专利名称：压控振荡器和相关系统的制作方法
压控振荡器和相关系统技术领域
这里描述的主题总体上涉及电子电路，更特别地，主题的实施例涉及压控振荡器 及相关电路拓扑和系统。
背景技术：
压控振荡器(VCO)通常用于产生振荡信号，该振荡信号响应于所施加的电压(或控 制电压)以期望频率振荡。例如，锁相环(PLL)可利用VCO以生成具有特定振荡频率的信 号。在大多数系统中，VCO设计为在预定输入电压范围上适应一个范围的可能振荡频率。发明内容
本发明的一个方面在于提供一种压控振荡器,包括第一节点，接收第一电压；第 二节点，接收第二电压；第三节点；第四节点，用于提供振荡信号；第一电感元件，耦接在所 述第二节点和所述第三节点之间；第一可变电容元件，耦接在所述第一节点和所述第四节 点之间；第二可变电容元件，耦接在所述第一节点和所述第三节点之间；以及第二电感元 件，耦接在所述第三节点和所述第四节点之间以在所述振荡信号的振荡频率下提供所述第 三节点和所述第四节点之间的电感。
本发明的另一方面在于提供一种压控振荡器,包括第一节点，接收第一 DC控制 电压；第二节点，接收第二 DC控制电压；第三节点；第四节点，用于提供振荡信号；电感元 件，耦接在所述第二节点和所述第三节点之间；以及多个可变电容元件，分散在所述第三节 点和所述第四节点之间；其中该多个可变电容元件中的每个具有耦接到所述第一节点的第 一端子；且在所述振荡信号的振荡频率下，电感被提供在一对可变电容元件的第二端子之 间。
本发明的又一方面在于提供一种用于生成振荡信号的压控振荡器模块，所述压控 振荡器模块包括有源电路装置，用于促成输出节点处的所述振荡信号；以及共振器装置， 耦接到所述输出节点，所述共振器装置包括第一可变电容元件，耦接于所述输出节点和与 第一 DC调谐电压对应的第一节点之间；第二可变电容元件，耦接于所述第一节点和第二节 点之间；第一电感元件，耦接在所述输出节点和所述第二节点之间以在所述振荡信号的振 荡频率下提供所述输出节点和所述第二节点之间的电感；以及第二电感元件，耦接在所述 第二节点和与第二 DC调谐电压对应的第三节点之间。
本发明的还一方面在于提供一种发射器，其包括上述任意压控振荡器模块，还包 括天线，该天线耦接到所述压控振荡器模块以发射频率受所述振荡频率影响的电磁信号。
通过结合下面的附图参照详细描述和权利要求，可以获得对本主题更完整的理 解，贯穿附图，类似的附图标记表示类似的元件。
图1是根据本发明一实施例的压控振荡器模块的示意图2是根据本发明一实施例适于在图1的压控振荡器模块中使用的共振器装置的布局的顶视图3是根据本发明一实施例适于与图1的压控振荡器模块一起使用的发射器系统的框图。
具体实施方式
以下详细描述本质上仅是示范性的，无意限制本主题的实施例或这些实施例的应用和使用。这里使用时，措辞“示范性”意味着“用作示例、实例或范例”。这里描述为范例的任何实现不一定解释为相比于其他实现是优选或有利的。此外，无意被前面的技术领域、 背景技术或后面的具体实施方式
中给出的任何明确或暗示理论所束缚。
这里描述的主题的实施例涉及能在感兴趣的特定振荡频率处或附近实现较低相噪声和/或较高功率输出的压控振荡器(VCO)。例如，在VCO主要在感兴趣的特定振荡频率处运行的应用中，期望降低相噪声和/或增大效率而不是设计VCO以适应更宽范围的振荡频率。如下面更详细地描述的那样，示范性VCO包括振荡器装置和共振器装置，其中共振器装置包括分散在振荡器装置的输出和直流(DC)电压(DC调谐电压或控制电压)之间的多个可变电容元件(或可变电抗器)。就此而言，如果不可忽略的电感存在于一对可变电容元件的一组端子之间的话，那么可变电容元件是“分散”的。换言之，如果没有不可忽略的电感， 那么该对可变电容元件将是非分散(或“集中”)的并且彼此电并联地配置。在示范性实施例中，利用在振荡频率处具有不可忽略长度的传输线元件分散可变电容元件，以借助于可变电容元件之间的电感来增大共振器装置的品质因数(或Q值)，如下面更详细地描述的那样。结果，VCO在振荡频率处的相噪声和输出功率可得到改善。
现在参考图1，示范性压控振荡器模块100包括但不限于振荡器装置102和共振器装置108，振荡器装置102配置为促成在一对输出节点104、106处产生一对振荡信号，共振器装置108耦接到振荡器装置102的输出节点104、106。共振器装置108能基于第一控制电压节点110和第二控制电压节点112之间的直流(DC)电压差从一范围的可能共振频率调谐到特定共振频率，其中输出节点104、106处的振荡信号的振荡频率被由共振器装置 108提供的调谐共振频率支配或以其他方式影响。这里使用时，“振荡的频率”、“振荡频率” 及其变体应理解为指的是在输出节点104、106处的振荡信号的频率。此外，“对应于”以及类似含义的其他措辞可在这里在振荡频率的背景下用于描述振荡频率和调谐共振频率之间的关系，并且不应解释为暗示或以其他方式要求振荡频率等于调谐共振频率。实际上，各种电路水平影响诸如部件变化或寄生电容、电感和/或电阻通常导致振荡频率不同于调谐共振频率，且实际上，振荡频率和调谐共振频率可相差30%-50%或更多。
