CN101997485B - 压控振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压控振荡器，包括压控电流源、负电阻电路、第一变压器、第二变压器、第一晶体管以及第二晶体管。压控电流源的控制端接收控制电压。负电阻电路中第一与第二电流路径的第一端耦接至压控电流源的电流端。第一与第二变压器的一次侧分别耦接至负电阻电路中第一与第二电流路径的第二端。第一与第二变压器的二次侧分别作为压控振荡器的第一与第二输出端。第一与第二晶体管的第一端分别耦接至第一与第二变压器的二次侧。第一与第二晶体管的控制端分别耦接至第一与第二变压器的一次侧。

Description

压控振荡器

技术领域

本发明是有关于一种振荡器，且特别是有关于一种使用负电阻技术的宽频带压控振荡器。

背景技术

近几年因为无线通讯的发达，使得集成电路的制造技术在短时间内有相当大的变动，特别是应用在射频(RF)接收和发送端的电路为最。随着制程技术的进步，目前集成电路于十亿赫兹(Giga Hertz)的频率应用范围越来越广泛，甚至趋向更高的工作频率来发展，使得在接收和发送端的电路设计会更加困难，但也更具有挑战性。压控振荡器(voltage controlled oscillator，VCO)在前端射频电路是具有相当重要的地位，主要是用于频率合成器，用来提供射频系统中，一个稳定且可调变的参考频率。

在集成电路设计中，常常使用负电阻(negative resistance)架构来设计电感电容共振式的压控振荡器，以可变电容的方式来改变其频率上的变化。其电感电容组态的振荡频率f_OSC的方程式为 $f_{\mathrm{OSC}}=1/\left(2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}\right).$ 由此方程式归纳出只有电感L和电容C可被变化来调谐振荡频率f_OSC。图1是说明使用负电阻电路的传统压控振荡器100。晶体管M_n1与M_n2构成负电阻电路。图1中C_V表示可变电容，C₀表示非可变电容，而C_P表示寄生电容。利用电感和电容相互共振，如此电感与电容(Varactor)可以作为此电路的起振频率。其振荡频率f_OSC的方程式为 $f_{\mathrm{OSC}}=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{L\×(C_0+C_P+C_V)}}.$

传统上，高频集成电路采用的芯片电感是以金属层实现螺旋状的电感L。由于很难去改变电感L的电感量，因此传统压控振荡器100会包含与电压特性有关的电容元件-可变电容C_V。借由调整可变电容C_V来调变振荡频率f_OSC，来合成各种所需的频率规格。传统压控振荡器100上的等效电容，除了可变电容C_V之外，还有实际的寄生电容C_P以及不可调变的电容C₀，因此整体的调谐频率范围是取决于可变电容C_V在压控振荡器100中所有等效电容量的比例大小而定。不幸地，对于某电感量而言，假使要操作于高频范围，等效的共振电容势必要相对地减小。由于寄生电容C_P往往是无法避免，在整体等效电容量必须减小的前提下，将压缩了可变电容量C_V在整体等效电容量所占的比例，因而限制了振荡频率f_OSC的可调范围(即调谐频率范围)。另言之，为了使调谐频率范围最大化，则可变电容C_V的电容可调范围势必要增加，但却会因为整体等效电容量变大而使得振荡频率f_OSC变小。因此，这些问题成为振荡频率f_OSC与调谐频率范围之间的两难，在高频电路设计中，这样的影响将会很大。

发明内容

本发明提供的一种压控振荡器，能够不使用可变电容，并且可以增加所输出的振荡频率，进而达到更高频率的需求。

本发明的实施例提出一种压控振荡器，包括第一压控电流源、第一负电阻电路(negative resistance circuit)、第一变压器、第二变压器、第一晶体管以及第二晶体管。第一压控电流源具有一控制端与一电流端，其中该控制端接收控制电压。第一负电阻电路具有第一电流路径与第二电流路径，其中所述第一与第二电流路径的第一端耦接至第一压控电流源的电流端。第一变压器具有一次侧与二次侧，其中一次侧耦接至第一负电阻电路中第一电流路径的第二端，而二次侧作为该压控振荡器的第一输出端。第二变压器具有一次侧与二次侧，其中一次侧耦接至第一负电阻电路中第二电流路径的第二端，而二次侧作为该压控振荡器的第二输出端。第一晶体管的第一端耦接至第一变压器的二次侧，而第一晶体管的控制端耦接至第一变压器的一次侧。第二晶体管的第一端耦接至第二变压器的二次侧，而第二晶体管的控制端耦接至第二变压器的一次侧。

