专利名称：一种lc可控振荡器、一种正交振荡器和一种通信装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括一个电压控制振荡器(VCO)、用于向VCO供应电流的第一类型的第一电压控制电流源(VCCS)的LC可控振荡器(LCCO)，该VCO以第一类型的第一对VCCS连接第二类型的第二对VCCS和一个LC谐振器实现，该LC谐振器适于被控制用来产生由控制信号控制的周期振荡频率，该LCCO进一步还包括连接外部直接电压源(VS)的第一(SUP)导线和第二导线(REF)。
本发明进一步涉及一种模块和一种使用LCCO的装置。
以下内容按照这一描述被定义如果第一类型的VCCS被认为是输出电流的源端时则第二类型的VCCS汇聚其输出电流，如果第二类型的VCCS被认为是输出电流的源端时则第一类型的VCCS汇聚其输出电流。
LC振荡器是已知被广泛应用于产生周期信号的电路。当它们被用于如光纤网络、移动电话、收发信机和许多其它的高频应用时，它们除了其它性质之外必须还要提供一种对温度改变的周期信号的稳定性，它们必须在周期信号的宽频率范围内可控，等等。
由于LC振荡器呈现出了精确的频率和降低了的相位边缘噪声，它在高频应用中被优选使用。这些LC振荡器以一对有源设备例如晶体管和一个确定其振荡频率的LC振荡回路电路作为其主要元件。
这样的振荡器在US-A-5959504中公开。它包括一对CMOS晶体管，该晶体管带有被应用给背栅终端用于改变晶体管对的寄生电容的可调电压。该电路进一步包括一个电流产生装置或者具有与第一晶体管相类似的配置但是极性相反的第二晶体管，第二晶体管通过导线被连接到第一晶体管。该振荡器频率通过在电感线圈感应系数和第一对晶体管的寄生电容之间的乘积来确定。这里应该指出振荡器频率由如CMOS寄生电容的技术工艺相关参数来确定，并且通过在CMOS晶体管的在背栅使用的电压来控制，它取决于有源设备的特定类型。进一步没有考虑设计用于振荡器温度补偿的措施。
因此本发明的目的在于提供一种带有用于提高振荡器频率的温度性能的装置的LC振荡器，该振荡器频率的确定与工艺无关。
因此，根据本发明，这一目的通过如概括段中所描述的设备获得，其特征在于LCCO进一步包括一个由外部电压源经第一导线(SUP)和第二导线(REF)供电的复制成比例偏移模块(RSBM)，该RSBM被设计产生用于控制由第一VCCS向VCO传输的供应电流的控制信号(BIAS CONTROL)。
根据本发明的LCCO具有不依赖于工艺的频率和更好的温度温度性的优点。
在根据本发明的实施例中RSBM包括第二、第三和第四VCCS，第二和第三VCCS属于第一种类型，第四VCCS属于第二种类型。
用于RSBM的VCCS是对用于VCO的VCCS的不同比例的复制，流过它们的电流相互成比例。例如，如果由VCCS所流出或者流入的电流是I0，则复制成比例VCCS流出或者流入的电流是I0/m，m是比例因数。
BIAS CONTROL信号随着操作和温度变化按照相同方式改变VCO中的供应电流和其在RSBM模块中的复制电流。以这种方式，第一对VCCS和第二对VCCS的公共模式电压被保持恒定。这提高了LCCO的温度稳定性和相位噪声的容许极限。
在一个实施例中RSBM进一步包括一个第一类型电流源连接一个第二类型的第五VCCS，用于向差分电压控制的电压源(VCVS)的第一输入提供基准电压。
VCVS的第二输入连接用于提供用来控制在VCO中的供应电流的信号(BIAS CONTROL)的第四VCCS。
应该指出，电流源和第五VCCS可以被认为是提供更好电路温度性能的带隙基准电压源。而且，如果使用该带隙基准电压产生控制信号V，该振荡器频率相对温度的稳定性也得到改善。
在本发明的优选实施例中，一个LC储能回路确定由外部控制信号(V)控制的振荡器的频率。该储能回路的L和C元件具有比电路中的任何寄生电感和电容更大的电感和电容，结果，振荡器频率是确定的，不依赖于工艺。
