数字控制的振荡器的频率调谐和步控制的制作方法
【专利摘要】本文公开了一种可变叶电容器。根据本公开的一些实施例，可变叶电容器可包括具有耦合到第一差分节点的第一端子和耦合到第一共模节点的第二端子的第一交流耦合电容器、具有耦合到第二差分节点的第一端子和耦合到第二共模节点的第二端子的第二交流耦合电容器及具有偏置端子、耦合到第一共模节点的第一共模端子和耦合到第二共模节点的第二共模端子的变抗器，其中，变抗器的电容是基于从变抗器的第一共模端子到变抗器的偏置端子的电压并且基于从变抗器的第二共模端子到变抗器的偏置端子的电压。
【专利说明】数字控制的振荡器的频率调谐和步控制
【技术领域】
[0001]本公开一般涉及电子电路，并且更具体地说，涉及用于数字控制的振荡器的可变电容器。
【背景技术】
[0002]数字控制的振荡器(“DC0”)在各种集成电路应用中使用。DCO的关键性能参数是其振荡输出信号的频率。一些集成电路应用可要求振荡器频率可调整。在一些应用中，DCO的振荡频率可基于电感器-电容器共振器(“LC-共振器”)的共振频率。在此类应用中，可通过改变LC-共振器中的电容来调整DCO的振荡频率。然而，频率的调谐分辨率可受可变电容器的最小步长限制。另外，用于可变电容器的单个固定步长可导致在不同DCO频率范围的不同频率调谐步长。
【发明内容】
[0003]根据本公开的一些实施例，可变叶电容器(variable leaf capacitor,可变箔电容器)可包括具有耦合到第一差分节点的第一端子和耦合到第一共模节点的第二端子的第一交流耦合电容器、具有耦合到第二差分节点的第一端子和耦合到第二共模节点的第二端子的第二交流耦合电容器及具有偏置端子、耦合到第一共模节点的第一共模端子和耦合到第二共模节点的第二共模端子的变抗器，其中，变抗器的电容是基于从变抗器的第一共模端子到变抗器的偏置端子的电压并且基于从变抗器的第二共模端子到变抗器的偏置端子的电压。
[0004]本发明的目的和优点将借助于至少权利要求中特别指出的特征、元素和组合而实现和获得。
[0005]要理解的是，如声明的一样，前面的一般描述和下面的详细描述均只是示范和说明性，并不是限制本发明。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]通过参考结合附图进行的以下描述，可获得所述实施例及其优点的更完整和详尽的理解，附图中类似的标号指示类似的特征，并且其中:
图1示出根据本公开的某些实施例的示例DCO的示意图；
图2示出根据本公开的某些实施例的示例可变叶电容器的示意图；
图3示出根据本公开的某些实施例的示例DAC控制可变叶电容器的示意图；
图4示出根据本公开的某些实施例的曲线图，该曲线图显示在多个共模电压的示例可变叶电容器的示例电容电压偏置曲线；以及
图5示出根据本公开的某些实施例，用于调谐DCO的示例方法的流程图。
【具体实施方式】[0007]图1示出根据本公开的某些实施例的数字控制的振荡器(“DCO”)100的一示例实施例的示意图。DCO 100可包括差分振荡输出端OUTN和0UTP、增益级110、电感器108、电容器120、电容器130、一个或多个可变叶电容器140及数模转换器(“DAC”)控制可变叶电容器150。在一些实施例中，DCO也可包括电压偏置160、共模偏置170、电阻器171和172和 / 或 DAC 180。
[0008]增益级110可配置成跨DCO 100的OUTN和OUTP输出端应用增益到共振振荡器信号。在一些实施例中，增益级Iio可包括P型金属氧化物半导体场应效晶体管(“PM0S”)112，该晶体管112可具有耦合到OUTP的栅极、耦合到OUTN的漏极和耦合到高侧电源的源极。增益级110也可包括PMOS 111，PMOS 111可具有耦合到OUTN的栅极、耦合到OUTP的漏极和耦合到高侧电源的源极。类似地，增益级110可包括η型金属氧化物半导体场效应晶体管(“NM0S”)114，该晶体管114可具有耦合到OUTP的栅极、耦合到OUTN的漏极和耦合至帳地的源极。增益级110也可包括NMOS 113，该NMOS 113可具有耦合到OUTN的栅极、耦合到OUTP的漏极和耦合到接地的源极。虽然图1示出包括NMOS和PMOS器件的特定集的增益级110的一实施例，但增益级110可以任何适合的方式配置有任何适合数量的任何适合类型的器件，例如包括NMOS、PM0S、双极结型晶体管(“BJT”)、金属半导体场效应晶体管(“MESFET”)和/或异质结双极晶体管(“HBT”)器件。
