专利名称：基于变压器的互补金属氧化物半导体(cmos)振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路设计，且更特定来说涉及具有可控振荡频率的基于变压器的互补金属氧化物半导体(CM0Q振荡器的设计。
背景技术：
使用压控振荡器(VCO)及数字控制振荡器(DCO)来产生具有由控制信号所确定的振荡频率的信号。在VCO中，使用模拟控制电压指定控制信号的精细调谐组件，而在DCO中， 使用数字控制信号指定控制信号的精细调谐组件。为了在例如便携式通信装置的电子装置中省电，VCO及DCO日益经设计以在具有较低电压电平的电源下工作。在一种现有技术振荡器电路设计中，将具有可变电容的LC槽耦合到至少一个交叉耦合晶体管对。交叉耦合晶体管对充当负电阻，从而使LC槽上的电压以槽谐振频率振荡。在现有技术振荡器设计中，晶体管漏极可直接DC交叉耦合到晶体管栅极。此DC交叉耦合减小可得自低电压电源的电压余量，这是因为使漏极-源极电压等于晶体管的栅极-源极接通电压。在提供NMOS与PMOS交叉耦合对两者的CMOS交叉耦合对振荡器设计中，电压供应必须支持NMOS栅极-源极接通电压与PMOS栅极-源极接通电压两者。将需要提供用于振荡器设计的技术，其更有效地利用可得自低电压电源的电压余量，同时充分满足其它振荡器设计准则，例如低相位噪声。
发明内容
本发明的一方面提供一种设备，其用于在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号，所述设备包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极； 第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；具有可选择式电容的电容器，其耦合到所述输出节点对；及DC交叉耦合互补晶体管对，其耦合到所述输出节点对。本发明的另一方面提供一种设备，其用于在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号，所述设备包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器； 具有可选择式电容的电容器，其耦合到所述输出节点对；及第一互补晶体管及第二互补晶体管，所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的漏极耦合到所述输出节点对，所述第一互补晶体管的栅极经由第二 AC耦合电容器AC耦合到所述第二互补晶体管的所述漏极， 所述第二互补晶体管的栅极经由第一 AC耦合电容器AC耦合到所述第一互补晶体管的所述漏极。本发明的又一方面提供一种设备，其用于在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号，所述设备包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器； 第一互补晶体管及第二互补晶体管，所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；及第三电感器，其耦合到所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的栅极，所述第三电感器磁性耦合到所述第二电感器。本发明的又一方面提供一种用于在振荡器中在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号的方法，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；所述振荡器进一步包含第二电感器，其耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含具有可选择式电容的电容器，其耦合到所述输出节点对；所述方法包含使所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；使所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极处的信号经由所述第一电感器耦合到偏置；及使交叉耦合互补晶体管对的漏极处的信号耦合到所述输出节点对。本发明的又一方面提供一种用于在振荡器中在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号的方法，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；所述振荡器进一步包含第二电感器，其耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含具有可选择式电容的电容器，其耦合到所述输出节点对；所述方法包含使所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；使所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极处的信号经由所述第一电感器耦合到偏置；使互补晶体管对的栅极处的信号经由AC耦合电容器耦合到所述输出节点对；使所述互补晶体管对的漏极处的信号耦合到所述输出节点对，所述互补晶体管中的每一者的所述漏极经由所述AC耦合电容器中的一者耦合到另一互补晶体管的所述栅极；及使所述互补晶体管对的所述栅极处的所述信号耦合到偏置。