于一实施例中，该第一变压器中所述一次侧的二端分别耦接至该第一电流路径的第二端以及一第一电压，该第一变压器中所述二次侧的二端分别耦接至该第一晶体管的第一端以及该第一电压，该第二变压器中所述一次侧的二端分别耦接至该第二电流路径的第二端以及该第一电压，而该第二变压器中所述二次侧的二端分别耦接至该第二晶体管的第一端以及该第一电压。

于一实施例中，该第一晶体管与该第二晶体管的第二端耦接至一第二电压。

于一实施例中，该第一电压为系统电压，而该第二电压为接地电压。

于一实施例中，该第一负电阻电路包括：第三晶体管、第四晶体管。第三晶体管的第一端与第二端分别作为该第一电流路径的第一端与第二端。第四晶体管的第一端与第二端分别作为该第二电流路径的第一端与第二端。其中，该第四晶体管的第二端与控制端分别耦接至该第三晶体管的控制端与第二端。

于一实施例中，该第一压控电流源包括一第五晶体管，其第一端与控制端分别作为该第一压控电流源的电流端与控制端，而该第五晶体管的第二端耦接至一第二电压。

于一实施例中，所述的压控振荡器更包括：第二压控电流源、偏压产生单元。第二压控电流源具有一控制端与一电流端，其中该控制端接收一第二控制电压，而该第二压控电流源的电流端耦接至该第一压控电流源的电流端。偏压产生单元耦接至所述第一与第二压控电流源的控制端，用以提供该控制电压与该第二控制电压。

于一实施例中，所述的压控振荡器更包括：第二压控电流源、第二负电阻电路、偏压产生单元。第二压控电流源具有一控制端与一电流端，其中该控制端接收一第二控制电压。第二负电阻电路具有一第一电流路径与一第二电流路径，其中该第二负电阻电路中第一与第二电流路径的第一端耦接至该第二压控电流源的电流端，而该第二负电阻电路中第一与第二电流路径的第二端分别耦接至该第一变压器与该第二变压器的一次侧。偏压产生单元耦接至所述第一与第二压控电流源的控制端，用以提供该控制电压与该第二控制电压。

于一实施例中，该偏压产生单元包括：第一电流源、第六晶体管、第二电流源、第七晶体管。第六晶体管的第一端与第二端分别耦接至该第一电流源与一第一电压，而该第六晶体管的控制端接收该控制电压。第七晶体管的第一端与第二端分别耦接至该第二电流源与一第二电压，而该第七晶体管的控制端接收该控制信号。

于一实施例中，该偏压产生单元更包括一分压器，其二端分别耦接至该第六晶体管与该第七晶体管的第一端。

本发明的实施例还提出一种压控振荡器，包括第一压控电流源、第一负电阻电路、第一变压器、第二变压器、第一晶体管以及第二晶体管。第一压控电流源具有控制端与电流端，其中该控制端接收控制电压。负电阻电路具有第一电流路径与第二电流路径，其中所述第一与第二电流路径的第一端耦接至第二电压。第一变压器具有一次侧与二次侧，其中一次侧耦接至负电阻电路中第一电流路径的第二端，而二次侧作为该压控振荡器的第一输出端。第二变压器具有一次侧与二次侧，其中一次侧耦接至负电阻电路中第二电流路径的第二端，而二次侧作为该压控振荡器的第二输出端。第一晶体管的第一端耦接至第一变压器的二次侧，第一晶体管的第二端耦接至第一压控电流源的电流端，而第一晶体管的控制端耦接至第一变压器的一次侧。第二晶体管的第一端耦接至第二变压器的二次侧，第二晶体管的第二端耦接至第一压控电流源的电流端，而第二晶体管的控制端耦接至第二变压器的一次侧。

