CN106105024B - 使用跨导(gm)负反馈的低噪声和低功率压控振荡器(VCO) - Google Patents

使用跨导(gm)负反馈的低噪声和低功率压控振荡器(VCO) Download PDF

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Abstract

本公开的某些方面通常涉及使用与传统VCOs相比降低或可调负跨导(‑gm)的压控振荡器(VCOs)。该‑gm负反馈技术抑制噪声注入VCO的电感器‑电容器(LC)储能电路中，由此对于给定VCO电压摆幅提供了较低的信噪比(SNR)，较低的功耗，以及降低的相位噪声。一个示例性VCO通常包括谐振槽电路，与谐振槽电路链接的有源负跨导电路，以及用于拉或灌偏置电流通过谐振槽电路和有源负跨导电路以产生振荡信号的偏置电流电路。有源负跨导电路包括交叉耦合的晶体管，以及连接在交叉耦合晶体管与参考电压之间的阻抗。

Description

使用跨导(gm)负反馈的低噪声和低功率压控振荡器(VCO)
优先权申明
本申请要求享有2014年3月11日提交的美国专利申请序列号 14/204,542的优先权，在此通过全文引用的方式并入本文。
技术领域
本公开的某些方面通常涉及电子电路，并且更特别地涉及具有降低或可调的负跨导的压控振荡器(VCO)。
背景技术
广泛采用无线通信网络以提供各种通信服务，诸如电话、视频、数据、消息传递、广播等等。通常是多路访问网络的这些网络通过共享可应用网络资源而支持多个用户通信。例如，一种网络可以是3G (第三代移动电话标准和技术)系统，其可以经由包括EVDO(优化的演进数据)、1xETT(1倍无线电传输技术，或简称1x)、W-CDMA (宽带码分多址)、UMTS-TDD(通用移动系统-时分双工)、HSPA(高速数据包访问)、GPRS(通用数据包无线电服务)、或EDGE(用于全局演进的增强数据速率)的各种3G无线电访问技术(RATs)的任一种而提供网络服务。3G网络是演进用于除了语音呼叫之外包括高速互联网访问和视频电话的广域蜂窝电话网络。此外，3G网络可以比其他网络系统建立更多并且提供更大的覆盖区域。这些多路访问网络也可以包括码分多址(CDMA)系统，时分多址(TDMA)系统，频分多址(FDMA)系统、正交频分多址(OFDMA)系统、单载波 FDMA(SC-FDMA)网络、第3代合伙项目(3GPP)长期演进(LTE) 网络，以及长期演进增强(LTE-A)网络。
无线通信网络可以包括可以支持多个移动站点通信的许多基站。移动站点(MS)可以经由下行链路和上行链路与基站(BS)通信。下行链路(或正向链路)涉及从基站至移动站点的通信链路，而上行链路(或反向链路)涉及从移动站点至基站的通信链路。基站可以在下行链路上发送数据和控制信息至移动站点，和/或可以在上行链路上从移动站点接收数据和控制信息。
发明内容
本公开的某些方面通常涉及使用与传统VCOs相比减小或可调负跨导(-gm)的压控振荡器(VCOs)。该-gm负反馈技术抑制噪声注入 VCO的电感器-电容器(LC)储能电路中，由此对于给定VCO电压摆幅提供了较低的信噪比(SNR)、较低的功耗、以及减少的相位噪声。
本公开的某些方面提供了一种VCO。VCO通常包括谐振槽电路，与谐振槽电路连接的有源负跨导电路，以及用于拉或灌偏置电流通过谐振槽电路和有源负跨导电路以产生振荡信号的偏置电流电路。有源负跨导电路包括交叉耦合的晶体管以及在交叉耦合的晶体管与参考电压之间连接的阻抗。
根据某些方面，VCO可以进一步包括配置为可编程地分流阻抗的开关。对于某些方面，开关可以包括晶体管。
