专利名称：振荡电路的制作方法
振荡电路技术领域
本申请涉及振荡电路及相关方法。
背景技术：
在许多应用中，使用振荡电路来生成具有所需频率的信号。例如，振荡电路通常被 用于生成例如可用于对其他信号(比如通信信号)采样的时钟信号。常规的振荡电路例如包 括环形振荡器或包括LC电路部分和所谓的负阻抗电路部分的振荡器，其中，LC电路部分包 括可调节的电感(L)和电容(C)，负阻抗电路部分用于补偿LC电路部分的能量损失。
在许多应用中，使用了可调节的振荡电路，比如数字控制振荡器(DC0)，其中，可利 用数字控制字来调节输出信号的频率；或者电压控制振荡器(VC0)，其中，可通过施加适当 电压来调节输出信号的频率。所述振荡电路通常被用于所谓的锁相环(PLL)，其根据基准信 号来调节振荡器信号的输出频率。
这种锁相环的噪声性能至少部分被所使用的振荡电路的相位噪声决定，且有时甚 至被其主导。对于许多应用，例如要求时钟频率在GHz范围内的通信应用，低相位噪声很重 要。另一方面，尤其是对于移动应用，功耗是一大问题。发明内容
根据本发明的一种实施方式，提供了一种装置，包括振荡电路部；第一电源电 压，其与振荡电路部耦接；可调电阻；以及第二电源电压，其经由可调电阻与振荡电路部耦 接。
根据本发明的另一实施方式，提供了另一种装置，包括第一电源电压；LC电路 部，其包括电感和电容，该LC电路部耦接至第一电源电压；负阻抗部，其与LC电路部耦接； 可调电阻，其与负阻抗电路部耦接；以及第二电源电压，其与可调电阻耦接。
根据本发明的又一实施方式，提供了另一种装置，包括振荡电路部；第一电源电 压，其与振荡电路部耦接；可调电流源；以及第二电源电压，其经由可调电流源与振荡电路 部奉禹接。
根据本发明的一种实施方式，提供了一种方法，包括确定振荡电路部的峰值输出 值，并根据该峰值输出值来调节耦接在振荡电路部与电源电压之间的可调电阻的阻抗。
本发明的示例性实施方式将参照附图来描述。
图1是示出根据一种实施方式的振荡电路的示意图。
图2是示出根据又一实施方式的振荡电路的框图。
图3是示出根据另一实施方式的振荡电路的示意图。
图4示出了说明根据一种实施方式的方法的流程图。
图5的(a)和(b)示出了说明一些实施方式的工作的仿真结果。
图6示出了根据又一实施方式的振荡电路的示意图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的一些实施方式。需要理解的是，给出以下描 述仅用于说明的目的，而不应作限定来理解。本发明的范围不会由下文参照附图描述的实 施方式来限制。
还应理解，在以下实施方式的描述中，附图中示出的或本文描述的功能块、装置、 部件、电路元件或其他物理或功能单元之间的任何直接连接或耦接，也可通过间接连接或 耦接来实施，即，连接或耦接包括一个或多个中间元件。另一方面，涉及电连接的术语“连 接”或“耦接”应被理解为表示可经由该连接或耦接来传送电流或电压，尽管这可以用中间 元件来修改。
此外，应当理解，附图中示出的功能块或单元在一些实施方式中，可作为单独的电 路来实施，但在其他实施方式中，也可整体或部分地在同一电路中实施。换句话说，对各种 功能块的描述旨在给出对装置中执行的各种功能的清晰理解，且不应被理解为表示这些功 能块必须作为单独的物理单元来实施。例如，在单片集成电路中可实施一个或多个功能块。
还应理解，除非注明相反情况，否则以下说明书中描述为基于有线的任何连接也 可作为无线连接来实施，反之亦然。
应当注意，提供附图来给出对本发明实施方式的一些方面的说明，且因此应视为 仅是示意性的。具体地，附图中示出的元件不一定彼此成比例，而且选择附图中各种元件的 放置用于提供对各实施方式的清晰理解，且其不应被理解为在相应实施方式的实施中，一 定代表了各种部件的实际相对位置。
除非另有具体注明，否则本文所述各实施方式的特征可相互组合。另一方面，描述 具有多个特征的实施方式不应被理解为表示所有这些特征对于实践本发明而言都是必需 的，因为其他实施方式可包括较少特征和/或替代特征。
下文中，将描述有关振荡电路的实施方式。振荡电路一般被理解为能够产生具有 预定频率的输出信号的电路。具体地，一些实施方式涉及可调节振荡器，其中，预定频率例 如基于控制信号可调节。一些常用类型的可控振荡器是电压控制振荡器(VC0)，其中，控制 信号为电压信号；或者数字控制振荡器(DC0)，其中，控制信号为数字信号。
