數(shù)字控制的振蕩器的頻率調(diào)諧和步控制的制作方法
【專利摘要】本文公開了一種可變?nèi)~電容器。根據(jù)本公開的一些實施例，可變?nèi)~電容器可包括具有耦合到第一差分節(jié)點的第一端子和耦合到第一共模節(jié)點的第二端子的第一交流耦合電容器、具有耦合到第二差分節(jié)點的第一端子和耦合到第二共模節(jié)點的第二端子的第二交流耦合電容器及具有偏置端子、耦合到第一共模節(jié)點的第一共模端子和耦合到第二共模節(jié)點的第二共模端子的變抗器，其中，變抗器的電容是基于從變抗器的第一共模端子到變抗器的偏置端子的電壓并且基于從變抗器的第二共模端子到變抗器的偏置端子的電壓。
【專利說明】數(shù)字控制的振蕩器的頻率調(diào)諧和步控制
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開一般涉及電子電路，并且更具體地說，涉及用于數(shù)字控制的振蕩器的可變電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字控制的振蕩器(“DC0”)在各種集成電路應(yīng)用中使用。DCO的關(guān)鍵性能參數(shù)是其振蕩輸出信號的頻率。一些集成電路應(yīng)用可要求振蕩器頻率可調(diào)整。在一些應(yīng)用中，DCO的振蕩頻率可基于電感器-電容器共振器(“LC-共振器”)的共振頻率。在此類應(yīng)用中，可通過改變LC-共振器中的電容來調(diào)整DCO的振蕩頻率。然而，頻率的調(diào)諧分辨率可受可變電容器的最小步長限制。另外，用于可變電容器的單個固定步長可導(dǎo)致在不同DCO頻率范圍的不同頻率調(diào)諧步長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本公開的一些實施例，可變?nèi)~電容器(variable leaf capacitor,可變箔電容器)可包括具有耦合到第一差分節(jié)點的第一端子和耦合到第一共模節(jié)點的第二端子的第一交流耦合電容器、具有耦合到第二差分節(jié)點的第一端子和耦合到第二共模節(jié)點的第二端子的第二交流耦合電容器及具有偏置端子、耦合到第一共模節(jié)點的第一共模端子和耦合到第二共模節(jié)點的第二共模端子的變抗器，其中，變抗器的電容是基于從變抗器的第一共模端子到變抗器的偏置端子的電壓并且基于從變抗器的第二共模端子到變抗器的偏置端子的電壓。
[0004]本發(fā)明的目的和優(yōu)點將借助于至少權(quán)利要求中特別指出的特征、元素和組合而實現(xiàn)和獲得。
[0005]要理解的是，如聲明的一樣，前面的一般描述和下面的詳細描述均只是示范和說明性，并不是限制本發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]通過參考結(jié)合附圖進行的以下描述，可獲得所述實施例及其優(yōu)點的更完整和詳盡的理解，附圖中類似的標(biāo)號指示類似的特征，并且其中:
圖1示出根據(jù)本公開的某些實施例的示例DCO的示意圖；
圖2示出根據(jù)本公開的某些實施例的示例可變?nèi)~電容器的示意圖；
圖3示出根據(jù)本公開的某些實施例的示例DAC控制可變?nèi)~電容器的示意圖；
圖4示出根據(jù)本公開的某些實施例的曲線圖，該曲線圖顯示在多個共模電壓的示例可變?nèi)~電容器的示例電容電壓偏置曲線；以及
圖5示出根據(jù)本公開的某些實施例，用于調(diào)諧DCO的示例方法的流程圖。
【具體實施方式】[0007]圖1示出根據(jù)本公開的某些實施例的數(shù)字控制的振蕩器(“DCO”)100的一示例實施例的示意圖。DCO 100可包括差分振蕩輸出端OUTN和0UTP、增益級110、電感器108、電容器120、電容器130、一個或多個可變?nèi)~電容器140及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(“DAC”)控制可變?nèi)~電容器150。在一些實施例中，DCO也可包括電壓偏置160、共模偏置170、電阻器171和172和 / 或 DAC 180。
