CN101394150A - 具有相位和振幅失配补偿器的lc正交振荡器 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例可以提供一种LC正交振荡器，包括：两个彼此交叉耦合的LC振荡器以产生I/Q时钟信号；以及相位和振幅失配补偿器。相位和振幅失配检测器可以包括：用于对LC正交振荡器中所产生的I/Q时钟信号之间的相位以及振幅失配进行补偿的电容、振幅失配检测器、以及跨导体。

Description

具有相位和振幅失配补偿器的LC正交振荡器
技术领域
本发明的实施例大体上涉及LC正交振荡器，更具体地，涉及对于由LC正交振荡器产生的I/Q时钟信号之间的相位和振幅失配进行补偿的相位和振幅失配补偿器。
背景技术
通常，LC正交振荡器包括两个LC振荡器，其彼此交叉耦合以产生I/Q时钟信号。在LC正交振荡器的操作期间，在两个LC振荡器之间存在着LC失配(例如，电感和/或电容失配)在LC正交振荡器中所产生的这种I/Q时钟信号具有相位和振幅失配。当LC正交振荡器用于要求精确I/Q时钟信号用于信号处理的时钟数据恢复(clock and data recovery，CDR)电路或镜像抑制接收器时，在LC正交振荡器中所产生的I/Q时钟信号之间的这些相位和振幅失配可能降低系统性能。例如，I/Q时钟信号之间的相位和振幅失配可以增加CDR电路的误码率(BER)并且降低镜像抑制接收器的镜像抑制比(IRR)。因此，对于LC正交振荡器来说需要准确的相位和振幅失配补偿器。
发明内容
根据本发明的一个示例性实施例，一种LC正交振荡器。该LC正交振荡器可以包括：第一LC振荡器，用于产生至少一个第一时钟信号；第二LC振荡器，用于产生至少一个第二时钟信号，其中，至少一个第一时钟信号和至少一个第二时钟信号形成I/Q时钟信号；以及失配补偿器，用于对I/Q时钟信号的相位和振幅失配进行补偿，其中，该失配补偿器包括振幅失配检测器。
根据本发明的另一示例性实施例，一种失配补偿方法。该方法可以包括：利用第一LC振荡器产生至少一个第一时钟信号；利用第二LC振荡器产生至少一个第二时钟信号，其中，至少一个第一时钟信号和至少一个第二时钟信号形成I/Q时钟信号；以及利用失配补偿器对I/Q时钟信号的振幅和相位失配进行补偿，其中，该失配补偿器包括振幅失配检测器。
根据本发明的又一示例性实施例，一种系统。该系统可以包括：第一LC振荡器，用于产生至少一个第一时钟信号；第二LC振荡器，用于产生至少一个第二时钟信号；以及一种装置，用于对与I/Q时钟信号关联的相位和振幅失配进行补偿。
附图说明
概括地描述本发明，现在将对于附图做出参考，并不需要按比例绘制附图，并且在附图中：
图1提供了根据本发明的示例性实施例的具有相位和振幅失配补偿器的示例性框图。
图2A提供了根据本发明的示例性实施例的说明性的振幅失配检测器的示例性框图。
图2B提供了根据本发明的示例性实施例的说明性的整流器的示例性电路图。
图3提供了根据本发明的示例性实施例的说明性的LC振荡器的示例性电路图。
图4提供了根据本发明的示例性实施例的在其中未利用相位和振幅失配补偿器的LC正交振荡器的仿真波形。
图5提供了根据本发明的示例性实施例的在其中利用相位和振幅失配补偿器的LC正交振荡器的仿真波形。
具体实施方式
下面将参考附图更充分地描述本发明的实施例，在附图中示出了本发明的某些而非全部的实施例。实际上，可以按照许多不同的形式来实施发明而不应该被解释为限于本文所阐述的实施例，而是提供这些实施例以使本公开满足可适用的法律要求。全文中相同的标号表示相同的元件。
图1是示出了根据本发明的示例性实施例的实例LC正交振荡器100的框图。具体地，LC正交振荡器100可以包括第一LC压控振荡器(VCO)110和第二压控振荡器120，其彼此交叉耦合以产生诸如彼此在相位90度之外的I/Q时钟信号(例如，CLK0、CLK90、CLK180、CLK270中的两个)的时钟信号。根据本发明的示例性实施例，第一LC振荡器110可以产生Q时钟信号(CLK90、CLK270)而第二LC振荡器120可以产生I时钟信号(CLK0、CLK180)。对于交叉耦合，由LC振荡器110所产生的Q时钟信号(CLK90、CLK270)可以作为输入被提供至LC振荡器120。同样，由LC振荡器120所产生的I时钟信号(CLK0、CLK180)可以作为输入被提供至LC振荡器110。该LC正交振荡器100还可以包括相位和振幅失配补偿器125，其检测在两个LC振荡器110、120中产生的I/Q时钟信号之间的相位和振幅失配并对其进行补偿。
