CN102422526B - 用于压控振荡器频率调谐的重叠二段电容器组 - Google Patents

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Abstract

一种压控振荡器VCO(例如，在FM接收器中)包括LC谐振槽。所述LC谐振槽包括粗略调谐电容器组及精细调谐电容器组。所述粗略调谐电容器组含有多个数字控制粗略调谐电容器元件，每一数字控制粗略调谐电容器元件在作用中时提供第一电容值。所述精细调谐电容器组含有多个数字控制精细调谐电容器元件，每一数字控制精细调谐电容器元件在作用中时提供第二电容值。为解决电容器失配的实际问题，通过以下步骤产生贯穿VCO调谐范围的电容重叠：选择所述第一电容值及第二电容值，使得当所述精细电容器组的所有所述数字控制精细调谐电容器元件在作用中时，所述精细电容器组的电容值大于所述第一电容值。

Description

用于压控振荡器频率调谐的重叠二段电容器组
技术领域
本发明涉及无线通信系统，且更特定来说，涉及一种包括压控振荡器的移动通信装置。
背景技术
无线通信装置最初仅提供语音通信的能力。无线通信装置现发展为提供经由更广泛的频率范围来通信的其它通信、信息及娱乐能力。这些额外能力需要可经由具有低噪声敏感性的日益广泛、可调谐频率范围来操作的频率合成器。在增加的功能需要广泛、可调谐的频率范围进行操作的情况下，实现低噪声敏感性尤为困难。举例来说，接收调频(FM)无线电信号为一种需要频率合成器产生在一广泛的频率范围中的信号以处理在整个FM频带中接收的无线电信号的通信功能。对于将在全球市场上出售的移动通信装置来说，需要不仅接收美国、加拿大及欧洲使用的FM频带(87.5MHz到108.0MHz)中的无线电信号，而且需要接收日本使用的FM频带(76MHz到90MHz)中的无线电信号。因此，待处理的无线电信号的总频率范围为从76.0MHz到108.0MHz。
在语音及数据通信的射频(RF)处理中所使用的典型频率合成器利用锁相回路(PLL)，其中所述PLL包括具有电感器-电容器(LC)槽的压控振荡器(VCO)。使用具有在相对较低的频率(在76MHz与108MHz之间)中振荡的VCO的频率合成器将是不合意的。此VCO将为大型的且不能实际地整合到具有FM收发器的单个集成电路上。因此，用于通信功能的频率合成器通常产生较高频率的信号，所述较高频率的信号以一除数进行分频。但是，较高频率的信号的绝对范围与除数成比例地增加。举例来说，可从2.736GHz调谐到3.127GHz(可用以寻址一FM无线电信号范围)的VCO需要391MHz的可调谐频率范围。
通常需要大VCO增益来实现相对广泛的频率调谐范围。然而，大VCO增益趋向于增加PLL的噪声敏感性及增加对电源噪声的回路敏感性。又，对于给定的回路带宽来说，大VCO增益需要相对较大的回路滤波器电容器，从而使芯片上整合变复杂。因此，需要一种用于VCO的设计，其满足宽广频率调谐范围的要求，且通过保持相对较低的VCO增益来最小化PLL的噪声敏感性。
图1(现有技术)说明具有数字控制电容器组的典型VCO设计。VCO 11使用压控电容器(可变电抗器)15来有效地控制VCO输出信号17的振荡频率。通过响应于控制电压16来改变可变电抗器15的电容，LC谐振槽12的总电容及所得VCO振荡频率被改变。为使VCO增益保持相对较低，使可变电抗器15的电容范围最小化。然而，这限制了仅通过可变电抗器15的控制可实现的振荡频率的范围。为进行补偿，将数字控制电容器组13与可变电抗器并联耦合以提供一加有可变电抗器15的电容值的数字控制电容值。数字控制电容器组13包括如所说明的并联耦合的调谐电容器元件。每一调谐电容器元件包括一对电容器及一切换元件。数字控制线14通过选择性地激活每一调谐电容器元件来控制数字控制电容器组13的电容值。因此，VCO 11的可调谐频率的范围得以扩大。
成功的电容器组设计要求可调谐频率范围内的每一可能的目标频率(及对应的电容)可由电容器组13内的调谐电容器元件与可变电抗器15的某一组合来寻址。电容器组13的电容的每一增量步长不应在对应的电容范围中留下不能由可变电抗器15补偿的间隙。每一增量步长应为小而均匀的，以限制可变电抗器15的大小。在现代设计中，常常需要10位分辨率的电容器组来满足设计需求。
当将每一调谐电容器元件经设计为提供相同电容时，通常将所得电容器组称为温度计编码电容器组。当激活每一连续的调谐电容器元件时，产生相对线性、逐步的电容增加。但是，单段温度计编码实施方案需要相对较大数目的电容器以实现高分辨率。举例来说，10位解决方案将需要1023(2n-1)个个别电容器。用以提供及控制此大量电容器所需的物理布线及解码器逻辑的复杂性及大小大得惊人。这限制了单段温度计编码电容器组的可行性。
为减少用以寻址可调谐频率范围所需的电容器的数目，可利用二进制编码方法。在示范性4位二进制编码方法中，第一调谐电容器元件具有第一电容值，第二调谐电容器元件具有两倍于所述电容的电容，第三调谐电容器元件具有四倍于所述电容的电容，且第四调谐电容器元件具有16倍于所述电容的电容。二进制编码方法在具有相对少的电容器的情况下提供一广泛电容范围。举例来说，10位解决方案仅需要10个调谐电容器元件。然而，二进制编码方法易受电容器失配的影响。实际上，个别电容器值从其标称值变化，且这些失配针对电容器组码的每一增量而产生不规则的电容步长。