于一实施例中，该第一变压器中所述一次侧的二端分别耦接至该第一电流路径的第二端以及一第一电压，该第一变压器中所述二次侧的二端分别耦接至该第一晶体管的第一端以及该第一电压，该第二变压器中所述一次侧的二端分别耦接至该第二电流路径的第二端以及该第一电压，而该第二变压器中所述二次侧的二端分别耦接至该第二晶体管的第一端以及该第一电压。

于一实施例中，该第一电压为系统电压，而该第二电压为接地电压。

于一实施例中，所述的压控振荡器，更包括一定电流源，其中该定电流源耦接于该负电阻电路中所述第一与第二电流路径的第一端与该第二电压之间。

于一实施例中，该负电阻电路包括：第三晶体管与第四晶体管。第三晶体管的第一端与第二端分别作为该第一电流路径的第一端与第二端。第四晶体管的第一端与第二端分别作为该第二电流路径的第一端与第二端，其中该第四晶体管的第二端与控制端分别耦接至该第三晶体管的控制端与第二端。

于一实施例中，该第一压控电流源包括一第五晶体管，其第一端与控制端分别作为该第一压控电流源的电流端与控制端，而该第五晶体管的第二端耦接至该第二电压。

于一实施例中，所述的压控振荡器更包括：第二压控电流源与偏压产生单元。第二压控电流源具有一控制端与一电流端，其中该控制端接收一第二控制电压，而该第二压控电流源的电流端耦接至该第一压控电流源的电流端。偏压产生单元耦接至所述第一与第二压控电流源的控制端，用以提供该控制电压与该第二控制电压。

于一实施例中，该偏压产生单元包括：第一电流源、第六晶体管、第二电流源、第七晶体管。第六晶体管的第一端与第二端分别耦接至该第一电流源与一第一电压，而该第六晶体管的控制端接收一控制信号。第七晶体管的第一端与第二端分别耦接至该第二电流源与一第二电压，而该第七晶体管的控制端接收该控制信号。

于一实施例中，该偏压产生单元更包括一分压器，其二端分别耦接至该第六晶体管与该第七晶体管的第一端。

基于上述，本发明的实施例不需使用可变电容的方式来调整其频率上的变化，而是改变共振晶体上的电流大小来产生出频率上的变化，如此将可忽略固定电容上的限制。本发明的实施例所使用的电流调谐技巧，将可使得振荡频率大幅的提高；不仅如此，本发明的实施例也不需受限于振荡频率与调谐频率范围之间的限制。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1是说明使用负电阻电路的传统压控振荡器；

图2是依照本发明实施例说明一种压控振荡器的电路示意图；

图3是说明图2中压控振荡器的等效电路；

图4是说明图3的等效小信号半电路；

图5是依照本发明另一实施例说明压控振荡器的电路示意图；

图6A是依据本发明实施例说明偏压产生单元的电路示意图；

图6B是依据本发明另一实施例说明偏压产生单元的电路示意图；

图7是依照本发明另一实施例说明压控振荡器的电路示意图；

图8是依照本发明又一实施例说明压控振荡器的电路示意图；

图9是依照本发明再一实施例说明压控振荡器的电路示意图。

其中，附图标记

100、200、500、700、800、900：压控振荡器

210、210-1、210-N：压控电流源

211、221、222、250、260、620、640、660、670、M_n1、M_n2：晶体管

220、220-1、220-N：负电阻电路

221’、222’、R：等效电阻

230、240：变压器

600：偏压产生单元

610、630、650、680、810：电流源

690：分压器

C₀：非可变电容

C_P：寄生电容

C_V：可变电容

g_m1、g_m2：电导

L、L₁、L₂：电感

Vc、V_C1、V_C2、V_C3、V_CN：控制电压

V_O+、V_O-：输出差动对

具体实施方式

为了改进传统压控振荡器在振荡频率与调谐频率范围之间取舍的两难问题，下述实施例将可不使用可变电容，而是借由改变共振晶体上电流大小来实现出频率上的变化。图2是依照本发明实施例说明一种压控振荡器的电路示意图。请参照图2，压控振荡器200包括压控电流源210、负电阻电路220、第一变压器230、第二变压器240、第一晶体管250以及第二晶体管260。于本实施例中，晶体管250与260均为N通道金属氧化物半导体(N-channel metaloxide semiconductor，NMOS)晶体管。

