念、分別與圖la和 1 b中圖示的電路相對(duì)應(yīng)的具有振蕩器拓樸結(jié)構(gòu)的電路， 圖3是圖示本發(fā)明的第三實(shí)施例的示意圖， 圖4是圖示本發(fā)明的第四實(shí)施例的示意圖， 圖5是基本的振蕩器概念，圖6圖示了基于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的源對(duì)地電流圖，以及 圖7圖示了基于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的相位噪聲特性圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)圖la和lb的電路被修改并且包括附加的正反饋環(huán) 路，所述正反饋環(huán)路包括具有可變?cè)鲆婧涂勺兿嘁铺匦缘钠骷?。通過該 優(yōu)化，對(duì)于振蕩器而言能夠獲得降低的相位噪聲。所增加的環(huán)路中的有 源器件將具有高阻抗負(fù)載，盡管具有低電流消耗仍然提供了額外的電壓 增益。這在圖2a和2b中示出。因此，圖2a圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的振蕩器電路 200a,包括兩個(gè)諧振元件201a和202a,這兩個(gè)元件在共用端子處乂人供 給電壓210a (VDD)來饋電并且分別被連接到晶體管Tla和T2a的漏極。 反饋元件2 0 3a和2 04a被串聯(lián)連接在 一個(gè)晶體管的漏極到另 一個(gè)晶體管 的柵極之間，反之亦然。包括源220a的偏壓網(wǎng)絡(luò);故連接到晶體管Tla 和T2a的4冊(cè);，及，所述源220a對(duì)例如阻抗元件205a和206a的共用端子 進(jìn)行々貴電。晶體管的源極可選地通過偏流源230a接地。然而，它還可 以經(jīng)由電阻器、阻礙元件或電流發(fā)生器直接接地。根據(jù)本發(fā)明的反饋包 括分別連接在每個(gè)晶體管Tla和T2a的漏極和柵極之間的放大器和反相 器網(wǎng)絡(luò)(電路或元件)207a和208a。反饋元件的基本特性是移位和放 大。盡管圖示的有源元件Tla和T2a是M0S晶體管，但是很顯然，它們可 以被任意類型的有源元件代替。這對(duì)在此所圖示和描述的所有實(shí)施例都 適用。圖2b圖示了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例、并且與圖lb的電路對(duì) 應(yīng)的另一振蕩器電路200b,其中諧振元件201b^L布置連接到有源元件 Tlb和T2b、 T3b和T4b的漏極。兩個(gè)晶體管T3b和T4b分別連接到與 Tlb和T2b所共用的柵才及及漏才及。T3b的漏扨j皮連接到T4b和T2b的才冊(cè) 極，而T4b的漏極被連接到T3b和Tlb的柵極。Tlb、 T2b和T3b、 T4b 之間的柵極-漏極連接構(gòu)成兩個(gè)反饋環(huán)路，這使振蕩器能夠振蕩。同樣， 在反饋路徑中可以提供有反饋元件。所述電路是用供給電壓210b通過 T3b和T4b的源極來饋電的。晶體管Tlb和T2b的源極;故接地。反々貴元 件207b和208b被連接在有源元件Tlb、 T2b、 T3b和T4b的輸出(漏極) 和柵極之間。207b和208b提供了附加反饋環(huán)路。因此，有源元件;陂成 對(duì)連4妻并且兩對(duì)是互補(bǔ)的。所述電路還可以包4舌地線。本發(fā)明的更詳細(xì)的示例性實(shí)施例在圖3中示出。諧振元件301和302包括LC電路。反饋元件303和304可以包括變壓器或其他AC耦合元件。 根據(jù)本發(fā)明的附加正反饋包括晶體管T5和T6,所述晶體管T5和T6將 它們的柵極分別連接到晶體管Tl和T2的漏極，而將它們的輸出(漏極) 連接到晶體管Tl和T2的柵極?？刂齐妷?V。m )被施加到反饋(PM0S ) 晶體管T5和T6的源極。元件305 (它可以是電感器或其他AC高阻抗元 件)起著具有或不具有附加反饋環(huán)路的電流發(fā)生器的作用。在圖4中所示的第四示例性實(shí)施例中，與圖3的實(shí)施例類似，反饋網(wǎng) 絡(luò)包括反相器網(wǎng)絡(luò)，所述反相器網(wǎng)絡(luò)包括晶體管T5、 T6、 T7和T8，以 及反饋元件403和404。在該情況下反相器網(wǎng)絡(luò)包括N溝道晶體管T7和 T8,所述N溝道晶體管T7和T8在源極接地并且分別經(jīng)由漏極連接到Tl 和T2的4冊(cè)才及以及T5和T6的漏極。為了驗(yàn)證根據(jù)本發(fā)明的電路的功能性，已經(jīng)執(zhí)行了一些仿真。圖6的 圖示出根據(jù)圖3的振蕩器中的源到地電流，其中能夠觀察到電流幅度的 較大差別以及改善的電流波形。低電流消耗是4艮明顯的。電流的AC-和 DC分量這二者都已被減少。這是由于增強(qiáng)的轉(zhuǎn)換和電流波形。在該圖中， 虛線示出普通振蕩器的源電流時(shí)間依存關(guān)系(dependency),而實(shí)線示 出根據(jù)本發(fā)明的電路的源電流時(shí)間依存關(guān)系。應(yīng)該注意到，現(xiàn)有技術(shù)拓 樸結(jié)構(gòu)和根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例這二者提供基本上相同的相位噪聲性能， 但是對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，功率消耗(它與源到地電流的平均值成 比例)要低得多。在仿真的拓樸結(jié)構(gòu)中，晶體管假定為麗0S 100 jum/0. 