CN103944515B - 用于数字控制的振荡器的频率调谐和步控制的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种可变叶电容器。根据本公开的一些实施例，可变叶电容器可包括具有耦合到第一差分节点的第一端子和耦合到第一共模节点的第二端子的第一交流耦合电容器、具有耦合到第二差分节点的第一端子和耦合到第二共模节点的第二端子的第二交流耦合电容器及具有偏置端子、耦合到第一共模节点的第一共模端子和耦合到第二共模节点的第二共模端子的变抗器，其中，变抗器的电容是基于从变抗器的第一共模端子到变抗器的偏置端子的电压并且基于从变抗器的第二共模端子到变抗器的偏置端子的电压。

Description

用于数字控制的振荡器的频率调谐和步控制的方法和设备
技术领域
本公开一般涉及电子电路，并且更具体地说，涉及用于数字控制的振荡器的可变电容器。
背景技术
数字控制的振荡器（“DCO”）在各种集成电路应用中使用。DCO的关键性能参数是其振荡输出信号的频率。一些集成电路应用可要求振荡器频率可调整。在一些应用中，DCO的振荡频率可基于电感器-电容器共振器（“LC-共振器”）的共振频率。在此类应用中，可通过改变LC-共振器中的电容来调整DCO的振荡频率。然而，频率的调谐分辨率可受可变电容器的最小步长限制。另外，用于可变电容器的单个固定步长可导致在不同DCO频率范围的不同频率调谐步长。
发明内容
根据本公开的一些实施例，可变叶电容器（variable leaf capacitor，可变箔电容器）可包括具有耦合到第一差分节点的第一端子和耦合到第一共模节点的第二端子的第一交流耦合电容器、具有耦合到第二差分节点的第一端子和耦合到第二共模节点的第二端子的第二交流耦合电容器及具有偏置端子、耦合到第一共模节点的第一共模端子和耦合到第二共模节点的第二共模端子的变抗器，其中，变抗器的电容是基于从变抗器的第一共模端子到变抗器的偏置端子的电压并且基于从变抗器的第二共模端子到变抗器的偏置端子的电压。
本发明的目的和优点将借助于至少权利要求中特别指出的特征、元素和组合而实现和获得。
要理解的是，如声明的一样，前面的一般描述和下面的详细描述均只是示范和说明性，并不是限制本发明。
附图说明
通过参考结合附图进行的以下描述，可获得所述实施例及其优点的更完整和详尽的理解，附图中类似的标号指示类似的特征，并且其中：
图1示出根据本公开的某些实施例的示例DCO的示意图；
图2示出根据本公开的某些实施例的示例可变叶电容器的示意图；
图3示出根据本公开的某些实施例的示例DAC控制可变叶电容器的示意图；
图4示出根据本公开的某些实施例的曲线图，该曲线图显示在多个共模电压的示例可变叶电容器的示例电容电压偏置曲线；以及
图5示出根据本公开的某些实施例，用于调谐DCO的示例方法的流程图。
具体实施方式
图1示出根据本公开的某些实施例的数字控制的振荡器（“DCO”）100的一示例实施例的示意图。DCO 100可包括差分振荡输出端OUTN和OUTP、增益级110、电感器108、电容器120、电容器130、一个或多个可变叶电容器140及数模转换器（“DAC”）控制可变叶电容器150。在一些实施例中，DCO也可包括电压偏置160、共模偏置170、电阻器171和172和/或DAC180。
增益级110可配置成跨DCO 100的OUTN和OUTP输出端应用增益到共振振荡器信号。在一些实施例中，增益级110可包括p型金属氧化物半导体场应效晶体管（“PMOS”）112，该晶体管112可具有耦合到OUTP的栅极、耦合到OUTN的漏极和耦合到高侧电源的源极。增益级110也可包括PMOS 111，PMOS 111可具有耦合到OUTN的栅极、耦合到OUTP的漏极和耦合到高侧电源的源极。类似地，增益级110可包括n型金属氧化物半导体场效应晶体管（“NMOS”）114，该晶体管114可具有耦合到OUTP的栅极、耦合到OUTN的漏极和耦合到接地的源极。增益级110也可包括NMOS 113，该NMOS 113可具有耦合到OUTN的栅极、耦合到OUTP的漏极和耦合到接地的源极。虽然图1示出包括NMOS和PMOS器件的特定集的增益级110的一实施例，但增益级110可以任何适合的方式配置有任何适合数量的任何适合类型的器件，例如包括NMOS、PMOS、双极结型晶体管（“BJT”）、金属半导体场效应晶体管（“MESFET”）和/或异质结双极晶体管（“HBT”）器件。
电感器108可具有耦合到OUTN的第一端子和耦合到OUTP的第二端子。在一些实施例中，电感器108可以是差分电感器，并且也可以包括共模节点（未明确示出）。类似地，电容器120、电容器130、可变叶电容器140和DAC控制可变叶电容器150中的每个可具有耦合到OUTN的第一端子和耦合到OUTP的第二端子。DCO 100的振荡频率可取决于电感器108的共振频率和在OUTN与OUTP之间应用的总电容。例如，DCO 100的振荡频率(“f o ”)可如等式1所述：