图2(现有技术)说明针对7位二进制编码设计的电容器组码的每一增量的电容的改变的实例。在理想条件下，电容的增量改变对于码中的每一步长来说应为单一值。然而，实际上，如图2中所说明，二进制编码实施方案展现电容的增量改变中的广泛变化。为寻址一可调谐频率范围中的每一可能的目标频率，需要具有相对较大的可调谐电容的可变电抗器15。这产生不合意的大VCO增益。
一种用以最小化二进制编码实施方案的此限制的方法是引入二段电容器组，其中一个段为二进制编码型且第二段为温度计编码型。此二段方法具有减少用以实现电容器组分辨率的特定值所需的调谐电容器元件的数目的潜力。对于额外细节，见：2006年9月26日颁布的杰里米·D·顿沃什(Jeremy D.Dunworth)的题为“压控振荡器中的粗略频率调谐(Coarse Frequency Tuning In A Voltage Controlled Oscillator)”的第7,113,052号美国专利。
另一种用以减少电容的增量改变中的变化的方法是在制造阶段修整电容器组的电容器以最小化失配。然而，此方法代价高且增加了制造制程的复杂性。另一种方法是校准与每一个别电容器组相关联的码以匹配每一步长的目标频率。此经校准码可存储于机载查找表中以供未来使用。再次，此方法代价高且增加了控制逻辑实施方案的复杂性。因此，需要具有相对少的调谐电容器元件的数字控制调谐电容器组，其能够提供一广泛的电容值范围；在均匀步长中可以高分辨率寻址。
发明内容
一种具有宽广频率范围的调频(FM)无线电调谐器在移动通信装置中操作。所述FM无线电调谐器包括收发器，所述收发器又包括压控振荡器(VCO)。所述VCO输出振荡VCO输出信号，所述振荡VCO输出信号的频率在一频率范围中为可调谐的。为实现广泛的可调谐振荡频率范围及低噪声敏感性，VCO包括具有重叠二段切换电容器组的LC谐振槽电路。所述二段切换电容器组包括粗略调谐电容器组及精细调谐电容器组。所述LC谐振槽还包括压控电容器(可变电抗器)，所述压控电容器与粗略调谐电容器组及精细调谐电容器组并联耦合。这三个元件(可变电抗器、粗略调谐电容器组及精细调谐电容器组)一同确定VCO的LC谐振槽的电容且因此确定VCO的振荡频率。
粗略调谐电容器组包括若干数字控制调谐电容器元件。这些元件中的每一者耦合于VCO的两个振荡电压节点之间。当粗略调谐电容器在作用中时，每一粗略调谐电容器元件在所述两个节点之间提供大体上类似的电容值。由多位粗略电容器组码来确定有多少粗略调谐电容器元件在作用中，且因此确定粗略调谐电容器组的电容。
精细调谐电容器组也包括若干数字控制调谐电容器元件。这些元件中的每一者耦合于VCO的两个振荡电压节点之间。当在作用中时，每一精细调谐电容器元件提供大体上类似的电容值。然而，由精细调谐电容器元件提供的电容值小于由粗略调谐电容器元件提供的电容值。由多位精细电容器组码来确定有多少精细调谐电容器元件在作用中，且因此确定精细调谐电容器组的电容。
通常将电容器组(其中每一作用中调谐电容器元件提供大体上类似的电容值)称为温度计编码电容器组。温度计编码电容器组大体来说减小针对电容器组码的每一增量的增量电容改变的非线性。这减小了可调谐频率范围中的大间隙的可能性，但并不完全消除所述风险。归因于电容器元件的制造工艺中的变化所引起的电容器大小失配继续存在。这些失配在VCO的可调谐频率范围中可产生不合意的间隙。
在粗略电容器组与精细电容器组之间产生电容重叠以减轻电容器大小失配的影响。当重叠增加时，对工艺变化及电容器大小失配的容许度增加。通过以下步骤而产生重叠：选择精细调谐电容器元件中的每一者的电容值，使得当所有精细调谐电容器元件在作用中时，其组合电容超过单个作用中粗略调谐电容器元件的电容。
重叠二段电容器组通过相对较小数目的电容器元件而实现广泛的可调谐频率范围。粗略调谐电容器元件界定相对较大的范围，且精细调谐电容器元件以高分辨率内插粗略电容的每一增量步长。因此，与在使用单段温度计编码电容器组情况下将另外需要的电容器相比，在重叠二段电容器组中需要较少的电容器。通过在LC谐振槽中使用较少的电容器，需要较少的开关来切换电容器。通过使用较少的开关，产生较少的寄生电容，其将另外限制可调谐频率的范围。
在一个实施例中，移动通信装置包括调频(FM)接收器。所述FM接收器包括频率合成器，所述频率合成器将VCO用作锁相回路(PLL)的一部分。移动通信装置使用FM接收器来从FM无线电台接收发射。VCO包括在其LC谐振槽中的重叠二段电容器组。通过在VCO中使用重叠二段电容器组，频率合成器可产生具有低噪声敏感性的广泛振荡频率范围。通过由6位粗略电容器组码寻址的63个电容器的粗略调谐电容器组及由4位精细电容器组码寻址的15个电容器的精细调谐电容器组来实现从2.736GHz到3.127GHz的可调谐频率范围。复合10位数字电容器组码确定用于粗略调谐电容器组与精细调谐电容器组两者的电容器组码。