[0008]增益級110可配置成跨DCO 100的OUTN和OUTP輸出端應(yīng)用增益到共振振蕩器信號。在一些實施例中，增益級Iio可包括P型金屬氧化物半導(dǎo)體場應(yīng)效晶體管(“PM0S”)112，該晶體管112可具有耦合到OUTP的柵極、耦合到OUTN的漏極和耦合到高側(cè)電源的源極。增益級110也可包括PMOS 111，PMOS 111可具有耦合到OUTN的柵極、耦合到OUTP的漏極和耦合到高側(cè)電源的源極。類似地，增益級110可包括η型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(“NM0S”)114，該晶體管114可具有耦合到OUTP的柵極、耦合到OUTN的漏極和耦合至帳地的源極。增益級110也可包括NMOS 113，該NMOS 113可具有耦合到OUTN的柵極、耦合到OUTP的漏極和耦合到接地的源極。雖然圖1示出包括NMOS和PMOS器件的特定集的增益級110的一實施例，但增益級110可以任何適合的方式配置有任何適合數(shù)量的任何適合類型的器件，例如包括NMOS、PM0S、雙極結(jié)型晶體管(“BJT”)、金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(“MESFET”)和/或異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(“HBT”)器件。
[0009]電感器108可具有耦合到OUTN的第一端子和耦合到OUTP的第二端子。在一些實施例中，電感器108可以是差分電感器，并且也可以包括共模節(jié)點(未明確示出)。類似地，電容器120、電容器130、可變?nèi)~電容器140和DAC控制可變?nèi)~電容器150中的每個可具有耦合到OUTN的第一端子和耦合到OUTP的第二端子。DCO 100的振蕩頻率可取決于電感器108的共振頻率和在OUTN與OUTP之間應(yīng)用的總電容。例如，DCO 100的振蕩頻率(“/；”)可如等式I所述:
夂:—L::.=.其中，L可以是電感器108的電感值，并且C可以是電容器120、電容器130、可變?nèi)~電容器140、DAC控制可變?nèi)~電容器150及與OUTN和OUTP節(jié)點相關(guān)聯(lián)的任何其它寄生電容的總組合電容值。
[0010]電容器120的電容可通過任何適合的方式改變。例如，在一些實施例中，電容器120可包括可以被接通或斷開以對電容器120的總電容起作用的可單獨選擇電容器的陣列。類似地，在一些實施例中，電容器130的電容可通過任何適合的方式改變。例如,在一些實施例中，電容器130可包括可以被接通或斷開以對電容器130的總電容起作用的可單獨選擇電容器的陣列。
[0011]在一些實施例中，電容器120可配置成提供DCO 100的粗調(diào)諧，并且電容器130可配置成提供DCO 100的精調(diào)諧。例如，電容器120可具有與電容器130相比步長相對較大的相對較大變化范圍。電容 器130可具有與電容器120相比步長相對較小的相對較小變化范圍。在此類實施例中，電容器120的大變化可用于將DCO 100粗調(diào)諧到在寬的可能頻率范圍內(nèi)的所需頻率，并且電容器130的小步長可用于將DCO 100精調(diào)諧到所需頻率。然而，單獨電容器130提供的精調(diào)諧能力可受電容器130的固有特性和/或其它設(shè)計限制的限制。例如，電容器130的最小步長可受可用的控制設(shè)置數(shù)量和給定應(yīng)用中可要求的精調(diào)諧范圍影響。此外，在一些應(yīng)用中，最小步長可例如受給定過程中最小變抗器的最小德爾塔(delta)電容限制。