具有在非常宽调谐范围中的线性增益的vco的制作方法
【专利说明】具有在非常宽调谐范围中的线性増益的VCO
[0001] 优先权声巧
[0002] 本申请要求享有2013年7月30日提交的主体名称为"VC0mHLINEARGAIN OVERAVERYWIDETUNINGRANGE"的美国非临时申请No.13/954,277的优先权，并且该申 请被转让给受让人并且在此通过引用明确地并入本文。
技术领域
[0003] 本公开设及电子电路，并且更特别地设及一种电压受控振荡器（VCO)。
【背景技术】
[0004] 电压受控振荡器（VCO)是其振荡频率由电压输入控制的电子振荡器。输入电压可 W确定瞬时振荡频率。VCO也可W连接至锁相环（P化）电路。通常，振荡器可W被设计具 有非常大的频率范围。然而，振荡器增益趋向于跨越整个频率范围是非线性的。例如，LC VCO(其中L表示电感器W及C表示电容器）将在3x频率范围中具有高达IOx的VCO增益 变化。类似的问题可W出现在环形振荡器中。VCO增益也可W对于工艺、电压和溫度（PVT) 的变化是敏感的。应该注意，VCO增益的宽变化可W导致PLL带宽的变化，运可W导致在PLL 范围中的大的抖动变化。
[0005] 在本领域中用于补偿VCO增益中的非线性的技术是已知的，诸如对于数字化L的 增益估算和校正（也已知作为VeyronP化)，将VCO增益变化与电荷累电流变化匹配（例如 在基于复制品的环形振荡器中），等等。然而，运些技术可W依赖于在化L中VCO输出中非 线性的校正。因此希望实施在非常宽的调谐范围中的具有线性增益的VC0。
【发明内容】
[0006] 根据本发明一个实施例的一种振荡电路部分地包括：弛张振荡器和电流补偿组 块。弛张振荡器可W部分地包括电容器、可操作用于向电容器递送第一电流的电阻器的配 对，W及适用于产生具有第一预定水平的第一电流的第一电流源。电流补偿组块部分地包 括第二电流源，W及禪合至第二电流源并且适用于引导（steer)超过弛张振荡器中第一预 定水平的电流远离电容器并且去往第二电流源的交叉禪合的晶体管的第一配对。
[0007] 在电流补偿组块中交叉禪合的晶体管的第一配对部分地包括第一晶体管和第二 晶体管，第一晶体管具有禪合至第二电流源的源极端子，禪合至电阻器中的第一电阻器的 第一端子的漏极端子，W及禪合至电阻器中的第二电阻器的第一端子的栅极端子，第二晶 体管具有禪合至第二电流源的源极端子，禪合至第一电阻器的第一端子的栅极端子，W及 禪合至第二电阻器的第一端子的漏极端子。
[0008] 在一个实施例中，振荡电路进一步包括形成比较器的交叉禪合的晶体管的第二配 对。交叉禪合的晶体管的第二配对中的第一晶体管具有禪合至电容器的第一端子的源极端 子，禪合至电阻器的第二电阻器的第一端子的栅极端子，W及禪合至电阻器的第一电阻器 的第一端子的漏极端子。晶体管的第二配对中的第二晶体管具有禪合至电容器的第二端子 的源极端子，禪合至第一电阻器的第一端子的栅极端子，W及禪合至第二电阻器的第一端 子的漏极端子。
[0009] 在一个实施例中，补偿组块适用于将跨电容器的电压维持至由电阻器的配对的电 阻与第一预定电流水平确定的值。
[0010] 根据本发明的一个实施例的一种用于线性化弛张振荡器的输出的方法部分地包 括：将具有高达预定水平的值的电流的第一分量递送至部分在弛张振荡器中的电容性元 件，并且引导超过预定水平的电流的第二分量远离电容性元件。
【附图说明】
[0011] 图1图示了根据本公开的某些实施例的数字电路的框图。
[0012] 图2图示了根据本公开的某些实施例的在宽频率范围中的具有线性增益的振荡 电路的示例性示意图。
[0013] 图3图示了根据本公开的某些实施例的在如图2中所示振荡电路的示例性示意图 中所选择节点的电压波形的示例性集合。
[0014] 图4图示了根据本公开某些实施例的用于产生具有在宽频率范围中的线性增益 的振荡信号的示例性流程图。
[0015] 图5图示了其中可W实施本公开的一个或多个方面的示例性计算系统。
【具体实施方式】
[0016] 字词"示例性"在此用于意味着"用作示例、实例或说明"。在此描述作为"示例性" 的任何实施例或设计无需构造为在其他实施例或设计之上的优选或有利的实施例或设计。
[0017] 对于已知作为电压受控振荡器（VCO)的电路元件而言，电压-频率增益是非常关 键的。电压-频率增益直接地影响锁相环（P化）的带宽，运继而影响化L的集成噪声或抖 动。在大多数LC和环形振荡器结构中，VCO增益可W在工艺-电压和溫度（PVT)变化和调 谐范围中W幅度的量级而改变。调谐范围指代由VCO支持的最小频率和最大频率之间的差 值。
[0018] 通常，弛张振荡器或VCO的设计可W包括调整电流、电阻性负载和电容器值。通 常，运些方法将仅导致在相对于振荡器频率的非常小频率范围中的恒定的VCO增益特性。 因此，振荡器可W示出在其他频率中的非线性行为。