压控电流源210具有控制端与电流端，其中该控制端接收控制电压Vc。负电阻电路220具有第一电流路径与第二电流路径。变压器230与240均具有一次侧(主线圈)与二次侧(次线圈)。负电阻电路220中第一电流路径的第一端与第二端分别耦接至压控电流源210的电流端与变压器230的一次侧。负电阻电路220中第二电流路径的第一端与第二端分别耦接至压控电流源210的电流端与变压器240的一次侧。

于变压器230中，一次侧的二端分别耦接至负电阻电路220以及第一电压(例如系统电压VDDA)，二次侧的二端则分别耦接至晶体管250以及第一电压。于变压器240中，一次侧的二端分别耦接至负电阻电路220以及第一电压，而二次侧的二端则分别耦接至晶体管260以及第一电压。

变压器230与240的二次侧分别作为压控振荡器200的第一输出端与第二输出端，以便提供具有振荡频率ω_osc的输出差动对V_O+与V_O-。晶体管250的第一端(例如是漏极)耦接至变压器230的二次侧，晶体管250的第二端(例如是源极)耦接至第二电压(例如接地电压)，而晶体管250的控制端(例如是栅极)耦接至变压器230的一次侧。晶体管260的第一端(例如是漏极)耦接至变压器240的二次侧，晶体管260的第二端(例如是源极)耦接至第二电压，而晶体管260的控制端(例如是栅极)耦接至变压器240的一次侧。

图2显示负电阻电路220的一种实现方式，但不应以此为限。于本实施例中，负电阻电路220包括第三晶体管221与第四晶体管222。晶体管221的第一端与第二端(例如源极与漏极)分别作为前述第一电流路径的第一端与第二端。晶体管222的第一端与第二端(例如源极与漏极)分别作为前述第二电流路径的第一端与第二端。晶体管222的第二端耦接至晶体管221的控制端(例如栅极)，而晶体管222的控制端(例如栅极)耦接至晶体管221的第二端。

本实施例所示的压控电流源210包括第五晶体管211。晶体管211的第一端与控制端(例如漏极与栅极)分别作为压控电流源210的电流端与控制端，而晶体管211的第二端(例如源极)耦接至第二电压。

借由调整控制电压Vc而增加(减少)压控电流源210的电流，如此将可改变变压器230与240中一次侧的电流，进而影响二次侧的电流。改变变压器230与240中线圈的电流，即可改变其相对应的互感，即改变线圈的感量，进而实现了压控振荡器200的调谐频率范围。除此之外，借由压控电流源210改变电流，也可改变晶体管221与222的转导值(transconductance)。

借由等效电路分析，了解压控振荡器200在可调频率上的操作。图3是说明图2中压控振荡器200的等效电路，其中以等效电阻221’与222’分别表示负电阻电路220的晶体管221与222。等效电阻221’与222’的阻值为-1/g_m2，而晶体管250与260的等效阻值为1/g_m1。压控振荡器200是采用对称形式的变压器230(变压器240亦同)，也就是二次侧的电感量L₁与一次侧的电感量L₂均为L。为了要推导出对称型变压器在压控振荡器200中所带来的互感效果，可以进一步将图3所示等效电路的左半部振荡电路再化成图4所示的等效差模半电路。

图4是说明图3的等效小信号半电路，其中电容Cp表示晶体管250的栅极与接地电压之间的寄生电容。变压器230的一次侧与二次侧均可以等效为电阻(阻值为R)与电感(电感量为L)，其中一次侧与二次侧的线圈数比为K。流经二次侧的电流i₁与流经一次侧的电流i₂二者相互耦合。在此将图4所示等效电路由时域(time domain)转换至s域(s domain)，且应用下述等式的推导，证明出压控振荡器200是可以借由改变压控电流源210(如图2所示)电流的方式来改变振荡频率ω_osc的效果。

在s域中，寄生电容Cp的阻值为1/sC，而线圈L₁与L₂的阻值均为sL。因此，可以从图4所示等效电路推得等式1、等式2与等式3。

$(\mathrm{sL}+R)\×i_2-i_1\×\mathrm{sKL}+i_2\×(\frac{1}{\mathrm{sC}}//\frac{-1}{{\mathrm{gm}}_2})=0$ (等式1)

i₁＝g_m1×v_in    (等式2)