其中，L可以是电感器108的电感值，并且C可以是电容器120、电容器130、可变叶电容器140、DAC控制可变叶电容器150及与OUTN和OUTP节点相关联的任何其它寄生电容的总组合电容值。
电容器120的电容可通过任何适合的方式改变。例如，在一些实施例中，电容器120可包括可以被接通或断开以对电容器120的总电容起作用的可单独选择电容器的阵列。类似地，在一些实施例中，电容器130的电容可通过任何适合的方式改变。例如，在一些实施例中，电容器130可包括可以被接通或断开以对电容器130的总电容起作用的可单独选择电容器的阵列。
在一些实施例中，电容器120可配置成提供DCO 100的粗调谐，并且电容器130可配置成提供DCO 100的精调谐。例如，电容器120可具有与电容器130相比步长相对较大的相对较大变化范围。电容器130可具有与电容器120相比步长相对较小的相对较小变化范围。在此类实施例中，电容器120的大变化可用于将DCO 100粗调谐到在宽的可能频率范围内的所需频率，并且电容器130的小步长可用于将DCO 100精调谐到所需频率。然而，单独电容器130提供的精调谐能力可受电容器130的固有特性和/或其它设计限制的限制。例如，电容器130的最小步长可受可用的控制设置数量和给定应用中可要求的精调谐范围影响。此外，在一些应用中，最小步长可例如受给定过程中最小变抗器的最小德尔塔（delta）电容限制。另外，用于可变电容器130的给定最小电容步长可产生在不同频率范围用于DCO 100的不同频率步长。例如，在一些实施例中，电感器108可配置为1.0nH，电容器120可配置成以320 fF的步长在32个离散步中从大约1.0pF改变到大约10.92pF，以及电容器130可配置成以大约10fF的步长在32个离散步中从100fF改变到410fF。在此类实施例中，如果在OUTP与OUTN之间的总电容设成大约4pF，则DCO 100的频率可调谐到大约2.52GHz，并且由按10 fF增大或降低电容器130的电容产生的精调谐频率步可大约为3.14MHz。然而，在此类实施例中，如果在OUTP与OUTN之间的总电容设成大约8pF，则DCO 100的频率可调谐到大约1.78GHz，并且由按10 fF增大或降低电容器130的电容产生的精调谐频率步可大约为1.11MHz。
相应地，可需要改变跨OUTP和OUTN的电容的另外技术以便提供额外的精调谐分辨率和提供DCO 100的可控频率步长。
可变叶电容器140和DAC控制叶电容器150可配置成提供额外的精调谐分辨率及用于DCO 100的可控频率步长。如图1所示，DCO 100可包括任何适合数量的可变叶电容器140a-n以提供任何适合的额外的精调谐频率范围。下面参照图2更详细描述的可变叶电容器140可包括可基于电压偏置160提供的一个或多个电压偏置改变的变抗器。如图1所示，在一些实施例中，电压偏置160可提供两个恒定电压偏置VBIAS1和VBIAS2。然而，在一些实施例中，电压偏置160可提供任何适合数量的恒定或动态控制偏置输出。可变叶电容器140可包括也可基于共模偏置改变的变抗器，该共模偏置可由共模偏置170提供。共模偏置170可提供共模偏置电压信号VCM。如图1所示，在一些实施例中，共模偏置170可耦合到电阻器171的第一端子和电阻器172的第一端子。电阻器171的第二端子可耦合到节点176。类似地，电阻器172的第二端子可耦合到节点177。如图1所示，电阻器171和电阻器172可分隔节点176和177，并且因此可防止在节点176的第一共模信号VCMP与在节点177的第二共模信号VCMN之间的电短路。在一些实施例中，VCMP和VCMN可提供到可变叶电容器140和DAC控制可变叶电容器150。
下面参照图3更详细描述的DAC控制可变叶电容器150可包括可基于DAC 180提供的控制电压改变的变抗器。DAC 180可由任何适合数量的数字比特控制。例如，DAC 180可以是4比特DAC、6比特DAC或任何其它适合比特数DAC。DAC 180可配置成输出任何适合范围的模拟电压。在一些实施例中，DAC 180可配置成输出在如可由电压偏置160提供的从VBIAS1的电压到VBIAS2的电压的范围内变化的电压。
图2示出根据本公开的某些实施例的示例可变叶电容器140的示意图。可变叶电容器140可包括电容器211、电容器212、开关230、变抗器220、以及共模输入端VCMP和VCMN。
电容器211和电容器212可配置为交流（“AC”）耦合电容器。例如，在一些实施例中，电容器211可具有耦合到OUTP的第一端子和耦合到第一共模输入端VCMP的第二端子。类似地，在一些实施例中，电容器212可具有耦合到OUTN的第一端子和耦合到第二共模输入端VCMN的第二端子。如上参照图1所述，OUTP和OUTN可以是DCO 100的振荡输出端子。对于本发明来说，耦合到OUTP和OUTN的可变叶电容器140的节点也可称为差分节点，并且可变叶电容器140的总电容可以是跨差分节点的电容。VCMP和VCMN输入端可接收共模偏置170分别经电阻器171和电阻器172提供的共模电压。电容器211和电容器212作为AC耦合电容器的配置可允许与振荡OUTP和OUTN节点的共模值无关地，应用共模偏置到变抗器220。
