用于抑制数字控制的振荡器中的噪声的设备和方法
【专利说明】用于抑制数字控制的振荡器中的噪声的设备和方法
[0001 ] 要求优先权
[0002]本专利申请要求2013年7月10日提交的题为“Devices and methods forreducing noise in digitally controlled oscillators” 的非临时申请第13/938,727号的优先权，其被受让给本申请的受让人并且由此通过引用的方式明确地合并于此。
【背景技术】
技术领域
[0003]各种特征涉及数字电路，并且具体地涉及用于抑制数字控制的振荡器中的噪声的设备和方法。
【背景技术】
[0004]
[0005]全数字锁相环(PLL)是一种生成相位与输入“参考”信号的相位相关的输出信号的数字控制系统。PLL是一种包括数字控制的、可变频率的振荡器(DC0)以及相位检测器的电子电路。PLL将输入信号的相位与从其输出DC0导出的信号的相位相比较并且调节其DC0的频率以保持相位匹配。来自相位检测器的信号用于在反馈回路中控制DC0。
[0006]DC0通过以下方式来操作:接收数字输入信号电平(例如多比特控制字)作为输入并且生成具有对应于输入信号电平的频率的输出信号。典型的DC0可以使用具有可变电容器的LC谐振回路(tank)，其可以被调节以便调节其谐振输出频率。因此，有效控制中的输入信号电平(例如控制字)通过调节可变电容器的电容值来控制DC0的输出频率。
[0007]在典型的DC0中使用的可变电容器可以包括多个电容器组，其中每个电容器组包括多个单独的电容器。这些单独的电容器可以被独立地启用，使得其电容值被归于DC0的LC振荡回路的总电容。作为一个示例，DC0的可变电容器可以包括彼此并联耦合的两个不同的电容器组A和B。电容器组A包括并联耦合的三个不同的电容器CA1、CA2、CA3，每个电容器具有相等的电容值。电容器组B包括也并联耦合并且每个也具有相等的电容值的七个不同的电容器CB1、CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、CB7。每个组A的电容器CA的电容值等于组B中的电容器的电容值CB的八倍。因此，CA=8*CB。
[0008]D⑶接收控制字，控制字启用或停用上述电容器CA1、CA2、CA3、CB1、CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、CB7以便生成对应的输出频率。例如，二进制控制字“00111”可以启用电容器CB1、CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、CB7以实现7*CB的总电容值，而控制字“01000”可以启用电容器CA1以实现8*CB的总电容值(因为Ca=8*Cb)。
[0009]注意，当控制字从“00111”转变为“01000”时，来自电容器组B的七个电容器CB1、CB2、CB3、CB4、CB5、CB6、CB7被停用(S卩，从LC振荡回路去耦合)并且来自电容器组A的一个大的电容器Cm被启用(S卩，耦合到LC振荡回路)。其中多个电容器从多个组同时被耦合和去耦合以使DC0输出频率增加/减小一个步长的这样的转变点在本文中称为“电容器组敏感的边界”，并且与这样的边界相邻的控制字被称为“边界敏感的控制字”。
[0010]图1图示在现有技术中发现的这样的电容器组敏感的边界和控制字的示例以及它们对DC0的总输出可变电容CVar的影响。表格100描绘可以控制DC0的输出频率的多个5比特控制字的部分。本示例中的控制字的前两个最高有效位(MSB)控制(S卩，启用/停用)上述组A电容器，并且三个最低有效位(LSB)控制组B电容器。表格示出四(4)个边界敏感的控制字(具有阴影背景的控制字)以及将每个边界敏感的控制字对分开的两(2)个电容器组敏感的边界 102a、102b。
[0011 ] 在图示的示例中，DC0输入控制字信号在两个边界敏感控制字“00111”和“01000”之间经历小的振荡。因此，输出可变电容CVar也在CA1与CB1+CB2+CB3+CB4+CB5+CB6+CB7之间来回振荡。因此，当输入控制字在边界敏感控制字之间转变时，跨多个不同电容器组的很多电容器被同时启用和停用。具体地，示例示出来自组A的一(1)个较大电容器被启用(即耦合到输出)并且来自组B的七(7)个较小电容器被停用(从输出断开)。
[0012]在DC0的输出处将来自不同电容器组的如此多的电容器耦合和去耦合会向DC0输出信号中注入噪声。另外，不同电容器组(例如电容器组A和B)之间的固有失配当在电容器组敏感的边界处的电容器组之间切换时会向DC0输出信号贡献噪声和/或频率不精确性。虽然单个电容器组内的各个电容器可以彼此相对很好地匹配，然而来自不同组的电容器可能没有这样很好地匹配。比如，在以上讨论的示例中，假定来自组A的每个电容器具有等于来自组B的电容器CB的八(8)倍的电容值CA。然而，实际上，制造的变化性可能弓丨起Cm例如大于8*Cb，以及引起电容器CB1+CB2+CB3+CB4+CB5+CB6+CB7总共小于7*Cb。与期望的步长增量的这一偏差可以表示为如图1所示的Cerrcir，并且由于不同电容器组之间的更大失配而可以相对较大。