根据某些方面，交叉耦合的晶体管可以包括n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFETs，也已知为NMOS晶体管)。对于某些方面，交叉耦合晶体管中的每个的本体与参考电压连接。
根据某些方面，阻抗是可变阻抗。
根据某些方面，阻抗是电阻器。
根据某些方面，阻抗包括电感器。
根据某些方面，有源负跨导电路具有可变跨导。可以通过改变有源负跨导电路中晶体管的有效尺寸而调整可变跨导。
根据某些方面，交叉耦合晶体管包括交叉耦合p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(pMOSFETs，也已知为PMOS晶体管)和交叉耦合NMOS晶体管。在该情形中，阻抗(也即第一阻抗)可以连接在NMOS晶体管和参考电压之间。对于某些方面，另一阻抗(也即第二阻抗)可以连接在PMOS晶体管和偏置电流电路之间。对于某些方面，VCO可以进一步包括至少一个开关，配置用于可编程地分流阻抗(也即第一阻抗)或另一阻抗(也即第二阻抗)的至少一个。
根据某些方面，偏置电流电路包括电流镜。
根据某些方面，谐振槽电路包括电感器-电容器(LC)储能电路。
根据某些方面，参考电压是电接地。
本公开的某些方面提供了一种VCO。VCO通常包括谐振槽电路，与谐振槽电路连接并且具有可变跨导的有源负跨导电路，以及用于拉或灌偏置电流通过谐振槽电路和负跨导电路以产生振荡信号的偏置电流电路。
根据某些方面，通过改变有源负跨导电路中晶体管的有效尺寸而调整可变跨导。
根据某些方面，有源负跨导电路包括交叉耦合的晶体管。晶体管对于某些方面可以包括NMOS场效应晶体管。对于其他方面，交叉耦合晶体管包括交叉耦合PMOS晶体管和交叉耦合NMOS晶体管。对于某些方面，晶体管的每个的本体或源极中的至少一个与参考电压(例如电接地)连接。
根据某些方面，偏置电流电路包括电流镜。
根据某些方面，谐振槽电路是LC储能电路。
本公开的某些方面提供了一种用于无线通信的设备。设备包括至少一个天线，以及配置用于经由至少一个天线接收射频(RF)信号的接收器、或配置用于经由至少一个天线发射射频信号的发射器的至少一个。接收器或发射器的至少一个具有VCO，其通常包括谐振槽电路，与谐振槽电路连接的有源负跨导电路，以及用于拉或灌偏置电流通过谐振槽电路和有源负跨导电路以产生振荡信号的偏置电流电路。有源负跨导电路包括交叉耦合晶体管以及连接在交叉耦合晶体管与参考电压之间的阻抗。
根据某些方面，VCO可以进一步包括配置用于可编程地分流阻抗的开关。对于某些方面，开关可以包括晶体管。
根据某些方面，有源负跨导电路具有通过改变有源负跨导电路中晶体管有效尺寸而调整的可变跨导。
根据某些方面，交叉耦合晶体管的每个的本体与参考电压连接。
本公开的某些方面提供了一种用于无线通信的设备。设备包括至少一个天线，以及配置用于经由至少一个天线接收RF信号的接收器、以及配置用于经由至少一个天线发送RF信号的发射器的至少一个。接收器或发射器的至少一个具有VCO，通常包括谐振槽电路，与谐振槽电路连接并具有可变跨导的有源负跨导电路，以及用于拉或灌偏置电流通过谐振槽电路和有源负跨导电路以产生振荡信号的偏置电流电路。
根据某些方面，通过改变有源负跨导电路中晶体管的有效尺寸而调整可变跨导。
附图说明
因此可以通过参考附图中示出一些的方面而在如上简要概述的、详细、更特别说明书中理解本公开的上述特征的方式。然而，应该注意的是，附图仅示出了本公开的某些典型方面，并且因此不应视作限制其范围，因为说明书可以承认其他同等有效的方面。
图1是根据本公开某些方面的示例性无线通信网络的示图。
图2是根据本公开某些方面的示例性接入点(AP)和示例性用户终端的方框图。