本发明的又一方面提供一种用于在振荡器中在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号的方法，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；所述振荡器进一步包含第二电感器，其耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第一互补晶体管及第二互补晶体管，所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第三电感器，其耦合到所述互补晶体管的栅极；所述方法包含使所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；使所述第三电感器磁性耦合到所述第二电感器；使所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极经由所述第一电感器耦合到偏置；及使所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的所述栅极处的信号经由所述第三电感器耦合到偏置。
本发明的又一方面提供一种用于在振荡器中在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号的方法，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；所述振荡器进一步包含第二电感器，其耦合到所述输出节点对；所述方法包含使所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；及通过配置耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极的可选择式电容器组来控制所述振荡频率。本发明的又一方面提供一种设备，其用于在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号，所述设备包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器； 用于产生负电阻的装置，其耦合到所述输出节点对，所述装置包含第一互补晶体管及第二互补晶体管；及用于选择所述振荡频率的装置。本发明的又一方面提供一种用于无线通信的装置，所述装置包含TX LO信号产生器、至少一个基带TX放大器、耦合到所述TX LO信号产生器及所述至少一个基带TX放大器的上变频转换器、耦合到所述上变频转换器的输出的TX滤波器、耦合到所述TX滤波器的功率放大器(PA)、RX LO信号产生器、RX滤波器、耦合到所述RX LO信号产生器及所述RX滤波器的下变频转换器、耦合到所述RX滤波器的低噪声放大器(LNA)及耦合到所述PA及所述LNA的双工器，所述TX LO信号产生器及所述RX LO信号产生器中的至少一者包含振荡器，所述振荡器具有耦合到混频器的输出节点对，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；具有可选择式电容的电容器，其耦合到所述输出节点对；及交叉耦合互补晶体管对，其耦合到所述输出节点对。本发明的又一方面提供一种用于无线通信的装置，所述装置包含TX LO信号产生器、至少一个基带TX放大器、耦合到所述TX LO信号产生器及所述至少一个基带TX放大器的上变频转换器、耦合到所述上变频转换器的输出的TX滤波器、耦合到所述TX滤波器的功率放大器(PA)、RXLO信号产生器、RX滤波器、耦合到所述RXLO信号产生器及所述RX滤波器的下变频转换器、耦合到所述RX滤波器的低噪声放大器(LNA)及耦合到所述PA及所述 LNA的双工器，所述TX LO信号产生器及所述RX LO信号产生器中的至少一者包含振荡器， 所述振荡器具有耦合到混频器的输出节点对，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管， 所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；第一互补晶体管及第二互补晶体管，所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；及第三电感器，其耦合到所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的栅极，所述第三电感器磁性耦合到所述第二电感器。
图1说明CMOS交叉耦合VCO的现有技术实施方案；图2说明另一现有技术CMOS VCO ；图3说明根据本发明的CMOS VCO的示范性实施例；图4说明根据本发明的CMOS VCO的替代示范性实施例；图5说明根据本发明的CMOS VCO的替代示范性实施例，其中提供三个相互耦合电感器；图5A说明用于对图5中的CMOS VCO加偏置的共模反馈(CMFB)偏置方案的示范性实施例；图6说明根据本发明的CMOS VCO的替代示范性实施例，其中在PMOS对的栅极处提供可切换电容器组；图7说明利用例如图3中所示的CMOS VCO的CMOS VCO的方法的示范性实施例；图7A说明利用例如图4中所示的CMOS VCO的CMOS VCO的方法的示范性实施例；图7B说明利用例如图5中所示的CMOS VCO的CMOS VCO的方法的示范性实施例；图7C说明利用例如图6中所示的CMOS VCO的CMOS VCO的方法的示范性实施例； 及图8说明可实施本发明的技术的无线通信装置的设计的框图。