适量的电容器组选择逻辑接收多位通道选择输入值且基于其而输出10位数字字，所述10位数字字控制粗略电容器组及精细电容器组，使得VCO的振荡频率具有所要的对应振荡频率。在校准操作中，电容器组选择逻辑对参考时钟的半循环中出现的VCO时钟信号的转变数目进行计数，并将所计数的数目与目标值相比较。视所计数的转变数目高于还是低于目标数目而定，相应地改变10位数字字，且重复所述过程。在若干反复之后，确定引起所计数的转变数目大体上等于目标值的10位数字字。对于每一多位通道选择输入值来说，存在一个目标值，且电容器组选择逻辑产生用于控制粗略电容器组及精细电容器组的对应10位数字字。
上述内容为概要且因此必然地含有细节的简化、一般化及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，所述概要仅具有说明性且并不意味以任何方式为限制性的。如仅由权利要求书所定义的本文中所描述的装置及/或过程的其它方面、发明性特征及优势将在本文中所陈述的非限制性详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1(现有技术)为说明具有数字控制电容器组的VCO的图。
图2(现有技术)为说明数字控制电容器组的二进制编码实施方案的非线性的图。当电容器组码递增时，电容器的对应增量改变为非恒定的。
图3为在移动通信装置26的FM收发器28中的VCO的简化框图。
图4为图3的FM收发器28的更详细框图。
图5为图3的FM收发器28的VCO 56的简化框图。VCO 56包括用于VCO频率调谐的重叠二段电容器组。
图6为图5的VCO 56的重叠二段电容器组的更详细框图。
图7为图4的电容器组选择逻辑73的简化框图。电容器组选择逻辑73选择性地激活粗略电容器组及精细电容器组的电容器元件以实现大致等于目标频率的VCO振荡频率。
图8为说明电容器组选择逻辑73如何测量图4的VCO 56的振荡频率的简化波形图。
图9A说明针对不同电容器组控制码的VCO振荡频率的重叠的模拟。
图9B说明图9A的说明的放大版本。
图10A为说明电容器组控制码的反复选择步骤的表，其在10位控制码中使用二进制搜索。
图10B为说明电容器组控制码的反复选择步骤的表，其在粗略电容器组的6位控制码中使用二进制搜索，接着在精细电容器组的4位控制码中使用二进制搜索。
图11为选择电容器组控制码以实现大致等于目标频率的VCO振荡频率的方法的流程图。
图12为使用二段电容器组来控制VCO的振荡频率的方法的流程图。
具体实施方式
此处揭示一种用于调谐VCO的重叠二段电容器组。第一段的每一调谐电容器元件在作用中时具有大体上相同的电容值A。第二段的每一调谐电容器元件在作用中时具有大体上相同的电容值B。通常将电容器组(其中每一调谐电容器元件提供大体上相同的电容值)称为温度计编码电容器组。温度计编码电容器组减少了在电容器失配的情况下针对每一电容器组码的增量电容改变中的非线性。二段方法采用A与B之间的差异来在具有较少的调谐电容器元件的情况下扩大电容器组的电容范围。通过在LC槽中使用较少的电容器，需要较少的开关来切换电容器。通过使用较少的开关，产生较小的寄生电容，其将另外限制LC槽的范围。在一个实施例中，可通过具有63个电容器的粗略调谐电容器组及具有15个电容器的精细调谐电容器组来实现从2.736GHz到3.127GHz的可调谐频率范围。10位电容器组码寻址粗略调谐电容器组与精细调谐电容器组两者。
图3为利用重叠二段电容器组的移动通信装置26的图。在此特定实例中，移动通信装置26为蜂窝式电话。在另一实例中，移动通信装置26为具备RF能力型个人数字助理(PDA)。移动通信装置26包括RF收发器集成电路(IC)27及FM收发器IC 28。将收发器27及28中的每一者称为“收发器”，因为其包括发射器以及接收器。
在移动通信装置26上的RF接收器上接收第一信号29。在一个实施例中，第一信号29为由基站发射的射频信号。第一信号29被接收到天线30上，通过匹配网络(MN)，并由RF收发器IC 27的接收链处理。所述接收链使用由本机振荡器31产生的LO信号以将第一信号29下变频转换为基带信号32以用于由数字基带IC 33进行随后的数字信号处理。在一个实施方案中，可将重叠二段电容器组有利地用作RF接收链的本机振荡器31的一部分。
除未说明的其它部分外，数字基带IC 33还包括数字处理器35，所述数字处理器35执行存储于处理器可读媒体36中的指令。举例来说，处理器可读媒体36包括存储计算机程序37的指令的程序存储器，所述指令在执行时控制重叠二段电容器组。在一个实施例中，处理器35使得跨越并行局部总线38、串行总线接口39及串行总线导体(SSBI)40而传达信息到RF收发器IC 27的串行总线接口41。因此，处理器35控制本机振荡器31的操作。
在移动通信装置26上的FM接收器49上接收第二信号48。第二信号48为由无线电台发射的在从76MHz到108MHz的FM无线电频带中的FM射频信号。在移动通信装置26在美国、加拿大或欧洲使用的情况下，第二信号48的频率落在从87.5MHz到108.0MHz的频率范围内。在移动通信装置26在日本使用的情况下，第二信号48的频率落在从76MHz到90MHz的频率范围内。