在一些实施方式中，为生成输出信号，振荡电路可包括形成LC-电路部分的电感 (L)和电容(C)，LC-电路部分的共振频率基本相当于振荡电路的输出频率。在可控振荡电 路的情况下，电容和/或电感可以是可调节的。为补偿LC-电路部分的损失，可另外配置所 谓的负阻抗电路部分来补偿该损失。负阻抗电路部分可包括一对交叉耦合晶体管，其栅极 可被偏置。
现转向附图，图1中示出了根据一种实施方式的装置10的框图。图1的装置10 包括振荡电路，该振荡电路包括振荡电路部11和可调电阻14。该振荡电路可以是如上所 述的振荡电路，例如，可以但不一定是可控振荡电路，且振荡电路部11可包括LC电路部分 和负阻抗电路部分。振荡电路在负阻抗电路部分可以器件的独立栅极偏置为特征。振荡电 路部11与第一电源电压12 (例如，正电源电压)耦接。此外，振荡电路部11经由可调电阻 14与第二电源电压13 (例如，地)耦接。可调电阻14是指可调电阻14的电阻值是可调的，即，可变的。在图1的装置10中，对可调电阻14的调节受控制电路部15控制，控制电路部 15接收振荡电路部11的输出信号，并基于该输出信号来控制可调电阻14。在其他实施方 式中，可通过装置10的操作员来进行调节。
图2中，示出了又一实施方式的装置20。装置20包括振荡电路22-210、212、213。 装置20的振荡电路与正电源电压21耦接。此外，振荡电路经由振荡电路的电容213 (也标 记为Ctail,且称其为尾电容(tail capacitance))和振荡电路的可调电阻212 (也标记为 Rtail,且称其为尾电阻(tail resistance))与地214 f禹接。
接下来，将更详细地描述装置20的振荡电路。
装置20的振荡电路包括LC电路部21，LC电路部21又包括电感23和可调电容 24。如图2所示，电感23具有电感值L，且在其“中部”与正电源电压21耦接，使得耦接的 每一 “侧”的电感值均为L/2。
可调电容24可调节，以改变装置20的振荡电路的输出频率。例如，可调电容24 可包括多个电容器，其响应于控制信号而可切换，和/或可包括类似于变容二极管的电压 可调电容。
电感23和可调电容24形成并联谐振电路，其共振频率基本相当于振荡电路的输 出频率。
此外，装置20的振荡电路包括所谓的负阻抗电路，如图2所示，该负阻抗电路又包 括MOS晶体管25、26，其经由电容27、28来交叉耦接，且其栅极经由电阻29、210被栅极偏置 电压Vgg 211偏置。图2的实施方式中的电容27、28具有电容值Cgg，以及电阻29、210具 有电阻值Rgg。这样形成的负阻抗电路补偿了振荡器的损失，例如由电感23和电容24形 成的LC电路内的损失，或者通过在输出节点227、228分接出输出信号导致的损失。在一些 实施方式中，通过用电压Vgg分别对MOS晶体管25、26 (也标记为Ml和M2)的栅极进行偏 置，可提高振荡电路关于输出电压摆幅的产生和关于由振荡电路的部件引入的噪声的降低 方面的性能。
在一些实施方式中，Vgg小于正电源电压21 (Vdd)0在一些实施方式中，Vgg可被 设定在能够提供所需的相位噪声/功耗目标的电压范围内，且之后，可通过调节可调电阻 212 (也可称其为尾电阻)来优化相位噪声性能。
在一些实施方式中，可通过将装置20并入锁相环(PLL)中，调节电容24来获得所 需的输出频率。
在图2的实施方式中，节点227、228处的输出信号被供给自动幅度控制(AAC)电 路部215，其响应输出信号来控制可调电阻212。例如，可调节可调电阻212来获得所需输 出信号峰值。在一些实施方式中，通过调节电阻212，可补偿所谓的PVT (处理电压温度)变 化。
接下来，将参照图3来描述根据又一实施方式的装置30。
图3中，元件31-310对应于图2的元件21-210，图3的电容313对应于图2的电 容213，以及输出节点327和328分别对应于图2的输出节点227和228。此外，图3中，地 被标记为314。因此，这些元件将不再描述。应当注意，所述对有关图2的这些元件的所有 更改和替换也适用于图3的实施方式。
在图3的实施方式中，数字控制字freq_code经由控制输入316来控制可调电容34。在其他实施方式中，可通过另一类型的信号(例如，电压信号)来控制可调电容34。