在所示实施例中，振荡器装置102实现为有源电路装置，其包括包括一对交叉耦接的晶体管114、116，晶体管114、116配置为促成输出节点104、106处的振荡信号。就此而言，输出节点104、106处的振荡信号是差分振荡信号的成分，也就是说，第一输出节点 104处的第一振荡信号和第二输出节点106处的第二振荡信号之间的相位差实质上等于 180°。换句话说,第一输出节点104处的第一振荡信号是第二输出节点106处的第二振荡信号的逻辑相反值(或与之互补)。如图1所示，对于使用η型晶体管的实现，第一晶体管 114的漏极端子和第二晶体管116的栅极端子每个都被耦接到第一输出节点104，第一晶体管114的栅极端子和第二晶体管116的漏极端子每个都被耦接到第二输出节点106。晶体管114、116的源极端子在公共源极节点118处彼此耦接，从而晶体管114、116的栅极和漏极电压都相对于同一源极电压被参考。在一示范性实施例中，公共源极节点118耦接成或以其他方式被配置为接收用于VCO模块100的DC接地参考电压，其中输出节点104、106处的标称DC电压用作偏置电压，其将晶体管114、116偏置在饱和区域中，这导致晶体管114、 116借助于交叉耦接配置而以振荡频率在导通和截止状态之间振荡。应注意，虽然图1绘示了使用η-型MOSFET (例如，NMOS)用于交叉耦接振荡器装置102的实现，但是许多等效电路可以实现(例如，使用双极结晶体管或PMOS晶体管用于交叉耦接振荡器装置102，接地和电源端子交换)或者交叉耦接振荡器装置102可以以互补方式实现(例如，使用NMOS和PMOS 晶体管二者)。
如上所述，共振器装置108可以从一可能共振频率范围调谐到特定共振频率，其中所调谐的共振频率决定或以其他方式影响输出节点104、106处的振荡信号的振荡频率。 在示范性实施例中，第一控制电压节点110接收第一 DC控制电压(或调谐电压)，第二控制电压节点112接收第二 DC控制电压。
在一示范性实施例中，共振器装置108实现为储能电路，包括多个可变电容元件 120、122、124、126、128、130 和多个电感元件 132、134、136、138、140、142。可变电容元件 120、122、124、126、128、130 各自的电容基于各个可变电容元件 120、122、124、126、128、130 的端子之间的相应DC电压差。以此方式，共振器装置108的调谐共振频率基于节点110处的第一控制电压和节点112处的第二控制电压之间的DC电压差。如下面在图2的背景中更详细地描述的那样，在一示范性实施例中，每个可变电容元件120、122、124、126、128、130 实现为可变电抗器装置，其包括彼此电并联地配置的一个或更大可变电抗器。
如图1所示，每个可变电容元件120、122、124、126、128、130具有连接到第一控制电压节点110的一个端子(例如，阴极端子)，其中每个可变电容元件120、122、124、126、 128、130的相反端子(例如，阳极端子)通过电感元件132、134、136、138之一耦接到可变电容元件120、122、124、126、128、130中的另一个的该相反端子。例如，在一示范性实施例中， 第一可变电容元件120的第一端子(例如，阴极端子)连接到第一控制电压节点110，其第二端子(例如，阳极端子)连接到第一输出节点104，从而第一可变电容元件120电串联在节点 104、110之间，第二可变电容元件122的第一端子(例如，其阴极端子)连接到第一控制电压节点110，其第二端子(例如，其阳极端子)连接到另一节点150，从而第二可变电容元件122 电串联在节点110、150之间。第一电感元件132串联连接在第一输出节点104和节点150 之间，并且提供节点104、150之间在第一`输出节点104的振荡信号的振荡频率的不可忽略的电感。第一电感元件132的电感导致第一输出节点104和节点150之间的不可忽略的交流(AC)电压差分。在一示范性实施例中，节点104、节点150之间的AC电压差比第一输出节点104处的振荡信号的振幅的约5%更大。