图3是根据本公开某些方面的使用电感器-电容器(LC)储能电路的压控振荡器(VCO)的示例性示意图。
图4A是根据本公开某些方面的使用尾部阻抗以降低跨导的示例性VCO的示意图。
图4B是根据本公开某些方面的使用尾部电阻器以降低跨导并且使用开关以可编程地分流尾部电阻器的示例性VCO的示意图。
图4C是根据本公开某些方面的使用可变尾部阻抗以调整跨导的示例性VCO的示意图。
图4D是根据本公开某些方面的使用可变有源负跨导电路的示例性VCO的示意图。
图5A是根据本公开某些方面的将VCOs与和不与尾部电阻器比较的相位噪声与VCO电流的示意图。
图5B是根据本公开某些方面的将VCOs与和不与尾部电阻器比较的、相位噪声与VCO电压摆幅的示例性示图。
图6是根据本公开某些方面的使用具有用于降低跨导的两个电阻器以及用于可编程地分流电阻器的两个开关的互补金属氧化物半导体(CMOS)有源负跨导电路的示例性VCO的示意图。
具体实施方式
以下描述本公开的各个方面。应该明显的是，在此可以以广泛各种形式具体化教导，以及在此所公开的任何特定结构、功能或两者仅仅是示例性的。基于在此的教导，本领域技术人员应该知晓，在此公开的方面可以独立于任何其他方面而实施，并且这些方面的两个或更多可以以各种方式组合。例如，可以使用在此列出的任意数目方面而实施设备或者实施方法。此外，可以使用其他结构、功能、或者除了在此列出一个或多个方面之外的结构和功能而实施该设备或者实施该方法。
词语“示例性”在此用于意味着“用作示例、实例或说明”。在此描述作为“示例性”的任何方面不必构造为在其他方面之上的优选或有利的。
在此所述的技术可以与各种无线技术组合使用，诸如码分多址 (CDMA)、正交频分多址(OFDM)、时分多址(TDMA)、空分多址(SDMA)、单载波频分多址(SC-FDMA)、时分同步码分多址 (TD-SCDMA)等等。多用户终端可以经由不同的(1)用于CDMA 的正交码信道、(2)用于TDMA的时间空槽、或(3)用于OFDM的子波段而同时发射/接收数据。CDMA系统可以实施IS-2000、IS-95、 IS-856、宽带CDMA(W-CDMA)或一些其他标准。OFDM系统可以实施电气和电子工程师协会(IEEE)802.11、IEEE 802.16、长期演进 (LTE)(例如在TDD和/或FDD模式下)、或一些其他标准。TDMA 系统可以实施GSM或一些其他标准。这些各种标准是本领域已知的。
示例性无线系统
图1示出了具有接入点和用户终端的无线通信系统100。为了简明，在图1中仅示出了一个接入点110。接入点(AP)通常是固定站点，其与用户终端通信并且也可以称作基站(BS)、演进节点B(eNB) 或一些其他术语。用户终端(UT)可以是固定或移动的，并且也可以称作移动站点(MS)、访问终端、用户设备(UE)、站点(STA)、客户端、无线装置、或一些其他术语。用户终端可以是无线装置，诸如蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、手持式装置、无线调制解调器、膝上型计算机、输入板、个人计算机等。
接入点110可以在下行链路和上行链路上在任意给定时刻与一个或多个用户终端120通信。下行链路(也即正向链路)是从接入点至用户终端的通信链路，以及上行链路(也即反向链路)是从用户终端至接入点的通信链路。用户终端也可以与另一用户终端点对点通信。系统控制器130耦合至接入点并且为其提供协同和控制。
