[發明專利]LC振蕩器

無效

• 申請號: 201110288859.3
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102420605A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 尼古拉斯·索爾寧
• 申請（專利權）人: 劍橋硅無線電有限公司
• 主分類號: H03L7/099
• 分類號: H03L7/099
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術領域

本發明涉及LC振蕩器，尤其涉及包括用于調整振蕩器的輸出頻率的一組可切換電容器的LC振蕩器。

背景技術

已知，鎖相環(PLL)為用于生成與基準信號具有預定頻率關系的信號的電路。在其最基本的構成中，鎖相環包括通過反饋環控制的振蕩器。反饋環獲取振蕩器的輸出，將其與基準信號進行比較，并據此調整振蕩器。反饋環通常包括：分頻器(divider)，用于對輸出信號進行分頻；相位比較器，用于將分頻信號的相位與基準信號進行比較；以及電荷泵，用于根據相位比較結果輸出加速或減緩該振蕩器的電荷脈沖。鎖相環通常還包括濾波器，用于在電荷脈沖到達振蕩器輸入端之前從其中消除寄生噪聲。

PLL設計近來的趨勢是盡可能地實現數字化。“數字”PPL通常類似于模擬PPL，但是相位誤差被轉換為數字信息而不是通過電荷泵轉換為電壓。然后，數字信息可以被處理并被反饋以數字控制振蕩器的頻率。數字控制頻率的一個優點在于，可以在振蕩器輸入端進行各種校準和補償調節。實例包括：有源牽引補償(active?pulling?compensation)以及開環相位調制(open?loop?phase?modulation)。然而，為了使數字控制可使用，數字信號必須能夠精確地控制振蕩器頻率。

圖1示出了LC振蕩器的簡單示意圖。振蕩器一般被示為101，包括與電容器103并聯的電感102。當電容器103帶電時，其通過電感102放電，使得在線圈周圍產生反抗電容器放電的磁場。一旦電容器已經完全放電，則線圈周圍的磁場衰減，在反方向上對電容器再充電。這個過程生成正弦波，如果不是電源105，該正弦波將由于電阻而在每個周期損失電壓。使用FET?104來適當地保持電路振蕩。振蕩輸出在106生成。

存在可以用來提供振蕩器頻率的數字控制的兩種主要實現方式。第一種在圖2中示出。以201示出的振蕩器除了包括電容器203和電感202之外還包括變容二極管204。可以將變容二極管用來改變通過電感202看去的電容，從而改變由振蕩器輸出的信號207的頻率。這種實現方式存在的問題在于變容二極管的線性。變容二極管通常僅在小的電壓范圍上(典型地，在整個范圍的四分之一上)是線性的。這對于需要寬范圍頻率調諧和良好線性的極性環發射器(polar?loop?transmitter)來說是個問題。而且，在數模轉換器(DAC)的熱噪聲和閃變噪聲調制變容二極管時，數模轉換器(DAC)和變容二極管的組合增加了振蕩器的相位噪聲。因此，這種方法僅適合于小頻率調諧范圍，例如，以1kHz為步長的幾MHz的范圍。

圖3中示出了另一種可選實現方式。大致以301示出的振蕩器包括可變電容器303。可變電容器的適當實現方式為一組可切換的單位電容。該方法通常在變容二極管的選擇上是優選的，因為一組電容器提供非常線性的和精確的頻率步長。該方法存在的問題在于，單位電容器的大小會變得很小，以致于從實際意義上來看不能實現。作為實例，如果最大振蕩器頻率為4.8GHz且希望的步長大小為2MHz，具有2nH電感的振蕩器將需要總共0.5pF的電容，這是可接受的。然而，需要提供所要求的步長大小的單位電容為0.1fF。通常可以用于集成電路中的最小電容大約為10～15fF。0.1fF太小而被集成電路中的金屬通路的電容超過。已經提出了很多解決方案來解決該問題。

第一種選擇使用非常小的電感，相對增大電容，從而使其變得可以接受。缺點在于VCO電流隨總電容值而線性增大。在給定的上述實例中，為了使基本電容增加到可接受水平，總電流將必須至少乘以十。

第二種選擇使用諸如圖4中所示的分容器(capacitive?divider)。圖4示出了可以被用于將電容器組(capacitive?bank)連接到電感的端部的分容器。電感的端部可以連接在固定電容器401的兩端。該電容器與另一個固定電容器402和電容器組403串聯連接。因為電感通過分容器“看”電容器組，所以電感其自身兩端上的電容的變化將小于電容器組的任何變化。因此，可以使電容器組的電容作出最小變化以產生比其它情況下小的振蕩器的輸出頻率的步長變化。換而言之，基本電容器的大小可以以給定步長大小增加。然而，該方法存在的問題在于，通過電感看去的總電容不是切換為電容器組的電容器的個數的線性函數，而是以下電容：