在一个实施方案中，在天线50上接收第二信号48，所述天线50印刷于安装有FM收发器IC 28的印刷电路板(PCB)上。印刷电路板的大小在移动通信装置26内受限制，且因此天线50的长度也受限制。在通过使用较长的天线而想要较好的FM无线电接收的情况下，移动通信装置26的用户可使用较长的耳机导线天线52，所述耳机导线天线52被整合到将耳机或耳塞连接到移动通信装置26的导线中。在于PCB天线50上接收第二信号48的情况下，第二信号48通过匹配网络(MN)53，并由TR开关54接收。在于导线天线52上接收第二信号48的情况下，第二信号48通过匹配网络55，并由TR开关54接收。在于TR开关54上接收第二信号48之后，第二信号48由FM接收器49处理。
为处理第二信号48，FM接收器49使用由频率合成器42的VCO 56及可编程输出分频器57产生的VCO信号。在一个实施方案中，可将重叠二段电容器组有利地用作FM接收器49所使用的VCO 56的一部分。在一个实施例中，处理器35控制FM收发器IC28上的频率合成器42的操作。处理器35使得跨越并行局部总线38、经由串行总线接口43、经由串行总线44传达信息并传达信息到FM收发器IC 28的串行总线接口47。在另一实施例中，位于FM收发器IC 28中的第二处理器45及第三处理器46控制频率合成器42的一些操作。举例来说，处理器35执行将FM接收器调谐到由用户规定的无线电台的指令，而FM收发器IC 28中的处理器执行计算用于FM收发器中的VCO 56的电容器组码的指令。
在另一实例中，FM收发器IC 28还具有FM发射器58，所述FM发射器58可发射从数字基带IC 33经由I2C串行总线44接收的音频信号。FM发射器58使用由频率合成器42的VCO 56所产生的VCO信号。在一个实施方案中，可将重叠二段电容器组有利地用作如由FM发射器58使用的VCO 56的一部分。
术语“计算机”包含执行存储于存储器36(计算机可读媒体)中的指令的“代码”(计算机程序37)的处理器35。术语“计算机”还包含位于FM收发器IC 28中的第二处理器45及第三处理器46。
图4更详细地展示FM收发器IC 28且展示FM接收器49如何产生被调谐到一频率范围内的特定值的VCO信号59。在一个实例中，频率合成器42输出合成器信号70，所述合成器信号70是由可编程输出分频器57以因数32进行分频的VCO信号59。对于此情况，合成器信号70具有在从85.50MHz到97.71MHz的频率范围中变化的合成器频率。举例来说，2.736GHz以因数32进行分频的下限VCO频率为85.50MHz。类似地，3.127GHz以因数32进行分频的上限VCO频率为97.71MHz。当移动通信装置26的用户想要收听在落在此频率范围内的频率上发射的无线电台时，将VCO信号59设定于当以因数32进行分频时等于所要FM无线电台的频率的一个频率。举例来说，如果用户想要收听在96.5MHz下发射的旧金山湾区FM无线电台KOIT，则将VCO信号59设定到3,088MHz。
通过设定分频器64的除数(N+f)而将VCO信号59设定到所要频率。处理器35通过控制FM收发器IC 28的第三处理器46内的通道选择块71来设定除数(N+f)。通道选择块71输出整数输出(N)及分数输出(f)，所述整数输出(N)及分数输出(f)被组合到设定适当(N+f)值的除数设定信号72中。通过调整由分频器64接收的(N+f)值，由VCO 56的LC槽产生的频率通过锁相回路(PLL)60的操作而改变。PLL 60包括相位频率检测器(PFD)61、电荷泵62、回路滤波器63、VCO 56及分频器64。相位频率检测器61将参考时钟信号65的相位与反馈信号66的相位相比较并产生相位误差信号。在一个实施例中，参考时钟信号具有19.2MHz的频率。反馈信号66为由分频器64输出的“以N分频”的信号。分频器64对VCO信号59进行分频。当反馈信号66的相位落后于参考时钟信号65的相位时，相位频率检测器61将加速控制信号发送到电荷泵62。当反馈信号66的相位领先于参考时钟信号65的相位时，相位频率检测器61将减速控制信号发送到电荷泵62。电荷泵62在接收到加速控制信号时从其输出引线汲取电荷，且在接收到减速控制信号时将电荷添加到其输出引线。VCO 56的输入端口耦合到电荷泵62的输出引线，且由电荷泵62汲取及添加的电荷构成由VCO 56接收的控制电压67。回路滤波器63还耦合到耦合VCO 56的输入端口及电荷泵62的输出引线的节点。在一个实施例中，调整回路滤波器63以用于带宽控制。当控制电压67增加时，由VCO 56输出的VCO信号59的频率减小。
使用适量的电容器组选择逻辑73来将由VCO 56产生的频率调谐到接近所要频率的值。电容器组选择逻辑73接收指示通道选择的多位数字信号78、VCO 56的输出信号59及参考时钟信号65。电容器组选择逻辑73处理这些信号以产生数字控制信号来调谐VCO 56的LC槽的电容。经调谐LC槽的所得振荡频率接近所要频率。即使当可在一广泛的频率范围中选择所要频率时，这仍最小化用以实现所要振荡频率所需的控制电压67的范围。这准许具有低噪声敏感性的低增益VCO的设计。