以类似方式，第三可变电容元件124的第一端子连接到第一控制电压节点110，其第二端子连接到另一节点152，其中第二电感元件134串联耦接在节点150、152之间以提供节点150、152之间在振荡频率处的不可忽略的电感(且由此，不可忽略的AC电压差)。以类似方式，第四可变电容元件126的第一端子连接到第一控制电压节点110，其第二端子连接到第二输出节点106，第五可变电容元件128的第一端子连接到第一控制电压节点110，其第二端子连接到节点154，第六可变电容元件130的第一端子连接到第一控制电压节点110，其第二端子连接到节点156，其中第三电感元件136 串联耦接在节点106、154之间以提供第二输出节点106和节点154之间的电感，第四电感 元件138串联耦接在节点154、156之间以提供节点154和节点156之间的电感。
在所示实施例中，第五电感元件140串联耦接在第二控制电压节点112与节点152 处的第三可变电容元件124的第二端子之间，第六电感元件142串联耦接于第二控制电压 节点112与节点156处的第六可变电容元件130的第二端子之间。在示范性实施例中，每 个电感元件132、134、136、138、140、142实现为传输线元件，例如微条线或另一导电元件， 关于传输线元件内的振荡信号的波长具有不可忽略的长度以提供不可忽略的电感。就此 而言，对微条线来说，关于微条线和接地平面之间的介电介质中的振荡信号的波长，微条线 的长度是不可忽略的。根据一个或多个实施例，每个电感元件132、134、136、138实现为传 输线元件(例如，微条线)，其长度大于或等于传输线元件内的振荡信号的波长的大约百分 之一。传输线元件132、134、136、138的长度提供了电感，其导致跨过传输线元件132、134、 136、138的不可忽略的AC电压降。借助于跨过传输线元件132、134、136、138的AC电压降， 来往于上可变电容元件124、130 (即，最靠近第二控制电压节点112的可变电容元件)流 动的电流小于往来于可变电容元件122、128流动的电流，其又小于往来于耦接到输出节点 104、106的下可变电容元件120、126流动的电流。结果，共振器装置108中的欧姆损失相 对于具有集中可变电容元件(例如，相邻的可变电容元件有效并联在第一控制电压节点110 和各输出节点104、106之间)的常规共振器降低了，从而改善了品质因数(或Q值)并且降 低了共振器装置108的相位噪声。
仍参照图1，节点110处的第一控制电压(或调谐电压)和节点112处的第二控制 电压(或调谐电压)之间的DC电压差跨过可变电容元件120、122、124、126、128、130应用以 控制可变电容元件120、122、124、126、128、130的电容，进而控制共振器装置108提供的共 振频率。在一示范性实施例中，相关于控制电压节点110、112处的可能控制电压范围和电 感元件132、134、136、138、140、142的电感，可以选择可由可变电容元件120、122、124、126、 128、130提供的可能电容范围以给共振器装置108提供期望的可能共振频率范围。例如， 根据一实施例，电感元件132、134、136、138、140、142提供在约80皮亨(pH)至约IOOpH的 范围的总有效电感，可变电容元件设计为在从约-2. 5伏特至约2. 5伏特的控制电压差上具 有在约26飞法(fF)至约128fF的范围内的电容，以给VCO模块100提供在约35GHz至约 45GHz的范围内的可能振荡频率范围。
应理解，图1是VCO模块100的简化表示，目的是为了说明和便于描述，并且图1无 意以任何方式限制本主题的应用或范围。因此，虽然图1描绘了电路元件和/或端子之间 的直接电连接，但是替选实施例可以采用居间电路元件和/或部件，同时以实质上类似的 方式运行。此外，虽然图1描绘了共振器装置108连接到振荡器装置102的输出节点104、 106，但是在另一些实施例中，共振器装置108可电容耦合到振荡器装置102，如2011年3月 18 日提交的题为 “VOLTAGE-CONTROLLED OSCILLATORS AND RELATED SYSTEMS” 的美国专利 申请No. 13/051，611所描述的那样，该申请被转让给本申请的受让人，其整体通过引用合 并于此。