具体实施例方式下文结合所附图式所阐述的实施方式既定作为对本发明的示范性实施例的描述且既定不表示可实践本发明的仅有示范性实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意味着“充当实例、例子或说明”，且不一定解释为比其它示范性实施例优选或有利。出于提供对本发明的示范性实施例的透彻理解的目的，实施方式包括具体细节。所属领域的技术人员将显而易见，可在无这些具体细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中， 以框图形式来展示众所周知的结构及装置，以便避免使本文中所呈现的示范性实施例的新颖性模糊。图1说明CMOS交叉耦合对VCO 100的现有技术实施方案。在图1中，电感L及电容C形成LC槽，其末端端子0UT1、0UT2形成耦合到DC交叉耦合NMOS对Ni、N2及DC交叉耦合PMOS对PI、P2的输出节点对。一般所属领域的技术人员将了解，交叉耦合NMOS及 PMOS对充当负电阻，从而使LC槽上的电压以槽谐振频率振荡。在VCO实施方案中，为控制槽谐振频率，电容C可包括用于粗略频率调谐的可切换电容器组(未图示)及/或用于精细频率调谐的可变电抗器(未图示)。在DCO实施方案中，精细频率调谐可通过选择性地启用构成C的多个数字可选择式电容器(未图示)来实现。现有技术CMOS VCO 100的一个缺点为DC交叉耦合晶体管对Nl、N2及Pl、P2所需的相对大的电压余量。特定来说，PMOS晶体管PI、P2在操作期间需要最小栅极接通电压Von_P，而NMOS晶体管Ni、N2类似地需要最小栅极接通电压Von_N。当使每一晶体管的栅极DC交叉耦合到所述对中的另一晶体管的漏极时，晶体管的DC偏置电压消耗总计Von_ P+Von_N的可得自电压供应VDD的总余量。当使用低电压供应VDD时，这可留下起始电路中的振荡通常所需的起动增益的不足的电压裕量。
图2说明另一现有技术CMOS VCO 200。在图2中，通过电压Vbias_P分别使用电阻器RP1、RP2分别对晶体管PI、P2的栅极加DC偏置，而通过电压Vbias_N分别使用电阻器RN1、RN2分别对晶体管N1、N2加DC偏置。另外，分别使用AC耦合电容器AC2、AC1、AC4、 AC3将晶体管P1、P2、N1、N2的栅极电容性地交叉耦合到所述对的另一晶体管的漏极。因为将每一晶体管的漏极与所述对的另一晶体管的栅极DC解耦，所以有可能对每一晶体管的独立于其漏极-源极电压的栅极-源极电压加偏置。图3说明根据本发明的CMOS VCO 300的示范性实施例。在图3中，提供两个电感器L1、L2，其中Ll耦合到P1、P2的栅极，而提供L2作为槽电感。在所示的示范性实施例中， Ll及L2相互磁性耦合，S卩，电感Li、L2共同形成变压器。注意，电感器Ll与L2之间及图式中其它处所示的双向箭头意味着说明所指向的元件之间的相互磁性耦合。Ll与L2之间的相互耦合允许输出节点0UT2、0UT1处的信号电压分别耦合到P1、P2的栅极。为对P1、P2 加DC偏置，通过偏置电压Vbias_P将电感器Ll分接，例如，中心分接。将DC交叉耦合NMOS 对N1、N2进一步耦合到输出。一般所属领域的技术人员将了解，归因于电感器Ll与L2之间的相互磁性耦合，在无PI、P2的漏极与栅极之间的DC或电容性交叉耦合连接的情况下有效地产生负电阻。在一示范性实施例中，Ll与L2之间的适当耦合系数可为基于(例如)所使用的半导体工艺技术选择的设计参数。典型值可为(例如)0. 5、0. 3或0.2。注意，这些值仅为说明性目的而提供，且并不意味着将本发明的范围限于明确提供的任何特定值。在操作频率为约5GHz的示范性实施例中，L2的电感可为0. 45nH,而Ll的电感可为 1. 5nH。在一示范性实施例中，L2或槽电感可具有相对高的Q(即，质量因数)，而Ll可具有低于L2的Q0一般所属领域的技术人员将了解，存在用于在集成电路工艺中实施变压器的各种技术，例如，绕组间电感器(interwinding inductor)、堆叠电感器等。任何所述技术涵盖于本发明的范围内。一般所属领域的技术人员将进一步了解，可如所示将电感器Ll实施为单一电感器，或可将其实施为两个或两个以上串联耦合构成电感器。所述替代示范性实施例涵盖于本发明的范围内。注意，尽管本文中参考VCO描述示范性实施例，但本发明的技术还可易于应用于 DCO的设计。所述替代示范性实施例涵盖于本发明的范围内。图7说明利用例如图3中的VCO 300的CMOS VCO的方法700的示范性实施例。注意，本文所述的方法仅为说明性目的而展示，且并不意味着将本发明的范围限于所揭示的任何特定方法。在步骤710处，使Ll磁性耦合到L2。在步骤720处，使PMOS对的栅极处的信号经由电感器Ll耦合到偏置电压。