具有低相位噪声的压控振荡器的制造方法
【专利摘要】本公开涉及用于提供具有低相位噪声的振荡电路的系统，它以并联连接的共享单匝式电感器线圈的分段的互补VCO对的阵列为特征。
【专利说明】具有低相位噪声的压控振荡器
[0001]本发明的领域
[0002]本公开一般涉及压控振荡器(VCO)，并且更具体地，涉及具有低相位噪声的集成电感器一电容器储能电路VCO (LC VC0)。
[0003]发明背景
[0004]压控振荡器(VCO)是在现代的电子器件中广泛使用的重要电路分类。例如，采用VCO的锁相环(PLL)在无线通信应用中被用于隔离和解调信号并合成频率，以及在计算处理器和数据流中提供关键的定时功能。如该名称所意味的，VCO的频率输出可以通过改变施加于该电路的电压来调谐。常用类型的谐波VCO利用由电感器和电容器形成的谐振电路，并相应地被称为LC VCO。
[0005]集成电路(IC)制造技术已经成熟，更大数量的电路元件已被直接实现在芯片上，从而避免了与将这样的元件作为分立项提供相关联的成本和复杂性。这些趋势由片上系统(SoC)的开发和专用IC(ASIC)技术来例示，其中电子系统的多个方面(包括模拟功能、数字功能、混频功能和RF功能)被集成到单个芯片中。在给定VCO的重要性的情况下，存在使用半导体制造工艺将这样的电路有效地纳入各IC中的相应需要。因此，适于纳入IC的VCO通常涉及由该IC中的一个或多个金属层形成的基本上平坦的电感器线圈。然而，尤其在较高频率(诸如与无线通信相关联的那些频率)，存在与集成VCO的设计有关的若干挑战。
[0006]具体而言，相位噪声是与时域中的抖动相对应的频域特征，并且可被认为是对VCO的振荡频率的不期望的调制。取决于系统类型，相位噪声影响采用VCO的系统的许多方面，包括混频性能、噪声本底、噪声传输、干扰和误比特率。因此，相位噪声是重要的VCO参数，该参数必须被最小化以获得期望的性能水平。因此，存在提供适于纳入具有低相位噪声的IC的VCO设计的需要。本公开的这些系统满足这些以及其它需要。
[0007]发明概述
[0008]根据以上目的以及以下将提到并且将变得明显的那些目的，本公开针对振荡阵列，该振荡阵列具有第一对集成VC0，其中每一 VCO包括谐振电路元件和由被安置在基本上平坦的基板上的单匝式线圈形成的电感器并且其中这些VCO并联连接。优选地，第一对VCO中的每一个VCO在同一平面中被安置成彼此邻近。同样优选地，每一个VCO的单匝式线圈的至少一个分段被共享。在这样的实施例中，单匝式线圈的共享分段部分占每一单匝式线圈的至少约25%。另一优选实施例针对具有相反通量极性的VC0。
[0009]在本公开的一方面，每一个VCO的谐振电路元件被安置在由每一个VCO的单匝式线圈限定的区域内，并且基本上在同一平面内。优选地，多个互连被形成在半导体基板的处于每一个VCO的单匝式线圈下面的下金属层中，并且这些互连与每一个VCO的谐振电路元件处于电通信。
[0010]在另一实施例中，振荡阵列还包括第二对VC0，其中该第二对VCO中的每一个VCO包括谐振电路元件和由被安置在基本上平坦的基板上的单匝式线圈形成的电感器，且基本上在同一平面上被安置成邻近第一对VC0，并且其中第二对VCO与第一对VCO并联连接。优选地，第一对VCO的单匝式线圈的分段与第二对VCO的单匝式线圈的分段是共享的。如所期望地，单匝式线圈的共享分段部分可以占每一单匝式线圈的至少约25%。此外，第二对VCO中的每一个VCO的谐振电路元件可被安置在由每一 VCO的单匝式线圈限定的区域内，并且基本上在同一平面内。在另一优选方面，第一对VCO和第二对VCO中的每一个VCO具有具备相反通量极性的至少两个毗邻VC0。
[0011]本公开的又一方面针对包括多个集成VCO的振荡阵列，其中每一个VCO包括谐振电路元件和由被安置在基本上平坦的基板上的单匝式线圈形成的电感器，并且其中这些VCO并联连接。优选地，这些VCO在对称网格配置中被安置成彼此邻近。在一个实施例中，振荡阵列具有16个VC0。
[0012]在另一实施例中，每一个VCO与至少两个毗邻VCO的单匝式线圈的至少一个分段共享单匝式线圈的至少一个分段，并且进一步，至少一个VCO与至少四个毗邻VCO的单匝式线圈的至少一个分段共享单匝式线圈的至少一个分段。优选地，至少一个VCO的共享分段部分占单匝式线圈的至少约25%。
[0013]在又一实施例中，每一个VCO具有具备相反通量极性的至少两个毗邻VC0，并且进一步，至少一个VCO具有具备相反通量极性的至少四个毗邻VC0。
[0014]附图简要说明
[0015]从如在附图中所解说的本发明优选实施例的以下更具体的描述，进一步的特征和优势将变得明了，并且其中相同附图标记一般贯穿这些视图始终指代相同部分或元素，并且其中:
[0016]图1是适用于本发明的LC VCO的示意图；
[0017]图2是根据本发明的形成振荡阵列的一对LC VCO的示意图；以及
[0018]图3是根据本发明的16个LC VCO的阵列的示意图。
[0019]发明具体描述
[0020]首先，应理解，本公开不限于特定例示的素材、方法或结构，因为其显然可有所变化。因此，尽管与本文所描述的那些类似或等效的数个素材和方法可在本公开的实施例的实践中使用，但是本文中描述了优选的素材和方法。
[0021]还应理解，本文中使用的术语仅仅出于描述本公开的特定实施例的目的而非旨在用于限定。