现在参考图2，适于用作图1的VCO模块100中的共振器装置108的示范性共振 器装置200包括但不限于多个可变电容元件202、204、206、208、210、212和多个传输线元件220、222、224、226、228、230。如上所述，第一组可变电容元件202、204、206每个耦接到第一控制电压节点240 (例如，第一控制电压节点110)，可变电容元件202、204、206分散在配置为耦接到外部电路(例如，耦接到振荡器装置102的第一输出节点104)的节点244和第二控制电压节点242(例如，第二控制电压节点112)之间。类似地，第二组可变电容元件208、 210,212每个耦接到第一控制电压节点240并且分散在配置为耦接到外部电路(例如，耦接到振荡器装置102的第二输出节点106)的第二节点246和第二控制电压节点242之间。
在示范性实施例中，每个可变电容元件202、204、206、208、210、212实现为可变电抗器装置，其包括彼此电并联地配置的一个或多个可变电抗器。例如，第一可变电容元件 202 (例如，第一可变电容元件120)可包括形成在衬底201 (例如，半导体衬底、电路板、或另一合适的电子衬底)之上的一个或多个MOS可变电抗器,其中该一个或多个可变电抗器的阴极端子耦接到第一控制电压节点240，其可实现为金属迹线(例如，在形成于第一可变电容元件202上的金属层中)或另一导电元件。类似地，第二可变电容元件204 (例如，第二可变电容元件122)包括在衬底201之上的具有耦接到第一控制电压节点240的阴极端子。 第一传输线元件220 (例如，第一电感元件132)连接在第一可变电容元件202 的可变电抗器的阳极端子和第二可变电容元件204的可变电抗器的阳极端子之间。如图2所示，第一和第二可变电容元202、204被分散或以其它方式间隔开一距离，该距离对应于在第一和第二可变电容元件202、204之间的第一传输线元件220的长度250。第一传输线元件220的长度250在由耦接到节点244的外部电路生成的并沿第一传输线元件220传播的信号的频率处是不可忽略的，以提供在第一可变电容元件202的阳极端子和第二可变电容元件204 的阳极端子之间产生不可忽略的AC电压降的电感。在示范性实施例中，第一和第二可变电容元件202、204之间的第一传输线元件220的长度250大于节点244处的振荡信号波长的百分之一。例如，在一实施例中，节点244处的信号以40GHz的频率振荡,第一传输线兀件 220的长度250约是40微米(μ m)或更大。
以类似方式，第二和第三可变电容元件204、206被分散或以其它方式间隔开与耦接在第二和第三可变电容元件204、206之间的第二传输线元件222的长度252对应的距离，其中第二传输线元件222的长度252提供振荡频率处第二可变电容元件204的阳极端子和第三可变电容元件206的阳极端子之间的不可忽略的AC电压降。类似地，第四和第五可变电容元件208、210被分散与耦接在第四和第五可变电容元件208、210之间的第三传输线元件226的长度254对应的距离，以提供节点246处的振荡信号的频率处第四和第五可变电容元件208、210之间的AC电压降，第五和第六可变电容元件210、212被分散与耦接在第五和第六可变电容元件210、212之间的第四传输线元件228的长度256对应的距离，以提供第五和第六可变电容元件210、212之间的AC电压降。在所示实施例中，对于差分实现， 共振器装置200实质上对称，从而第三传输线元件224的长度254实质上等于第一传输线元件220的长度250，第四传输线元件226的长度256实质上等于第二传输线元件222的长度 252。
仍参照图2，第五传输线元件228 (例如，第五电感元件140)耦接在第三可变电容元件206和第二控制电压节点242之间，第六传输线元件230 (例如，第六电感元件142) 耦接在第六可变电容元件212和第二控制电压节点242之间。如上所述，选择传输线元件 220、222、224、226、228、230的结合长度以给共振器装置200提供期望的共振频率(或其范围)。在所示实施例中，每个传输线元件220、222、224、226、228、230实现为形成在衬底201 上的微条带。虽然图2描绘了传输线元件220、222、224、226、228、230是单独的并且在它们 的相邻末端接触或以其它方式连接到相邻传输线元件，但是实际上，传输线元件220、222、 224、226、228、230可一体形成。例如，单个微条线可设置在节点244和节点246之间，该微 条线的中心耦接到第二控制电压节点242，可变电容元件202、204、206、208、210、212沿着 微条线间隔开适当距离以在可变电容元件202、204、206、208、210、212之间提供微条线的 期望长度 250、252、254、256。