在一些实施例中，变抗器220可包括两个电压相关的电容器221和222。电压相关电容器221可具有耦合到变抗器220的第一共模端子的第一端子和耦合到变抗器220的偏置端子的第二端子。变抗器220的第一共模端子可耦合到第一共模输入端VCMP。类似地，电压相关电容器222可具有耦合到变抗器220的第二共模端子的第一端子和耦合到变抗器220的偏置端子的第二端子。变抗器的第二共模端子可耦合到第二共模输入端VCMN。
变抗器220的偏置端子可配置成由偏置电压驱动。在一些实施例中，可变叶电容器140可包括偏置开关230。在一些实施例中，偏置开关230可包括可耦合到VBIAS1的第一输入端子和可耦合到VBIAS2的第二输入端子。偏置开关230也可包括可耦合到变抗器220的偏置端子的输出端。偏置开关230可通过数字信号控制，并且可配置成在第一状态中应用第一偏置电压（例如，VBIAS1）到变抗器220或者在第二状态中应用第二偏置电压（例如，VBIAS2）到变抗器220。
变抗器220的电容可根据从其第一和第二共模端子到其偏置端子的电压而改变。可变叶电容器140的电容又可根据变抗器220的变化的电容而改变。在一些实施例中，带有相互串联耦合的电容器211、变抗器220和电容器212的可变叶电容器140的电容可如等式2所述：
其中，C 211可以是电容器211的电容，C 212可以是电容器212的电容，以及C var220可以是变抗器220的电容。如上所述，可存在多种方式改变从变抗器220的第一和第二共模端子到变抗器220的偏置端子的电压，并且相应地可存在多种方式改变变抗器220的电容，以及又改变可变叶电容器140的总电容。例如，在一些实施例中，可经偏置开关230应用变化的偏置电压到变抗器220的偏置端子。另外，可经VCMP和VCMN输入端应用可变共模电压到变抗器220的第一和第二共模端子。相应地，在一些实施例中，可根据应用到变抗器220的偏置电压及应用到变抗器220的共模电压，改变跨DCO 100输出端OUTP和OUTN的电容，并且又改变DCO100的频率。
虽然变抗器220的一些实施例可如图2所示建模，但变抗器220可包括任何数量或任何类型的适合器件，这些器件可具有可基于跨器件应用的电压而改变的电容。例如，变抗器220可形成为基于二极管的变抗器、基于金属氧化物半导体（“MOS”）的变抗器或任何其它适合的电压相关可变电容器件。另外，变抗器220可以任何适合的模型中驱动。例如，在包括基于MOS的变抗器的实施例中，变抗器220可以耗尽模型、累积模型或倒转模型中驱动。
在一些实施例中，通过改变电容器211的电容和/或电容器212的电容，可改变可变叶电容器140的电容。电容器211和/或电容器212可通过任何适合的方式改变。例如，在一些实施例中，电容器211可包括可被接通或断开以对电容器211的总电容起作用的可单独选择电容器的阵列。在一些实施例中，电容器211可包括可根据跨电容器211的电压改变的变抗器。类似地，在一些实施例中，电容器212可包括可被接通或断开以对电容器212的总电容起作用的可单独选择电容器的阵列。在一些实施例中，电容器212可包括可根据跨电容器212的电压改变的变抗器。
对于本发明来说，术语“可变叶电容器”可概括表示任何类型的可变叶电容器，包括DAC控制可变叶电容器。术语“DAC控制可变叶电容器”还可指示可变叶电容器可受DAC控制。
图3示出DAC控制可变叶电容器150的一示例实施例的示意图。DAC控制可变叶电容器150可包括电容器311、电容器312、变抗器320及共模输入端VCMP和VCMN。
电容器311和电容器312可配置为AC耦合电容器。例如，在一些实施例中，电容器311可具有耦合到OUTP的第一端子和耦合到第一共模输入端VCMP的第二端子。类似地，在一些实施例中，电容器312可具有耦合到OUTN的第一端子和耦合到第二共模输入端VCMN的第二端子。如上参照图1所述，OUTP和OUTN可以是DCO 100的振荡输出端子。对于本发明来说，耦合到OUTP和OUTN的DAC控制可变叶电容器150的节点也可称为差分节点，并且DAC控制可变叶电容器150的总电容可以是跨差分节点的电容。VCMP和VCMN输入端可接收共模偏置170分别经电阻器171和电阻器172提供的共模电压。电容器311和电容器312作为AC耦合电容器的配置可允许与振荡OUTP和OUTN节点的共模无关地，应用共模偏置到变抗器320。