在步骤730处，使交叉耦合NMOS对的漏极处的信号耦合到VCO输出节点0UT1、 0UT2。注意，尽管本文所述的某些示范性实施例可展示具有PMOS电感器耦合对的DC或电容性交叉耦合NMOS对，但一般所属领域的技术人员可易于导出具有具NMOS电感器耦合对的DC或电容性交叉耦合PMOS对的替代示范性实施例(未图示)。所述替代示范性实施例涵盖于本发明的范围内。进一步注意，在本说明书及权利要求书中，术语“互补”可用以表示PMOS晶体管与 NMOS晶体管之间的关系。举例来说，NMOS对的互补晶体管对可为PMOS对，且反之亦然。图4说明根据本发明的CMOS VCO 400的替代示范性实施例，其中如先前所述使用磁性耦合到槽电感L2的电感器Ll将PMOS晶体管PI、P2的栅极耦合，以及其中将NMOS晶体管Ni、N2电容性交叉耦合。VCO 400中的NMOS晶体管Ni、N2与DC交叉耦合NMOS晶体管对相比可有利地消耗较少电压余量。图7A说明利用例如图4中的VCO 400的CMOS VCO的方法700A的示范性实施例。在步骤710A处，使Ll磁性耦合到L2。在步骤720A处，使PMOS对的栅极处的信号经由电感器Ll耦合到偏置。在步骤730A处，使NMOS对的栅极处的信号经由AC耦合电容器耦合到VCO输出节点 0UT2、0UT1。在步骤740A处，使NMOS对的漏极处的信号耦合到VCO输出节点0UT1、0UT2。在步骤750A处，使NMOS对的栅极处的信号耦合到偏置。图5说明根据本发明的CMOS VCO 500的替代示范性实施例。在VCO 500中，提供具有三个相互磁性耦合的电感器L1、L2、L3的变压器。一般所属领域的技术人员将了解，可使用CMOS技术、CMOS技术与封装金属层的组合或专门使用封装金属层来直接实施所述变压器。电感器L1、L2以与针对VCO 400中的L1、L2所述相同的方式起作用。相互磁性耦合到电感器Li、L2的电感器L3使输出节点0UT2、OUTl处的电压分别耦合到Ni、N2的栅极。 为了对晶体管N1、N2加偏置，通过偏置电压Vbias_N将电感器L3分接，例如，中心分接。图7B说明利用例如图5中的VCO 500的CMOS VCO的方法700B的示范性实施例。在步骤710B处，使L2磁性耦合到Ll。在步骤720B处，使L3磁性耦合到L2。在步骤730B处，使PMOS对的栅极处的信号经由Ll耦合到偏置。在步骤740B处，使NMOS对的栅极处的信号经由L3耦合到偏置。图5A说明用于对VCO 500中的晶体管P1、P2加偏置的共模反馈(CMFB)偏置方案的示范性实施例。注意，所述偏置方案仅为说明性目的而展示，且并不意味着将本发明的范围限于任何特定偏置方案。在图5A中，差动放大器COMP感测0UT2处的电压，且调整Pl、 P2的栅极偏置以使0UT2接近于参考电压VDD/2。图6说明根据本发明的CMOS VCO 600的替代示范性实施例，其中使槽电容Cl耦合到PMOS晶体管PI、P2的栅极而非其漏极。在VCO的示范性实施例中，电容Cl可包括用于粗略频率调谐的可切换电容器组及用于精细频率调谐的模拟电压控制可变电抗器元件两者。在一替代示范性实施例(未图示)中，电容Cl可仅包括用于粗略调谐的可切换电容器组，而可将用于精细调谐的单独可变电抗器元件(未图示)耦合到PMOS晶体管PI、P2的漏极。在DCO的另一替代示范性实施例(未图示)中，可变电抗器元件可易于由多个可切换电容器替换。所述替代示范性实施例涵盖于本发明的范围内。在VCO 600的示范性实施例中，可使电感器Ll的质量因数Q高于电感器L2的Q。举例来说，L2的Q可为4或5，而Ll的Q可在从15到25的范围内。注意，示范性Q值仅为说明而提供，且并不意味着限制本发明的范围。图7C说明利用例如图6中的VCO 600的CMOS VCO的方法700C的示范性实施例。在步骤710C处，使Ll磁性耦合到L2，L2磁性耦合到L3。在步骤720C处，通过配置耦合到PMOS对的栅极的可选择式电容器组来调谐VCO
振荡频率。一般所属领域的技术人员将了解，本文针对配置PMOS晶体管对所述的所有技术同样适用于配置NMOS晶体管对。举例来说，依据图3中所揭示的VCO 300的拓扑，一般所属领域的技术人员可易于导出提供交叉耦合PMOS对的VCO拓扑(未图示)，且使槽电感磁性耦合到一电感，所述电感连接第一 NMOS晶体管的栅极与第二 NMOS晶体管的栅极。上述情况同样适用于图4、图5及图6中所揭示的电路拓扑。所述替代示范性实施例涵盖于本发明的范围内。—般所属领域的技术人员将了解，尽管已参考MOS晶体管(即，M0SFET)描述本发明的示范性实施例，但本发明的技术无需限于基于MOSFET的设计，且可易于应用于使用双极结型晶体管(或BJT)及/或其它三端子跨导装置的替代示范性实施例(未图示)。举例来说，在一示范性实施例(未图示)中，所述VCO中的任一者可利用BJT而非M0SFET，其中如分别针对所示MOSFET的漏极、栅极及源极所示而耦合BJT的集极、基极及发射极。此外，除非另外注明，否则在本说明书及权利要求书中，术语“漏极”、“栅极”及“源极”可包含与MOSFET相关联的这些术语的常规含义以及例如BJT等其它三端子跨导装置的对应节点两者，所述对应将对于一般电路设计领域的技术人员显而易见。图8展示可实施本发明的技术的无线通信装置800的设计的框图。