此外，图3的实施方式包括用于生成栅极偏置电压Vgg的栅极偏压生成器326。在一些实施方式中，栅极偏置电压生成器326可被配置为可变电压源，以便能够调节栅极偏置电压Vgg。应当注意，在许多实施方式中，振荡电路的性能对Vgg并不太敏感，即，可在一定范围内选择Vgg。
在图3的实施方式中，在节点327、328分接出的振荡电路的输出被供给峰值检测器317，该峰值检测器317检测由振荡电路输出的信号的峰值电压Vpeak。电压Vpeak被供给自动幅度控制电路部318，自动幅度控制电路部318将电压Vpeak与基准电压Vref320相比较，并响应其输出二进制码bin_code。二进制码bin_code被供给温度计编码器319,温度计编码器319将该二进制码转换成温度计编码值therm0_C0de来控制一起形成可调电阻的可切换电阻323-325阵列。在温度计编码中，例如，编码中设置的位数对应于由相应二进制码表示的数量。
在图3的实施方式中，尽管描述了与MOS开关320、321、322相关联的三个电阻 323、324和325，每个电阻均与相关的MOS开关串联耦接，且在所示实施方式中，串联耦接的不同电阻彼此并联耦接，但这些旨在表示单个电阻的任意所需数量，例如，基于所需电阻调节粒度来选择该数量。在图3的实施方式中，由转换器319输出的温度计编码thermo_code 的每个位控制MOS开关320、321、322中的一个，例如，位号O控制MOS开关320，位号I控制MOS开关321，以及位号η控制MOS开关322。在一种实施方式中，电阻值RO至Rn不一致，从而至少近似地获得了总电阻对温度计编码thermojode的线性相关性。在一种实施方式中，由电阻器323-325形成的总电阻对温度计编码thermojode的相关性可以是单调的。在另一实施方式中，电阻323-325可具有标称(nominally)相等的电阻值R0、RU Rn， 即，电阻值被设计为相等，但例如可能由于工艺变化或容差而一定程度地改变。
在其他实施方式中，例如，可使用具有二进制加权值的可切换电阻，并由二进制码 (类似于图3的bin_Code)直接控制，而无需转换成温度计编码。
在一些实施方式中，代替图3所示的耦接，电阻可与被配置为用于桥接单个电阻的开关串联I禹接。
例如，可选择电 阻值RO至Rn，以使得能以10欧姆量级为等级进行切换。
利用由峰值检测器317、自动幅度控制电路部318和温度计编码器319形成的控制回路，可控制振荡电路与地314之间取决于导通的电阻323-325的数量的电阻值，以将峰值电压Vpeak调节为基准值Vref，该基准值Vref例如可以是所需的峰值输出电压。
在所示实施方式中，振荡电路的相位噪声取决于输出电压摆幅，且因此，通过调节峰值电压Vpeak,还调节了相位噪声。
图4中，示出了说明根据一种实施方式的方法的流程图。图4所示方法可在图1-图3的装置10、20和30中的任何一个内实施，但也可独立于它们而实施。
在40中，调节由可调振荡器输出的信号的振荡频率。例如，该振荡器可被并入锁相环(PLL)中，并因此根据基准信号来调节振荡频率。例如，在使用图3的装置30的情况下，可调节信号freq code来调节振荡频率。
在41中，例如，通过图3的峰值检测器317来确定振荡器的峰值输出值。
在42中，基于所确定的峰值，且在一些实施方式中，还基于基准值，来调节振荡电路与电源电压之间的可调电阻。
在43中，例如针对峰值输出值，检查是否已达到所需值。若不是，则方法跳回至 41，若是，则方法在44中结束。
应当注意，在一些实施方式中，可省略43，且例如，不断重复41和42来连续调节电阻，例如以补偿操作期间的变化。这种变化例如可能由于环境温度的改变而发生。还应注意，在40中利用锁相环进行振荡频率的调节的情况下，在一些实施方式中，该调节可能以循环方式基本连续地发生，而且通过锁相环对振荡频率进行的每次调节，均可调节电阻， 即，可执行41-43的操作。在其他实施方式中，仅在锁相环的开启阶段执行对可调电阻的调节，例如，统计PVT (过程电压温度)变化，并随后在常规操作期间关闭，以避免频率阶跃。在一些其他实施方式中，例如，在高频稳定性不太重要的时间周期内，则可间或性重新激活对可调电阻的调节。例如，在工作在突发模式操作下的系统中，可在突发之外进行这种重新激活。
利用图1至图4的实施方式，可调节振荡电路与电源电压之间的电阻。在一些实施方式中，通过这种调节，可补偿PVT (过程电压温度)变化。图5中示出了对这种补偿的仿真结果。作为图5的仿真的基础，使用图3的实施方式。针对该仿真，将栅极偏置电压Vgg 设为750mV。