[0019] 可W使用不同的方法补偿在较大频率范围中的VCO增益的非线性。例如，可W基 于VCO的估算增益而调整化L参数。另一方法可W是使用VCO和电荷累（CP)的自适应偏 置而抵偿VCO中增益变化。然而，运些方法在硬件中可能是昂贵的。本公开的某些实施例 提出了一种用于设计具有在宽调谐范围中的线性增益的VCO的方法。
[0020] 图1图示了根据本公开的某些实施例的数字电路100的框图。通常，数字电路可 W是诸如蜂窝电话、基站、计算机等的数字装置的一部分。数字电路可W包括数字时钟发生 器102,其通过缓冲器108连接至数字逻辑（例如CPU) 110。数字时钟发生器可W包括化L 104,VCO106和缓冲器108。化L和VCO可W产生数字时钟并且将其通过数字时钟布线而 发送至数字逻辑110。通常，VCO可W是弛张振荡器，诸如RC弛张振荡器，其中R表示电阻 器W及C表示电容器。弛张振荡器是广泛已知的并且也通常称作施密特触发器、RC振荡器 或多路振动器。
[0021] 对于某些方面而言，在RC弛张振荡器或任何其他类型弛张振荡器中，可W通过将 晶体管的并联交叉禪合的差分配对连接至振荡器负载而实现在宽调谐范围中的恒定或近 似恒定的VCO增益。作为结果，可W通过减小弛张振荡器的核屯、中的电流，并且同时（或近 似同时）W基本上等同量增大交叉禪合的差分配对中电流而实现振荡器中的频率调谐。
[0022] 图2图示了根据本公开的某些实施例的在宽频率范围中的具有线性增益的振荡 电路200的示例性示意图。振荡电路200示出为包括振荡器210和电流补偿组块230。振 荡器210可W是传统的弛张振荡器，其可W包括电阻器212、214,晶体管216、218、220、220、 222,W及电流源224。
[0023] 弛张振荡器210如下所述操作。晶体管216、218操作作为比较器，由此使能电流 从任一节点Ni(示出为具有电压Vi)经由电容器226流动至节点成（示出为具有电压V2)， 或者从节点成经由电容器226至节点N1。如图所示，晶体管216的源极端子连接至晶体管 222的漏极端子W及电容器226的一个端子；晶体管216的栅极端子连接至电阻器214W 及晶体管218的漏极端子；W及晶体管216的漏极端子连接至晶体管218的栅极端子W及 电阻器212的一个端子。
[0024] 图3图示了根据本公开一些实施例的在振荡电路200的示例性示意图中所选择节 点的电压波形300的示例集合。同时参照图2和图3,可W看出，例如当电压Vz斜坡下降 时，电压Vi保持恒定，直至V2达到预定的值，在该点处晶体管218导通，接着使得V2保持在 恒定水平。在下一个周期期间，Vi斜坡下降，而同时Vz保持恒定。Vi的斜坡下降继续，直至 V趣到预定的值（例如一Vc)，在该点处晶体管216导通，接着使得V1保持在恒定水平。
[00巧]在传统的弛张振荡器中W及缺乏电流补偿组块230时，节点N2处使得晶体管 218(或216)导通所需的电压降的量可W由（Ibug-AI)*町限定，其中Ibus是由电流源224 提供的固定电流，AI是在切换期间流过电流源224的可变电流，W及町表示电阻器212和 214的值。应该注意，电流源224均提供Ibu郝-AI电流。备选地，电流源224可W由两 个分立电流源替代，一个提供固定电流Ibus,W及另一个提供电流AI。此外，电压受控振荡 器或弛张振荡器中的电压输入可W使用电压至电流转换器而转换为电流。作为示例，电压 输入可W转换为AI。
[0026] 电压Vi和Vz为了发生振荡而必须斜坡下降的量确定了振荡频率。如熟知的那样， 弛张振荡器210具有在宽频率范围中的非线性增益。
[0027]应该注意，在更通用的振荡电路中，晶体管220和222可W从图2的示例性示意图 中移除，并且电流源可W替换为连接至216和218的源极端子的幅度为Ibug-A I的两个电 流源。 阳02引 电流补偿组块230适用于将电压Vi和V2维持在+Vc和一Vc的上界和下界内。例 如，当Vi保持恒定时，电压V2从+Vc改变至一Vc。类似的，当V2保持恒定时，电压V1从+Vc改变至一Vc。根据本发明，由Ibus*町确定电压±V。。
[0029]如从图3可见，电流补偿组块230包括交叉禪合的晶体管232、234的配对，其禪合 至电阻器212、214,W及适用于提供和/或吸收电流AI的电流源236。因此，在弛张振荡 器210中切换期间可W产生的超过Ibug的任何电流被引导至电流补偿组块230。因此，流 过弛张振荡器210的电阻器212、214的电流维持在Ibi。.，接着分别使得电压Vi和V2的上界 和下界在+Vc和-Vc处。如从图2可见，电流补偿组块230包括连接至RC振荡器的输出节 点的交叉禪合的晶体管2