另外，用于可變電容器130的給定最小電容步長可產(chǎn)生在不同頻率范圍用于DCO 100的不同頻率步長。例如，在一些實施例中，電感器108可配置為1.0nH，電容器120可配置成以320 fF的步長在32個離散步中從大約1.0pF改變到大約10.92pF，以及電容器130可配置成以大約10 fF的步長在32個離散步中從IOOfF改變到410fF。在此類實施例中，如果在OUTP與OUTN之間的總電容設(shè)成大約4pF，則DCO 100的頻率可調(diào)諧到大約2.52GHz，并且由按10 fF增大或降低電容器130的電容產(chǎn)生的精調(diào)諧頻率步可大約為
3.14MHz ο然而，在此類實施例中，如果在OUTP與OUTN之間的總電容設(shè)成大約8pF，則DCO100的頻率可調(diào)諧到大約1.78GHz，并且由按10 fF增大或降低電容器130的電容產(chǎn)生的精調(diào)諧頻率步可大約為1.1IMHz。
[0012]相應(yīng)地，可需要改變跨OUTP和OUTN的電容的另外技術(shù)以便提供額外的精調(diào)諧分辨率和提供DCO 100的可控頻率步長。
[0013]可變?nèi)~電容器140和DAC控制葉電容器150可配置成提供額外的精調(diào)諧分辨率及用于DCO 100的可控頻率步長。如圖1所示，DCO 100可包括任何適合數(shù)量的可變?nèi)~電容器140a-n以提供任何適合的額外的精調(diào)諧頻率范圍。下面參照圖2更詳細描述的可變?nèi)~電容器140可包括可基于電壓偏置160提供的一個或多個電壓偏置改變的變抗器。如圖1所示，在一些實施例中，電壓偏置160可提供兩個恒定電壓偏置VBIASl和VBIAS2。然而，在一些實施例中，電壓偏置160可提供任何適合數(shù)量的恒定或動態(tài)控制偏置輸出?？勺?nèi)~電容器140可包括也可基于共模偏置改變的變抗器，該共模偏置可由共模偏置170提供。共模偏置170可提供共模偏置電壓信號VCM。如圖1所示，在一些實施例中，共模偏置170可耦合到電阻器171的第一端子和電阻器172的第一端子。電阻器171的第二端子可耦合到節(jié)點176。類似地，電阻器172的第二端子可耦合到節(jié)點177。如圖1所示，電阻器171和電阻器172可分隔節(jié)點176和177，并且因此可防止在節(jié)點176的第一共模信號VCMP與在節(jié)點177的第二共模信號VCMN之間的電短路。在一些實施例中，VCMP和VCMN可提供到可變?nèi)~電容器140和DAC控制可變?nèi)~電容器150。
[0014]下面參照圖3更詳細描述的DAC控制可變?nèi)~電容器150可包括可基于DAC 180提供的控制電壓改變的變抗器。DAC 180可由任何適合數(shù)量的數(shù)字比特控制。例如，DAC 180可以是4比特DAC、6比特DAC或任何其它適合比特數(shù)DAC。DAC 180可配置成輸出任何適合范圍的模擬電壓。在一些實施例中，DAC 180可配置成輸出在如可由電壓偏置160提供的從VBIASl的電壓到VBIAS2的電壓的范圍內(nèi)變化的電壓。
[0015]圖2示出根據(jù)本公開的某些實施例的示例可變?nèi)~電容器140的示意圖?？勺?nèi)~電容器140可包括電容器211、電容器212、開關(guān)230、變抗器220、以及共模輸入端VCMP和VCMN0
[0016]電容器211和電容器212可配置為交流(“AC”)耦合電容器。例如，在一些實施例中，電容器211可具有耦合到OUTP的第一端子和耦合到第一共模輸入端VCMP的第二端子。類似地，在一些實施例中，電容器212可具有耦合到OUTN的第一端子和耦合到第二共模輸入端VCMN的第二端子。如上參照圖1所述，OUTP和OUTN可以是DCO 100的振蕩輸出端子。對于本發(fā)明來說，耦合到OUTP和OUTN的可變?nèi)~電容器140的節(jié)點也可稱為差分節(jié)點，并且可變?nèi)~電容器140的總電容可以是跨差分節(jié)點的電容。VCMP和VCMN輸入端可接收共模偏置170分別經(jīng)電阻器171和電阻器172提供的共模電壓。電容器211和電容器212作為AC耦合電容器的配置可允許與振蕩OUTP和OUTN節(jié)點的共模值無關(guān)地，應(yīng)用共模偏置到變抗器 220。