在图5的(a)(图5的左侧)和图5的(b)(图5的右侧)中，示出了对不同过程变化的仿真，二者均在45° C的温度下。将振荡频率设为约5GHz、则在图5的(a)的情况下为5. OIGHz，以及在图5的(b)的情况下为4. 99GHz。
图5的(a)中的仿真用于所谓的慢-mos快_rc过程拐点(slow_mos fast-rc process corner),而图5的(b)中的仿真用于所谓的慢低增益过程拐点(slow low-gain process corner)。这些名称表示MOS晶体管、RC部件等根据过程变化的不同行为。图5的 (a)和(b)中的水平虚线示出了目标值，S卩，应达到以获得例如在给定电流处的所需相位噪声的值。垂直虚线示出了尾电阻的控制字的值，例如图3的二进制码bin code，此处对于上述过程拐点和温度而言，达到了目标值。
在图5的(a)和(b)的最上图中，流经图3的振荡电路的电流，即，在正电源电压 31与地314之间流动的电流，取决于尾电阻的控制字。曲线51示出了实际行为，而虚线52 示出了目标值。在图5的(b)中，曲线57示出了实际行为，而虚线58示出了目标值。
在图5的(a)和(b)的从上面起第二个图中，示出了取决于控制尾电阻的控制字的振荡器输出信号的峰-峰电压(以mV为单位)。在图5的(a)中，曲线53示出了实际行为， 而虚线54示出了目标值。在图5的(b)中，曲线59示出了实际行为，而虚线510示出了目标值。例`如，可通过图3的峰值检测器317来检测峰-峰电压。
最后，在图5的(a)和(b)的最下图中，示出了取决于控制尾电阻的位-字的 2. 5MHz的相位噪声。在图5的(a)中，曲线55示出了实际行为，而虚线56示出了目标值， 而在图5的(b)中，曲线511示出了实际行为，以及虚线512示出了目标值。
从图5可以看出，针对图5的(a)的情况，对于控制字的值为7，电流、峰-峰电压以及相位噪声的值至少近似在其目标值处，而在图5的(b)的情况下，这是控制字的值为4 的情况。对于所谓的标称拐点，控制字的值为8将致使其达到目标值。因此，从仿真可以看出，在一些实施方式中，通过调节尾电阻，可补偿过程变化(例如，不同过程拐点)，且可使振荡器的参数达到其目标值，而不管过程变化。
在参照图1-图5所述的实施方式中，调节了振荡电路部与电源电压(例如，地)之 间的电阻。在其他实施方式中，可在振荡电路部与电源电压之间配置可调电流源。图6中 示出了根据这种实施方式的装置60。
在图6的装置60中，振荡电路部61与第一电源电压62 (例如，正电源电压)耦接。 振荡电路部61例如可以是包括LC电路部分和负阻抗电路部分的振荡电路部，如参照图2 和图3所述。
此外，振荡电路部61经由可调电流源66与第二电源电压63 (例如，地)耦接。可 调电流源生成可调电流，且在图6的实施方式中，由控制电路部65基于振荡电路部61的输 出信号来控制。例如，通过调节可调电流源66，可将振荡电路部61的峰值输出值调节为预 定值(例如，标称值)。
在图6的实施方式中，类似于图2的电容213或图3的电容313，可配置电容(未示 出)与可调电流源66并联。
正如已经指出的那样，上述实施方式仅旨在说明用于实施本发明的一些可能性， 且不应被理解为限定。
权利要求
1.一种装置，包括 振荡电路部， 第一电源电压，其与所述振荡电路部耦接， 可调电阻，以及 第二电源电压，其经由所述可调电阻与所述振荡电路部耦接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一电源电压为正电源电压，以及所述第二电源电压为地。
3.根据权利要求1所述的装置， 其中，所述振荡电路部的振荡频率可调。
4.根据权利要求1所述的装置，还包括控制电路部，其耦接至所述振荡电路部的输出端，并被配置为根据由所述振荡电路部输出的信号来调节所述可调电阻。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述振荡电路部包括电感和电容，其中，所述电感和所述电容中的至少一个可调。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置包括负阻抗电路，所述负阻抗电路包括至少一个晶体管，所述至少一个晶体管的栅极耦接至与所述第一电源电压和所述第二电源电压不同的电压。