仍然参考图1，相位和振幅失配补偿器125可以由：振幅失配检测器130、与振幅失配检测器130连接的跨导体(transconductor)140、以及与跨导体140的输出端连接的电容器150构成。振幅失配检测器130可以是可操作的以检测由两个LC振荡器110、120所产生的I/Q时钟信号的振幅。振幅失配检测器130可以将检测到的I/Q时钟信号的振幅135a、135b输出至跨导体140。跨导体140可以是可操作的以确定检测到的I/Q时钟信号的振幅135a、135b之间的差异并将代表该确定的差异的电流信号输出。电容器150可以是可操作的以将接收自跨导体140的电流信号转换至电压信号145(其可以被提供至两个LC振荡器110、120中的第二LC振荡器120)。正如下面将进一步详细描述的，可以在配置或调节LC振荡器120的操作中利用该电压信号145从而可以对LC振荡器110、120之间的LC失配进行补偿。在本发明的可选实施例中，可以将电压信号145选择地或附加地提供至两个振荡器110、120中的第一LC振荡器110。
根据本发明的示例性实施例还可以理解，对于检测由LC正交振荡器110、120所产生的I/Q时钟信号的相位和振幅失配并对其进行补偿的使用，相位和振幅失配补偿器125可以利用振幅失配检测器130，而没有与相位检测相关的相位失配检测器。根据本发明的示例性实施例，由于振幅失配检测器130可能不需要比I/Q时钟信号的振荡频率高很多的带宽以检测振幅失配，相位和振幅失配补偿器125可以具有准确的相位分辨率(phase resolution)。下面的简式(1)和(2)示出了相位和振幅失配对于两个LC振荡器(其彼此交叉耦合)之间的LC失配，
sin θ = RC α 2 Δω  等式(1)
ΔV = 2 RC α Δω ( 1 - γ )  等式(2)
在等式(1)和(2)中，ΔV是I/Q时钟信号的振幅失配，θ是I/Q时钟信号的相位失配，R是LC振荡器110、120的LC谐振腔的阻抗、α是LC正交振荡器100中的耦合跨导对于负跨导的比率、Δω是彼此交叉耦合的两个LC振荡器110、120的自振荡频率之间的差额、以及参数γ表示LC正交振荡器100是否在限流时段或限压时段中工作。参数γ为1表示LC正交振荡器100工作于限压时段而参数γ为0表示LC正交振荡器100工作于限流时段。因此，参数γ是0和1之间的值。根据本发明的实施例，当参数γ为0(即，当LC正交振荡器100工作在限流时段时)时相位和振幅失配补偿器125可以最高效地工作。
如等式(1)和(2)所示，振幅失配ΔV和相位失配θ具有彼此近似线形的关系。根据本发明的示例性实施例，基于这种近似线形的关系，LC正交振荡器100可以利用振幅失配检测器130而没有相位失配检测器来检测两个LC振荡器110、120的I/Q时钟信号的相位以及振幅失配。实际上，根据本发明的示例性实施例，基于这种近似线形关系，对于相位误差的校正也可以与基于振幅失配检测器130的振幅误差校正类似。
图2A示出了根据本发明的振幅失配检测器130的框图。该振幅失配检测器130可以包括：第一整流器231和第二整流器232。第一整流器231可以接收I-时钟信号CLK0和CLK180，并且确定产生的I-时钟振幅信号OUT_I233。同样，第二整流器232可以接收Q-时钟信号CLK90和CLK270，并且确定产生的Q-时钟振幅信号OUT_Q234。
图2B示出了根据本发明的示例性实施例的整流器231的示意电路图。整流器231可以包括：晶体管M1 240、M2 241、以及M3242。晶体管M1 240可以包括：源极240a、漏极240b、以及栅极240c。晶体管M2 241可以包括：源极241a、漏极241b、以及栅极241c。晶体管M3 242可以包括源极242a、漏极242b、以及栅极242c。如图2B所示，晶体管M1 240的源极240a可以连接至晶体管M2241的源极241a。同样，晶体管M1 240的漏极240b可以连接至晶体管M2 241的漏极241b。此外，晶体管M3 242的漏极242b可以连接至各个晶体管M1 240和M2 241的源极240a、241a。根据本发明的示例性实施例，可以将整流器231的输出端口OUT_I 233设置于晶体管M3 242的漏极242b和各个晶体管M1 240和M2 241的源极240a、241a之间。