[0017]在一些實施例中，變抗器220可包括兩個電壓相關(guān)的電容器221和222。電壓相關(guān)電容器221可具有耦合到變抗器220的第一共模端子的第一端子和耦合到變抗器220的偏置端子的第二端子。變抗器220的第一共模端子可耦合到第一共模輸入端VCMP。類似地，電壓相關(guān)電容器222可具有耦合到變抗器220的第二共模端子的第一端子和耦合到變抗器220的偏置端子的第二端子。變抗器的第二共模端子可耦合到第二共模輸入端VCMN。
[0018]變抗器220的偏置端子可配置成由偏置電壓驅(qū)動。在一些實施例中，可變?nèi)~電容器140可包括偏置開關(guān)230。在一些實施例中，偏置開關(guān)230可包括可耦合到VBIASl的第一輸入端子和可耦合到VBIAS2的第二輸入端子。偏置開關(guān)230也可包括可耦合到變抗器220的偏置端子的輸出端。偏置開關(guān)230可通過數(shù)字信號控制，并且可配置成在第一狀態(tài)中應(yīng)用第一偏置電壓(例如，VBIASl)到變抗器220或者在第二狀態(tài)中應(yīng)用第二偏置電壓(例如，VBIAS2)到變抗器220。
[0019]變抗器220的電容可根據(jù)從其第一和第二共模端子到其偏置端子的電壓而改變。可變?nèi)~電容器140的電容又可根據(jù)變抗器220的變化的電容而改變。在一些實施例中，帶有相互串聯(lián)耦合的電容器211、變抗器220和電容器212的可變?nèi)~電容器140的電容可如等式2所述:
【權(quán)利要求】
1.一種可變?nèi)~電容器，包括: 第一交流耦合電容器，其具有耦合到第一差分節(jié)點的第一端子和耦合到第一共模節(jié)點的第二端子； 第二交流耦合電容器，其具有耦合到第二差分節(jié)點的第一端子和耦合到第二共模節(jié)點的第二端子；以及 變抗器，其具有偏置端子、耦合到所述第一共模節(jié)點的第一共模端子和耦合到所述第二共模節(jié)點的第二共模端子，其中所述變抗器的電容是基于從所述變抗器的所述第一共模端子到所述變抗器的所述偏置端子的電壓并且基于從所述變抗器的所述第二共模端子到所述變抗器的所述偏置端子的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的可變?nèi)~電容器，其中所述變抗器的所述偏置端子耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端。
3.如權(quán)利要求1所述的可變?nèi)~電容器，其中所述變抗器的所述偏置端子耦合到可變電壓偏置。
4.如權(quán)利要求1所述的可變?nèi)~電容器，其中所述變抗器是基于金屬氧化物半導(dǎo)體的變抗器。
5.如權(quán)利要求1所述的可變?nèi)~電容器，其中所述可變?nèi)~電容器的電容是基于所述變抗器的電容、所述第一交流耦合電容器的電容和所述第二交流耦合電容器的電容。
6.如權(quán)利要求5所述的可變?nèi)~電容器，其中: 所述第一交流耦合電容器的電容是可變的；以及 所述第二交流耦合電容器的電容是可變的。