这里应当指出，根据LC储能回路的元件L和C的类型，其频率能被用电、机械、热、光的方法来控制。
举例说明，所有的分级可以以晶体管和LC储能谐振回路实现。在实施例中所有这些晶体管可以以CMOS技术实施。
本发明的另一目的是提供一个包括与移相器相连并由控制信号(V)控制的LCCO的模块，该移相器提供到加法器(SUM)和减法器(DIF)的第一中间信号(S1)和第二中间信号(S2)，在加法器中中间信号S1和S2被相加用于获得一个通过第一宽带放大器(TIA)的放大的信号(S)以获得第一输出信号(I)，在减法器中中间信号S1和S2被相减用于获得一个通过第二宽带放大器放大的信号(D)以获得第二输出信号(Q)。
该模块的特征在于信号S1和S2相互呈相移90度。
该模块进一步特征在于输出信号(I)和(Q)是周期性且相互正交。
进一步，本发明的另一目的是提供一个用于经双向通信通路进行通信的通信装置，它包括一个数据和时钟恢复电路(DCR)的接收机，该数据和时钟恢复电路(DCR)包含如权利要求6中要求的模块，该接收机被安排通过将从通路接收的接收信号(IN)与周期信号(I)和(Q)合并以产生一个输出向量信号，该安排进一步包括一个用于向通道发送发射信号(OUT)的发射模块，该发射模块通过将在包含模块的锁相环(PLL)电路中用输入信号向量(IN1)和周期信号(I)和(Q)合并来产生发射信号。
根据本发明的以下示范实施例，并参照附图，本发明的上述和其它特征和益处将变得明显。
图1图示了根据本发明的LC可控振荡器(LCCO)的方框图，图2图示了一个根据本发明的LCCO的更详细的框图，图3图示了根据本发明一个实施例的LCCO的CMOS实现图，图4图示了一个使用LCCO的模块，图5图示了用于经双向通路进行通信的通信装置，图6图示了在本发明另一实施例中的交错的相位/频率监测器，图7图示了根据本发明的用于移相器的延迟线部分，图8图示了根据本发明的用于移相器的延迟线装置，图9图示了根据本发明的用于移相器的LC储能回路电路。
图1说明了根据本发明的LC可控振荡器(LCCO)的方块图，这里有由第一类型的VCCS 101提供电流104的电压控制振荡器(VCO)102。该电流104由经复制成比例偏压模块(RSBM)103提供的信号BIASCONTROL控制。这里提供两条线路用于在LCCO和外部直接电流源105之间实现连接，第一条线标以SUP，第二条线标以REF。控制信号V控制LCCO的振荡频率。如果VCCS 101流出电流则SUP线被连接到源105的正极且线REF是源105的负极。如果电流流入VCCS101则SUP线被连接到源105的负极且线REF是源105的正极。
图2图示了根据本发明的LCCO的更详细的框图。VCO 102以第一类型的第一对VCCS(301)和第二类型的第二对VCCS(302)和确定LCCO的振荡频率的LC储能回路实现，这里说明一下，VCCS以谐振器实现。这里还提供一个控制LCCO的振荡频率的控制信号V。为了说明，该控制信号是电压，但依赖LCCO中使用的实际设备，它的振荡频率能通过机械、光、热的方法改变。该LCCO进一步包括包含具有第一输入信号I1和第二输入信号I2的差分电压控制电压源(VCVS)206的RSBM103，并在其输出端输出信号BIAS CONTROL，该信号流经VCCS 101用于控制VCO 102的供应电流104。第一类型的电流源205与第二类型的第五VCCS 204以便在VCVS 206的第一输入I1提供第一基准电压。BIAS CONTROL信号还控制通过与第二类型的第四VCCS203相连的第二VCCS 201提供的电流源207，第三VCCS 202与第二类型的第四VCCS 203和VCVS 206的第二输入终端相连。用于RSBM的VCCS以与在VCO中使用的不同比例来复制，流经它们的电流相互成比例。例如如果由VCCS流入或者流出的电流是I0，则复制成比例VCCS流出或者流入的电流2I0/m，m是比例因数。在图2所描述的电路情况下，电流207是对电流104按比例的复制。