[0022]除非另行定义，否则在本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员所通常理解的相同的含义。
[0023]进一步，本文以上或以下所引用的所有公开物、专利和专利申请的全部内容通过援引纳入于此。
[0024]最后，如在本说明书及所附权利要求中使用的，单数形式“ 一 ”、“某”和“该”包括复数指示对象，除非内容清楚规定并非如此。
[0025]本公开针对以低相位噪声为特征的集成VCO配置。LC VCO常用于RF应用，因为它们与其他无电感器的VCO拓扑结构相比具有更低的相位噪声。不过，采用LC VCO的设备的性能仍可通过进一步最小化其相位噪声来改善。如以下将详细描述地，本发明VCO阵列以适于在IC中的芯片上实现的电感器设计为特征，并得到具有减少的相位噪声的振荡器。
[0026]转至图1，适于在本公开的各实施例中使用的VC010被示意性地示出，并且一般包括在具有半导体基板14的IC的上金属层中形成的单匝式电感器线圈12。谐振电路元件16被安置在由线圈12所限定的区域内。如将领会的，取决于用于驱动VCOlO的特定LC储能电路的设计，电路元件16可包括晶体管、电容器和变容管等。此外，优选地，这些电路元件16是使用常规的半导体制造技术来形成的。优选地，互连18、20和22被形成在线圈12之下的金属层中，并为电源线和控制信号等提供合适的连接。如果需要，互连18-22还可提供到振荡器输出的必要连接。
[0027]如图1所示，电感器线圈12具有基本上方形的配置，该配置具有四个主要侧和四个成角度的拐角。在其他实施例中，线圈的合适形状可视需要包括基本圆形、正方形、矩形或多边形的几何形状。
[0028]LC VCO的相位噪声通常使用Leeson等式来建模。该等式的一个公式为:
【权利要求】
1.一种振荡阵列，包括第一对集成VCO，其中每一个VCO包括谐振电路元件和由被安置在基本上平坦的基板上的单匝式线圈形成的电感器，并且其中所述VCO并联连接。
2.如权利要求1所述的振荡阵列，其特征在于，所述第一对VCO中的每一个VCO在同一平面中被安置成彼此邻近。
3.如权利要求2所述的振荡阵列，其特征在于，每一个VCO的单匝式线圈的至少一个分段被共享。
4.如权利要求3所述的振荡阵列，其特征在于，所述单匝式线圈的共享分段部分占每一单阻式线圈的至少约25%。
5.如权利要求1所述的振荡阵列，其特征在于，所述基板包括半导体。
6.如权利要求5所述的振荡阵列，其特征在于，每一VCO的所述谐振电路元件被安置在由每一 VCO的所述单匝式线圈所限定的区域内，并且基本上在同一平面内。
7.如权利要求6所述的振荡阵列，其特征在于，还包括多个互连，所述多个互连被形成在所述半导体基板的处于每一 VCO的所述单匝式线圈下面的下金属层中，并且其中所述互连与每一 VCO的所述谐振电路元件处于电通信。
8.如权利要求1所述的振荡阵列，其特征在于，所述第一对VCO具有相反的通量极性。
9.如权利要求3所述的振荡阵列，其特征在于，还包括第二对VC0，其中所述第二对VCO中的每一个VCO包括谐振电路元件和由被安置在基本上平坦的基板上的单匝式线圈形成的电感器，且基本上在同一平面中被安置成与所述第一对VCO邻近，并且其中所述第二对VCO与所述第一对VCO并联连接。
10.如权利要求9所述的振荡阵列，其特征在于，所述第一对VCO的所述单匝式线圈的分段与所述第二对VCO的所述单匝式线圈的分段是共享的。
11.如权利要求10所述的振荡阵列，其特征在于，所述单匝式线圈的共享分段部分占每一单阻式线圈的至少约50%。
12.如权利要求9所述的振荡阵列，其特征在于，所述第二对VCO中的每一个VCO的所述谐振电路元件被安置在由每一 VCO的所述单匝式线圈所限定的区域内，并且基本上在同一平面内。
13.如权利要求9所述的振荡阵列，其特征在于，所述第一对VCO和所述第二对VCO中的每一个VCO具有具备相反通量极性的至少两个毗邻VC0。
14.一种振荡阵列，包括多个集成VC0，其中每一个VCO包括谐振电路元件和由被安置在基本上平坦的基板上的单匝式线圈形成的电感器，并且其中所述VCO并联连接。
15.如权利要求14所述的振荡阵列，其特征在于，包括16个VC0。
16.如权利要求14所述的振荡阵列，其特征在于，所述VCO在对称网格配置中被安置成彼此邻近。
17.如权利要求16所述的振荡阵列，其特征在于，每一个VCO与至少两个毗邻VCO的所述单匝式线圈的至少一个分段共享所述单匝式线圈的至少一个分段。
18.如权利要求17所述的振荡阵列，其特征在于，至少一个VCO与至少四个毗邻VCO的所述单匝式线圈的至少一个分段共享所述单匝式线圈的至少一个分段。
19.如权利要求18所 述的振荡阵列，其特征在于，所述至少一个VCO的共享分段部分占所述单匝式线圈的至少约25%。
20.如权利要求16所述的振荡阵列，其特征在于，每一个VCO具有具备相反通量极性的至少两个毗邻VC0。
21.如权利要求20所述的振荡阵列，其特征在于，至少一个VCO具有具备相反通量极性的至少四个毗邻VC0。
【文档编号】H03B5/18GK103975522SQ201180074934
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2011年11月21日 优先权日:2011年10月20日
【发明者】E·特洛弗茨 申请人:高通股份有限公司