图3示出适于与图1的VCO模块100 —起使用的发射器系统300的示范性实施例。 应理解，图3是发射器系统的简化表示，目的是为了解释和便于描述，图3无意以任何方式 限制本主题的应用或范围。根据这些应意识到，图3的发射器系统300仅是一个可使用图1的VCO模块100的示范性系统，图1的VCO模块100可用于多种不同的电子系统中且图1 的VCO模块100无意被限制到任何特定系统中的实现。
发射器系统300的所示实施例包括但不限于参考振荡器302、相位检测器304、回 路滤波器306、VCO模块308、缓冲器310、分频器装置312、倍频器314、功率放大器316、不 平衡转换器318以及天线320。在图3的所示实施例中，参考振荡器302、相位检测器304、 回路滤波器306、VCO模块308，缓冲器310以及分频器装置312配置为锁相环(PLL)，其基 于提供到发射器系统300的输入322的输入信号产生具有期望的振荡频率的频率调制振荡 信号，如下面将更详细地描述的那样。根据一个或多个实施例，发射器系统300配置为用于 汽车雷达应用，其中VCO模块308配置为用于约38GHz至约41GHz范围内的振荡频率，由天 线320发射的频率调制信号具有在约76GHz至约81GHz范围内的频率。应理解，图3是发 射器系统300的简化表示，目的是为了解释和便于描述，图3无意以任何方式限制这里描述 的主题的应用或范围。
在所示实施例中，参考振荡器302实现为产生具有固定参考频率的参考信号的振 荡器，例如，晶体振荡器。相位检测器304耦接到参考振荡器302和分频器装置312，相位检 测器304比较来自参考振荡器的参考信号和来自分频器装置312的反馈信号，并基于反馈 信号和参考信号的频率和/或相位之间的差异生成误差信号。根据一实施例，来自相位检 测器304的误差信号包括“上”或“下”脉冲，其产生提供到VCO模块308的参考电压差分 的与脉冲的持续时间成比例的对应增大或降低。回路滤波器306是模拟滤波器，其对来自 相位检测器304的误差信号进行滤波以获得基于参考信号和反馈信号之间的差异(例如， 在频率和/或相位方面的)而变化的参考电压差分，直到反馈信号与参考信号相位锁定或者 以其它方式匹配参考信号。应注意，回路滤波器306还为PLL提供主导极(pole)，从而确保 锁相环的稳定性。缓冲器310耦接到VCO模块308的输出并且阻止来自分频器装置312的 和/或倍频器314的所得负载不期望地影响VCO模块308的振荡频率。分频器装置312耦 接于VCO模块308的输出(通过缓冲器310)和相位检测器304的输入之间，分频器装置312 配置为产生或以其它方式提供频率与来自VCO模块308的振荡信号的振荡频率的分数相等 的反馈信号，其中分数的量基于发射器系统300的输入322处提供的输入信号决定。在一 示范性实施例中，分频器装置312配置为支持或以其它方式实现由PLL产生的频率调制连 续波信号，其代表在输入322处接收的输入信号。就此而言，虽然图3中未示出，但是实际 上，分频器装置312可包括调制器、斜波发生器以及适当配置成支持频率调制的其他部件，如本领域将理解的那样。
在一示范性实施例中，VCO模块308实现为上面在图1的背景下描述的VCO模 块100，其中来自回路滤波器306的参考电压差分(differential)被提供到参考电压节点 110,112以控制可变电容元件120、122、124、126、128、130的电容，进而控制表示将由发射 器系统300发射的频率调制信号的、在输出节点104、106处的差分振荡信号的振荡频率。 应指出，在另一些实施例中，通过仅将控制电压节点之一(例如，控制电压节点110)耦接到 回路滤波器306的输出，而另一控制电压节点(例如，控制电压节点112)耦接到固定参考电 压，VCO模块100可以按非差分方式使用和/或用于发射器系统300的PLL可以按非差分 方式实现。在所示实施例中，VCO模块308的输出(例如，输出节点104、106)耦接到倍频器 314 (通过缓冲器310)，其使得从输出节点104、106接收的差分振荡信号的频率加倍。倍 频器314的输出被提供到功率放大器316,其放大差分振荡信号。功率放大器316的输出 被提供到不平衡转换器318的输入，转换器318配置为将放大的差分振荡信号转变为具有 相同振荡频率的单端振荡信号。在一示范性实施例中，天线320实现为耦接到不平衡转换 器318的输出并且配置为生成或以其它方式产生频率与从不平衡转换器318接收的单端振 荡信号的频率对应的电磁波的导电元件。以此方式，天线320发射或以另外方式发送频率 受到VCO模块308提供的振荡信号的振荡频率影响的电磁信号，在本例子中，借助于倍频器 314，发射频率对应于VCO模块308的振荡频率的两倍。例如，如果VCO模块308产生具有 39GHz振荡频率的振荡信号，那么天线320发射具有78GHz频率的频率调制电磁信号。就 此而言，借助于这里描述的共振器装置108，VCO模块308产生具有期望的振荡频率(例如， 39GHz)的振荡信号，借助于可变电容元件120、122、124、126、128、130被传输线132、134、 136,138所分散，具有降低的相位噪声和/或更大的功率效率(例如，对于相同的功率输入， 增大的功率输出)，从而增大共振器装置108的品质因数，如上所述。