图3描绘了根据本发明实施例的LCCO的CMOS实现形式。举例说明，使用CMOS晶体管。然而，电路可以以双极性晶体管、CMOS或者BiCMOS技术实现，或者以几种一并实现。对于双极性晶体管，控制电极、第一主要电极和第二主要电极分别对应于基极、发射极、集电极。对于MOS晶体管，控制电极、第一主要电极和第二主要电极分别对应于栅极、源极和漏极。
第一VCCS101、第二VCCS 201和第三VCCS 202是p-MOS晶体管，但是任何其它第一类型的VCCS均能替换使用。第四VCCS 203和第五VCCS 204是n-MOS晶体管，但是任何其它第二类型的VCCS均可替换使用。差分VCVS 206是操作放大器，但是其它任何差分VCVS例如端接在电容上的运算跨导放大器、或者其它同等方案均能替换使用。
通过第二VCCS的电流207是2I0/m且通过第五VCCS 204的电流是I0/m。在这一环境下，由VCVS 206产生的BIAS CONTROL信号是I0/m的比例，I0/m是流过VCO 102中的第一对VCCS 301和第二对VCCS 302的复制成比例电流。在本发明的这一优选实施例中，这一比例通过使用具有因数m带有相同长度和宽度的晶体管来获得。
该BIAS CONTROL信号以相同方式随着操作和温度变化改变VCO102的电源电流104和VCCS 201中的复制电流207。以这种方式第一对VCCS(301)和第二对VCCS(302)的公共模式电压被保持恒定。这还显著提高了相位噪声容许极限。这里应该指出，电流源105和第五VCCS(204)可以以提供更好的电路温度性能的带隙基准电压源替换。进一步，如果使用这一带隙干扰电压来产生控制信号V，则振荡频率对温度的稳定性也被提高。
图4描绘了使用LCCO的模块300，它实质上是一个正交振荡器，在模块300中，LCCO 1和一个移相器301相连且它们通过同一控制信号V被同时控制。移相器301在其输出端提供相互正交的第一S1和第二S2中间信号。移相器能被实现为可控制全通滤波器，但是任何其它可控正交移相器能被替换使用。该中间信号S1和S2被用作为获得信号S的累加器SUM 302和获得信号D的减法器DIF中的输入信号。该S信号通过第一放大器TIA 304来放大以获得输出信号I，且信号D通过第二放大TIA 305来放大以获得输出信号Q。两个输出信号互相成正交，并且在这些情况下，模块300是正交振荡器。在模块的优选实施例中，TIA 304和305以PH-NL01 0020EPP公开。
图5描绘了用于经双向信道404进行通信的通信电路400。通信电路的特征在于它包括一个包含模块300的数据和时钟恢复DCR电路402的接收机401，该接收机被安排成通过将从信道404接收到的接收信号IN和周期信号I和Q合并来产生一个输出信号矢量OUT 1，这一配置进一步包括用于向信道404发送发射信号OUT的发射模块403，该发射模块通过将周期信号I和Q与包含模块300的锁相环PLL电路405中的输入信号矢量IN 1合并以产生发射信号。
在本发明的优选实施例中，输出矢量OUT 1是在低IF/零IF接收机、SONNET/SDH中获得的信号矢量，信号IN 1的输入矢量是合适的编码的模拟信号，双向通信信道404是光网络且装置400是在光网络中使用的收发信机。
图6描绘了在本发明另一实施例中的隔行扫描相位/频率监测器。LCCO 300输出信号I和Q连接第一和第二D触发器(DFF)500。该第一DFF(500)具有连接输入信号DATA输入D1和连接来自LCCO在输出端Q1产生的信号的时钟输入Ck1，Q信号几乎与信号I的正面同相。第二DFF(5 00)具有连接输入信号DATA的输入D2和连接来自LCCO在输出端Q2产生的信号的时钟输入Ck2，I信号几乎与信号Q的正面同相。相位/频率监测器是DCR 402和PLL 405的一部分。而且，信号DATA是矢量IN1或者IN之间任一矢量的分量。