7.一种装置，包括 第一电源电压， LC电路部，其包括电感和电容，所述LC电路部耦接至所述第一电源电压， 负阻抗部，其与所述LC电路部耦接， 可调电阻，其与所述负阻抗电路部耦接，以及 第二电源电压，其与所述可调电阻耦接。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述负阻抗部包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管的第一端和所述第二晶体管的第一端与所述可调电阻耦接，所述第一晶体管的栅极端和所述第二晶体管的栅极端与栅极偏置电压耦接， 其中，所述第一晶体管的第二端与所述第二晶体管的所述栅极端以及与所述LC电路部的第一输出节点耦接，且其中，所述第二晶体管的第二端与所述第一晶体管的所述栅极端以及所述LC电路部的第二输出节点耦接。
9.根据权利要求8所述的装置，还包括可调偏置电压生成器，其被配置为生成所述栅极偏置电压。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述第一晶体管的所述栅极端经由第一电阻与所述偏置电压耦接，并经由第一电容与所述第二晶体管的所述第二端耦接，且其中，所述第二晶体管的所述栅极端经由第二电阻与所述偏置电压耦接，并经由第二电容与所述第一晶体管的所述第二端耦接。
11.根据权利要求7所述的装置，还包括电容，其耦接在所述负阻抗电路部与所述第二电源电压之间。
12.根据权利要求7所述的装置，还包括控制电路部，其耦接在所述LC电路部的至少一个输出节点之间，并被配置为调节所述可调电阻。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制电路部包括自动幅度控制电路部。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述控制电路部包括峰值检测器，所述峰值检测器与所述至少一个输出节点耦接，并被配置为将峰值电压输出至所述自动幅度控制部。
15.根据权利要求12所述的装置，其中，所述控制电路部被配置为向所述可调电阻输出温度计编码控制信号。
16.根据权利要求7所述的装置，其中，所述可调电阻包括多个可切换电阻。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述多个可切换电阻中的每一个与关联开关串联耦接，所述多个可切换电阻彼此并联耦接。
18.一种装置，包括 振荡电路部， 第一电源电压，其与所述振荡电路部耦接， 可调电流源，以及 第二电源电压，其经由所述可调电流源与所述振荡电路部耦接。
19.根据权利要求18所述的装置，还包括控制电路，其与所述振荡电路部的输出端耦接，并被配置为基于所述振荡电路部的输出信号来调节所述可调电流源。
20.—种方法,包括 确定振荡电路部的峰值输出值，并根据所述峰值输出值来调节耦接在所述振荡电路部与电源电压之间的可调电阻的阻抗。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括重复所述确定步骤和所述调节步骤，至少到已达到所述峰值输出值的所需值。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括调节所述振荡电路部的振荡频率。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，重复执行所述对所述振荡频率的调节，且针对所述振荡频率的每次调节，执行所述确定峰值输出值和所述调节所述阻抗。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，所述对所述阻抗的调节包括向与多个电阻耦接的多个开关提供温度计编码信号。
全文摘要
本发明涉及振荡电路，具体地，提供了一种装置，包括振荡电路，其经由可调电阻与电源电压耦接。本发明还提供了用于控制可调电阻的相应方法。
文档编号H03L7/08GK103036556SQ201210237229
公开日2013年4月10日 申请日期2012年7月9日 优先权日2011年7月8日
发明者尼古拉·达达尔特, 达维德·庞顿, 埃德温·塔勒尔 申请人:英飞凌科技股份有限公司