系统100利用多个发射天线和多个接收天线以用于在下行链路和上行链路上数据传输。接入点110可以装备具有Nap个天线以实现用于下行链路传输的发射多样性和/或用于上行链路传输的接收多样性。选定用户终端120的集合Nu可以接收下行链路传输并且发射上行链路传输。每个选定的用户终端向接入点发射用户特殊数据和/或从接入点接收用户特殊数据。通常，每个选定的用户终端可以装备具有一个或多个天线(也即Nut≥1)。Nu个选定用户终端可以具有相同或不同数目的天线。
无线系统100可以是时分双工(TDD)系统或频分双工(FDD) 系统。对于TDD系统，下行链路和上行链路共用相同频段。对于FDD 系统，下行链路和上行链路使用不同的频段。系统100也可以采用单个载波或多个载波用于传输。每个用户终端可以装备具有单个天线(例如为了保持成本降低)或多个天线(例如其中可以支持额外的成本)。
图2示出了无线系统100中接入点110和两个用户终端120m和 120x的方框图。接入点110装备具有Nap个天线224a至224ap。用户终端120m装备具有Nut,m个天线252ma至252mu，用户终端120x装备具有Nut,x个天线252xa至252xu。接入点110是用于下行链路的发射实体以及用于上行链路的接收实体。每个用户终端120是用于上行链路的发射实体以及用于下行链路的接收实体。如在此所使用的，“发射实体”是能够经由频率信道发射数据的独立操作的设备或装置，以及“接收实体”是能够经由频率信道接收数据的独立操作的设备或装置。在以下说明书中，下标“dn”标志下行链路，下标“up”标志上行链路，选择Nup个用户终端用于在上行链路上的同时传输，选择Ndn个用户终端用于在下行链路上同时传输，Nup可以等于或不等于Ndn，并且Nup和Ndn可以是静态数值或者可以对于每个调度间隔而改变。可以在接入点和用户终端处使用光束控制或一些其他空间处理技术。
在上行链路上，在被选择用于上行链路传输的每个用户终端120 处，TX数据处理器288从数据源286接收业务量数据并从控制器280 接收控制数据。TX数据处理器288基于与对于用户终端选择的比率相关联的编码和调制方案而处理(例如编码、交错和调制)业务量数据{dup}，并且为Nut,m个天线的一个提供数据符号流{sup}。收发器前端 (TX/RX)254(也已知为射频前端(RFFE))接收并处理(例如转换为模拟，放大，滤波，以及升频转换)各自符号流以产生上行链路信号。收发器前端254也可以将上行链路信号经由例如RF开关而路由至Nut,m个天线的一个以用于发射多样性。控制器280可以控制在收发器前端254内的路由选择。
可以调度安排Nup个用户终端以用于在上行链路上同时传输。这些用户终端的每个在上行链路上将经处理的符号流的集合发射至接入点。
在接入点110处，Nap个天线224a至224ap从在上行链路上发射的所有Nup个用户终端接收上行链路信号。为了接收多样性，收发器前端222可以选择从天线224的一个接收的信号以用于处理。对于本公开的某些方面，可以组合从多个天线224接收的信号组合以用于增强接收多样性。接入点的收发器前端222也执行与由用户终端的收发器前端254所执行互补的处理，并且提供经恢复的上行链路数据符号流。经恢复的上行数据符号流是由用户终端发射的数据符号流{sup}的估算。RX数据处理器242根据用于该流的比率而处理(例如解调、去交错和解码)经恢复的上行链路数据符号流以获得已解码的数据。对于每个用户终端的已解码数据可以提供至数据宿244以用于存储和 /或提供至控制器230以用于进一步处理。