$v_{\mathrm{in}}=i_2\×(\frac{1}{\mathrm{sC}}//\frac{-1}{g_{m2}})$ (等式3)

将等式1、等式2与等式3整理，并将s＝jω带入，可以得到等式4。

$i_2\{(R-\frac{{\mathrm{\ω}}^2{g}_{m1}\mathrm{KL}{C}_{\mathrm{toto}}+g_{m2}}{{\mathrm{\ω}}^2{C_{\mathrm{toto}}}^2+g_{m2}^2})+\mathrm{j\ω}(L+\frac{g_{m1}{g}_{m2}\mathrm{KL}-C_{\mathrm{toto}}}{{\mathrm{\ω}}^2{C_{\mathrm{toto}}}^2+g_{m2}^2})\}=0$ (等式4)

当电路发生振荡时，等式4的虚部必须为零，可得到振荡频率ω_osc：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{osc}}^2=\frac{C-(g_{m1}K+g_{m2})g_{m2}L}{L{C}^2}$ (等式5)

如图1所示传统压控振荡器100，其振荡频率f_osc只与电感和电容值有关。本实施例的压控振荡器200，其振荡频率ω_osc如等式5所示。等式5说明了：压控振荡器200的振荡频率ω_osc和晶体管221、222、250与260的转导值是有关的，这代表着只要能改变转导值，即能改变其工作频率。利用控制电压Vc改变压控电流源210的电流，因此改变了转导值，进而影响变压器230与240的等效电感。亦即，利用变压器230与240在能量上的补偿来改变振荡器的电感，达到频率改变的目的。少了可变电容的使用，振荡器的振荡频率就可以增加，进而达到更高频率的需求。

应用上述实施例者可以依据其设计需求而变更压控振荡器200。例如，图5是依照本发明另一实施例说明压控振荡器500的电路示意图。压控振荡器500与图2所示压控振荡器200类似，故不再赘述相同的内容。压控振荡器500不同于压控振荡器200之处，在于压控振荡器500更包括多个压控电流源与多个负电阻电路。图5中仅绘示第一压控电流源210-1与第二压控电流源210-N表示多个压控电流源，且以第一负电阻电路220-1与第二负电阻电路220-N表示多个负电阻电路。

第一负电阻电路220-1与第二负电阻电路220-N具有第一电流路径与第二电流路径。于第一负电阻电路220-1与第二负电阻电路220-N中，第一与第二电流路径的第二端分别耦接至第一变压器230与第二变压器240的一次侧。第一负电阻电路220-1与第二负电阻电路220-N的实施方式可以参照压控振荡器200的负电阻电路220。

第一压控电流源210-1与第二压控电流源210-N各自具有控制端与电流端。第一压控电流源210-1的控制端接收第一控制电压V_C1，而第一压控电流源210-1的电流端耦接至第一负电阻电路220-1。第二压控电流源210-N的控制端接收第二控制电压V_CN，而第二压控电流源210-N的电流端耦接至第二负电阻电路220-N。第一压控电流源210-1与第二压控电流源210-N的实施方式可以参照压控振荡器200的压控电流源210。

偏压产生单元600耦接至所述压控电流源210-1与210-N的控制端，用以依据控制信号Vc提供控制电压V_C1~V_CN至对应的压控电流源210-1~210-N。图6A是依据本发明实施例说明偏压产生单元600的电路示意图。若N为3，也就是压控振荡器500具有三个压控电流源210-1、210-2与210-3，则偏压产生单元600可以提供三个控制电压V_C1、V_C2、V_C3去控制对应的压控电流源。

请参照图6A，偏压产生单元600包括第一电流源680、第六晶体管670、第二电流源650以及第七晶体管660。第七晶体管660的第一端与第二端分别耦接至第二电流源650与第二电压(接地电压)，而第七晶体管660的控制端接收控制信号Vc。其中，第七晶体管660的第一端输出控制电压V_C1至压控电流源210-1。第六晶体管670的第一端与第二端分别耦接至第一电压(系统电压VDDA)与第一电流源680，而第六晶体管670的控制端接收控制信号Vc。其中，第六晶体管670的第二端输出控制电压V_C3至压控电流源210-3。于本实施例中，控制信号Vc作为控制电压V_C2而被提供至压控电流源210-2。由偏压产生单元600提供不同的偏压，而由压控电流源210-1、210-2与210-3将偏压转换为电流。因此，压控振荡器500可以借由偏压电流改变振荡频率ω_osc。

