[發(fā)明專利]壓控振蕩器電路及其操作方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810001926.7
• 申請(qǐng)日: 2008-01-03
• 公開（公告）號(hào): CN101227169A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 布賴恩·P.·韋爾奇;尤爾里奇·R.·費(fèi)弗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號(hào): H03B7/00
• 分類號(hào): H03B7/00;H03B7/02;H03B7/06;H03B5/12;H03L7/099
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 楊國(guó)權(quán)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的來說涉及用于實(shí)現(xiàn)毫米波應(yīng)用的VCO(壓控振蕩器)電路的電路和方法。更具體地說，本發(fā)明涉及用于使用可變電容性負(fù)反饋(capacitive?degeneration)來構(gòu)建LC壓控振蕩器從而為毫米波應(yīng)用提供增大的調(diào)諧范圍的電路和方法。

背景技術(shù)

通常，VCO(壓控振蕩器)是輸出具有響應(yīng)于輸入控制電壓而變化的頻率的AC信號(hào)的振蕩器電路。VCO是用于數(shù)據(jù)傳送和恢復(fù)處理的在包括雷達(dá)和通信系統(tǒng)的各種應(yīng)用(例如，有線或無線應(yīng)用)中采用的基本部件。作為示例，VCO用于PLL(鎖相環(huán))電路、DLL(延遲鎖定環(huán))電路或注頻鎖定振蕩器。VCO還用于諸如頻率變換、數(shù)據(jù)調(diào)制、時(shí)鐘分配和時(shí)鐘/數(shù)據(jù)恢復(fù)的應(yīng)用。

圖1示意性示出傳統(tǒng)的壓控振蕩器電路。更具體地說，圖1是傳統(tǒng)VCO電路(10)的示意圖，所述VCO電路(10)包括振蕩器核(11)、儲(chǔ)能電路(12)和電流源(13)。VCO(10)包括基于儲(chǔ)能電路(12)中的電感器L和電容器C的并聯(lián)諧振的LC?VCO布局。電感器L被示為集總元件，電容器C被示為可變電容器(14)(例如，變?nèi)荻O管)。可變電容器(14)具有可通過施加調(diào)諧電壓Vtunel而變化的電容，為了在指定的調(diào)諧范圍內(nèi)調(diào)諧VCO(10)。振蕩器核(11)包括一對(duì)不具有射極負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的交叉耦合的晶體管Q(例如，雙極結(jié)型晶體管)。電流源(13)向交叉耦合的晶體管Q提供偏置電流。

如本領(lǐng)域所公知的，可將交叉耦合的LC?VCO電路(10)的第一階振蕩頻率確定為：

fosc=1LC(Vtunc)---(1)]]>

其中，LC乘積是VCO儲(chǔ)能器(12)的諧振頻率。振蕩器核(11)提供“負(fù)電阻”，需要所述“負(fù)電阻”來補(bǔ)償儲(chǔ)能電路(12)的損耗，以便保持振蕩。儲(chǔ)能電路(12)包括并聯(lián)寄生電阻R_P，其代表儲(chǔ)能電感器L和電容器C的電阻損耗(例如，變?nèi)荻O管損耗)。為了產(chǎn)生振蕩，由交叉耦合的晶體管Q提供的負(fù)電阻(-1/g_m)(在絕對(duì)值上)必須大于儲(chǔ)能電路(12)的并聯(lián)寄生電阻R_P：

R_P-(1/g_m)≤0(2)

通常，期望將VCO設(shè)計(jì)為具有較寬的調(diào)諧范圍，同時(shí)最小化相位噪聲。然而，當(dāng)設(shè)計(jì)VCO時(shí)，一般需要在調(diào)諧范圍與相位噪聲之間進(jìn)行折中考慮。例如，對(duì)于不具有射極負(fù)反饋的圖1的VCO電路(10)，VCO的最大可達(dá)到振蕩頻率和調(diào)諧范圍受到限制。更具體地說，可通過增加儲(chǔ)能(12)電路的電容C來增加VCO電路(10)的調(diào)諧范圍。然而，電容C的增加將導(dǎo)致儲(chǔ)能電路(12)的損耗增加。可通過增加VCO電路(10)的增益來抵消損耗的增加，但是增益的增加對(duì)放大輸入到VCO的信號(hào)的噪聲方面產(chǎn)生有害影響，導(dǎo)致增加相位噪聲。

或者，可通過減少LC儲(chǔ)能電路的電感負(fù)載L來增加具有圖1所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的VCO的調(diào)諧范圍。然而，減少電感負(fù)載L將降低儲(chǔ)能器的品質(zhì)，從而增加相位噪聲。此外，減少電感負(fù)載L導(dǎo)致在振蕩器節(jié)點(diǎn)減少電壓擺動(dòng)，這會(huì)阻止VCO振蕩。

其它傳統(tǒng)的LC?VCO電路布局實(shí)現(xiàn)所謂的固定電容射極負(fù)反饋，以便提供增加的振蕩頻率和調(diào)諧范圍。作為示例，圖2示意性示出實(shí)現(xiàn)固定電容射極負(fù)反饋的傳統(tǒng)LC?VCO電路布局。圖2示出LC?VCO電路(20)，其包括：振蕩器核(21)、儲(chǔ)能電路(22)和電流源(23)。儲(chǔ)能電路(22)和電流源(23)在功能上類似于以上參照?qǐng)D1所討論的儲(chǔ)能電路和電流源。

振蕩器核(21)包括一對(duì)交叉耦合的晶體管Q(例如，雙極結(jié)型晶體管)，通過連接到交叉耦合的晶體管Q的射極的固定電容器Ce和電阻器Re提供射極負(fù)反饋。通過使用固定電容性負(fù)反饋，振蕩頻率接近：