在图8中所示的设计中，无线装置800包括收发器820及具有用以存储数据及程序代码的存储器812的数据处理器810。收发器820包括支持双向通信的发射器830及接收器850。一般来说，无线装置800可包括用于任何数目个通信系统及频带的任何数目个发射器及任何数目个接收器。发射器或接收器可通过超外差式架构或直接转换架构来实施。在超外差式架构中，信号在多个级中在射频(RF)与基带之间进行频率转换，例如，针对接收器，在一个级中从RF转换到中频(IF)，且接着在另一级中从IF转换到基带。在直接转换架构中，信号在一个级中在RF与基带之间进行频率转换。超外差式及直接转换架构可使用不同电路块及/ 或具有不同要求。在图8中所示的设计中，发射器830及接收器850通过直接转换架构来实施。在发射路径中，数据处理器810处理待发射的数据且将I模拟输出信号及Q模拟输出信号提供到发射器830。在发射器830内，低通滤波器83 及832b分别对I模拟输出信号及Q模拟输出信号进行滤波，以移除由先前数/模转换所引起的不合需要的图像。放大器(Amp) 834a及834b分别放大来自低通滤波器83 及832b的信号，且提供I基带信号及Q基带信号。上变频转换器840通过来自TX LO信号产生器870的I发射(TX)本机振荡(LO)信号及Q发射(TX)本机振荡(LO)信号对I基带信号及Q基带信号进行上变频转换，且提供经上变频转换的信号。滤波器842对经上变频转换的信号进行滤波以移除由上变频转换所引起的不合需要的图像以及接收频带中的噪声。功率放大器(PA) 844放大来自滤波器842的信号以获得所要输出功率电平，且提供发射RF信号。发射RF信号经由双工器或开关846路由且经由天线848发射。在接收路径中，天线848接收由基站发射的信号且提供所接收RF信号，所述所接收RF信号经由双工器或开关846路由且提供到低噪声放大器(LNA) 852。所接收的RF信号由LNA 852放大且由滤波器邪4滤波，以获得合乎需要的RF输入信号。下变频转换器860 通过来自RX LO信号产生器880的I接收(RX) LO信号及Q接收(RX) LO信号对RF输入信号进行下变频转换，且提供I基带信号及Q基带信号。I基带信号及Q基带信号由放大器 862a及862b放大且进一步由低通滤波器86 及864b滤波，以获得I模拟输入信号及Q模拟输入信号，所述信号提供到数据处理器810。TX LO信号产生器870产生用于上变频转换的I TX LO信号及Q TX LO信号。RX LO信号产生器880产生用于下变频转换的I RX LO信号及Q RX LO信号。每一 LO信号是具有特定基本频率的周期性信号。PLL 872接收来自数据处理器810的时序信息，且产生用以调整来自LO信号产生器870的TX LO信号的频率及/或相位的控制信号。类似地，PLL 882接收来自数据处理器810的时序信息，且产生用以调整来自LO信号产生器880的RX LO 信号的频率及/或相位的控制信号。图8展示实例收发器设计。一般来说，发射器及接收器中的信号的调节可由放大器、滤波器、上变频转换器、下变频转换器等的一个或一个以上级来执行。这些电路块可与图8中所示的配置不同地配置。此外，图8中未展示的其它电路块还可用以调节发射器及接收器中的信号。也可省略图8中的一些电路块。可在一个或一个以上模拟集成电路(IC)、 RF IC(RFIC)、混频信号IC等上实施收发器820的全部或一部分。LO信号产生器870及880可各自包括接收时钟信号且提供分割器输出信号的分频器。时钟信号可通过压控振荡器(VCO)或一些其它类型的振荡器产生。时钟信号还可称为 VCO信号、振荡器信号等。在任何情况下，可能需要从分频器获得差动输出信号。本发明的技术可易于应用于无线通信装置800中的所述VCO的设计。在本说明书及权利要求书中，应理解，当一元件被称为“连接到”或“耦合到”另一元件时，所述元件可直接连接或耦合到另一元件，或可存在介入元件。对比来说，当一元件被称为“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件时，不存在介入元件。所属领域的技术人员将理解，可使用多种不同技术及技艺中的任一者来表示信息及信号。举例来说，可通过电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子，或其任何组合来表示可遍及以上描述所引用的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片。所属领域的技术人员将进一步了解，结合本文所揭示的示范性实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路及算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为清楚地说明硬件与软件的此可互换性，上文已大体上在功能性方面描述各种说明性组件、 块、模块、电路及步骤。所述功能性实施为硬件还是软件视特定应用及强加于整个系统的设计约束而定。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同方式来实施所描述的功能性，但所述实施决策不应被解释为引起脱离本发明的示范性实施例的范围。