图7描绘了在根据本发明的移相器301中使用的延迟线350的一部分。延迟线的部分包括多个电压控制电容351，每个电压控制电容351具有一个阳极和一个阴极。各电压控制电容351的阴极被相互连接。电压控制电容351的电容C由供给其阳极的控制电压V来控制。第一多个电压控制电容351的阳极被连接到第一延迟线(1-2)，所述第一延迟线(1-2)被连接到第一输入端1和第一输出端2。第二多个电压控制电容351的阴极被连接到第二延迟线(1’-2’)，所述第二延迟线(1’-2’)被连接到第二输入端1’和第二输出端2’。(第一数码-第二数码)指示在以第一数码作标记的终端和以第二数码作标记的终端之间的延迟线。在延迟线(1-2)的第一部分和延迟线(1’-2’)的第二部分的两个连续阳极之间的间距以di指示。例如，在图7中，间距d2、d3是在两个连续电压控制电容351的两个连续阳极之间的间距。间距d1是第一输入终端1和第一电压控制电容351阳极的阳极点之间的间距。间距d4是最后的电压控制电容351阳极的阳极点和第一输出终端2之间的间距。延迟线的部分能以电阻器、电感器或者两者的结合为模型。模型的一种或者另一种选择依靠延迟线的物理特性如长度、宽度、延迟线的材料或者延迟线中所流经信号的频率。di延迟线的部分能被标识为例如具有阻抗Ri的电阻器、具有电感Li的线圈或者两者的结合。电阻器Ri和电感线圈Li与延迟线di部分的长度成比例。以下连接到压控电容351的长度为dI的延迟线部分被称作d-C单元。d-C单元的延迟能被写成关系式(1)。ti≈1dicii=1,2,3----(1)]]>这里(1)“≈”指的是“成比例”。在特殊的情况下间距di能相互等同并进一步等于d。电压控制电容351还能具有互等电容并等于C。如果考虑N个间距d和N个压控电容351，整个延迟呈关系式(2)。
t≈Nte(2)其中te≈1dC---(3)]]>进一步说明，图7中的延迟线部分350是适于差分系统的差分的延迟线。在单端应用中或者终端1’和2’接地或者终端1和2接地，并且或者第二延迟线(1’-2’)或者第一延迟线(1-2)以相对低的电阻连接替换。
如图7所示的延迟线350部分能用于如图8所示的移相器310。图8描绘了在根据本发明的移相器301中使用的延迟线电路。延迟线电路包括延迟线的第一部分350和延迟线的第二部分350’。延迟线的第二部分350’具有与延迟线的第一部分相不同数目的d-C单元。在移相器301的输出端获得第一中间信号S1和第二中间信号S2。输入信号Ph_in被相应输入到延迟线350的第一部分和延迟线350’的第二部分。输入信号Ph_in通过延迟线的一部分350和延迟线的一部分350’被延迟，由此得到在第一中间信号S1和第二中间信号S2之间的延迟差。该延迟差与相位偏移相同，因此第一中间信号S1和第二中间信号S2被相互移动相位。因此，在第一中间信号和第二中间信号之间的相移与延迟线部分350和350’中所包含的d-C单元的数目的差成比例。例如，当考虑使用SiGe BiCMOS技术时，延迟线的第一部分350能够包括5个d-C单元，且延迟线的第二部分350’能够包括1个d-C单元。为了增加在应用上的适应性，要使在第一中间信号S1和第二中间信号S2之间的相移被校准，以获得精确的相移例如90度，也就是正交信号。这些可以使用如图9所示的可控制储能电路来获得。储能电路包括具有一个连接到一对其阴极相连的电压控制电容351的电感L。这些阴极进一步连接到一个精确控制终端。被输入到精确控制终端的电压Vfine控制电压控制电容351的电容。储能电路在延迟线的一部分引入了额外相移。储能电路被连接到或者延迟线350的第一部分的第一输出终端2或者延迟线的第二部分350’的第二输出终端2’。
注意到，本发明的保护范围并不限制于这里所描述的实施例。本发明的保护范围也不受权利要求中参考数码的限定。词语“包括”并不排除在权利要求中提到的其它部件。在元件之前的词“a(n)”并不排除多个那样的元件。本发明的方法构成部分可以以所示出的硬件形式实现或者以编程通用处理器形式实现。本发明属于每个新的特征或者各特征的结合。