[0009]电感器108可具有耦合到OUTN的第一端子和耦合到OUTP的第二端子。在一些实施例中，电感器108可以是差分电感器，并且也可以包括共模节点(未明确示出)。类似地，电容器120、电容器130、可变叶电容器140和DAC控制可变叶电容器150中的每个可具有耦合到OUTN的第一端子和耦合到OUTP的第二端子。DCO 100的振荡频率可取决于电感器108的共振频率和在OUTN与OUTP之间应用的总电容。例如，DCO 100的振荡频率(“/；”)可如等式I所述:
夂:—L::.=.其中，L可以是电感器108的电感值，并且C可以是电容器120、电容器130、可变叶电容器140、DAC控制可变叶电容器150及与OUTN和OUTP节点相关联的任何其它寄生电容的总组合电容值。
[0010]电容器120的电容可通过任何适合的方式改变。例如，在一些实施例中，电容器120可包括可以被接通或断开以对电容器120的总电容起作用的可单独选择电容器的阵列。类似地，在一些实施例中，电容器130的电容可通过任何适合的方式改变。例如,在一些实施例中，电容器130可包括可以被接通或断开以对电容器130的总电容起作用的可单独选择电容器的阵列。
[0011]在一些实施例中，电容器120可配置成提供DCO 100的粗调谐，并且电容器130可配置成提供DCO 100的精调谐。例如，电容器120可具有与电容器130相比步长相对较大的相对较大变化范围。电容 器130可具有与电容器120相比步长相对较小的相对较小变化范围。在此类实施例中，电容器120的大变化可用于将DCO 100粗调谐到在宽的可能频率范围内的所需频率，并且电容器130的小步长可用于将DCO 100精调谐到所需频率。然而，单独电容器130提供的精调谐能力可受电容器130的固有特性和/或其它设计限制的限制。例如，电容器130的最小步长可受可用的控制设置数量和给定应用中可要求的精调谐范围影响。此外，在一些应用中，最小步长可例如受给定过程中最小变抗器的最小德尔塔(delta)电容限制。另外，用于可变电容器130的给定最小电容步长可产生在不同频率范围用于DCO 100的不同频率步长。例如，在一些实施例中，电感器108可配置为1.0nH，电容器120可配置成以320 fF的步长在32个离散步中从大约1.0pF改变到大约10.92pF，以及电容器130可配置成以大约10 fF的步长在32个离散步中从IOOfF改变到410fF。在此类实施例中，如果在OUTP与OUTN之间的总电容设成大约4pF，则DCO 100的频率可调谐到大约2.52GHz，并且由按10 fF增大或降低电容器130的电容产生的精调谐频率步可大约为
3.14MHz ο然而，在此类实施例中，如果在OUTP与OUTN之间的总电容设成大约8pF，则DCO100的频率可调谐到大约1.78GHz，并且由按10 fF增大或降低电容器130的电容产生的精调谐频率步可大约为1.1IMHz。
[0012]相应地，可需要改变跨OUTP和OUTN的电容的另外技术以便提供额外的精调谐分辨率和提供DCO 100的可控频率步长。
[0013]可变叶电容器140和DAC控制叶电容器150可配置成提供额外的精调谐分辨率及用于DCO 100的可控频率步长。如图1所示，DCO 100可包括任何适合数量的可变叶电容器140a-n以提供任何适合的额外的精调谐频率范围。下面参照图2更详细描述的可变叶电容器140可包括可基于电压偏置160提供的一个或多个电压偏置改变的变抗器。如图1所示，在一些实施例中，电压偏置160可提供两个恒定电压偏置VBIASl和VBIAS2。然而，在一些实施例中，电压偏置160可提供任何适合数量的恒定或动态控制偏置输出。可变叶电容器140可包括也可基于共模偏置改变的变抗器，该共模偏置可由共模偏置170提供。