当控制电压Vc为0(V)时，则晶体管660会被导通，使得控制电压V_C1为0(V)再加临界(threshold)电压值Vt(即V_C1＝0+Vt)。此控制电压V_C1足以驱动压控电流源210-1。因此，就算控制电压Vc为0(V)时，压控振荡器500依然可以正常工作。当控制电压Vc继续往上提升时，压控振荡器500中其它压控电流源便可以相继地开始提供偏压电流。因此，控制电压Vc从0(V)到VDDA，压控振荡器500均可以正常动作，进而增加了调谐频率范围。经验证上述压控振荡器500后，借由改变控制电压Vc，其输出频率可从19.5GHz变化到24GHz，其调谐频率范围为4.5GHz。

图6B是依据本发明另一实施例说明偏压产生单元600的电路示意图。偏压产生单元600包括第一电流源680、第六晶体管670、第二电流源650以及第七晶体管660。第六晶体管670的第一端与第二端分别耦接至第一电流源680与第一电压(系统电压VDDA)，而第六晶体管670的控制端接收控制信号Vc。其中，第六晶体管670的第一端输出控制电压V_CN至压控电流源210-N(如图5所示)。第七晶体管660的第一端与第二端分别耦接至第二电流源650与第二电压(接地电压)，而第七晶体管660的控制端接收控制信号Vc。其中，第七晶体管660的第一端输出控制电压V_C1至压控电流源210-1(如图5所示)。

于本实施例中，偏压产生单元600更包括分压器690。请参照图6B，分压器690是由多个电组相互串接而成。分压器690的二端分别耦接至第六晶体管670与第七晶体管660的第一端。因此，分压器690可以在控制电压V_C1与控制电压V_CN之间分压出一个或多个控制电压，例如图6B所示的控制电压V_C2与V_C3。分压器690以分压方式所获得的控制电压可以提供给压控振荡器500的其它压控电流源(未绘示，可由图5类推之)。

图7是依照本发明另一实施例说明压控振荡器700的电路示意图。压控振荡器700类似于图2所示压控振荡器200与图5所示压控振荡器500，故不再赘述相同的内容。压控振荡器700不同于压控振荡器200之处，在于压控振荡器700更包括多个压控电流源。图7中仅绘示第一压控电流源210-1与第二压控电流源210-N表示任意多个压控电流源。压控电流源210-1~210-N的电流端均耦接于负电阻电路220。与压控振荡器500类似，压控振荡器700也可以依据偏压产生单元600的驱动而由压控电流源210-1~210-N提供偏压电流。因此，控制电压Vc从0(V)到VDDA，压控振荡器700均可以正常动作，进而增加了调谐频率范围。

上述诸实施例是借由调整负电阻电路220(或负电阻电路220-1~220-N)的偏压电流来改变振荡频率ω_osc。也就是说，上述诸实施例是借由改变等式5中负电阻电路的电导值g_m2来调整振荡频率ω_osc。在其它实施例中，可以借由改变等式5中晶体管250与260的电导值g_m1来调整振荡频率ω_osc。当然，也可以借由同时改变等式5中电导值g_m1与g_m2来调整振荡频率ω_osc。以下将利用图8与图9为例，来说明如何借由改变等式5中晶体管250与260的电导值g_m1来调整振荡频率ω_osc。

图8是依照本发明又一实施例说明一种压控振荡器800的电路示意图。压控振荡器800包括压控电流源210、负电阻电路220、第一变压器230、第二变压器240、第一晶体管250、第二晶体管260以及定电流源810。压控振荡器800与图2所示压控振荡器200类似，故不再赘述相同的内容。压控振荡器800不同于压控振荡器200之处，在于压控电流源210与定电流源810。

请参照图8，定电流源810耦接于负电阻电路220中所述第一与第二电流路径的第一端与第二电压(例如接地电压)之间。应用本实施例者可以依需求而省去定电流源810，使所述第一与第二电流路径的第一端直接接地。

第一压控电流源210的控制端接收控制电压Vc，而第一压控电流源210的电流端耦接至第一晶体管250与第二晶体管260的第二端。借由第一压控电流源210调整晶体管250与260的偏压电流，来改变等式5中的电导值g_m1，进而调整振荡频率ω_osc。

