专利名称：压控震荡器及用于其的粗调谐单元的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种震荡器及用于其的粗调谐单元的结构，且特别是有关于一种可避免寄生二极管正向导通的压控震荡器及用于其的粗调谐单元的结构。
背景技术：
在设计采用电感电压槽(LC tank)的压控震荡器所遇到的最大困难之一，在于为了同时到低相位噪声及宽频率的调谐范围。一般来说，使用具有陡峭电容电压特性的简单变容装置以达到宽频率范围。然而，由于可变电容的调整范围过大，会产生一极高调谐敏感度KVCO。此现象为我们所不企望，肇因高调谐敏感度KVCO将使相位噪声表现降级。为了避免此问题，传统解决此效应的方法藉由一开关电容将目标频率范围切割。使用粗调谐器配合细调谐器来调谐震荡频率。
图1为已知压控震荡器100的电路图。压控震荡器100包含晶体管101、102及103、及电感电容槽LC1。其中晶体管101的输出端接至电压VCC，而晶体管101的控制端经由偏置电压(bias voltage)V11控制而输出电流至晶体管102及晶体管103。而晶体管102及晶体管103采交互耦接(cross couple)方式来提供差动信号，此交互耦接方式可消除共模(common)噪声，及降低外来噪声的影响，并可提供负阻抗，来抵销LC本身的正阻抗藉此产生震荡波。电感电容槽LC1包含粗调谐单元12、细调谐单元13、电感器141及142。粗调谐单元12包含电容器121及124、开关晶体管122及123，切换电压V12控制开关晶体管122及123的导通状态，来决定粗调谐单元是否输出由电容器121及124组合的固定电容值。细调谐单元13包含可变电容器131及132，可变电容器131及132由控制电压V13的控制，而组合产生可变电容值。而电感器141及142配合粗调谐单元12及细调谐单元13共同提供电感电容槽LC1而决定震荡波的频率。为了减少开关的导通阻抗及有效率的使用晶粒面积，压控震荡器100必须做部分改良。
图2为已知压控震荡器200的电路图。压控震荡器200包含晶体管201～203及电感电容槽LC2，晶体管201接收偏置电压V21而提供电流至晶体管202及203。晶体管202及203以交互耦接方式连接，并产生负阻抗提供给电感电容槽LC2。电感电容槽LC2包含粗调谐单元22、细调谐单元23、电感器241及242，粗调谐单元22包含电容器221及225、电阻222及224、晶体管223。粗调谐单元22可改善压控震荡器100的晶体管过多的缺点，晶体管223接收切换电压V22的控制，晶体管223的两输出端分别耦接电容器221及225。晶体管223的两输出端并分别透过电阻222及225耦接至接地电压。由晶体管223的开启与关闭动作，可决定粗调谐单元22是否输出由电容器221及225组合的固定电容值。
细调谐单元23含可变电容器231及232，控制电压V23控制可变电容器231及232以输出可变电容值。粗调谐单元22、细调谐单元23、电感器241及242输出电感电容值来决定震荡波的频率。然而，压控震荡器200虽然改善了压控震荡器100的晶体管过多的缺点，但产生寄生二极管正向导通的问题，产生一正向导通电流，而造成增加功率损耗及增加相位噪声(phase noiselevel)。