权利要求
1.一种LC可控制振荡器(LCCO)(1)包括一个电压控制振荡器(VCO)(102)、用于向VCO(102)提供电流(104)的第一类型的电压控制电流源(VCCS)(101)，该VCO以第一类型的第一对VCCS(301)连接第二类型的第二对VCCS(302)和一个适于产生由控制信号(V)控制的周期性振荡频率的LC谐振器实现，用于连接一个外部直接电压源(105)的第一导线(SUP)和第二导线(REF)，其特征在于LCCO(1)进一步包括一个由外部电压源经第一导线(SUP)和第二导线(REF)供电的复制成比例偏压模块(RSBM)(103)，RSBM(103)被设计产生用于控制由第一VCCS(101)向VCO(102)输出的供电电流(104)的控制信号(BIAS CONTROL)。
2.一种如权利要求1中要求的LCCO，其中RSBM(103)包括一个第二VCCS(201)、第三VCCS(202)、第四VCCS(203)，第二和第三VCCS是第一种类型，第四VCCS是第二种类型。
3.一种如权利要求1中要求的LCCO，其中，RSBM(103)进一步包括在差分电压控制电压源(VCVS)(206)的第一输入节点(I1)处耦合的第一类型电流源(205)和第二类型的第五VCCS(204)，该差分电压控制电压源(VCVS)进一步包括一个连接第四VCCS(203)的第二输入(I2)，该第四VCCS用于提供用来控制VCO(102)中的电源电流(104)的信号(BIAS CONTROL)。
4.一种包括如权利要求1中要求的LCCO(1)的模块(300)，该LCCO连接一个移相器(301)，并由控制信号(V)控制，移相器(301)被设计向加法器(SUM)(302)提供第一中间信号(S1)和第二中间信号(S2)，用于将中间信号S1和S2相加用于获得一个信号(S)，该信号(S)被提供给第一宽带放大器(TIA)(304)的用于获得一个第一输出信号(I)，移相器将信号提供给用于将中间信号S1和S2相减的减法电路(DIF)(303)，用于获得一个被提供给第二宽带放大器(TIA)(305)信号(D)，并通过第二宽带放大器获得第二输出信号(Q)。
5.一种如权利要求5中要求的模块(300)，其特征在于信号S1和S2的相位相互偏移90度。
6.一种如权利要求6中要求的模块(300)，其特征在于输出信号(I)和(Q)是周期信号并且相互正交成。
7.一种用于经双向通信信道(404)进行通信的通信装置(400)，其特征在于它包括一个含有如权利要求6中所要求的模块(300)的数据和时钟恢复(DCR)电路(402)的接收机(401)，该接收机被配置用于通过将从信道(404)接收到接收信号(IN)和周期信号(I)和(Q)合并来产生输出信号矢量(OUT1)，该装置进一步包括一个用于向信道(404)发送发射信号(OUT)的发射模块(403)，该发射模块被设计成通过将周期信号(I)和(Q)与包含模块(300)的锁相环(PLL)电路(405)中的输入信号矢量(IN1)合并以产生发射信号。
全文摘要
一种根据本发明的LC可控振荡器包括一个电压控制振荡器VCO(102)和一个用于为VCO提供电流的第一类型的第一电压控制电流源VCCS(101)。该VCO以第一类型的第一对VCCS(301’)连接第二类型的第二对VCCS(302’)和一个LC谐振器相耦合的来实现。该VCO产生一个可由控制信号(V)控制的周期振荡频率。该LCCO进一步包括一个由外部电压源供电的复制成比例偏压模块RSBM(103)。该RSBM(103)被设计产生一个用于控制由第一VCCS(101)向VCO输送的供应电流的控制信号(BIAS CONTROL)。
文档编号H04B1/26GK1461525SQ02801200
公开日2003年12月10日 申请日期2002年2月4日 优先权日2001年2月12日
发明者M·A·T·桑杜里努, E·R·G·杜加斯特 申请人:皇家菲利浦电子有限公司