图5更详细地展示VCO 56。VCO 56包括作为LC谐振槽83的一部分的重叠二段调谐电容器组。第一段为粗略调谐电容器组80。粗略调谐电容器组80包括X个粗略调谐电容器元件85。第二段为精细调谐电容器组81。精细调谐电容器组81包括Y个精细调谐电容器元件86。LC谐振槽83还包括可变电抗器82。可变电抗器82的电容由控制电压输入信号67控制。VCO输出信号59为振荡信号，所述振荡信号的振荡频率由LC谐振槽83的谐振频率确定。谐振频率由电感器L1以及粗略调谐电容器组80、精细调谐电容器组81及可变电抗器82的电容的相对值来确定。电感器L1、粗略调谐电容器组80、精细调谐电容器组81及可变电抗器82并联地电连接于第一振荡节点87与第二振荡节点88之间，如所说明。校准信号CTCCAL连接或断开粗略调谐电容器组80的每一连续调谐电容器元件。当特定粗略调谐电容器元件85经连接时，其将电容值A提供给LC谐振槽83。校准信号FTCCAL连接或断开精细调谐电容器组81的每一连续调谐电容器元件。当特定精细调谐电容器元件86经连接时，其将电容值B提供给LC谐振槽83。因此，LC谐振槽83的电容由校准信号CTCCAL及FTCCAL以及控制电压信号67来有效地控制。
图6更详细地说明粗略调谐电容器组80及精细调谐电容器组81。在一个实施方案中，VCO 56的粗略调谐电容器元件85与精细调谐电容器元件86两者由一连接到切换元件89的电容器组成，所述切换元件89又连接到另一电容器。选择任何调谐电容器元件的电容器以具有大体上相同电容，从而使振荡节点87与88两者上的电容性负载相等。在一个实例中，粗略调谐电容器组80含有63个粗略调谐电容器元件85。传达单个数字位的数字控制线个别地寻址每一电容器元件85。举例来说，寻址第一粗略调谐电容器元件的第一数字控制线传达第一数字位CTCCAL[1]。对于数字位的第一值来说，粗略调谐电容器元件的切换元件89为导电的，因此激活所述元件并将其电连接到并联连接的调谐电容器元件的电路。对于数字位的第二值来说，粗略调谐电容器元件的切换元件89非为导电的，因此减活所述元件并使其从并联连接的调谐电容器元件的电路电断开。在切换元件为导电的并将粗略调谐电容器元件电连接到电路的情况下，粗略调谐电容器元件将其电容提供给LC谐振槽83的电路。在切换元件非为导电的且使所述元件从并联的调谐电容器元件的电路电断开时，粗略调谐电容器元件大体上不向LC谐振槽83的电路提供电容。精细调谐电容器组81包含15个精细调谐电容器元件86。传达单个数字位的数字控制线个别地寻址每一元件86。举例来说，寻址第一精细调谐电容器元件的第一数字控制线传达第一数字位FTCCAL[1]。对于数字位的第一值来说，精细调谐电容器元件的切换元件89为导电的，因此激活所述元件并将其电连接到并联连接的调谐电容器元件的电路。对于数字位的第二值来说，精细调谐电容器元件的切换元件89非为导电的，因此减活所述元件并使其从并联连接的调谐电容器元件的电路电断开。在切换元件为导电的且将精细调谐电容器元件电连接到电路的情况下，精细调谐电容器元件将其电容提供给LC谐振槽83的电路。在切换元件为非导电的且使所述元件从电路电断开的情况下，精细调谐电容器元件大体上不向LC谐振槽83的电路提供电容。
在此实例中，与谐振槽83的电感器L1协调地来选择63个粗略调谐电容器元件(每一者具有电容值A)以实现所要的振荡频率范围(例如，2.736GHz到3.127GHz)。在其它实施方案中，粗略调谐电容器元件85可包含单个电容器及切换元件或者多个电容器及一切换元件。每一精细调谐电容器元件86具有电容值B。选择电容值B以填充LC谐振槽83的电容范围中归因于粗略调谐电容器组80的电容器值的失配所引起的间隙。在此实例中，选择15个精细调谐电容器元件以使得精细调谐电容器组81的15个步长大致等于粗略调谐电容器组80的电容的两个增量。这产生精细调谐电容器组81的电容值范围与粗略调谐电容器组80的电容的增量改变之间的实质重叠。此重叠增加了可达到LC槽83的电容的完整范围的可能性，而不管粗略调谐电容器组80的电容的增量改变中由于电容器失配所引起的不确定性。在其它实施方案中，精细调谐电容器元件86可包含单个电容器及切换元件或多个电容器及一切换元件。在其它实施方案中，可选择A与B的其它组合以实现变化的电容范围及变化的重叠量。