共模偏置170可提供共模偏置电压信号VCM。如图1所示，在一些实施例中，共模偏置170可耦合到电阻器171的第一端子和电阻器172的第一端子。电阻器171的第二端子可耦合到节点176。类似地，电阻器172的第二端子可耦合到节点177。如图1所示，电阻器171和电阻器172可分隔节点176和177，并且因此可防止在节点176的第一共模信号VCMP与在节点177的第二共模信号VCMN之间的电短路。在一些实施例中，VCMP和VCMN可提供到可变叶电容器140和DAC控制可变叶电容器150。
[0014]下面参照图3更详细描述的DAC控制可变叶电容器150可包括可基于DAC 180提供的控制电压改变的变抗器。DAC 180可由任何适合数量的数字比特控制。例如，DAC 180可以是4比特DAC、6比特DAC或任何其它适合比特数DAC。DAC 180可配置成输出任何适合范围的模拟电压。在一些实施例中，DAC 180可配置成输出在如可由电压偏置160提供的从VBIASl的电压到VBIAS2的电压的范围内变化的电压。
[0015]图2示出根据本公开的某些实施例的示例可变叶电容器140的示意图。可变叶电容器140可包括电容器211、电容器212、开关230、变抗器220、以及共模输入端VCMP和VCMN0
[0016]电容器211和电容器212可配置为交流(“AC”)耦合电容器。例如，在一些实施例中，电容器211可具有耦合到OUTP的第一端子和耦合到第一共模输入端VCMP的第二端子。类似地，在一些实施例中，电容器212可具有耦合到OUTN的第一端子和耦合到第二共模输入端VCMN的第二端子。如上参照图1所述，OUTP和OUTN可以是DCO 100的振荡输出端子。对于本发明来说，耦合到OUTP和OUTN的可变叶电容器140的节点也可称为差分节点，并且可变叶电容器140的总电容可以是跨差分节点的电容。VCMP和VCMN输入端可接收共模偏置170分别经电阻器171和电阻器172提供的共模电压。电容器211和电容器212作为AC耦合电容器的配置可允许与振荡OUTP和OUTN节点的共模值无关地，应用共模偏置到变抗器 220。
[0017]在一些实施例中，变抗器220可包括两个电压相关的电容器221和222。电压相关电容器221可具有耦合到变抗器220的第一共模端子的第一端子和耦合到变抗器220的偏置端子的第二端子。变抗器220的第一共模端子可耦合到第一共模输入端VCMP。类似地，电压相关电容器222可具有耦合到变抗器220的第二共模端子的第一端子和耦合到变抗器220的偏置端子的第二端子。变抗器的第二共模端子可耦合到第二共模输入端VCMN。
[0018]变抗器220的偏置端子可配置成由偏置电压驱动。在一些实施例中，可变叶电容器140可包括偏置开关230。在一些实施例中，偏置开关230可包括可耦合到VBIASl的第一输入端子和可耦合到VBIAS2的第二输入端子。偏置开关230也可包括可耦合到变抗器220的偏置端子的输出端。偏置开关230可通过数字信号控制，并且可配置成在第一状态中应用第一偏置电压(例如，VBIASl)到变抗器220或者在第二状态中应用第二偏置电压(例如，VBIAS2)到变抗器220。
[0019]变抗器220的电容可根据从其第一和第二共模端子到其偏置端子的电压而改变。可变叶电容器140的电容又可根据变抗器220的变化的电容而改变。在一些实施例中，带有相互串联耦合的电容器211、变抗器220和电容器212的可变叶电容器140的电容可如等式2所述:
【权利要求】
1.一种可变叶电容器，包括: 第一交流耦合电容器，其具有耦合到第一差分节点的第一端子和耦合到第一共模节点的第二端子； 第二交流耦合电容器，其具有耦合到第二差分节点的第一端子和耦合到第二共模节点的第二端子；以及 变抗器，其具有偏置端子、耦合到所述第一共模节点的第一共模端子和耦合到所述第二共模节点的第二共模端子，其中所述变抗器的电容是基于从所述变抗器的所述第一共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压并且基于从所述变抗器的所述第二共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压。