仍然参考图2B，整流器231还可以包括：连接至晶体管M1 240的栅极240c的电容器C1 247和电阻器R1 245。同样，连接至晶体管M2 241的栅极241c的电容器C2 248和电阻器R2 246。根据本发明的实施例，电容器C1 247、C2 248可以执行直流阻断而电阻器R1 245、R2 246可以将直流偏置提供至各个晶体管M1 240、M2 241。应当理解，尽管图2B示出了整流器231的示例性框图，该框图也可以适用于整流器232。例如，图2B的框图可以替换性地示作接收时钟信号CLK90和CLK270而非时钟信号CLK0和CLK180。实际上，在不背离整流器的示例性实施例的情况下对于图2B的框图的其他变化也是可用的。
图3是根据本发明的实施例的示意性的LC振荡器120的示例性电路图。LC振荡器120可以包括多个可变电容器，包括：主可变电抗器C11 302和补偿可变电抗器C12 304。可以根据频率电压VFREQ来配置主可变电抗器C11 302的电容。同样，可以根据接收自相位和振幅失配补偿器125的控制电压VCTRL来配置补偿可变电抗器C12 304的电容。主可变电抗器C11 302可以工作于控制每个LC振荡器110、120的振荡频率。补偿可变电抗器C12 304可以是可操作的以补偿彼此交叉耦合的两个LC振荡器110、120之间的LC失配。根据本发明的示例性实施例，可以对补偿可变电抗器C12304的规格进行调整或进行配置以使其相对小于主可变电抗器C11302的规格但对于转换要被补偿的LC失配的范围来说也是足够大的。例如，如果LC失配要被补偿1％，则可以将补偿可变电抗器C12的规格设计为主可变电抗器C11 302和补偿可变电抗器C12的总规格的1％。
仍然参考图3，LC振荡器120还可以包括：晶体管M11 311、M12 312、M13 313、M14 314、和M15 315。晶体管M11 311可以包括：源极311a、漏极311b、以及栅极311c。晶体管M12 312可以包括：源极312a、漏极312b、以及栅极312c。晶体管M13 313可以包括：源极313a、漏极313b、以及栅极313c。同样，晶体管M14 314可以包括：源极314a、漏极314b、以及栅极314c。类似地，晶体管M15 315可以包括：源极315a、漏极315b、以及栅极315c。
图3中，晶体管M11 311的源极311a可以连接至晶体管M12312的源极312a。晶体管M11 311的漏极311b还可以连接至晶体管M12 312的漏极312b。类似地，晶体管M13 313的源极313a可以连接至晶体管M14 314的源极314a。晶体管M13 313的漏极313b还可以连接至晶体管M14 314的漏极314b。此外，晶体管M15 315的漏极315b可以连接至各个晶体管M11 311、M12 312、M13 313、以及M14 314的源极311a、312a、313a、以及314a。
如图3所示，第一输入端口IN+(例如，CLK90)可以设置在晶体管M11 311的栅极311c处而第二输入端口IN-(例如，CLK270)可以设置在晶体管314的栅极314c处。此外，由可变电抗器C11302、C12 304共享的第一输出端口OUT-(例如，CLK0)可以连接至电感器L11 322、漏极311b、312b、以及栅极313c。由可变电抗器C11 302、C12 304共享的第二输出端口OUT+(例如，CLK180)可以连接至电感器L12 320、漏极313b、314b、以及栅极312c。
应当理解，尽管图3示出了LC振荡器120的示例性框图，该框图也可以适用于LC振荡器110。应当理解，在不背离本发明的示例性实施例的情况下图3的框图的变化也是可用的。
图4示出了根据本发明的示例性实施例的在未利用相位和振幅失配补偿器125时，LC正交振荡器100中的I/Q时钟信号CLK0、CLK90和用于配置或调节LC振荡器120的控制电压VCTRL信号145的仿真波形。如图4所示，当增加了LC失配而未利用相位和振幅失配补偿器125时，则由于LC振荡器110、120之间的LC失配而导致显现I/Q时钟信号中的振幅和相位失配。相反，图5示出了根据本发明的示例性实施例的在利用相位和振幅失配补偿器125时LC正交振荡器100中的I/Q时钟信号CLK0、CLK90和控制电压VCTRL信号145的仿真波形。如图5所示，当增加了LC失配并且利用相位和振幅失配补偿器125时，则基本消除了I/Q时钟信号中的振幅和相位失配。因此，图5中，相位和振幅失配补偿器125是可操作的以移除两个LC振荡器110、120之间的LC失配。