1 jum (W/L= 1 000 )，而PMOS 5 0 |u m/0. 1 ju m (W/L5 00 )。圖7圖示了給定拓樸結(jié)構(gòu)在具有額外反饋環(huán)路和沒有額外反饋環(huán)路的 情況下的最優(yōu)相位噪聲性能的圖。在該圖中，虛線示出普通振蕩器的相 位噪聲與偏移頻率的關(guān)系，而實(shí)線示出根據(jù)本發(fā)明的電路的相位噪聲與 偏移頻率的關(guān)系。性能的改進(jìn)沒有帶來功率消耗的增加。本發(fā)明的振蕩器可以用于任何頻率，并且可以用于例如無線電和通信 應(yīng)用內(nèi)。本發(fā)明不限于所示出的實(shí)施例，而是能夠在不偏離所附權(quán)利要求的范 圍的情況下以多種方式改變；所述裝置和方法能夠根據(jù)應(yīng)用、功能單元、 需求和要求等而使用不同技術(shù)以各種方式實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.包括諧振元件(201a、202a、201b、301、302)、有源元件和反饋環(huán)路的振蕩器電路(200a、200b、300、400)，其特征在于包括相移元件的附加反饋環(huán)路。
2. 如權(quán)利要求1所述的振蕩器電路，其中所述諧振元件被連接到所 述有源元件的漏極，而所述反饋環(huán)路被連接到所述有源元件的柵極和所 述諧振元件，并且所述附加反饋環(huán)路被連接在所述有源元件的漏極和柵 極之間。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的振蕩器電路，其中所述振蕩器電路(200a) 還包括-兩個(gè)諧振元件(201a、 202a),其具有從供給電壓(210a)饋電的 第一共用端子和被連接到第一和第二晶體管(Tla、 T2a)的漏極的第二 端子，所述第一和第二晶體管分別被作為有源元件提供，-反饋元件(203a、 204a)，其被連接在所述第一晶體管(Tla、 T2a ) 的漏極和所述第二晶體管(Tla、 T2a)的柵極之間，以及-用于每個(gè)晶體管的反饋，所述反饋包括所述相移元件(207a、 208a )。
4. 如權(quán)利要求3所述的振蕩器電路，其中所述反饋包括被分別連接 在所述第一和第二晶體管(Tla、 T2a)的漏極和柵極之間的放大器和反 相器網(wǎng)絡(luò)。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的振蕩器電路，其中所述晶體管的源極通 過以下方式之一4妾地直4妾4妾地，通過偏流源(230a ) 4妾地，經(jīng)由電阻 器、阻礙元件或電流發(fā)生器接地。
6. 如權(quán)利要求3-5中任何一項(xiàng)所述的振蕩器電路，包括偏壓網(wǎng)絡(luò) (220a),所述偏壓網(wǎng)絡(luò)被連接到所述第一和第二晶體管(Tla、 T2a)的柵極。
7. 如權(quán)利要求1或2所述的振蕩器電路，其中所述振蕩器電路(200b) 包括-第一晶體管對(duì)(Tlb、 T2b), -第二晶體管對(duì)(T3b、 T4b)，-諧振元件(201b),其被布置連接到第一和第二有源元件的漏極， -反饋元件，-每個(gè)晶體管對(duì)都將柵極和漏極連接起來，其中所述晶體管對(duì)中的第一晶體管(Tlb、 T3b)的漏極被連接到所述晶體管對(duì)中的第二晶體管 (T2b、 T4b)的共用4冊(cè)才及，-供給電壓源(210b)，其被連接到所述第一和第二晶體管(T3b、 T4b)的源才及，以及-附加反饋元件(207b、 208b),其被連接在有源元件的漏極和柵極 之間。
8. 如權(quán)利要求1或2所述的振蕩器電路，其中諧振元件包括一個(gè)或 多個(gè)LC電路。
9. 如權(quán)利要求1或2所述的振蕩器電路，其中反饋元件包括電容器 或變壓器。
10. 如權(quán)利要求3-9中任何一項(xiàng)所述的振蕩器電路，其中附加反饋環(huán) 路包括晶體管(T5、 T6)，所述晶體管(T5、 T6)將它們的柵極分別連 接到相同晶體管(Tl、 T2)的漏極，并且將它們的輸出(漏極)連接到 晶體管(Tl、 T2)的柵極。
11. 如權(quán)利要求10所述的振蕩器電路，其中偏壓(Vbus)被施加到反饋晶體管(T5、 T6)的源極。
12. 如權(quán)利要求1或2所述的振蕩器電路，其中反饋環(huán)路包括反相器網(wǎng)絡(luò)。
13. 如權(quán)利要求1或2所述的振蕩器電路，其中所述反饋環(huán)路包括放 大器。
14. 用于向振蕩器提供快速轉(zhuǎn)換特性和電流脈沖優(yōu)化的方法，所述方 法包括以下步驟-用諧振元件、有源元件和反饋環(huán)路來布置振蕩器電路(200a、 200b、 300、 400 ),以及-向所述電路提供包括相移元件的附加反饋環(huán)路。
15. 包括根據(jù)權(quán)利要求1-13中任何一項(xiàng)所述的振蕩器的電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及振蕩器電路(200a、200b、300、400)，包括諧振元件、有源元件、反饋環(huán)路和包含相移元件的附加環(huán)路。
文檔編號(hào)H03B5/00GK101273523SQ200580051701
公開日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月27日
發(fā)明者H·雅各布森, L·阿斯佩姆伊爾 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司