图3为已知晶体管223的组件内部剖面图。请同时参考图2及图3。晶体管223包含多晶硅层301、氧化层302、N型掺杂区303及304、P型基板305。施加电压于多晶硅层301，可透过氧化层302可在P型基板305产生一信道而使得N型掺杂区303及304导通。但N型掺杂区303及304与P型基板305会产生寄生双极性晶体管。所以，N型掺杂区303及P型基板305产生寄生二极管结构，而N型掺杂区304及P型基板305亦产生寄生二极管结构。当压控震荡器200的开关晶体管223关闭时，也既是切换电压V22保持在低电位的状态，晶体管223的两端电压为由于震荡波的摆福会降至比切换电压V22还低，因此会产生晶体管223的寄生二极管的正向导通，图1的晶体管122及123亦有此寄生二极管的正向导通。所以我们需要有一种压控震荡器，可解决内部寄生二极管的正向导通的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压控震荡器，可避免开关晶体管的寄生二极管因震荡波的电压而导通，而可改善整体功率损耗及改善震荡器的相位噪声(phase noise level)。
本发明的另一目的在于提供一种压控震荡器，可避免开关晶体管两端耦合电容的寄生二极管，因震荡波的电压而导通，可改善功率损耗及改善震荡器的相位噪声。
本发明的再一目的是提供一种用于压控震荡器的粗调谐单元，可避免开关晶体管内的寄生二极管正向导通，而改善功率损耗及相位噪声。
本发明提出一种压控震荡器，其特征在于，包含一电流源，用以产生一电流；一负阻产生单元，耦接至该电流源，接收该电流源的该电流，用以产生一负阻抗；以及一电感电容槽，耦接至该负阻产生单元，其中该电感电容槽依据自身的一电感电容值，来组合该负阻抗以产生一震荡波，该电感电容槽包含一细调谐单元，至少包含一第一可变电容器，其中该第一可变电容器接收一控制电压而产生一可变电容值；以及一粗调谐单元，至少包含一第一电容器及一电晶体开关，其中该第一电容器并耦接至该晶体管开关的一第一输出端，该晶体管开关的一输入端接收一切换电压，该晶体管开关并在该输出端接收一反相切换电压，该粗调谐单元由该晶体管开关的开启关闭动作以决定是否输出一固定电容值；以及一电感组合单元，用以产生一电感值，其中该该电感组合单元、该细调谐单元及该粗调谐单元一起输出该电感电容值。
其中该粗调谐单元进一步包含一反相器，该反相器的一输入端接收该切换电压，而在该反相器的一输出端输出该反相切换电压。
其中该开关晶体管的该第一输出端由一第一阻抗组件耦接至该反相器的该输出端。
其中该粗调谐单元进一步包含一第二电容器，该第二电容器的一端耦接至该开关晶体管的一第二输出端，该开关晶体管的该第二输出端由一第二阻抗组件耦接至该反相器的该输出端。
其中该细调谐单元进一步包含一第二可变电容器，该第二可变电容器的控制端耦接至该第一可变电容器的控制端以共同接收该控制电压。
其中该电感组合单元包含一第一电感器与一第二电感器，该第一电感器的一端及该第二电感器的一端耦接至一接地电压。
其中该电流源为一第一晶体管，该第一晶体管的一控制端接收一偏置电压，该第一晶体管的一输出端耦接至一参考电压，该第一晶体管的另一输出端输出该电流。
其中该负阻产生单元为一差动晶体管对，该差动晶体管对包含一第二晶体管及一第三晶体管，该第二晶体管的一控制端耦接至该第三晶体管的一输出端，该第三晶体管的一控制端耦接至该第二晶体管的一输出端。
其中该第一晶体管、该第二晶体管及该第三晶体管为P型MOS晶体管，该晶体管开关为N型MOS晶体管。
其中该第一阻抗组件及该第二阻抗组件为一第一电阻及一第二电阻。