2.如权利要求1所述的可变叶电容器，其中所述变抗器的所述偏置端子耦合到数模转换器的输出端。
3.如权利要求1所述的可变叶电容器，其中所述变抗器的所述偏置端子耦合到可变电压偏置。
4.如权利要求1所述的可变叶电容器，其中所述变抗器是基于金属氧化物半导体的变抗器。
5.如权利要求1所述的可变叶电容器，其中所述可变叶电容器的电容是基于所述变抗器的电容、所述第一交流耦合电容器的电容和所述第二交流耦合电容器的电容。
6.如权利要求5所述的可变叶电容器，其中: 所述第一交流耦合电容器的电容是可变的；以及 所述第二交流耦合电容器的电容是可变的。
7.一种数字控制的振荡器，包括: 增益级； 电感器； 可变电容器；以及 可变叶电容器，包括: 第一交流耦合电容器，其具有耦合到第一差分节点的第一端子和耦合到第一共模节点的第二端子； 第二交流耦合电容器，其具有耦合到第二差分节点的第一端子和耦合到第二共模节点的第二端子；以及 变抗器，其具有偏置端子、耦合到所述第一共模节点的第一共模端子和耦合到所述第二共模节点的第二共模端子，其中所述变抗器的电容是基于从所述变抗器的所述第一共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压并且基于从所述变抗器的所述第二共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压。
8.如权利要求7所述的数字控制的振荡器，其中所述可变叶电容器的电容是基于所述变抗器的电容、所述第一交流耦合电容器的电容和所述第二交流耦合电容器的电容。
9.如权利要求7所述的数字控制的振荡器，其中: 所述变抗器的所述偏置端子耦合到可变电压偏置；以及 所述第一共模节点和所述第二共模节点配置成具有基于共模偏置的共模。
10.如权利要求9所述的数字控制的振荡器，其中:所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第一电容，所述共模偏置设成第一共模，并且所述可变电压偏置设成第一偏置时在第一频率振荡； 所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第一电容，所述共模偏置设成第一共模，并且所述可变电压偏置设成第二偏置时在第二频率振荡； 所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第二电容，所述共模偏置设成第二共模，并且所述可变电压偏置设成第一偏置时在第三频率振荡； 所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第二电容，所述共模偏置设成第二共模，并且所述可变电压偏置设成第二偏置时在第四频率振荡；以及 在所述第三频率与所述第四频率之间的差大约相当于在所述第一频率与所述第二频率之间的差。
11.如权利要求7所述的数字控制的振荡器，其中: 所述变抗器的所述偏置端子耦合到数模转换器的输出端；以及 所述第一共模节点和所述第二共模节点配置成具有基于共模偏置的共模。
12.如权利要求11所述的数字控制的振荡器，其中: 所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第一电容，所述共模偏置设成第一共模，并且DAC设成第一设置时在第一频率振荡； 所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第一电容，所述共模偏置设成第一共模，并且所述DAC设成第二设置时在第二频率振荡； 所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第二电容，所述共模偏置设成第二共模，并且所述DAC设成第一设置时在第三频率振荡； 所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第二电容，所述共模偏置设成第二共模，并且所述DAC设成第二设置时在第四频率振荡；以及 在所述第三频率与所述第四频率之间的差大约相当于在所述第一频率与所述第二频率之间的差。