可通过通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文所描述的功能的任何组合来实施或执行结合本文所揭示的示范性实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块及电路。通用处理器可为微处理器，但在替代例中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP 与微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或一个以上微处理器，或任何其它所述配置。结合本文所揭示的示范性实施例所描述的方法或算法的步骤可直接以硬件、以通过处理器所执行的软件模块或以硬件与软件模块两者的组合来体现。软件模块可驻留于随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸式盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。示范性存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息及将信息写入到存储媒体。在替代例中，存储媒体可与处理器成一体式。处理器及存储媒体可驻留于ASIC中。ASIC可驻留于用户终端中。在替代例中，处理器及存储媒体可作为离散组件驻留于用户终端中。在一个或一个以上示范性实施例中，可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施所描述的功能。如果以软件实施，则可将所述功能作为一个或一个以上指令或代码而存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体进行传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体及通信媒体(包括促进计算机程序从一处到另一处的传送的任何媒体)两者。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。通过实例且非限制，所述计算机可读媒体可包含RAM、 ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以载运或存储呈指令或数据结构的形式的所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。 又，将任何连接恰当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)，或例如红外线、无线电及微波等无线技术从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL，或例如红外线、无线电及微波等无线技术包括于媒体的定义中。如本文所使用，磁盘及光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)、软磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再生数据，而光盘通过激光以光学方式再生数据。以上各物的组合也应包括于计算机可读媒体的范围内。提供所揭示的示范性实施例的先前描述以使任何所属领域的技术人员能够制作或使用本发明。对这些示范性实施例的各种修改对于所属领域的技术人员将易于显而易见，且在不脱离本发明的精神或范围的情况下，本文所定义的一般原理可应用于其它示范性实施例。因此，本发明既定不限于本文所展示的示范性实施例，而应被赋予与本文所揭示的原理及新颖特征一致的最广范围。
权利要求
1.一种设备，其用于在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号，所述设备包含 第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；具有可选择式电容的电容器，其耦合到所述输出节点对；及 DC交叉耦合互补晶体管对，其耦合到所述输出节点对。
2.根据权利要求1所述的设备，所述第一晶体管及所述第二晶体管为PMOS晶体管，所述交叉耦合互补晶体管对包含交叉耦合NMOS对。
3.根据权利要求1所述的设备，所述第一晶体管及所述第二晶体管为NMOS晶体管，所述交叉耦合互补晶体管对包含交叉耦合PMOS对。
4.根据权利要求1所述的设备，所述第一电感器通过偏置电压而分接。
5.根据权利要求1所述的设备，所述第一电感器包含在耦合点处彼此串联耦合的第一构成电感器及第二构成电感器，所述耦合点进一步耦合到偏置电压。
6.根据权利要求1所述的设备，所述电容器包含用于粗略频率调谐的可选择式电容器组，及用于精细频率调谐的模拟电压控制可变电抗器。
7.根据权利要求1所述的设备，所述电容器包含用于粗略频率调谐的可选择式电容器组，及用于精细频率调谐的可选择式电容器组。