在一些实施例中，变抗器320可包括两个电压相关的电容器321和322。电压相关电容器321可具有耦合到变抗器320的第一共模端子的第一端子和耦合到变抗器320的偏置端子的第二端子。变抗器320的第一共模端子可耦合到第一共模输入端VCMP。类似地，电压相关电容器322可具有耦合到变抗器320的第二共模端子的第一端子和耦合到变抗器320的偏置端子的第二端子。变抗器的第二共模端子可耦合到第二共模输入端VCMN。
变抗器320的偏置端子可配置成由偏置电压驱动。在一些实施例中，DAC控制可变叶电容器150可包括耦合到变抗器320的偏置端子的DAC输入端DAC_IN。相应地，在一些实施例中，变抗器320的偏置端子可由DAC 180驱动。
变抗器320的电容可根据从其第一和第二共模端子到其偏置端子的电压而改变。DAC控制可变叶电容器150的电容又可根据变抗器320的变化的电容而改变。在一些实施例中，带有相互串联耦合的电容器311、变抗器320和电容器312的DAC控制可变叶电容器150的电容可如由等式3所述：
其中，C 311可以是电容器311的电容，C 312可以是电容器312的电容，以及C var320可以是变抗器220的电容。如上所述，可存在多种方式改变从第一和第二共模端子到变抗器320的偏置端子的电压，并且相应地可存在多种方式改变变抗器320的电容，以及又改变DAC控制可变叶电容器150的总电容。例如，在一些实施例中，可经DAC 180应用变化的偏置电压到变抗器320的偏置端子。另外，可经VCMP和VCMN输入端应用可变共模电压到变抗器320的第一和第二共模端子。相应地，在一些实施例中，可根据由DAC 180应用到变抗器320的偏置电压及应用到变抗器320的共模电压，改变跨DCO 100输出端OUTP和OUTN的电容，并且又改变DCO 100的频率。
虽然变抗器320的一些实施例可如图3所示建模，但变抗器320可包括任何数量或类型的适合器件，这些器件可具有可基于跨器件应用的电压而改变的电容。例如，变抗器320可形成为基于二极管的变抗器、基于金属氧化物半导体（“MOS”）的变抗器或任何其它适合的可变电容器件。另外，变抗器320可以任何适合的模型中驱动。例如，在包括基于MOS的变抗器的实施例中，变抗器220可以在耗尽模型、累积模型或倒转模型中驱动。
在一些实施例中，通过改变电容器311的电容和/或电容器312的电容，可改变DAC控制可变叶电容器150的电容。电容器311和/或电容器312可通过任何适合的方式改变。例如，在一些实施例中，电容器311可包括可被接通或断开以对电容器311的总电容起作用的可单独选择电容器的阵列。在一些实施例中，电容器311可包括可根据跨电容器311的电压改变的变抗器。类似地，在一些实施例中，电容器312可包括可被接通或断开以对电容器312的总电容起作用的可单独选择电容器的阵列。在一些实施例中，电容器312可包括可根据跨电容器312的电压改变的变抗器。
图4示出根据本公开的某些实施例的曲线图400，其说明在各种共模电压可变叶电容器140的示例实施例的示例电容-电压偏置曲线（“C-V曲线”）。可结合返回参照图2来参照图4。曲线图400中的x轴可表示应用到变抗器220的偏置端子的变化的偏置电压。曲线图400中的y轴可表示可变叶电容器140的电容值。曲线401可表示随在第一共模电压的偏置电压变化的可变叶电容器140的电容。类似地，曲线402可表示随在第二共模电压的偏置电压变化的可变叶电容器140的电容。曲线403又可表示随在第三共模电压的偏置电压变化的可变叶电容器140的电容。
在一些实施例中，电压偏置160例如可提供0V的VBIAS1和160mV的VBIAS2。如曲线401所示，共模电压设成第一共模值时，可变叶电容器140可具有由在0V偏置电压的点411表示的第一电容和在160mV偏置电压的点412表示的第二电容。类似地，如曲线402所示，共模电压设成第二共模值时，可变叶电容器140可具有由在0V偏置电压的点421表示的第三电容和在160mV偏置电压的点422表示的第四电容。如图4所示，在点411与412之间的电容步可小于在点421与422之间的电容步。相应地，基于可应用到可变叶电容器140的VCMP和VCMN输入端的共模电压，可自己改变由给定偏置电压变化造成的电容器变化的步长。虽然曲线401、402和403示出可变叶电容器140在三个离散共模电压的C-V曲线，但经VCMP和VCMP应用的共模电压可在任何数量的离散步中改变，并且因此可提供用于可变叶电容器140的任何适合数量的可能步长变化。