为了简洁，与电子振荡器和/或VC0、共振器和/或储能电路、可变电容元件和/ 或可变电抗器、传输线和/或微条线、模拟电路设计、PLL、发射器以及系统的其它功能方面 (和系统的独立操作部件)相关的传统技术可能在这里未详细描述。此外，这里包含的各图 中所示的连接线旨在表示各元件之间的示范性功能关系和/或物理耦接。应注意，许多替 代或附加功能关系或物理连接可以存在于本主题的实施例中。此外，某些术语也可以在此 仅用作参考，因此无意用于限制，术语“第一”、“第二”和提及结构的其它这种数字术语不暗 示顺序或次序，除非上下文清楚地表示。
这里使用时，“节点”意味着任何内部或外部参考点、连接点、节点、信号线、导电元 件等，在该处存在给定信号、逻辑电平、电压、数据模式、电流或量。此外，两个或多个节点可 通过一个物理元件实现(两个或更多信号可以被复用、调制、或以其它方式区分，尽管在公 共节点处接收或输出)实现。
前面的描述涉及元件或节点或特征“连接”或“耦接”在一起。这里使用时，除非 另有明确说明，否则“连接”意味着一个元件直接结合到另一元件(或与之直接通信)，并且 不一定是机械地。类似地，除非另有明确说明，否则“耦接”意味着一个元件直接或间接结 合到另一元件(或者直接或间接与之通信)，并且不一定是机械地。因此，虽然图中所示的示 意图绘示了元件的一种示范性布置，但是额外的居间元件、器件、特征、或部件可存在于所 示主题的实施例中。
总而言之，根据本发明的示范性实施例配置的系统、器件和装置涉及
提供一种用于压控振荡器的装置。示范性压控振荡器包括接收第一电压的第一节 点、接收第二电压的第二节点、第三节点、用于提供振荡信号的第四节点、串联耦接于第二 节点和第三节点之间的第一电感元件、串联耦接于第一节点和第四节点之间的第一可变电 容元件、串联耦接于第一节点和第三节点之间的第二可变电容元件、以及耦接于第三节点 和第四节点之间以在振荡信号的振荡频率下提供第三节点和第四节点之间的电感的第二 电感元件。在一实施例中，第二电感元件是导电元件或传输线元件，其长度相对于振荡信号 的波长是不可忽略的。在又一实施例中，导电兀件的长度大于振荡信号的波长的百分之一。 在另一实施例中，第二电感元件是传输线元件，其长度大于振荡信号的波长的百分之一。在 一实施例中，传输线元件是微条线。在另一实施例中，第二电感元件是电感器，在振荡频率 下具有不可忽略的电感。在另一实施例中，电感配置为在第一可变电容元件和第二可变电 容兀件之间提供AC电压差。在一实施例中，AC电压差大于振荡信号的振幅的5%。在另一 实施例中，第一可变电容元件是第一可变电抗器，其阴极端子连接到第一节点，其阳极端子 连接到第四节点，第二可变电容元件是第二可变电抗器，其阴极端子连接到第一节点，其阳 极端子连接到第三节点，电感在第一可变电抗器的阳极端子和第二可变电抗器的阳极端子 之间提供AC电压差。在另一实施例中，第一电压是第一DC调谐电压，第二电压是第二DC调 谐电压，第一可变电容元件的第一电容基于第一节点和第四节点之间的第一电压差，第二 可变电容元件的第二电容基于第一节点和第三节点之间的第二电压差。在另一实施例中， 第一可变电容元件和第二可变电容元件分散在第三节点和第四节点之间。
根据一个或多个实施例，压控振荡器包括耦接到第四节点的振荡器装置，其中该 振荡器装置促成振荡信号的生成。在一实施例中，压控振荡器还包括第五节点和耦接到所 述振荡器装置的第六节点，该振荡器装置促成第六节点处第二振荡信号的生成，所述第二 振荡信号与所述第四节点处的振荡信号互补。第三可变电容元件串联耦接于第一节点和第 六节点之间，第四可变电容元件串联耦接于第一节点和第五节点之间，第三电感元件串联 耦接于第二节点和第五节点之间，第四电感元件串联耦接于第五节点和第六节点之间以在 第五节点和第六节点之间提供第二电感。在一实施例中，压控振荡器还包括第七节点和第 八节点，其中第二电感元件串联耦接于第四节点和第七节点之间，其中第四电感元件串联 耦接于第六节点和第八节点之间。第五可变电容元件串联耦接于第一节点和第七节点之 间，第五电感元件串联耦接于第七节点和第三节点之间，第六可变电容元件串联耦接于第 一节点和第八节点之间，第六电感元件串联耦接于第八节点和第五节点之间。在一实施例 中，振荡器装置包括第一晶体管，其漏极端子耦接到第四节点，其栅极端子耦接到第六节 点；以及第二晶体管，其漏极端子耦接到第六节点，其栅极端子耦接到第四节点。