本文中所阐述的发明的多种修改和其他实施例将浮现在本领域的技术人员的脑海里，对其来说这些发明具有在上述描述和相关附图中所呈现的教导的益处。因此，应当理解本发明并不限于所公开的具体实施例而是修改和其他实施例也旨在包含于所附权利要求的范围内。尽管本文使用了特定术语，但其用于一般性及表述性的意义而非出于限制的目的。

Claims (21)

1.一种LC正交振荡器(100)，包括：
第一LC振荡器(110)，用于产生至少一个第一时钟信号；
第二LC振荡器(120)，用于产生至少一个第二时钟信号，其中，所述至少一个第一时钟信号和所述至少一个第二时钟信号形成I/Q时钟信号；以及
失配补偿器(125)，用于对所述I/Q时钟信号的相位和振幅失配进行补偿，其中，所述失配补偿器(125)包括振幅失配检测器(130)。
2.根据权利要求1所述的LC正交振荡器(100)，其中，所述第一振荡器(110)和所述第二振荡器(120)彼此交叉耦合。
3.根据权利要求2所述的LC正交振荡器(100)，其中，通过将所述第一时钟信号作为第一输入提供至所述第二振荡器(120)以及通过将所述第二时钟信号作为第二输入提供至所述第一振荡器(110)，所述第一振荡器(110)和所述第二振荡器(120)彼此交叉耦合。
4.根据权利要求1所述的LC正交振荡器(100)，其中，所述振幅失配检测器(130)检测与所述至少一个第一时钟信号关联的第一振幅以及与所述至少一个第二时钟信号关联的第二振幅。
5.根据权利要求4所述的LC正交振荡器(100)，其中，所述失配补偿器(125)还包括：
跨导体(140)，用于接收检测到的所述第一振幅和所述第二振幅并且产生代表所述第一振幅和所述第二振幅之间的差异的电流信号；以及
电容器(150)，用于将从所述跨导体(140)接收的所述电流信号转换为电压信号(145)，其中，提供所述电压信号(145)以配置所述第二LC振荡器(120)的操作。
6.根据权利要求4所述的LC正交振荡器(100)，其中，所述振幅失配检测器(130)包括：第一整流器(231)，用于基于所述至少一个第一时钟信号检测所述第一振幅；以及第二整流器(232)，用于基于所述至少一个第二时钟信号检测所述第二振幅。
7.根据权利要求6所述的LC正交振荡器(100)，其中，所述第一整流器(231)和所述第二整流器(232)的其中之一或两者包括：
第一晶体管(240)，具有第一源极(240a)和第一漏极(240b)；
第二晶体管(241)，具有第二源极(241a)和第二漏极(241b)，其中，所述第一源极(240a)和所述第二源极(241a)电连接并且所述第一漏极(240b)和所述第二漏极(241b)连接；以及
第三晶体管(242)，具有第三源极(242a)和第三漏极(242b)，其中，所述第三漏极电连接至所述第一源极(240a)和所述第二源极(241a)。
8.根据权利要求7所述的LC正交振荡器(100)，其中，所述第一晶体管(240)还包括第一栅极(240c)，其中，所述第二晶体管(241)还包括第二栅极(241c)，并且其中，所述第一整流器(231)和所述第二整流器(232)其中之一或两者都包括：
第一电阻器(245)和第一电容器(247)，电连接至所述第一栅极(240c)；以及
第二电阻器(246)和第二电容器(248)，电连接至所述第二栅极(241c)。
9.根据权利要求1所述的LC正交振荡器(100)，其中，所述第二LC振荡器(120)包括：
第一可变电抗器(302)，用于控制所述LC振荡器(120)的振荡频率；
第二可变电抗器(304)，用于对所述第一LC振荡器和所述第二LC振荡器之间的电感(L)和电容(C)失配中之一或两者都进行补偿。
10.根据权利要求9所述的LC正交振荡器(100)，其中，基于通过所述失配补偿器(125)产生的电压信号(145)配置所述第二可变电抗器(304)。
11.一种失配补偿方法，包括：
使用第一LC振荡器(110)产生至少一个第一时钟信号；