8.一种设备，其用于在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号，所述设备包含 第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；具有可选择式电容的电容器，其耦合到所述输出节点对；及第一互补晶体管及第二互补晶体管，所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的漏极耦合到所述输出节点对，所述第一互补晶体管的栅极经由第二 AC耦合电容器AC耦合到所述第二互补晶体管的所述漏极，所述第二互补晶体管的栅极经由第一 AC耦合电容器AC 耦合到所述第一互补晶体管的所述漏极。
9.根据权利要求8所述的设备，所述第一晶体管及所述第二晶体管为PMOS晶体管，所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管为NMOS晶体管。
10.根据权利要求8所述的设备，所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的所述栅极经由电阻器耦合到偏置电压。
11.一种设备，其用于在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号，所述设备包含 第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极； 第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；第一互补晶体管及第二互补晶体管，所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；及第三电感器，其耦合到所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的栅极，所述第三电感器磁性耦合到所述第二电感器。
12.根据权利要求11所述的设备，其进一步包含具有可选择式电容的电容器，所述电容器耦合到所述输出节点对。
13.根据权利要求12所述的设备，所述电容器包含用于粗略频率调谐的可选择式电容器组，及用于精细频率调谐的模拟电压控制可变电抗器。
14.根据权利要求11所述的设备，其进一步包含可选择式电容器组，所述可选择式电容器组耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极。
15.根据权利要求11所述的设备，其进一步包含共模反馈电路，所述第一电感器及所述第三电感器中的至少一者通过所述共模反馈电路的输出而分接。
16.根据权利要求11所述的设备，所述第一电感器及所述第三电感器中的至少一者包含在耦合点处彼此串联耦合的第一构成电感器及第二构成电感器，所述耦合点进一步耦合到偏置电压。
17.一种用于在振荡器中在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号的方法，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；所述振荡器进一步包含第二电感器，其耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含具有可选择式电容的电容器，其耦合到所述输出节点对；所述方法包含使所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；使所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极处的信号经由所述第一电感器耦合到偏置；及使交叉耦合互补晶体管对的漏极处的信号耦合到所述输出节点对。
18.一种用于在振荡器中在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号的方法，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；所述振荡器进一步包含第二电感器，其耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含具有可选择式电容的电容器，其耦合到所述输出节点对；所述方法包含使所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；使所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极处的信号经由所述第一电感器耦合到偏置；使互补晶体管对的栅极处的信号经由AC耦合电容器耦合到所述输出节点对；使所述互补晶体管对的漏极处的信号耦合到所述输出节点对，所述互补晶体管中的每一者的所述漏极经由所述AC耦合电容器中的一者耦合到另一互补晶体管的所述栅极；及使所述互补晶体管对的所述栅极处的所述信号耦合到偏置。
19.一种用于在振荡器中在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号的方法，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；所述振荡器进一步包含第二电感器，其耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第一互补晶体管及第二互补晶体管，所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第三电感器，其耦合到所述互补晶体管的栅极；所述方法包含使所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器； 使所述第三电感器磁性耦合到所述第二电感器；使所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极处的信号经由所述第一电感器耦合到偏置；及使所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的所述栅极处的信号经由所述第三电感器耦合到偏置。