[0013]作为一个示例，制造的局限性可能导致组A电容器CA等于8.3*Cb(而非8*Cb)，并且电容器Cb1+Cb2+Cb3+Cb4+Cb5+Cb6+Cb7总共可能等于6.9*Cb(而非7*Cb)，这导致了电容偏差为Cerror = 0.4*Cb。因此，从控制字“00111”向“01000”转变可能引起输出可变电容从6.9*Cb向8.3*Cb而非从7*Cb向8*Cb转变。这样的与期望电容步长变化的显著偏差导致增加的DC0输出噪声。
[0014]由这样的在电容器组敏感边界处的转变引起的噪声可以引起采用使用这样的可变电容器的DC0的PLL的明显的问题。特别地，当PLL稳定在电容器组敏感边界之一附近的输出频率处时，这些问题变得更加突出。当控制DC0的控制字在边界敏感控制字(例如00111和01000)之间来回转变时，稳定在这样的点可能引起电容器组反复地和/或周期性地跨两个或多个电容器组启用和停用很多电容器。这可能引起持久性的噪声注入问题和非线性。
[0015]因此，需要使用包括多个电容器组的可变电容器来改善DC0的噪声性能。特别地，需要抑制由可变电容器在电容器组敏感边界处注入的噪声。抑制这样的噪声可以改善DC0以及依赖于DC0的任意电路(诸如PLL)的性能，以得到线性低噪声输出频率信号。
【发明内容】
[0016]—个特征提供一种数字控制的振荡器(DC0)，包括:具有可变电容值的、部分地控制DC0的输出频率的可变电容器，可变电容值基于由第一电容器组提供的第一组电容值、由第二电容器组提供的第二组电容值、以及由辅助电容器组提供的辅助组电容值；以及耦合到可变电容器的噪声抑制电路装置，噪声抑制电路装置被适配成通过调节辅助组电容值而同时维持第一组电容值和/或第二组电容值中的至少一组电容值基本上不变来调节可变电容值。根据一方面，噪声抑制电路装置还被适配成接收输入DCO控制字。根据另一方面，噪声抑制电路装置还被适配成:先于调节可变电容值，确定所接收的输入DCO控制字跨电容器组敏感边界转变，电容器组敏感边界标记输入DCO控制字之间的边界，控制字在没有噪声抑制电路装置的情况下将需要停用或启用第一电容器组中的至少一个电容器以及第二电容器组中的至少一个电容器。
[0017]根据一方面，噪声抑制电路装置还被适配成:先于调节可变电容值，确定所接收的输入DC0控制字已在两个边界敏感控制字之间转变了预定义次数。根据另一方面，噪声抑制电路装置还被适配成:先于调节可变电容值，确定所接收的输入DC0控制字已在两个边界敏感控制字之间反复地转变了预定时间量。根据又一方面，DC0还包括:电感器及包括可变电容器和固定电容器的电容器组。
[0018]根据一方面，噪声抑制电路装置通过向辅助电容器组提供辅助电容器启用信号来调节可变电容值，辅助电容器启用信号使辅助电容器组中的至少一个辅助电容器与DC0的输出耦合或去耦合。根据另一方面，噪声抑制电路装置还被适配成:接收意图改变第一组电容值和/或第二组电容值中的至少一个电容值的输入DC0控制字;通过从输入DC0控制字中减去与辅助电容器启用信号相关联的对应值来生成经修改的控制字；以及向第一电容器组和第二电容器组提供经修改的控制字以维持第一组电容值基本上不变。
[0019]根据一方面，第一电容器组包括多个第一电容器，第二电容器组包括多个第二电容器，并且辅助电容器组包括多个辅助电容器。根据另一方面，第二电容器组中的第二电容器中的每个具有电容值Cb，第一组电容器值等于n*CB，其中η为大于或等于三(3)的整数，并且第一电容器组中的第一电容器中的每个具有电容值(n+l)*CB。根据又一方面，辅助电容器组中的辅助电容器中的每个具有等于(l/f)*CB的电容值Cz，其中f等于或大于(1)。根据另一方面，f也为正整数，并且辅助电容器组包括构成第二电容器组的第二电容器的数目的一半乘以f。
[0020]另一特征提供一种在DCO处操作的方法，包括:使用具有可变电容值的可变电容器来部分地控制DC0的输出频率，可变电容值基于由第一电容器组提供的第一组电容值、由第二电容器组提供的第二组电容值、以及由辅助电容器组提供的辅助组电容值；以及通过调节辅助组电容值而同时维持第一组电容值和/或第二组电容值中的至少一组电容值基本上不变来调节可变电容值。根据一方面，方法还包括接收输入DC0控制字。根据又一方面，方法还包括:先于调节可变电容值，确定所接收的输入DC0控制字跨电容器组敏感边界转变，电容器组敏感边界标记输入DC0控制字之间的边界，控制字否则将需要停用或启用第一电容器组中的至少一个电容器以及第二电容器组中的至少一个电容器。
[0021]根据一方面，方法还包括:先于调节可变电容值，确定所接收的输入DC0控制字已在两个边界敏感控制字之间转变了预定义次数。根据另一方面，方法还包括:先于调节可变电容值，确定所接收的输入DC0控制字以在两个边界敏感控制字之间反复地转变了预定时间量。根据又一方面，方法还包括:通过向辅助电容器组提供辅助电容器启用信号来调节可变电容值，辅助电容器启用信号将辅助电容器组中的至少一个辅助电容器与DC0的输出耦合或去耦合。
[0022]根据一方面，方法还包括:接收意图改变第一组电容值和/或第二组电容值中的至少一个电容值的输入DC0控制字;通过从输入DC0控制字中减去与辅助电容器启用信号相关联的对应值来生成经修改的控制字；以及向第一电容器组和第二电容器组提供经修改的控制字以维持第一组电容值基本上不变。
[0023]另一特征提供一种DC0，包括:具有可变电容值的、部分地