在下行链路上，在接入点110处，TX数据处理器210从数据源 208接收业务量数据用于为下行链路传输调度的Ndn个用户终端，从控制器230接收控制数据，以及可能从调度器234接收其他数据。各种类型数据可以在不同传输信道上发送。TX数据处理器210基于为该用户终端选择的比率而处理(例如编码、交错和调制)用于每个用户终端的业务量数据。TX数据处理器210可以为了将要从Nap个天线的一个发射的Ndn个用户终端的一个或多个而提供下行链路数据符号流。收发器前端222接收并处理(例如转换为模拟，放大，滤波，以及升频转换)符号流以产生下行链路信号。收发器前端222也可以将下行链路信号经由例如RF开关而路由至Nap个天线224的一个或多个以用于发射多样性。控制器230可以控制在收发器前端222内的路由选择。
在每个用户终端120处，Nut,m个天线252从接入点110接收下行链路信号。对于在用户终端120处接收多样性，收发器前端254可以选择从天线252的一个接收的信号以用于处理。对于本公开的某些方面，可以组合从多个天线252接收的信号组合以用于增强接收多样性。用户终端的收发器前端254也执行与接入点的收发器前端222所执行互补的处理，并且提供经恢复的下行链路数据符号流。RX数据处理器270处理(例如解调、去交错和解码)经恢复的下行链路数据符号流以获得用于用户终端的已解码数据。
本领域技术人员将认识到在此所述的技术可以通常应用于采用了任何类型多路访问方案的系统中，诸如TDMA、SDMA、正交频分多址(OFDMA)、CDMA、SC-FDMA及其组合。
示例性的压控振荡器
本地振荡器(LO)通常包括在射频前端(RFFEs)中以用于产生利用以使用混频器将感兴趣信号转换至不同频率的信号。已知为外差法，该频率转换过程产生LO频率与感兴趣信号频率的频率总和和频率差。频率总和和频率差称作节拍频率。当需要其用于LO的输出以维持频率稳定时，对于不同频率的调谐指示了使用可变频率振荡器，涉及在稳定性与可调谐性之间的折衷。当代系统使用具有压控振荡器 (VCO)的频率综合器以产生具有特定调谐范围的稳定、可调谐的 LO。
在现代通信系统(例如WLAN)中，理想的VCO应该不仅具有低噪声，而且也工作在低电压下，消耗较少功率，并且覆盖宽频率范围。为了减小相位噪声，VCO设计者可以降低噪声本底或者增大VCO 电压摆幅水平以实现更高的信噪比(SNR)。最传统的设计通过提高 VCO电压摆幅具有更高电流、更高电源电压并且使用高阈值电压装置(以允许更高电压摆幅)而提升SNR。功耗因此不可避免地更高。因为高电压装置通常具有较低的速度(单一频率)，这些方案通常受限于较低频率的VCO设计。
本公开的某些方面提供了克服这些缺点的一种VCO。低电压金属氧化物半导体(MOS)器件仍然可以用于支持更高速度操作。然而，替代于采用较高电压摆幅减小相位噪声(并且增大SNR)，本公开的某些方面专注在抑制注入电感器-电容器(LC)储能电路中噪声的技术。这为给定电压摆幅提供了更低的SNR，并且因此提供了更低的功耗。
图3是典型VCO 300的示意图，具有谐振槽电路304(此处为 LC储能电路)，与谐振槽电路连接的有源负跨导(-gm)电路306，用于拉(sourcing)(或灌(sinking))偏置电流通过谐振槽电路304和有源负跨导电路306以产生振荡信号的偏置电流电路302。如图3中所示，标注为M1和M2的NMOS器件的配对交叉耦合以形成有源负跨导电路306，其用于抵消谐振槽电路304的损耗(由于寄生)，并且因此用于维持振荡机制。谐振槽电路304可以包括设计用于在某一谐振频率下振荡的两个电感器L1和L2(或中间抽头电感器)以及电容器C。偏置电流电路302可以包括使用标注为M3和M4的PMOS器件配对形成的电流镜拓扑结构的电流源，其中电流镜用于将电流拉至谐振槽电路304，该电流等价于电流源的电流。如图3中所示，在PMOS 器件配对M3、M4之间可以存在标注为FLT的滤波器(例如低通RC 滤波器)，设计用于阻挡电流镜偏置支路中噪声到达谐振槽电路304。