13.如权利要求12所述的数字控制的振荡器，其中在所述第一频率与所述第二频率之间的差大约为IKHz或更小。
14.如权利要求8所述的数字控制的振荡器，其中: 所述第一交流耦合电容器的电容是可变的；以及 所述第二交流耦合电容器的电容是可变的。
15.—种数字控制的振荡器,包括: 增益级； 电感器； 可变电容器；以及 第一可变叶电容器，包括: 第一交流耦合电容器，其具有耦合到第一差分节点的第一端子和耦合到第一共模节点的第二端子； 第二交流耦合电容器，其具有耦合到第二差分节点的第一端子和耦合到第二共模节点的第二端子；以及 变抗器，其具有耦合到可变电压偏置的偏置端子、耦合到所述第一共模节点的第一共模端子和耦合到所述第二共模节点的第二共模端子，其中所述变抗器的电容是基于从所述变抗器的所述第一共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压并且基于从所述变抗器的所述第二共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压；以及第二可变叶电容器，包括: 第一交流耦合电容器，其具有耦合到所述第一差分节点的第一端子和耦合到所述第一共模节点的第二端子； 第二交流耦合电容器，其具有耦合到所述第二差分节点的第一端子和耦合到所述第二共模节点的第二端子；以及 变抗器，其具有耦合到数模转换器的输出端的偏置端子、耦合到所述第一共模节点的第一共模端子和耦合到所述第二共模节点的第二共模端子，其中所述变抗器的电容是基于从所述变抗器的所述第一共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压并且基于从所述变抗器的所述第二共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压。
16.如权利要求15所述的数字控制的振荡器，其中: 所述第一可变叶电容器的所述第一交流耦合电容器匹配所述第二可变叶电容器的所述第一交流稱合 电容器； 所述第一可变叶电容器的所述第二交流耦合电容器匹配所述第二可变叶电容器的所述第二交流耦合电容器； 所述第一可变叶电容器的所述变抗器匹配所述第二可变叶电容器的所述变抗器；以及所述数模转换器配置成在大约相当于所述可变电压偏置配置成驱动所述第一可变叶电容器的所述变抗器的电压范围的范围，驱动所述第二可变叶电容器的所述变抗器的所述偏置端子。
17.一种用于调谐数字控制的振荡器的方法，包括: 粗调谐数字控制的振荡器到第一频率，其中所述数字控制的振荡器的频率取决于电感器和包括可变叶电容器的一个或多个电容元件的总电容； 将所述可变叶电容器的电容步长设成对应于在所述第一频率所述数字控制的振荡器的所需频率步长的第一电容步长；以及 通过设置所述可变叶电容器的电容，精调谐所述数字控制的振荡器到所述第一频率。
18.如权利要求17所述的方法，其中: 所述可变叶电容器的电容取决于偏置电压和共模电压； 通过所述偏置电压的变化实现的电容步长取决于所述共模电压； 设置所述可变叶电容器的所述电容步长包括设置所述共模电压；以及 设置所述可变叶电容器的电容包括设置所述偏置电压。
19.如权利要求18所述的方法，包括: 粗调谐所述数字控制的振荡器到第二频率； 将所述可变叶电容器的电容步长设成对应于在所述第二频率所述数字控制的振荡器的所需频率步长的第二电容步长；以及 通过设置所述可变叶电容器的电容，精调谐所述数字控制的振荡器到所述第二频率。
20.如权利要求18所述的方法，其中精调谐所述数字控制的振荡器还包括改变第一交流稱合电容器的电容和第二交流稱合电容器的电容。
【文档编号】H03B5/18GK103944515SQ201310678169
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2012年12月14日
【发明者】R.阿尔梅德, D.阮 申请人:英特尔Ip公司