根据另一实施例，压控振荡器包括用于接收第一 DC控制电压的第一节点、用于 接收第二 DC控制电压的第二节点、第三节点、用于提供振荡信号的第四节点，耦接于第二 节点和第三节点之间的电感元件、以及分散在第三节点和第四节点之间的多个可变电容元 件，其中多个可变电容元件中的每个具有耦接到第一节点的第一端子，在振荡信号的振荡 频率下电感被提供在一对可变电容元件的第二端子之间。
在另一实施例中，用于生成振荡信号的压控振荡器模块包括有源电路装置，用于 促成输出节点处的振荡信号；以及共振器装置，耦接到该输出节点。该共振器装置包括第一可变电容元件，串联耦接于该输出节点和与第一 DC调谐电压对应的第一节点之间；第二 可变电容元件，串联耦接于第一节点和第二节点之间；第一电感元件，耦接在输出节点和第 二节点之间以在振荡信号的振荡频率下提供输出节点和第二节点之间的电感；以及第二电 感元件，串联耦接于第二节点和与第二 DC调谐电压对应的第三节点之间。在又一实施例 中，该有源电路装置促成在第二输出节点处具有所述振荡频率的第二振荡信号，其中该共 振器装置还包括第三可变电容元件，串联耦接于第二输出节点和第一节点之间；第四可 变电容元件，串联耦接于第一节点和第四节点之间；第三电感元件，耦接于第二输出节点和 第四节点之间以在振荡频率下在第二输出节点和第四节点之间提供第二电感；以及第四电 感元件，串联耦接于第二节点和第三节点之间。在另一实施例中，提供一种用于发射器的装 置，该发射器包括压控振荡器模块，并且还包括天线，该天线耦接到该压控振荡器模块以发 送电磁信号，该电磁信号具有受所述振荡频率影响的发射频率。例如，该发射频率可以是振 荡频率的倍数。
虽然在前面的详细描述中已经给出了至少一个示范性实施例，但是应理解，存在 大量变型。还应理解，这里描述的示范性实施例无意以任何方式限制所主张的主题的范围、 应用或配置。而是，前面的详细描述将向本领域技术人员提供实现所描述的实施例的便捷 路线图。应理解，可以对元件的功能和布置进行各种修改而不偏离权利要求限定的范围，所 述修改包括提交本申请时已知的等价物和可预知的等价物。
权利要求
1.一种压控振荡器，包括 第一节点，接收第一电压； 第二节点，接收第二电压； 第三节点； 第四节点，用于提供振荡信号； 第一电感元件，耦接在所述第二节点和所述第三节点之间； 第一可变电容元件，耦接在所述第一节点和所述第四节点之间； 第二可变电容元件，耦接在所述第一节点和所述第三节点之间；以及第二电感元件，耦接在所述第三节点和所述第四节点之间以在所述振荡信号的振荡频率下提供所述第三节点和所述第四节点之间的电感。
2.根据权利要求1所述的压控振荡器，其中，所述第二电感元件包括相对于所述振荡信号的波长具有不可忽略的长度的导电元件。
3.根据权利要求2所述的压控振荡器，其中，所述导电元件的长度大于所述波长的百分之一。
4.根据权利要求1所述的压控振荡器，其中，所述第二电感元件包括长度大于所述振荡信号的波长的百分之一的传输线元件。
5.根据权利要求4所述的压控振荡器，其中，所述传输线元件包括微条线。
6.根据权利要求1所述的压控振荡器，其中， 所述第二电感元件包括具有所述电感的电感器；且 所述电感在所述振荡频率是不可忽略的。
7.根据权利要求1所述的压控振荡器，其中，所述电感配置为在所述第一可变电容元件和所述第二可变电容元件之间提供AC电压差。
8.根据权利要求7所述的压控振荡器，其中，所述AC电压差大于所述振荡信号的振幅的5%。
9.根据权利要求1所述的压控振荡器，还包括耦接到所述第四节点的振荡器装置，所述振荡器装置促成所述振荡信号的生成。
10.根据权利要求9所述的压控振荡器，还包括 第五节点； 第六节点，耦接到所述振荡器装置，所述振荡器装置促成在所述第六节点处第二振荡信号的生成，所述第二振荡信号与所述第四节点处的振荡信号互补； 第三可变电容元件，耦接在所述第一节点和所述第六节点之间； 第四可变电容元件，耦接在所述第一节点和所述第五节点之间； 第三电感元件，耦接在所述第二节点和所述第五节点之间；以及第四电感元件，耦接在所述第五节点和所述第六节点之间以提供所述第五节点和所述第六节点之间的第二电感。