已经存在许多设计尝试以减小VCO相位噪声，以及因此增大 SNR。如上简要所述，用于提升SNR的最传统技术之一是提高VCO 电压摆幅。为了增大SNR，传统方案是通过施加更多流入谐振槽电路中的电流而增大电压摆幅。然而，增大电流也增大了NMOS器件的增益(gm)。由此得出结论，也放大了器件的噪声并且不可避免地注入储能电路中。因为摆幅增大线性地正比于增大的电流量，而噪声增大近似正比于平方根，整体SNR中存在最适度的改进。然而，对于给定电压摆幅(对应于所使用的给定电流)，该SNR改进方法并不视作非常有效。
本公开的某些方面减小了在相同电压摆幅水平下有源负跨导电路注入谐振槽电路中的噪声贡献。图4A是根据本公开方面的VCO 400的一个示例性实施方式的示意图。在此，有源负跨导电路306包括两个交叉耦合的NMOS晶体管M1、M2，以及插入在节点X和参考电压节点(例如标注“gnd”的电接地)之间的尾部阻抗(tail impedance)Z。NMOS器件M1和M2的体极连接(bulk connection) 可以分立地连接至具有比节点X较低电势的节点，较低电势节点在该情形中是接地。
阻抗Z可以由任何合适的无源电路部件(例如电阻器、电感器和电容器)的组合构成以实现所需的阻抗Z。阻抗Z可以仅具有电阻值 (也即零电抗)，并且对于某些方面，可以是单个尾部电阻器R1，如图4B的示例性VCO 430中所示。对于某些方面，阻抗Z可以具有配置用于可编程地分流(也即短路)节点X至接地的开关。如图4B中所示，NMOS器件M7用作该旁路开关(也即分流)并且可以通过分别将M7的栅极设置在逻辑高或低而导通或关断。通常在低噪声操作期间关断M7。对于某些方面，阻抗Z可以是可变阻抗，如图4C的示例性VCO 460中所示。在该情形中，各种无源电路部件的任意一个或多个可以能够改变，以使得总阻抗Z是可调的。
当VCO完全振荡时，每个NMOS器件M1、M2上的信号摆幅相对较大。尾部阻抗Z(例如电阻器R1)与NMOS器件之一形成了具有源极负反馈配置的共模放大器，并且放大器的有效gm现在变得更小。负反馈的放大器现在具有较低的gm，并且减小了注入谐振槽电路 304中噪声的量。因为当现在减小了注入噪声时VCO电压摆幅仍然保持相同，SNR因此增大。在VCO小信号启动模式期间，NMOS器件M1和M2从阻抗Z将节点X“看作”虚拟接地。在小信号环路增益中没有退化，并且仍然足以确保VCO启动。
在图4B的VCO 430中，因为电流镜器件M4中电流流过电阻器 R1，该电流在节点X处产生IR(电流*电阻)的电压降。这将器件 M1和M2的源极提升至更高电势。因为M1的体极端子(bulk terminal) 和M2的体极端子连接至接地，这些晶体管经受衬底效应，这增大了它们的阈值电压(VTH)。这具有某些益处。例如，M1和M2现在对于相同电流量具有更高VGS，并且这在器件进入三极管区域之前对于电压摆幅提供了额外净空的优点。注意，更高的VGS意味着器件的源极电势与其漏极电势相比变得相对更低。这允许漏极电势具有更多净空以向下行进而并未进一步进入三极管区域。当漏极电压进入三极管区域时，谐振槽电路看到低阻抗，这降级了储能电路品质因子(Q) 并且随后退化了SNR。作为另一益处，因为NMOS器件的漏极比之前提升更高，这允许朝向接地行进的更大摆幅而并未导通寄生的衬底 -至-漏极二极管。如果该寄生二极管导通，储能电路Q将退化，并且因此SNR也将退化。