图7为更详细地展示电容器组选择逻辑73的图。在一个实施方案中，电容器组选择逻辑73接收指示通道选择的多位数字信号78、VCO 56的输出信号59及参考时钟信号65。电容器组选择逻辑73处理这些信号以产生数字控制信号CTCCAL及FTCCAL。CTCCAL[63:1]控制粗略调谐电容器组80的每一粗略调谐电容器元件85，且FTCCAL[15:1]控制精细调谐电容器组81的每一精细调谐电容器元件86。VCO输出信号59(例如)以因数32进行分频。如图8中所说明，在经分频的VCO输出信号59的每一上升沿上启用计数器电路90。计数器90接着对参考时钟信号65的循环数目进行计数，直到达到经分频的VCO输出信号59的下一下降沿为止。计数器90因此在图8中所说明的VCO_OUT/32信号的高电平部分期间进行计数。计数器90输出所测量的计数96，且接着保持处于清除状态，直到达到VCO_OUT/32的下一上升沿为止。目标计数表92(见图7)接收多位数字通道选择信号78且输出与通道选择相关联的目标计数数目95。对于每一通道来说，存在VCO 56的对应的目标振荡频率。视参考时钟信号65的特定频率值而定，存在与每一目标振荡频率相关联的对应目标计数数目95。比较器91将目标计数数目95与所测量的计数数目96相比较，并将差异信号97输出到适量的校准控制逻辑93。校准控制逻辑93响应于差异信号97而产生包含6位粗略电容器组码(CAL[9:4])及4位精细电容器组码(CAL[3:0])的10位数字字。解码器94接收粗略码及精细码，解码这些信号，并分别将对应的二进制数字控制信号CTCCAL[63:1]及FTCCAL[15:1]输出到粗略调谐电容器组80及精细调谐电容器组81。电容器组选择逻辑73重复此过程，直到选择产生尽可能接近与所选通道相关联的目标频率的振荡频率的电容器组码为止。当进行新通道选择时，再次反复地重新计算所述码。在此实例中，不必存储与所选通道相关联的电容器组码，因此消除了将详尽的码列表存储于每一装置的存储器中的需求。此外，不必从事于每一装置的离线校准。在其它实例中，可存储与所选通道相关联的特定电容器组码以减少或消除收敛到每一通道选择的目标频率所需的校准步骤的数目。
在一个实例中的电容器组选择逻辑73的设计中，以硬件描述语言来定义逻辑，且接着通过使用市售合成工具而合成所述描述以产生硬件逻辑。
图9A说明在粗略调谐电容器组与精细调谐电容器组之间的电容值随电容器组码而变的重叠的模拟。在此实例中，由校准控制逻辑93输出的10位数字字是具有1024个值的电容器组码。每一电容器组码值对应于共同操作的作用中粗略调谐电容器元件85及作用中精细调谐电容器元件86的一特定数目。当更多电容器元件被激活时，LC谐振槽83的电容值增加且VCO 56的振荡频率减小。图9A说明由与4位精细调谐电容器组耦合的6位粗略调谐电容器组的组合实现的振荡频率的范围。当进行通道选择时，电容器组选择逻辑73通过反复地选择一系列电容器组码而作出响应，所述电容器组码在图9A中所说明的振荡频率范围中移动。选择所述系列码以渐近地移动而更接近振荡频率与和通道选择相关联的目标频率之间的匹配。当码的完整10位分辨率已耗尽时，搜索结束。
图9B进一步详细地展示图9A的方框99中的电容重叠。每一粗略调谐电容器元件85的连续激活引起振荡频率的跳跃。粗略调谐电容器组80的此粗略频率增量的量值由电容值A确定，而可使用粗略调谐电容器组80达到的振荡频率的范围由粗略频率增量及构成粗略调谐电容器组80的粗略调谐电容器元件85的数目确定。在无精细调谐电容器组81的情况下，可变电抗器82将不得不横跨此大的粗略频率增量，从而产生如上文所论述的不合意的高增益VCO。这可通过设计精细调谐电容器组的频率增量的完整范围以内插于粗略频率增量之间而得以避免。此外，在无精细调谐电容器组的情况下，可变电抗器82将不得不补偿粗略频率增量的大小归因于电容器失配所引起的变化。这通过设计精细调谐电容器组的频率增量的完整范围与每一粗略频率增量之间的重叠而得以避免。每一精细调谐电容器元件86的连续激活也引起振荡频率的跳跃。精细调谐电容器组81的此精细频率增量的量值由电容值B确定，而可使用精细调谐电容器组81达到的振荡频率的范围由精细频率增量及构成精细调谐电容器组81的精细调谐电容器元件86的数目确定。在此优选实施例中，选择电容值B使得15个精细调谐电容器元件的电容值大体上类似于两个粗略调谐电容器元件。这引起振荡频率的重叠，使得精细调谐电容器组81的15个精细频率增量的完整范围大体上类似于粗略调谐电容器组80的两个粗略频率增量。
图10A说明一种操作校准控制逻辑93的方法。图10A说明在整个10位电容器组码中的反复二进制搜索的实例。搜索开始于10位码中间的十进制值512处。在每一反复中，目标VCO振荡频率与VCO输出信号59的振荡频率之间的差异信号97的指示引导下一10位电容器组码的选择。如图10A中所说明，对于最初四个反复来说，VCO输出信号59的振荡频率大于目标。因此，对于最初四个反复来说，校准控制逻辑93连续地二等分电容器组码，从而将VCO输出信号59的振荡频率朝目标驱动。在第五个反复中，VCO输出信号59的振荡频率稍低于目标，因此校准控制逻辑93分割所述两个先前码之间的差异。在第六个反复中，VCO输出信号59的振荡频率再次大于目标，因此校准控制逻辑93向下继续二进制搜索，直到10位电容器组码的分辨率耗尽为止。
图10B说明另一种操作校准控制逻辑93的方法，其中首先在6位粗略调谐电容器组码中执行反复二进制搜索且接着在4位精细调谐电容器组码中执行反复二进制搜索。在此实例中，最初将6位码与4位码两者设定到其相应范围的中间。粗略码被连续二等分，直到差异信号97的指示改变为止。在此实例中，在反复7中，VCO输出信号59的振荡频率下降到目标以下。结果，校准控制逻辑93将6位粗略调谐电容器组码设定到先前值，且继续4位精细调谐电容器组上的二进制搜索，直到4位精细调谐电容器组的分辨率耗尽为止。