7.一種數(shù)字控制的振蕩器，包括: 增益級； 電感器； 可變電容器；以及 可變?nèi)~電容器，包括: 第一交流耦合電容器，其具有耦合到第一差分節(jié)點的第一端子和耦合到第一共模節(jié)點的第二端子； 第二交流耦合電容器，其具有耦合到第二差分節(jié)點的第一端子和耦合到第二共模節(jié)點的第二端子；以及 變抗器，其具有偏置端子、耦合到所述第一共模節(jié)點的第一共模端子和耦合到所述第二共模節(jié)點的第二共模端子，其中所述變抗器的電容是基于從所述變抗器的所述第一共模端子到所述變抗器的所述偏置端子的電壓并且基于從所述變抗器的所述第二共模端子到所述變抗器的所述偏置端子的電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的數(shù)字控制的振蕩器，其中所述可變?nèi)~電容器的電容是基于所述變抗器的電容、所述第一交流耦合電容器的電容和所述第二交流耦合電容器的電容。
9.如權(quán)利要求7所述的數(shù)字控制的振蕩器，其中: 所述變抗器的所述偏置端子耦合到可變電壓偏置；以及 所述第一共模節(jié)點和所述第二共模節(jié)點配置成具有基于共模偏置的共模。
10.如權(quán)利要求9所述的數(shù)字控制的振蕩器，其中:所述數(shù)字控制的振蕩器配置成在所述可變電容器設(shè)成第一電容，所述共模偏置設(shè)成第一共模，并且所述可變電壓偏置設(shè)成第一偏置時在第一頻率振蕩； 所述數(shù)字控制的振蕩器配置成在所述可變電容器設(shè)成第一電容，所述共模偏置設(shè)成第一共模，并且所述可變電壓偏置設(shè)成第二偏置時在第二頻率振蕩； 所述數(shù)字控制的振蕩器配置成在所述可變電容器設(shè)成第二電容，所述共模偏置設(shè)成第二共模，并且所述可變電壓偏置設(shè)成第一偏置時在第三頻率振蕩； 所述數(shù)字控制的振蕩器配置成在所述可變電容器設(shè)成第二電容，所述共模偏置設(shè)成第二共模，并且所述可變電壓偏置設(shè)成第二偏置時在第四頻率振蕩；以及 在所述第三頻率與所述第四頻率之間的差大約相當(dāng)于在所述第一頻率與所述第二頻率之間的差。
11.如權(quán)利要求7所述的數(shù)字控制的振蕩器，其中: 所述變抗器的所述偏置端子耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端；以及 所述第一共模節(jié)點和所述第二共模節(jié)點配置成具有基于共模偏置的共模。
12.如權(quán)利要求11所述的數(shù)字控制的振蕩器，其中: 所述數(shù)字控制的振蕩器配置成在所述可變電容器設(shè)成第一電容，所述共模偏置設(shè)成第一共模，并且DAC設(shè)成第一設(shè)置時在第一頻率振蕩； 所述數(shù)字控制的振蕩器配置成在所述可變電容器設(shè)成第一電容，所述共模偏置設(shè)成第一共模，并且所述DAC設(shè)成第二設(shè)置時在第二頻率振蕩； 所述數(shù)字控制的振蕩器配置成在所述可變電容器設(shè)成第二電容，所述共模偏置設(shè)成第二共模，并且所述DAC設(shè)成第一設(shè)置時在第三頻率振蕩； 所述數(shù)字控制的振蕩器配置成在所述可變電容器設(shè)成第二電容，所述共模偏置設(shè)成第二共模，并且所述DAC設(shè)成第二設(shè)置時在第四頻率振蕩；以及 在所述第三頻率與所述第四頻率之間的差大約相當(dāng)于在所述第一頻率與所述第二頻率之間的差。
13.如權(quán)利要求12所述的數(shù)字控制的振蕩器，其中在所述第一頻率與所述第二頻率之間的差大約為IKHz或更小。
14.如權(quán)利要求8所述的數(shù)字控制的振蕩器，其中: 所述第一交流耦合電容器的電容是可變的；以及 所述第二交流耦合電容器的電容是可變的。