应用上述实施例者可以依据其设计需求而变更压控振荡器800。例如，图9是依照本发明另一实施例说明压控振荡器900的电路示意图。压控振荡器900与图8所示压控振荡器800类似，故不再赘述相同的内容。压控振荡器900不同于压控振荡器800之处，在于压控振荡器900更包括多个压控电流源。图9中仅绘示第一压控电流源210-1与第二压控电流源210-N表示多个压控电流源。

压控电流源210-1~210-N的电流端均耦接于第一晶体管250与第二晶体管260的第二端。与压控振荡器800类似，压控振荡器900也可以依据偏压产生单元600的驱动而由压控电流源210-1~210-N提供偏压电流给晶体管250与260。因此，控制电压Vc从0(V)到VDDA，压控振荡器900均可以正常动作，进而增加了调谐频率范围。

综上所述，上述诸实施例可以是24-GHz电感电容共振式的压控振荡器，并可以90纳米互补式金属氧化物半导体制程技术实现。上述诸实施例可以应用在高频率的传送与发射端系统架构中。不同于传统作法，上述诸实施例的压控振荡器的频率调变方式是利用控制电压改变主动元件上的电流，进而影响变压器上的等效互感，亦即利用变压器在能量上的补偿来做改变振荡器的互感达到频率改变的目的。少了可变电容的使用，共振器的振荡频率就可以增加，进而达到更高频率的需求。上述诸实施例的压控振荡器是使用对称型的变压器，在1.2伏特的供应电压中，可提供19.5到24GHz的调谐频率范围(21％)。当操作在24GHz的频率时，其相对的相位噪声在1MHz偏移处为-110dBc/Hz，电路本身所消耗功率为10毫瓦。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种压控振荡器，其特征在于，包括：

第一压控电流源，其具有控制端与电流端，其中该控制端接收一第一控制电压；

第一负电阻电路，具有第一电流路径与第二电流路径，其中所述第一电流路径的第一端与第二电流路径的第一端耦接至该第一压控电流源的电流端；

第一变压器，具有主线圈与次线圈，其中该第一变压器中所述主线圈的二端分别耦接至该第一电流路径的第二端以及第一电压，该第一变压器中所述次线圈的二端分别耦接至第一晶体管的第一端以及该第一电压，而该第一变压器的次线圈作为该压控振荡器的第一输出端；

第二变压器，具有主线圈与次线圈，其中该第二变压器中所述主线圈的二端分别耦接至该第二电流路径的第二端以及该第一电压，而该第二变压器中所述次线圈的二端分别耦接至第二晶体管的第一端以及该第一电压，而该第二变压器的次线圈作为该压控振荡器的第二输出端；

该第一晶体管，其第一端耦接至该第一变压器的次线圈，其第二端耦接至第二电压，而该第一晶体管的控制端耦接至该第一变压器的主线圈；

该第二晶体管，其第一端耦接至该第二变压器的次线圈，其第二端耦接至该第二电压，而该第二晶体管的控制端耦接至该第二变压器的主线圈；

其中，该第一电压为系统电压，而该第二电压为接地电压；该第一负电阻电路包括第三晶体管以及第四晶体管；该第三晶体管的第一端与第二端分别作为该第一电流路径的第一端与第二端；该第四晶体管的第一端与第二端分别作为该第二电流路径的第一端与第二端；该第四晶体管的第二端与控制端分别耦接至该第三晶体管的控制端与第二端；该第一压控电流源包括一第五晶体管；以及该第五晶体管的第一端与控制端分别作为该第一压控电流源的电流端与控制端，而该第五晶体管的第二端耦接至该第二电压。

2.根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，更包括：

第二压控电流源，其具有控制端与电流端，其中该第二压控电流源的控制端接收第二控制电压，而该第二压控电流源的电流端耦接至该第一压控电流源的电流端；

偏压产生单元，耦接至所述第一压控电流源与所述第二压控电流源的控制端，用以提供该第一控制电压与该第二控制电压。

3.根据权利要求1所述的压控振荡器，其特征在于，更包括：

第二压控电流源，其具有控制端与电流端，其中该第二压控电流源的控制端接收第二控制电压；

第二负电阻电路，具有第一电流路径与第二电流路径，其中该第二负电阻电路中第一电流路径的第一端与第二电流路径的第一端耦接至该第二压控电流源的电流端，而该第二负电阻电路中第一电流路径的第二端与第二电流路径的第二端分别耦接至该第一变压器与该第二变压器的主线圈；