本发明提出一种压控震荡器，其特征在于，包含一第一晶体管，该第一晶体管的一控制端接收一偏置电压，该第一晶体管的一第一输出端耦接一第一参考电压，该晶体管的一第二输出端输出一电流；一差动晶体管对，该差动晶体管对耦接至该第一晶体管的该第二输出端，该差动晶体管对包含一第二晶体管及一第三晶体管，该第二晶体管的一控制端耦接至该第三晶体管的一输出端，该第三晶体管的一控制端耦接至该第二晶体管的一输出端，该差动晶体管对用以接收该电流而输出一负阻抗；以及一电感电容槽，该电感电容槽耦接至该差动晶体管对，该电感电容槽自身的一电感电容值组合该差动晶体管对的该负阻抗而产生一震荡波，该电感电容槽包含一粗调谐单元，该粗调谐单元包含至少一第一电容器、一第二电容器、一晶体管开关、一第一阻抗组件、一第二阻抗组件及一反相器，该晶体管开关的一控制端接收一切换电压，该切换电压并经由该反相器而产生一反相切换电压，该反相切换电压经由该第一阻抗组件及该第二阻抗组件输入至该晶体管开关的一第一输出端及一第二输出端，而该晶体管开关的该第一输出端及该第二输出端并耦接至该第一电容器及该第二电容器，由该开关晶体管的开启关闭动作来粗略调谐该电感电容值；一细调谐单元，至少包含一第一可变电容器及一第二可变电容器，该第一可变电容器的控制端及该第二可变电容器的控制端互相耦接以接收一控制电压，该控制电压可同时调整该第一可变电容器及该第二可变电容器而使得该细调谐单元输出一可变电容值，以细微调谐该电感电容值；以及多个电感器，该等电感器包含一第一电感器及一第二电感器，该第一电感器的一端及该第二电感器的一端均耦接至第二参考电压，该第一电感器的一第一电感值及该第二电感器的一第二电感值用以提供部分的该电感电容值。
其中该第二参考电压为一接地电压。
其中该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管为P型MOS晶体管，该晶体管开关为N型MOS晶体管。
其中该第一阻抗组件及该第二阻抗组件为一第一电阻及一第二电阻。
本发明提出一种用于压控震荡器的粗调谐单元，其特征在于，其中该压控震荡器包含
一电流源，用以产生一电流；一负阻产生单元，耦接至该电流源，接收该电流源的该电流，用以产生一负阻抗；以及一电感电容槽，耦接至该负阻产生单元，其中该电感电容槽依据自身的一电感电容值，来组合该负阻抗以产生一震荡波，该电感电容槽包含一细调谐单元，至少包含一第一可变电容器，其中该第一可变电容器接收一控制电压而产生一可变电容值；一电感组合单元，用以产生一电感值；以及该粗调谐单元，该粗调谐单元包含一第一电容器，用以提供一第一电容值；一第二电容器，用以提供一第二电容值；一开关晶体管，该开关晶体管的控制端接收一切换电压，该开关晶体管的一第一输出端耦接至该第一电容器的一端，该开关晶体管的一第二输出端耦接至该第二电容器的一端，该开关晶体管由该切换电压的控制而执行一开启关闭动作，以决定该粗调谐单元是否输出由该第一电容值与该第二电容值组合的一固定电容值，其中该电感组合单元、该细调谐单元及该粗调谐单元一起输出该电感电容值；以及一反相器，该反相器的一输入端接收该切换电压，该反相器的一输出端输出一反相切换电压，该反相器的该输出端经由一第一阻抗组件及一第二阻抗组件分别耦接至该开关晶体管的该第一输出端及该第二输出端。
其中该第一阻抗组件与该第二阻抗组件为一第一电阻与一第二电阻。
其中该开关晶体管为N型MOS晶体管。
本发明因采用由反相器来将开关晶体管的输入切换电压转换为反相切换电压，再输出至开关晶体管的输出端的结构，因此可避免压控震荡器的震荡波振幅过大而导致开关晶体管的寄生二极管正向导通的效应，可降低功率损耗，并可改善震荡器的相位噪声位准。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下，其中图1为已知压控震荡器100的电路图。
图2为已知压控震荡器200的电路图。
图3为已知晶体管223的组件内部剖面图。
图4为本发明实施例压控震荡器400的电路图。
具体实施例方式