15.—種數(shù)字控制的振蕩器,包括: 增益級； 電感器； 可變電容器；以及 第一可變?nèi)~電容器，包括: 第一交流耦合電容器，其具有耦合到第一差分節(jié)點的第一端子和耦合到第一共模節(jié)點的第二端子； 第二交流耦合電容器，其具有耦合到第二差分節(jié)點的第一端子和耦合到第二共模節(jié)點的第二端子；以及 變抗器，其具有耦合到可變電壓偏置的偏置端子、耦合到所述第一共模節(jié)點的第一共模端子和耦合到所述第二共模節(jié)點的第二共模端子，其中所述變抗器的電容是基于從所述變抗器的所述第一共模端子到所述變抗器的所述偏置端子的電壓并且基于從所述變抗器的所述第二共模端子到所述變抗器的所述偏置端子的電壓；以及第二可變?nèi)~電容器，包括: 第一交流耦合電容器，其具有耦合到所述第一差分節(jié)點的第一端子和耦合到所述第一共模節(jié)點的第二端子； 第二交流耦合電容器，其具有耦合到所述第二差分節(jié)點的第一端子和耦合到所述第二共模節(jié)點的第二端子；以及 變抗器，其具有耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端的偏置端子、耦合到所述第一共模節(jié)點的第一共模端子和耦合到所述第二共模節(jié)點的第二共模端子，其中所述變抗器的電容是基于從所述變抗器的所述第一共模端子到所述變抗器的所述偏置端子的電壓并且基于從所述變抗器的所述第二共模端子到所述變抗器的所述偏置端子的電壓。
16.如權(quán)利要求15所述的數(shù)字控制的振蕩器，其中: 所述第一可變?nèi)~電容器的所述第一交流耦合電容器匹配所述第二可變?nèi)~電容器的所述第一交流稱合 電容器； 所述第一可變?nèi)~電容器的所述第二交流耦合電容器匹配所述第二可變?nèi)~電容器的所述第二交流耦合電容器； 所述第一可變?nèi)~電容器的所述變抗器匹配所述第二可變?nèi)~電容器的所述變抗器；以及所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器配置成在大約相當(dāng)于所述可變電壓偏置配置成驅(qū)動所述第一可變?nèi)~電容器的所述變抗器的電壓范圍的范圍，驅(qū)動所述第二可變?nèi)~電容器的所述變抗器的所述偏置端子。
17.一種用于調(diào)諧數(shù)字控制的振蕩器的方法，包括: 粗調(diào)諧數(shù)字控制的振蕩器到第一頻率，其中所述數(shù)字控制的振蕩器的頻率取決于電感器和包括可變?nèi)~電容器的一個或多個電容元件的總電容； 將所述可變?nèi)~電容器的電容步長設(shè)成對應(yīng)于在所述第一頻率所述數(shù)字控制的振蕩器的所需頻率步長的第一電容步長；以及 通過設(shè)置所述可變?nèi)~電容器的電容，精調(diào)諧所述數(shù)字控制的振蕩器到所述第一頻率。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中: 所述可變?nèi)~電容器的電容取決于偏置電壓和共模電壓； 通過所述偏置電壓的變化實現(xiàn)的電容步長取決于所述共模電壓； 設(shè)置所述可變?nèi)~電容器的所述電容步長包括設(shè)置所述共模電壓；以及 設(shè)置所述可變?nèi)~電容器的電容包括設(shè)置所述偏置電壓。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，包括: 粗調(diào)諧所述數(shù)字控制的振蕩器到第二頻率； 將所述可變?nèi)~電容器的電容步長設(shè)成對應(yīng)于在所述第二頻率所述數(shù)字控制的振蕩器的所需頻率步長的第二電容步長；以及 通過設(shè)置所述可變?nèi)~電容器的電容，精調(diào)諧所述數(shù)字控制的振蕩器到所述第二頻率。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中精調(diào)諧所述數(shù)字控制的振蕩器還包括改變第一交流稱合電容器的電容和第二交流稱合電容器的電容。
【文檔編號】H03B5/18GK103944515SQ201310678169
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月14日
【發(fā)明者】R.阿爾梅德, D.阮 申請人:英特爾Ip公司