根据某些方面，可以通过改变有源负跨导电路306中交叉耦合晶体管的有效尺寸而改变跨导。图4D是根据本公开某些方面的使用该可变有源负跨导电路的示例性VCO 490的示意图。在VCO 490中，器件M1和M2可以是可变NMOS器件。对于某些方面，该可变跨导方案可以与如上所述的尾部阻抗Z组合。
对于某些应用，诸如IEEE 802.11a/ac，工作频率相对非常宽。VCO 设计用于覆盖最高频率，这比最低频率高20％。在最高频率下最难以实现所需相位噪声。为了获得低噪声工作，VCO-gm可以设计尽可能低。然而，较低的-gm可以引发在较低频率下的问题，其中VCO要求更高跨导以确保VCO具有足够的启动增益。如果VCO-gm设计为具有高数值以适应在低频端处的VCO需求，该跨导可以在高频端处不必要地注入过量噪声至LC储能电路中。在两个频率极端下VCO跨导设计的约束因此相反。
不论这些相反的约束，本公开的某些方面适用于该宽带情况。在工作频段内较高频率下，随着负反馈阻抗(例如尾部电阻器R1)的存在而减小-gm以实现降低的相位噪声。在较低频率下，LC储能电路阻抗较低，并且这减小了VCO启动增益。为了补偿低增益，VCO跨导应该例如使用更高尾部电流而增大更高。该电流可以引起更高净空。如果需要的话，M7可以导通以分流R1并且提供额外净空。因为相位噪声线性地正比于频率(根据Leeson方程)，在更低频率下分流 R1，相位噪声水平可以仍然是可接受的。
图5A是与工作在9GHz下两个不同VCOs相比在100kHz下单位为dBc/Hz的相位噪声与单位为安培(A)的VCO电流的示例性示图500。迹线502示出了对于不具有尾部阻抗(或者其中旁路绕过尾部阻抗)的传统VCO的相位噪声，而迹线504示出了对于具有20Ω的尾部阻抗的VCO(诸如图4B的VCO)的相位噪声。如图500中所示，传统VCO具有约-96.5dBc/Hz的限值，而具有尾部阻抗的VCO 可以具有减小至-99dBc/Hz的相位噪声。同样，对于-96.5dBc/Hz的给定相位噪声水平，迹线504中具有尾部阻抗的VCO消耗了迹线502 中传统VCO电流的近似一半(也即13mA对比23mA)。
图5B是比较了工作在9GHz下两个不同VCOs的在100kHz下单位dBc/Hz的相位噪声与峰值对峰值伏特(Vpp)的VCO电压摆幅的示例性示图520。迹线522示出了对于不具有尾部阻抗(或者其中旁路了尾部阻抗)的传统VCO的相位噪声，而迹线524示出了对于具有20Ω的尾部阻抗VCO(诸如图4B的VCO)的相位噪声。如图 520中所示，对于任何给定电压摆幅，具有尾部阻抗的VCO比传统 VCO具有显著较低的相位噪声。例如，在1.2Vpp下传统VCO的相位噪声是-96.5dBc/Hz，而具有尾部阻抗的VCO具有-98dBc/Hz的相位噪声。
图6是根据本公开某些方面的使用互补金属氧化物半导体 (CMOS)有源负跨导电路的示例性VCO 600的示意图。CMOS有源负跨导电路包括如上所述的交叉耦合NMOS器件M1和M2，以及布置在偏置电流电路302和谐振槽电路304之间的交叉耦合PMOS器件 M5和M6。NMOS器件M1和M2的衬底节点连接至接地，而PMOS 器件M5和M6的衬底节点与公用本地Vdd连接，其在电流镜的输出端处。图4A-图4C的尾部阻抗概念也适用于此，具有用于NMOS器件的尾部电阻器R1以及连接在PMOS器件和公用本地Vdd之间的尾部电阻器R2，如图6中所示。尾部阻抗也可以与旁路开关M7和/或 M8耦合以可编程地分流尾部阻抗，如上所述。因为CMOS-gm电路中电流可以几乎是对于相同电压摆幅的NMOS-gm电路的一半，对于本公开的某些方面CMOS的使用导致低噪声和低功率的非常需要的性能。