11.根据权利要求10所述的压控振荡器，还包括 第七节点，其中所述第二电感元件串联耦接在所述第四节点和所述第七节点之间； 第五可变电容元件，串联耦接在所述第一节点和所述第七节点之间； 第五电感元件，串联耦接在所述第七节点和所述第三节点之间；第八节点，其中所述第四电感元件串联耦接在所述第六节点和所述第八节点之间； 第六可变电容元件，串联耦接在所述第一节点和所述第八节点之间；以及 第六电感元件，串联耦接在所述第八节点和所述第五节点之间。
12.根据权利要求10所述的压控振荡器，其中，所述振荡器装置包括 第一晶体管，具有耦接到所述第四节点的漏极端子和耦接到所述第六节点的栅极端子；以及 第二晶体管，具有耦接到所述第六节点的漏极端子和耦接到所述第四节点的栅极端子。
13.根据权利要求1所述的压控振荡器，其中 所述第一可变电容元件包括第一可变电抗器，该第一可变电抗器的阴极端子连接到所述第一节点，其阳极端子连接到所述第四节点；且 所述第二可变电容元件包括第二可变电抗器，该第二可变电抗器的阴极端子连接到所述第一节点，其阳极端子连接到所述第三节点。
14.根据权利要求13所述的压控振荡器，其中，所述电感提供所述第一可变电抗器的阳极端子和所述第二可变电抗器的阳极端子之间的AC电压差。
15.根据权利要求1所述的压控振荡器，其中 所述第一电压是第一 DC调谐电压； 所述第二电压是第二 DC调谐电压； 所述第一可变电容元件的第一电容基于所述第一节点和所述第四节点之间的第一电压差；且 所述第二可变电容元件的第二电容基于所述第一节点和所述第三节点之间的第二电压差。
16.根据权利要求1所述的压控振荡器，其中所述第一可变电容元件和所述第二可变电容元件分散在所述第三节点和所述第四节点之间。
17.—种压控振荡器,包括 第一节点，接收第一 DC控制电压； 第二节点，接收第二 DC控制电压； 第三节点； 第四节点，用于提供振荡信号； 电感元件，耦接在所述第二节点和所述第三节点之间；以及 多个可变电容元件，分散在所述第三节点和所述第四节点之间；其中 该多个可变电容元件中的每个具有耦接到所述第一节点的第一端子；且 在所述振荡信号的振荡频率下，电感被提供在一对可变电容元件的第二端子之间。
18.—种压控振荡器模块,用于生成振荡信号,所述压控振荡器模块包括 有源电路装置，用于促成输出节点处的所述振荡信号；以及 共振器装置，耦接到所述输出节点，所述共振器装置包括 第一可变电容元件，耦接于所述输出节点和与第一 DC调谐电压对应的第一节点之间； 第二可变电容元件，耦接于所述第一节点和第二节点之间； 第一电感元件，耦接在所述输出节点和所述第二节点之间以在所述振荡信号的振荡频率下提供所述输出节点和所述第二节点之间的电感；以及 第二电感元件，耦接在所述第二节点和与第二 DC调谐电压对应的第三节点之间。
19.根据权利要求18所述的压控振荡器模块，所述有源电路装置促成在第二输出节点处的具有所述振荡频率的第二振荡信号，其中 所述共振器装置还包括 第三可变电容元件，串联耦接于所述第二输出节点和所述第一节点之间； 第四可变电容元件，串联耦接于所述第一节点和第四节点之间； 第三电感元件，耦接于所述第二输出节点和所述第四节点之间以在所述振荡频率下提供所述第二输出节点和所述第四节点之间的第二电感；以及 第四电感元件，串联耦接于所述第二节点和所述第三节点之间， 所述第一可变电容元件串联耦接于所述输出节点和所述第一节点之间；且 所述第二可变电容元件串联耦接于所述第一节点和所述第二节点之间。
20.一种发射器，包括权利要求19所述的压控振荡器模块，还包括天线，该天线耦接到所述压控振荡器模块以发射频率受所述振荡频率影响的电磁信号。
全文摘要
提供用于压控振荡器和相关系统的装置。一种示范性压控振荡器包括第一可变电容元件(120)、第二可变电容元件(122)和耦接于可变电容元件(120、122)之间以在输出节点(104)的振荡信号的振荡频率下提供可变电容元件(120、122)之间的电感的电感元件(132)。第一可变电容元件(120)耦接在第一控制电压节点(110)和输出节点(104)之间，第二可变电容元件(122)耦接到第一控制电压节点(110)，第二电感元件(134)耦接在第二可变电容元件(122)和第二控制电压节点(112)之间。
文档编号H03L7/18GK103036562SQ201210349048
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月19日 优先权日2011年9月30日
发明者V·P·特瑞韦德, K-H·托 申请人:飞思卡尔半导体公司