使用第二LC振荡器(120)产生至少一个第二时钟信号，其中，所述至少一个第一时钟信号和所述至少一个第二时钟信号形成I/Q时钟信号；以及
使用失配补偿器(125)对所述I/Q时钟信号的相位和振幅失配进行补偿，所述失配补偿器包括振幅失配检测器(130)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，利用彼此交叉耦合的所述第一LC振荡器和所述第二LC振荡器产生所述至少一个第一时钟信号和所述至少一个第二时钟信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，通过将所述第一时钟信号作为第一输入提供至所述第二振荡器(120)以及通过将所述第二时钟信号作为第二输入提供至所述第一振荡器(110)，所述第一振荡器(110)和所述第二振荡器(120)彼此交叉耦合。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，对于相位和振幅失配的补偿包括：所述振幅失配检测器(130)，用于检测与所述至少一个第一时钟信号关联的第一振幅以及与所述至少一个第二时钟信号关联的第二振幅。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，对于相位和振幅失配的补偿包括：
通过跨导体(140)接收检测到的所述第一振幅和检测到的所述第二振幅；
通过所述跨导体产生电流信号，所述电流信号代表检测到的所述第一振幅和检测到的所述第二振幅之间的差异；以及
将所述电流信号转换为电压信号；以及
基于所述电压信号配置所述第二LC振荡器(120)的操作。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述振幅失配检测器(130)包括：第一整流器(231)，用于基于所述至少一个第一时钟信号检测所述第一振幅；以及第二整流器(232)，用于基于所述至少一个第二时钟信号检测所述第二振幅。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一整流器(231)和所述第二整流器(232)中之一或两者都包括：
第一晶体管(240)，具有第一源极(240a)和第一漏极(240b)；
第二晶体管(241)，具有第二源极(241a)和第二漏极(241b)，其中，所述第一源极(240a)和所述第二源极(241a)电连接并且所述第一漏极(240b)和所述第二漏极(241b)连接；以及
第三晶体管(242)，具有第三源极(242a)和第三漏极(242b)，其中，所述第三漏极电连接至所述第一源极(240a)和所述第二源极(241a)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一晶体管(240)还包括第一栅极(240c)，其中，所述第二晶体管(241)还包括第二栅极(241c)，并且其中，所述第一整流器(231)和所述第二整流器(232)中之一或两者都包括：
电连接至所述第一栅极(240c)的第一电阻器(245)和第一电容器(247)；以及
电连接至所述第二栅极(241c)的第二电阻器(246)和第二电容器(248)。
19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二LC振荡器(120)包括：
第一可变电抗器(302)，用于控制所述LC振荡器(120)的振荡频率；
第二可变电抗器(304)，用于对所述第一LC振荡器和所述第二LC振荡器之间的电感(L)和电容(C)失配中之一或两者都进行补偿。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，对于相位和振幅失配的补偿包括：利用所述失配补偿器(125)产生的电压信号(145)配置所述第二可变电抗器(304)。
21.一种系统，包括：
第一LC振荡器(110)，用于产生至少一个第一时钟信号；
第二LC振荡器(120)，用于产生至少一个第二时钟信号，其中，所述至少一个第一时钟信号和所述至少一个第二时钟信号形成I/Q时钟信号；以及
装置(125)，用于对与所述I/Q时钟信号关联的相位和振幅失配进行补偿。
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