图4的曲线图400也可示出用于如图3所示DAC控制可变叶电容器150的一些实施例的C-V曲线。在一些实施例中，曲线401可表示DAC控制可变叶电容器150在第一共模电压的C-V特性，曲线402可表示在第二共模电压的其C-V特性，以及曲线403可表示在第三共模电压的其C-V特性。然而，不同于偏置电压可以为VBIAS1和VBIAS2之一的可变叶电容器140的一些实施例，例如，可在任何适合数量的步中跨任何适合的值的范围而改变应用到DAC控制可变叶电容器150的偏置电压。在DAC 180可以为6比特DAC的一些实施例中，DAC 180的输出范围可从0V到160mV设置，并且DAC 180可将变抗器320的偏置电压设成在0V到160mV范围内变化的64个离散设置中的任何一个设置。在此类实施例中，共模电压设成第一值时，DAC控制可变叶电容器150的电容可由沿从点411到点412的曲线401的64个离散电容中的任何一个表示。类似地，在此类实施例中，共模电压设成第二值时，DAC控制可变电容器150的电容可由沿从点421到点422的曲线402的64个离散电容中的任何一个表示。如图4所示，在点411与412之间的电容范围可小于在点421与422之间的电容范围。相应地，基于可应用的共模电压，可自己改变由改变DAC 180的输出产生的电容步长。虽然曲线401、402和403可表示DAC控制可变叶电容器150在三个离散共模电压的C-V曲线，但在VCMP和VCMP（如图3所示）应用的共模电压可在任何数量的离散步中改变，并且因此可提供DAC控制可变叶电容器150的任何适合数量的可能电容步长变化。
在一些实施例中，可变叶电容器140和/或DAC控制可变叶电容器150可配置成为DCO 100提供调谐DCO 100的另外方式及控制跨OUTP和OUTN的变化的电容步长的方式，使得可跨宽的可能频率范围保持大致一致的频率调谐步长。
例如，在一些实施例中，DCO 100可包括可具有1.0nH的电感的电感器108、电容器120、电容器130、DAC控制可变叶电容器150及可变叶电容器140的64个单独实例。可配置可变叶电容器140的每个实例，使得在第一共模电压，在第一偏置电压的其电容与在第二偏置电压的其电容之间的差可以为0.203fF。换而言之，根据图4，可配置可变叶电容器140，使得在第一共模电压沿曲线401在点411与点412之间的电容差可以大约为0.203fF。类似地，可配置可变叶电容器140的每个实例，使得在第二共模电压，在第一偏置电压的其电容与在第二偏置电压的其电容之间的差可以为0.575fF。换而言之，根据图4，可配置可变叶电容器140，使得在第二共模电压沿曲线402在点421与点422之间的电容差可以大约为0.575fF。
在此类实施例中，如果跨OUTP和OUTN的总电容设成大约4pF，并且DCO 100的频率粗略调谐到大约2.52GHz，则共模偏置170可配置成提供第一共模电压，并且用于64个可变叶电容器140中的每个的结果0.203fF电容步长可提供步长为64KHz的64个频率调谐设置。如果DCO 100在以后配置成输出不同频率，则可调整共模电压，使得频率步长可得以保持。例如，如果跨OUTP和OUTN的总电容调整成大约8pF，并且DCO 100的频率粗略调谐到大约1.78GHz，则共模偏置170可配置成提供第二共模电压，并且用于64个可变叶电容器140中的每个的结果0.575fF电容步长可提供步长为64KHz的64个频率调谐设置。
在此类实施例中，每个可具有64 KHz步长的可变叶电容器140的64个实例可提供大约4 MHz的总调谐范围。在一些实施例中，此类调谐范围可足以允许其中可包含DCO 100的锁相环（“PLL”）保持锁定。然而，在一些备选实施例中，DCO 100可包括可配置成具有任何适合电容范围的任何适合数量的可变叶电容器140。
在一些实施例中，DAC控制可变叶电容器150可配置成匹配可变叶电容器140。例如，在一些实施例中，在DAC控制可变叶电容器150中的电容器311可配置成匹配可变叶电容器140中的电容器211，并且DAC控制可变叶电容器150中的电容器312可配置成匹配可变叶电容器140中的电容器212。同样地，在一些实施例中，DAC控制可变叶电容器150中的变抗器320可配置成匹配可变叶电容器140中的变抗器220。
另外，在一些实施例中，DAC控制可变叶电容器150可配置成结合可变叶电容器140操作。例如，DAC 180可配置为6比特DAC，其中模拟输出在从电压偏置160提供的第一偏置电压（例如，VBIAS1）到电压偏置160提供的第二偏置电压（例如，VBIAS2）的范围内变化。此外，可配置DAC控制可变叶电容器150，使得在第一共模电压，在最低DAC设置的其电容与在最高DAC设置的其电容之间的差可以为0.203fF。换而言之，根据图4，可配置DAC控制可变叶电容器150，使得其电容可以是在点411与点412之间沿曲线401跨0.203fF范围的64个离散设置中的任何一个。同样地，可配置DAC控制可变叶电容器150，使得在第二共模电压，在最低DAC设置的其电容与在最高DAC设置的其电容之间的差可以为0.575fF。换而言之，根据图4，可配置DAC控制可变叶电容器150，使得其电容可以是在点421与点422之间沿曲线402跨0.575fF范围的64个离散设置中的任何一个。