图4为本发明实施例压控震荡器400的电路图，压控震荡器400包含电流源41、电感电容槽LC4及负阻产生单元45。电流源41包含晶体管411，晶体管411的控制端接收偏置电压(bias voltage)V41，晶体管411的一输出端耦接至电压VCC，另一端则耦接至负阻产生单元45。由偏置电压V41的控制，晶体管411可提供负阻产生单元45适当的驱动电流。其中晶体管411不限于P型MOS(metal-oxide-semiconductor，金氧半导体)晶体管，可使用N型MOS实施的。而电流源41不限于以晶体管411实施的，可使用例如电流镜等其它方式来提供适当电流。负阻产生单元45包含晶体管451及晶体管452，晶体管451及晶体管452组合成一交互耦接(cross couple)的差动晶体管对，晶体管451的控制端耦接至晶体管452的一输出端，而晶体管452的控制端耦接至晶体管452的一输出端，以此耦接方式可减少噪声，并可产生一负阻抗。负阻产生单元45利用内部主动组件而产生一负阻抗，由此负阻抗配合适当的电感电容值及电阻值可用以产生震荡波。其中晶体管451及452不限于P型MOS晶体管，可使用N型MOS晶体管实施的。负阻产生单元亦可设计为双极性晶体管、金氧半场效晶体管、真空管等主动组件组成的电路。
电感电容槽LC4耦接负阻产生单元45，电感电容槽45由电感组件及电容组件组成，可提供一电感电容值，但由于电感组件和电容组件本身均具有正电阻值，而配合负阻产生单元45的负阻抗而形成阻抗抵销，可提供能量并产生震荡波，并透过适当电压来改变电感电容值可产生一适当频率的震荡波。此由控制电压来产生震荡波的方式例如在锁相回路及频率产生器的频率处理方面占有非常重要的部分。为了分频控制，电感电容槽LC4设计为内含有粗调谐单元42、细调谐单元43、电感组合单元44，粗调谐单元42用以粗略调谐电容值，采用开关动作来决定是否输出一固定电容值。细调谐单元43用以细微调谐电容值，采用改变电压来输出一可变电容值。而电感组合单元包含电感器441及442，电感器441及442的一端均耦接至接地电压GND。电感器441及442用以提供电感值以组合成电感电容槽的部分电感电容值，而电感组合单元44不限于设置两电感器，可为一个电感器或多个电感器以提供适当电感值而实施之。
粗调谐单元42包含反相器421、电容器422及426、开关晶体管424、阻抗组件423及425。电容器422及426共同提供一固定电容值，晶体管424分别耦接电容器422及426。晶体管424经由切换电压V42的控制可决定粗调谐单元42是否输出此固定电容值。而切换电压V42同时经由反相器421而产生反相切换电压V421。反相切换电压V421再经由阻抗组件423及425而输入晶体管424的两控制端，阻抗组件423及425使用电阻R23及R25实施的。以此设计开关晶体管424不限于N型MOS晶体管，可使用P型MOS晶体管实施之。此结构在晶体管的耦接电容器输出端提供一反相切换电压，可避免晶体管的寄生二极管正向导通效应，而有效改善功率损耗及相位噪声。
细调谐单元43包含可变电容器431、及432，可变电容器431及432的控制端互相耦接，并共同接收控制电压V43，经由改变控制电压，可变电容器431及432可输出连续变化的电容值，一般来说可变电容器可使用PN接面可变电容器及MOS可变电容器。而MOS可变电容器又可为DSB(double side band双边频带)结构、反转型结构、累积型结构输出。而可变电容值的产生方式不限于可变电容器431的控制端耦接可变电容器432的控制端，可使用输入控制电压于一个可变电容器的控制端的方式实施。