图11为说明一种校准重叠二段电容器组的10位电容器控制码的方法的简化流程图。在第一步骤(步骤100)中，电容器组选择逻辑73等待接收新选择的通道值。在第二步骤(步骤101)中，电容器组选择逻辑73查找与所选通道值相关联的参考时钟循环的目标计数。在第三步骤(步骤102)中，电容器组选择逻辑73的校准控制逻辑93设定初始10位电容器组码。在第四步骤(步骤103)中，电容器组选择逻辑73对VCO输出信号59的分频窗中的参考时钟循环的数目进行计数。在第五步骤(步骤104)中，电容器组选择逻辑73确定VCO输出信号59的分频窗中的参考时钟循环的数目是否等于目标计数。如果等于，则校准完成且电容器组选择逻辑73等待接收新选择的通道值(步骤100)。如果不等于，则电容器组选择逻辑73确定搜索是否已耗尽电容器组码分辨率的10个位(步骤105)。如果耗尽了，则校准完成且电容器组选择逻辑73等待接收新选择的通道值(步骤100)。如果未耗尽，则电容器组选择逻辑73的校准控制逻辑93根据二进制搜索算法而产生用于重叠二段电容器组的经修订的10位电容器组码(步骤106)。反复步骤103-106，直到满足退出条件中的一者(步骤104或步骤105)为止。在一个实例中，需要大致1微秒来反复步骤103-106，直到满足退出条件中的一者(步骤104或步骤105)为止。
图12说明一种使用重叠二段电容器组来控制VCO的振荡频率的方法。在第一步骤(步骤110)中，接收多位数字字，其中所述字包括粗略电容器组码及精细电容器组码。在第二步骤(步骤111)中，响应于粗略电容器码来切换粗略调谐电容器组的粗略调谐电容器元件的状态。在第三步骤(步骤112)中，响应于精细电容器码来切换精细调谐电容器组的精细调谐电容器元件的状态。
在一个或一个以上示范性实施例中，可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施所描述的功能。如果实施于软件中，则可将所述功能作为一个或一个以上指令或代码而存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体来传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体与通信媒体两者，通信媒体包括促进将计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储媒体可为可由通用或专用计算机存取的任何可用媒体。通过实例且并非限制，这些计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用于载运或存储呈指令或数据结构的形式的所要程序代码装置且可由通用或专用计算机或者通用或专用处理器存取的任何其它媒体。又，将任何连接恰当地称为计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴缆线、光纤缆线、双绞线、数字订户线(DSL)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)而从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴缆线、光纤缆线、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)包括于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性的方式再生数据，而光盘通过激光以光学的方式再生数据。上述各物的组合也应包括在计算机可读媒体的范围内。
尽管上文出于指导的目的而描述了某些特定实施例，但此专利文献的教示具有一般可应用性且并不受限于上文所描述的特定实施例。RF收发器IC 27及FM收发器IC 28在上文被描述为单独的集成电路。然而，在另一实施例中，RF收发器IC 27及FM收发器IC 28被整合到同一集成电路上。在又一实施例中，在单个集成电路(称为芯片上系统(SOC))上执行移动通信装置26的模拟功能与数字功能两者。在SOC实施方案中，RF收发器IC 27、FM收发器IC 28及数字基带IC 33全部被整合到同一集成电路上。因此，可在不脱离所陈述的权利要求书的范围的情况下实践所描述的特定实施例的各种特征的各种修改、更改及组合。

Claims (15)

1.一种振荡器，其包含：
第一振荡节点；
第二振荡节点；
第一多个第一调谐电容器元件，其中每一第一调谐电容器元件在第一状态下在所述第一振荡节点与所述第二振荡节点之间提供第一电容，且其中每一第一调谐电容器元件在第二状态下在所述第一振荡节点与所述第二振荡节点之间不提供电容；
第二多个第二调谐电容器元件，其中每一第二调谐电容器元件在第一状态下在所述第一振荡节点与所述第二振荡节点之间提供第二电容，其中每一第二调谐电容器元件在第二状态下在所述第一振荡节点与所述第二振荡节点之间不提供电容，其中所述第二电容小于所述第一电容；及