在此类实施例中，如果跨OUTP和OUTN的总电容设成大约4pF，并且DCO 100的频率粗略调谐到大约2.52GHz，则共模偏置170可配置成提供第一共模电压，并且沿0.203 fF可变电容范围的64个DAC控制设置可以以大约1 KHz的步长沿64 KHz范围提供64个设置。如果DCO 100在以后配置成输出不同频率，则可调整共模电压，使得大约相等的频率步长可得以保持。例如，如果跨OUTP和OUTN的总电容调整成大约8pF，并且DCO 100的频率粗略调谐到大约1.78GHz，则共模偏置170可配置成提供第二共模电压，并且沿0.575 fF可变电容范围的64个DAC控制设置可以以大约1 KHz的步长沿64 KHz范围提供64个设置。相应地，在一些实施例中，DAC控制可变叶电容器150和可变叶电容器140的64个实例可相互结合操作，以便在多个不同调谐频率范围以1KHz的最小步长跨4MHz的范围提供DCO 100的额外精调谐。
示例实施例在上面以特定值描述以便提供例如DCO 100的频率的计算。然而，所述用于例如电压偏置160、共模偏置170、电容器120、电容器130、可变叶电容器140及DAC控制可变叶电容器150的各种值只是示范。任何其它适合的值可用于实现所需调谐分辨率以及跨DCO 100的不同频率的范围的可控频率调谐步长。例如，更小的电容值可用于DAC控制可变叶电容器150的一些实施例以实现比1KHz更精细的调谐分辨率。在此类实施例中，更小的电容值可用于实现例如800Hz或更小的分辨率。
如上所述，可变叶电容器140和DAC控制可变叶电容器150的电容可取决于共模电压和偏置电压两者。如上所述，在一些实施例中，通过控制共模电压，可设置偏置电压的给定变化的步长，并且随后通过设置偏置电压，可控制器件的电容。在一些实施例中，可反转偏置电压和共模电压的角色。例如，在一些实施例中，通过控制偏置电压，可设置用于共模电压的给定变化的步长，并且随后通过设置共模电压可控制器件的电容。
在一些实施例中，在可变叶电容器140与DAC控制可变叶电容器150之间的匹配可提供DCO 100的改进调谐性能。例如，在DAC控制可变叶电容器150中的AC耦合电容器311和312及变抗器320匹配可变叶电容器140的实例中的相应AC耦合电容器211和212及变抗器220时，能够经相同共模电压信号一起控制可变叶电容器140和DAC控制可变叶电容器150的共模设置。匹配对应组件并且通过相同共模电压信号VCMP和VCMN驱动那些组件可允许器件的物理半导体布局位置相互靠近，优化相应器件的物理匹配。相应地，由于无意的半导体处理效应原因造成的物理不匹配可降到最低，并且由物理不匹配组件引入的任何频率调谐间隔又可得以消除或降到最低。
另外，虽然可变叶电容器140和DAC控制可变叶电容器150的一些实施例在上面描述为相互结合操作以执行单个精调谐方案，但可变叶电容器140的一些实施例和DAC控制可变叶电容器150的一些实施例可相互独立进行控制和/或操作。
对于DCO 100的一些实施例，电容器120可描述为提供“粗”调谐，电容器130可描述为提供“精”调谐，以及DAC控制可变叶电容器150和可变叶电容器140可描述为提供“额外精”调谐。然而，术语“粗”、“精”和“额外精”只指示与在DCO 100的给定实施例中可能可用的调谐的其它方法相比的可能相对调谐分辨率。例如，在一些实施例中，DCO 100可包括电容器120和DAC控制可变叶电容器150，并且在此类实施例中，可改变电容器120，使得它与DAC控制可变叶电容器150相比，提供“粗”调谐，以及可改变DAC控制可变叶电容器150，使得它与电容器120相比，提供“精”调谐。
图5示出根据本公开的某些实施例，用于调谐DCO 100的示例方法500的流程图。
在步骤502，方法500可要求将DCO 100粗调谐到所需频率。在一些实施例中，DCO100可包括由电感器108和诸如电容器120、电容器130、可变叶电容器140和/或DAC控制可变叶电容器150等一个或多个电容元件形成的LC-共振器。数字控制的振荡器的频率可取决于电感器108的电感和电容元件的总电容。通过调整电感器108的电感和/或通过调整例如电容器120和/或电容器130的电容，可粗略调谐DCO 100的频率。
在步骤504，方法500可要求将诸如可变叶电容器140或DAC控制可变叶电容器150等可变叶电容器的电容步长设成对应于在所需频率的数字控制的振荡器100的所需频率调谐步长的电容步长。在一些实施例中，可变叶电容器的电容可取决于偏置电压和共模电压，并且通过偏置电压的变化实现的电容步长可取决于共模电压。相应地，在一些实施例中，设置可变叶电容器的电容步长可包括设置共模电压。
在步骤506，方法500可要求通过设置可变叶电容器的电容，将DCO 100精调谐到所需频率。在一些实施例中，设置可变叶电容器的电容可包括设置应用到可变叶电容器的偏置电压。