综上所述，在本发明的压控震荡器及用于其的粗调谐单元，由于采用来将开关晶体管的输入切换电压由反相器转换为反相切换电压，再输出至开关晶体管的输出端的结构，因此可避免压控震荡器的震荡波振幅过大而导致开关晶体管的寄生二极管正向导通的效应，可降低压控震荡器整体功率损耗及改善震荡器的相位噪声。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。
权利要求
1.一种压控震荡器，其特征在于，包含一电流源，用以产生一电流；一负阻产生单元，耦接至该电流源，接收该电流源的该电流，用以产生一负阻抗；以及一电感电容槽，耦接至该负阻产生单元，其中该电感电容槽依据自身的一电感电容值，来组合该负阻抗以产生一震荡波，该电感电容槽包含一细调谐单元，至少包含一第一可变电容器，其中该第一可变电容器接收一控制电压而产生一可变电容值；以及一粗调谐单元，至少包含一第一电容器及一电晶体开关，其中该第一电容器并耦接至该晶体管开关的一第一输出端，该晶体管开关的一输入端接收一切换电压，该晶体管开关并在该输出端接收一反相切换电压，该粗调谐单元由该晶体管开关的开启关闭动作以决定是否输出一固定电容值；以及一电感组合单元，用以产生一电感值，其中该该电感组合单元、该细调谐单元及该粗调谐单元一起输出该电感电容值。
2.如权利要求1项所述的压控震荡器，其特征在于，其中该粗调谐单元进一步包含一反相器，该反相器的一输入端接收该切换电压，而在该反相器的一输出端输出该反相切换电压。
3.如权利要求1项所述的压控震荡器，其特征在于，其中该开关晶体管的该第一输出端由一第一阻抗组件耦接至该反相器的该输出端。
4.如权利要求1项所述的压控震荡器，其特征在于，其中该粗调谐单元进一步包含一第二电容器，该第二电容器的一端耦接至该开关晶体管的一第二输出端，该开关晶体管的该第二输出端由一第二阻抗组件耦接至该反相器的该输出端。
5.如权利要求1项所述的压控震荡器，其特征在于，其中该细调谐单元进一步包含一第二可变电容器，该第二可变电容器的控制端耦接至该第一可变电容器的控制端以共同接收该控制电压。
6.如权利要求1项所述的压控震荡器，其特征在于，其中该电感组合单元包含一第一电感器与一第二电感器，该第一电感器的一端及该第二电感器的一端耦接至一接地电压。
7.如权利要求1项所述的压控震荡器，其特征在于，其中该电流源为一第一晶体管，该第一晶体管的一控制端接收一偏置电压，该第一晶体管的一输出端耦接至一参考电压，该第一晶体管的另一输出端输出该电流。
8.如权利要求1项所述的压控震荡器，其特征在于，其中该负阻产生单元为一差动晶体管对，该差动晶体管对包含一第二晶体管及一第三晶体管，该第二晶体管的一控制端耦接至该第三晶体管的一输出端，该第三晶体管的一控制端耦接至该第二晶体管的一输出端。
9.如权利要求1项所述的压控震荡器，其特征在于，其中该第一晶体管、该第二晶体管及该第三晶体管为P型MOS晶体管，该晶体管开关为N型MOS晶体管。
10.如权利要求1项所述的压控震荡器，其特征在于，其中该第一阻抗组件及该第二阻抗组件为一第一电阻及一第二电阻。
11.一种压控震荡器，其特征在于，包含一第一晶体管，该第一晶体管的一控制端接收一偏置电压，该第一晶体管的一第一输出端耦接一第一参考电压，该晶体管的一第二输出端输出一电流；一差动晶体管对，该差动晶体管对耦接至该第一晶体管的该第二输出端，该差动晶体管对包含一第二晶体管及一第三晶体管，该第二晶体管的一控制端耦接至该第三晶体管的一输出端，该第三晶体管的一控制端耦接至该第二晶体管的一输出端，该差动晶体管对用以接收该电流而输出一负阻抗；以及一电感电容槽，该电感电容槽耦接至该差动晶体管对，该电感电容槽自身的一电感电容值组合该差动晶体管对的该负阻抗而产生一震荡波，该电感电容槽包含一粗调谐单元，该粗调谐单元包含至少一第一电容器、一第二电容器、一晶体管开关、一第一阻抗组件、一第二阻抗组件