20.一种用于在振荡器中在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号的方法，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；所述振荡器进一步包含第一电感器，其耦合到所述第一晶体管所述第二晶体管的栅极；所述振荡器进一步包含第二电感器，其耦合到所述输出节点对；所述方法包含使所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；及通过配置耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极的可选择式电容器组来控制所述振荡频率。
21.一种设备，其用于在输出节点对处产生具有受控振荡频率的信号，所述设备包含 第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；用于产生负电阻的装置，其耦合到所述输出节点对，所述装置包含第一互补晶体管及第二互补晶体管；及用于选择所述振荡频率的装置。
22.一种用于无线通信的装置，所述装置包含TX LO信号产生器、至少一个基带TX放大器、耦合到所述TX LO信号产生器及所述至少一个基带TX放大器的上变频转换器、耦合到所述上变频转换器的输出的TX滤波器、耦合到所述TX滤波器的功率放大器PA、RXLO信号产生器、RX滤波器、耦合到所述RXLO信号产生器及所述RX滤波器的下变频转换器、耦合到所述RX滤波器的低噪声放大器LNA及耦合到所述PA及所述LNA的双工器，所述TXLO信号产生器及所述RX LO信号产生器中的至少一者包含振荡器，所述振荡器具有耦合到混频器的输出节点对，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；具有可选择式电容的电容器，其耦合到所述输出节点对；及交叉耦合互补晶体管对，其耦合到所述输出节点对。
23.一种用于无线通信的装置，所述装置包含TX LO信号产生器、至少一个基带TX放大器、耦合到所述TX LO信号产生器及所述至少一个基带TX放大器的上变频转换器、耦合到所述上变频转换器的输出的TX滤波器、耦合到所述TX滤波器的功率放大器PA、RX LO信号产生器、RX滤波器、耦合到所述RX LO信号产生器及所述RX滤波器的下变频转换器、耦合到所述RX滤波器的低噪声放大器LNA及耦合到所述PA及所述LNA的双工器，所述TX LO信号产生器及所述RX LO信号产生器中的至少一者包含振荡器，所述振荡器具有耦合到混频器的输出节点对，所述振荡器包含第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管及所述第二晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；第一电感器，其耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；第二电感器，其耦合到所述输出节点对，所述第二电感器磁性耦合到所述第一电感器；第一互补晶体管及第二互补晶体管，所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的漏极耦合到所述输出节点对；及第三电感器，其耦合到所述第一互补晶体管及所述第二互补晶体管的栅极，所述第三电感器磁性耦合到所述第二电感器。
24.根据权利要求23所述的设备，其进一步包含具有可选择式电容的电容器，所述电容器耦合到所述输出节点对。
25.根据权利要求M所述的设备，所述电容器包含用于粗略频率调谐的可选择式电容器组，及用于精细频率调谐的模拟电压控制可变电抗器。
26.根据权利要求23所述的设备，其进一步包含可选择式电容器组，所述可选择式电容器组耦合到所述第一晶体管及所述第二晶体管的所述栅极。
27.根据权利要求23所述的设备，其进一步包含共模反馈电路，所述第一电感器及所述第三电感器中的至少一者通过所述共模反馈电路的输出而分接。
全文摘要
本发明涉及用于提供能够以低电压电源操作的基于变压器的CMOS振荡器的技术。在示范性实施例中，在晶体管对的漏极处提供LC槽，且所述LC槽的电感相互磁性耦合到所述晶体管对的栅极之间的电感。还使单独互补晶体管对耦合到所述LC槽。另一示范性实施例提供LC槽，其处于晶体管对的栅极处，且用于槽电感、所述晶体管对的所述栅极之间的电感及互补晶体管对的栅极之间的电感当中的三路耦合。
文档编号H03B5/12GK102356551SQ201080012445
公开日2012年2月15日 申请日期2010年3月18日 优先权日2009年3月18日
发明者马兹哈尔埃丁·塔吉万达 申请人:高通股份有限公司