虽然图5公开相对于方法500要进行的特定数量的步骤，但方法500可通过比图5所示那些步骤更多或更少的步骤执行。例如，方法500可通过步骤504和506执行。另外，虽然图5公开相对于方法500要进行的步骤的某个顺序，但包括方法500的步骤可以任何适合的顺序完成。例如，步骤502可在步骤504之后进行。
本公开包含本领域技术人员将领会的对本文中示例实施例的所有更改、替代、变化、变更和修改。类似地，在适当的情况下，随附权利要求书包含本领域技术人员将领会的对本文中示例实施例的所有更改、替代、变化、变更和修改。另外，随附权利要求书中提及了设备或系统或设备或系统的组件适用于、布置成、能够，、配置成、使能、可操作用于或操作用于执行特定功能，只要该设备、系统或组件是如此适用、布置、能够、配置、使能、可操作或操作，该提及便包含该设备、系统、组件，而无论其或那个特定功能是否被激活，开启或解除锁定。
本文中所述所有示例和条件语言旨在用于实现教学目的，以帮助读者理解本发明的原理和发明者对推动技术而发表的概念，并且要视为不是对此类具体所述示例和条件的限制，说明书中此类示例的组织也与本发明的优势和劣势的示出无关。虽然本发明的实施例已详细描述，但应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，能够对其进行各种更改、替代和变更。

Claims (20)

1.一种可变叶电容器，包括：
第一交流耦合电容器，其具有耦合到第一差分节点的第一端子和耦合到第一共模节点的第二端子；
第二交流耦合电容器，其具有耦合到第二差分节点的第一端子和耦合到第二共模节点的第二端子；以及
变抗器，其具有偏置端子、耦合到所述第一共模节点的第一共模端子和耦合到所述第二共模节点的第二共模端子，其中所述变抗器的电容基于从所述变抗器的所述第一共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压并且基于从所述变抗器的所述第二共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压。
2.如权利要求1所述的可变叶电容器，其中所述变抗器的所述偏置端子耦合到数模转换器的输出端。
3.如权利要求1所述的可变叶电容器，其中所述变抗器的所述偏置端子耦合到可变电压偏置。
4.如权利要求1所述的可变叶电容器，其中所述变抗器是基于金属氧化物半导体的变抗器。
5.如权利要求1所述的可变叶电容器，其中所述可变叶电容器的电容基于所述变抗器的电容、所述第一交流耦合电容器的电容和所述第二交流耦合电容器的电容。
6.如权利要求5所述的可变叶电容器，其中：
所述第一交流耦合电容器的电容是可变的；以及
所述第二交流耦合电容器的电容是可变的。
7.一种数字控制的振荡器，包括：
增益级；
电感器；
可变电容器；以及
可变叶电容器，所述可变叶电容器包括：
第一交流耦合电容器，其具有耦合到第一差分节点的第一端子和耦合到第一共模节点的第二端子；
第二交流耦合电容器，其具有耦合到第二差分节点的第一端子和耦合到第二共模节点的第二端子；以及
变抗器，其具有偏置端子、耦合到所述第一共模节点的第一共模端子和耦合到所述第二共模节点的第二共模端子，其中所述变抗器的电容基于从所述变抗器的所述第一共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压并且基于从所述变抗器的所述第二共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压。
8.如权利要求7所述的数字控制的振荡器，其中所述可变叶电容器的电容基于所述变抗器的电容、所述第一交流耦合电容器的电容和所述第二交流耦合电容器的电容。
9.如权利要求7所述的数字控制的振荡器，其中：
所述变抗器的所述偏置端子耦合到可变电压偏置；以及
所述第一共模节点和所述第二共模节点配置成具有基于共模偏置的共模。
10.如权利要求9所述的数字控制的振荡器，其中：
所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第一电容、所述共模偏置设成第一共模并且所述可变电压偏置设成第一偏置时在第一频率振荡；
所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第一电容、所述共模偏置设成第一共模并且所述可变电压偏置设成第二偏置时在第二频率振荡；
所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第二电容、所述共模偏置设成第二共模并且所述可变电压偏置设成第一偏置时在第三频率振荡；
所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第二电容、所述共模偏置设成第二共模并且所述可变电压偏置设成第二偏置时在第四频率振荡；以及
在所述第三频率与所述第四频率之间的差相当于在所述第一频率与所述第二频率之间的差。