及一反相器，该晶体管开关的一控制端接收一切换电压，该切换电压并经由该反相器而产生一反相切换电压，该反相切换电压经由该第一阻抗组件及该第二阻抗组件输入至该晶体管开关的一第一输出端及一第二输出端，而该晶体管开关的该第一输出端及该第二输出端并耦接至该第一电容器及该第二电容器，由该开关晶体管的开启关闭动作来粗略调谐该电感电容值；一细调谐单元，至少包含一第一可变电容器及一第二可变电容器，该第一可变电容器的控制端及该第二可变电容器的控制端互相耦接以接收一控制电压，该控制电压可同时调整该第一可变电容器及该第二可变电容器而使得该细调谐单元输出一可变电容值，以细微调谐该电感电容值；以及多个电感器，该等电感器包含一第一电感器及一第二电感器，该第一电感器的一端及该第二电感器的一端均耦接至第二参考电压，该第一电感器的一第一电感值及该第二电感器的一第二电感值用以提供部分的该电感电容值。
12.权利要求11的所述的压控震荡器，其特征在于，其中该第二参考电压为一接地电压。
13权利要求11的所述的压控震荡器，其特征在于，其中该第一晶体管、该第二晶体管、该第三晶体管为P型MOS晶体管，该晶体管开关为N型MOS晶体管。
14如权利要求11的所述的压控震荡器，其特征在于，其中该第一阻抗组件及该第二阻抗组件为一第一电阻及一第二电阻。
15.一种用于压控震荡器的粗调谐单元，其特征在于，其中该压控震荡器包含一电流源，用以产生一电流；一负阻产生单元，耦接至该电流源，接收该电流源的该电流，用以产生一负阻抗；以及一电感电容槽，耦接至该负阻产生单元，其中该电感电容槽依据自身的一电感电容值，来组合该负阻抗以产生一震荡波，该电感电容槽包含一细调谐单元，至少包含一第一可变电容器，其中该第一可变电容器接收一控制电压而产生一可变电容值；一电感组合单元，用以产生一电感值；以及该粗调谐单元，该粗调谐单元包含一第一电容器，用以提供一第一电容值；一第二电容器，用以提供一第二电容值；一开关晶体管，该开关晶体管的控制端接收一切换电压，该开关晶体管的一第一输出端耦接至该第一电容器的一端，该开关晶体管的一第二输出端耦接至该第二电容器的一端，该开关晶体管由该切换电压的控制而执行一开启关闭动作，以决定该粗调谐单元是否输出由该第一电容值与该第二电容值组合的一固定电容值，其中该电感组合单元、该细调谐单元及该粗调谐单元一起输出该电感电容值；以及一反相器，该反相器的一输入端接收该切换电压，该反相器的一输出端输出一反相切换电压，该反相器的该输出端经由一第一阻抗组件及一第二阻抗组件分别耦接至该开关晶体管的该第一输出端及该第二输出端。
16.如权利要求15项的用于压控震荡器的粗调谐单元，其中该第一阻抗组件与该第二阻抗组件为一第一电阻与一第二电阻。
17.如权利要求15项所述的用于压控震荡器的粗调谐单元，其特征在于，其中该开关晶体管为N型MOS晶体管。
全文摘要
本发明揭示一种压控震荡器及用于其的粗调谐单元，压控震荡器包含电流源、负阻产生单元及电感电容槽。电流源产生电流至负阻产生单元。电感电容槽依据自身的电感电容值组合负阻产生单元以产生震荡波。电感电容槽包含电感组合单元、粗调谐单元及细调谐单元。电感组合单元产生电感值。细调谐单元使用可变电容器调谐输出的电容值。粗调谐单元使用固定电容器配合晶体管开关来选择是否输出固定电容值，晶体管开关的控制端接收切换电压，而在输出端接收反相切换电压，用以避免晶体管开关的寄生二极管正向导通而造成额外损耗及改善相位噪声。
文档编号H03B7/00GK101030756SQ20061005827
公开日2007年9月5日 申请日期2006年2月28日 优先权日2006年2月28日
发明者孔维新, 李宝骐, 曹江, 吴巍 申请人:意胜科技股份有限公司