偏压产生单元，耦接至所述第一压控电流源与所述第二压控电流源的控制端，用以提供该第一控制电压与该第二控制电压。

4.根据权利要求3所述的压控振荡器，其特征在于，该偏压产生单元包括：

第一电流源；

第六晶体管，其第一端与第二端分别耦接至该第一电流源与该第一电压，而该第六晶体管的控制端接收该第一控制电压；

第二电流源；

第七晶体管，其第一端与第二端分别耦接至该第二电流源与该第二电压，而该第七晶体管的控制端接收该控制信号。

5.根据权利要求4所述的压控振荡器，其特征在于，该偏压产生单元更包括分压器，其二端分别耦接至该第六晶体管与该第七晶体管的第一端。

6.一种压控振荡器，其特征在于，包括：

第一压控电流源，其具有控制端与电流端，其中该控制端接收一第一控制电压；

负电阻电路，具有第一电流路径与第二电流路径，其中所述第一电流路径的第一端与第二电流路径的第一端耦接至第二电压；

第一变压器，具有主线圈与次线圈，其中该第一变压器中所述主线圈的二端分别耦接至该第一电流路径的第二端以及第一电压，该第一变压器中所述次线圈的二端分别耦接至第一晶体管的第一端以及该第一电压，而该第一变压器的次线圈作为该压控振荡器的第一输出端；

第二变压器，具有主线圈与次线圈，其中该第二变压器中所述主线圈的二端分别耦接至该第二电流路径的第二端以及该第一电压，该第二变压器中所述次线圈的二端分别耦接至第二晶体管的第一端以及该第一电压，而该第二变压器的次线圈作为该压控振荡器的第二输出端；

该第一晶体管，其第一端耦接至该第一变压器的次线圈，该第一晶体管的第二端耦接至该第一压控电流源的电流端，而该第一晶体管的控制端耦接至该第一变压器的主线圈；

该第二晶体管，其第一端耦接至该第二变压器的次线圈，该第二晶体管的第二端耦接至该第一压控电流源的电流端，而该第二晶体管的控制端耦接至该第二变压器的主线圈；

其中，该第一电压为系统电压，而该第二电压为接地电压；该负电阻电路包括第三晶体管与第四晶体管；该第三晶体管的第一端与第二端分别作为该第一电流路径的第一端与第二端；该第四晶体管的第一端与第二端分别作为该第二电流路径的第一端与第二端；该第四晶体管的第二端与控制端分别耦接至该第三晶体管的控制端与第二端；该第一压控电流源包括第五晶体管；该第五晶体管的第一端与控制端分别作为该第一压控电流源的电流端与控制端，而该第五晶体管的第二端耦接至该第二电压。

7.根据权利要求6所述的压控振荡器，其特征在于，更包括定电流源，其中该定电流源耦接于该负电阻电路中所述第一电流路径与所述第二电流路径的第一端与该第二电压之间。

8.根据权利要求6所述的压控振荡器，其特征在于，更包括：

第二压控电流源，其具有控制端与电流端，其中该第二压控电流源的控制端接收一第二控制电压，而该第二压控电流源的电流端耦接至该第一压控电流源的电流端；

偏压产生单元，耦接至所述第一压控电流源与所述第二压控电流源的控制端，用以提供该第一控制电压与该第二控制电压。

9.根据权利要求8所述的压控振荡器，其特征在于，该偏压产生单元包括：

第一电流源；

第六晶体管，其第一端与第二端分别耦接至该第一电流源与该第一电压，而该第六晶体管的控制端接收一控制信号；

第二电流源；

第七晶体管，其第一端与第二端分别耦接至该第二电流源与该第二电压，而该第七晶体管的控制端接收该控制信号。

10.根据权利要求9所述的压控振荡器，其特征在于，该偏压产生单元更包括分压器，其二端分别耦接至该第六晶体管与该第七晶体管的第一端。

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