11.如权利要求7所述的数字控制的振荡器，其中：
所述变抗器的所述偏置端子耦合到数模转换器的输出端；以及
所述第一共模节点和所述第二共模节点配置成具有基于共模偏置的共模。
12.如权利要求11所述的数字控制的振荡器，其中：
所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第一电容、所述共模偏置设成第一共模并且DAC设成第一设置时在第一频率振荡；
所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第一电容、所述共模偏置设成第一共模并且所述DAC设成第二设置时在第二频率振荡；
所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第二电容、所述共模偏置设成第二共模并且所述DAC设成第一设置时在第三频率振荡；
所述数字控制的振荡器配置成在所述可变电容器设成第二电容、所述共模偏置设成第二共模并且所述DAC设成第二设置时在第四频率振荡；以及
在所述第三频率与所述第四频率之间的差相当于在所述第一频率与所述第二频率之间的差。
13.如权利要求12所述的数字控制的振荡器，其中在所述第一频率与所述第二频率之间的差为1KHz或更小。
14.如权利要求8所述的数字控制的振荡器，其中：
所述第一交流耦合电容器的电容是可变的；以及
所述第二交流耦合电容器的电容是可变的。
15.一种数字控制的振荡器，包括：
增益级；
电感器；
可变电容器；以及
第一可变叶电容器，所述第一可变叶电容器包括：
第一交流耦合电容器，其具有耦合到第一差分节点的第一端子和耦合到第一共模节点的第二端子；
第二交流耦合电容器，其具有耦合到第二差分节点的第一端子和耦合到第二共模节点的第二端子；以及
变抗器，其具有耦合到可变电压偏置的偏置端子、耦合到所述第一共模节点的第一共模端子和耦合到所述第二共模节点的第二共模端子，其中所述变抗器的电容基于从所述变抗器的所述第一共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压并且基于从所述变抗器的所述第二共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压；以及
第二可变叶电容器，所述第二可变叶电容器包括：
第一交流耦合电容器，其具有耦合到所述第一差分节点的第一端子和耦合到所述第一共模节点的第二端子；
第二交流耦合电容器，其具有耦合到所述第二差分节点的第一端子和耦合到所述第二共模节点的第二端子；以及
变抗器，其具有耦合到数模转换器的输出端的偏置端子、耦合到所述第一共模节点的第一共模端子和耦合到所述第二共模节点的第二共模端子，其中所述变抗器的电容基于从所述变抗器的所述第一共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压并且基于从所述变抗器的所述第二共模端子到所述变抗器的所述偏置端子的电压。
16.如权利要求15所述的数字控制的振荡器，其中：
所述第一可变叶电容器的所述第一交流耦合电容器匹配所述第二可变叶电容器的所述第一交流耦合电容器；
所述第一可变叶电容器的所述第二交流耦合电容器匹配所述第二可变叶电容器的所述第二交流耦合电容器；
所述第一可变叶电容器的所述变抗器匹配所述第二可变叶电容器的所述变抗器；以及
所述数模转换器配置成在相当于所述可变电压偏置配置成驱动所述第一可变叶电容器的所述变抗器的电压范围的范围，驱动所述第二可变叶电容器的所述变抗器的所述偏置端子。
17.一种用于调谐数字控制的振荡器的方法，包括：
粗调谐数字控制的振荡器到第一频率，其中所述数字控制的振荡器的频率取决于电感器和包括可变叶电容器的一个或多个电容元件的总电容；
将所述可变叶电容器的电容步长设成对应于在所述第一频率所述数字控制的振荡器的所需频率步长的第一电容步长；以及
通过设置所述可变叶电容器的电容，精调谐所述数字控制的振荡器到所述第一频率。
18.如权利要求17所述的方法，其中：
所述可变叶电容器的电容取决于偏置电压和共模电压；
通过所述偏置电压的变化实现的电容步长取决于所述共模电压；
设置所述可变叶电容器的所述电容步长包括设置所述共模电压；以及
设置所述可变叶电容器的电容包括设置所述偏置电压。
19.如权利要求18所述的方法，包括：
粗调谐所述数字控制的振荡器到第二频率；
将所述可变叶电容器的电容步长设成对应于在所述第二频率所述数字控制的振荡器的所需频率步长的第二电容步长；以及
通过设置所述可变叶电容器的电容，精调谐所述数字控制的振荡器到所述第二频率。
20.如权利要求18所述的方法，其中精调谐所述数字控制的振荡器还包括改变第一交流耦合电容器的电容和第二交流耦合电容器的电容。
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