适量的电容器组选择逻辑，其耦合到所述第一多个第一调谐电容器元件和所述第二多个第二调谐电容器元件两者，其中所述适量的电容器组选择逻辑响应于所述振荡器的振荡频率的计数数目和目标振荡频率的目标计数数目之间的差异而产生第一电容器组码和第二电容器组码。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述第一调谐电容器元件中的每一者包含：
第一电容器，其具有第一引线及第二引线，其中所述第一引线耦合到所述第一振荡节点；
第二电容器，其具有第一引线及第二引线，其中所述第一引线耦合到所述第二振荡节点；及
切换元件，其在所述第一状态下为导电的且将所述第一电容器的所述第二引线耦合到所述第二电容器的所述第二引线，且其在所述第二状态下为非导电的。
3.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述第一多个第一调谐元件为第一温度计编码电容器组，且其中所述第二多个第二调谐元件为第二温度计编码电容器组。
4.根据权利要求1所述的振荡器，其中存在数目为Y的第二调谐电容器元件，且其中Y与所述第二电容的乘积大于所述第一电容。
5.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述振荡器为调频FM无线电接收器内的压控振荡器。
6.根据权利要求2所述的振荡器，其中所述切换元件由数字位控制，且其中使所述切换元件在所述数字位的第一值时处于所述第一状态，且在所述数字位的第二值时处于所述第二状态。
7.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述第一电容器组码确定每一第一调谐电容器元件是否处于所述第一状态及每一第一调谐电容器元件是否处于所述第二状态。
8.一种用于调谐频率的方法，其包含：
响应于振荡器的振荡频率的计数数目和目标振荡频率的目标计数数目之间的差异而产生第一电容器组码和第二电容器组码；
响应于所述第一电容器组码而切换第一调谐电容器元件的状态，其中所述第一调谐电容器元件为第一多个第一调谐电容器元件中的一者，其中每一第一调谐电容器元件在第一状态下在所述振荡器的第一振荡节点与第二振荡节点之间提供第一电容，且其中每一第一调谐电容器元件在第二状态下在所述第一振荡节点与所述第二振荡节点之间不提供电容；及
响应于所述第二电容器组码而切换第二调谐电容器元件的状态，其中所述第二调谐电容器元件为第二多个第二调谐电容器元件中的一者，其中每一第二调谐电容器元件在第一状态下在所述第一振荡节点与所述第二振荡节点之间提供第二电容，且其中每一第二调谐电容器元件在第二状态下在所述第一振荡节点与所述第二振荡节点之间不提供电容。
9.根据权利要求8所述的方法，其中当所述第二多个第二调谐电容器元件中的每一者处于所述第一状态时，所述第一电容小于所述第二多个第二调谐电容器元件中的每一者的总计电容。
10.根据权利要求8所述的方法，其进一步包含：
对所述第一电容器组码进行解码以产生第一多个数字位，其中所述第一多个数字位中的一数字位确定所述第一调谐电容器元件的所述状态；及
对所述第二电容器组码进行解码以产生第二多个数字位，其中所述第二多个数字位中的一数字位确定所述第二调谐电容器元件的所述状态。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一多个第一调谐电容器元件中的每一者的所述电容及所述第二多个第二调谐电容器元件中的每一者的所述电容确定所述振荡器的所述振荡频率，且其中所述振荡器是压控振荡器VCO。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述VCO的所述振荡频率的范围是从2.736千兆赫到3.127千兆赫。
13.一种振荡器，其包含：
第一振荡节点；
第二振荡节点；
第一多个第一调谐电容器元件，其中每一第一调谐电容器元件在第一状态下在所述第一振荡节点与所述第二振荡节点之间提供第一电容，且其中每一第一调谐电容器元件在第二状态下在所述第一振荡节点与所述第二振荡节点之间不提供电容；
第二多个第二调谐电容器元件，其中每一第二调谐电容器元件在第一状态下在所述第一振荡节点与所述第二振荡节点之间提供第二电容，其中每一第二调谐电容器元件在第二状态下在所述第一振荡节点与所述第二振荡节点之间不提供电容；及
电容器组选择逻辑，其耦合到所述第一多个第一调谐电容器元件和所述第二多个第二调谐电容器元件两者，其用于响应于所述振荡器的振荡频率的计数数目和目标振荡频率的目标计数数目之间的差异而产生第一电容器组码和第二电容器组码，其用于基于所述第一电容器组码而在每一第一调谐电容器元件的所述第一状态与所述第二状态之间进行切换及用于基于所述第二电容器组码而在每一第二调谐电容器元件的所述第一状态与所述第二状态之间进行切换。
14.根据权利要求13所述的振荡器，其中存在数目为Y的第二调谐电容器元件，且其中Y与所述第二电容的乘积大于所述第一电容。
15.根据权利要求13所述的振荡器，其中所述电容器组选择逻辑包含改变数字字。
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