如上所述的各个操作或方法可以由能够执行对应功能的任何合适的装置执行。装置可以包括各种硬件和/或软件部件和/或模块，包括但不限于，电路，专用集成电路(ASIC)，或处理器。通常，存在附图中所示的操作，那些操作可以具有对应的配对物装置加功能部件，具有类似编号。
例如，用于发射的装置可以包括发射器(例如图2中所示用户终端120的收发器前端254或者图2中所示接入点110的收发器前端 222)和/或天线(例如图2中描绘的用户终端120m的天线252ma至 252mu或者图2中所示接入点110的天线224a至224ap)。用于接收的装置可以包括接收器(例如图2中所示用户终端120的收发器前端 254或者图2中所示接入点110的收发器前端222)和/或天线(例如图2中描绘的用户终端120m的天线252ma至252mu或者图2中所示接入点110的天线224a至224ap)。用于处理的装置或者用于确定的装置可以包括处理系统，其可以包括一个或多个处理器，诸如RX数据处理器270，TX数据处理器288，和/或图2中所示用户终端120 的控制器280。
如在此所使用的，术语“确定”包括广泛各种动作。例如，“确定”可以包括运算、计算、处理、推导、调研、查找(例如在表格、数据库或其他数据结构中查找)、确认等等。同样，“确定”可以包括接收(例如接收信息)、访问(例如访问存储器中数据)等等。同样，“确定”可以包括求解、选择、挑选、建立等等。
如在此使用的，涉及项目列表的“至少一个”短语涉及那些项目的任意组合，包括单个成分。作为示例，“a、b或c的至少一个”意在覆盖a、b、c、a-b、a-c、b-c、以及a-b-c。
结合本公开描述的各种示例性逻辑组块、模块和电路可以采用设计用于执行在此所述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件(PLD)、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或者其任意组合而实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但是在备选例中，处理器可以是任何商业可获得的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以实施作为计算装置的组合，例如DSP和微处理器的组合，多个微处理器，一个或多个微处理器结合DSP核心，或者任意其他这种配置。
在此所述的方法包括用于实现所述方法的一个或多个步骤或动作。方法步骤和/或动作可以相互交换而并未脱离权利要求的范围。换言之，除非规定了步骤或动作的特定顺序，可以修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用而并未脱离权利要求的范围。
所述功能可以以硬件、软件、固件或其任意组合而实施。如果实施为硬件，示例性的硬件配置可以包括处于无线模式的处理系统。处理系统可以采用总线体系结构而实施。总线可以包括任意数目互连的总线和桥接，取决于处理系统的特定应用以及总体设计约束。总线可以将包括处理器的各种电路、机器可读媒介以及总线接口链接在一起。总线接口可以用于将除了其他之外的网络适配器经由总线而连接至处理系统。网络适配器可以用于实施PHY层的信号处理功能。在用户终端120的情形中(参见图1)，用户接口(例如键盘、显示器、鼠标、操纵杆等)也可以连接至总线。总线也可以链接各种其他电路，诸如定时源、外围装置、电压调节器、电源管理电路等等，这些在本领域是广泛已知的，并且因此不再进一步描述。
处理系统可以配置作为通用处理系统，具有提供处理器功能的一个或多个微处理器，以及提供机器可读媒介的至少一部分的外部存储器，所有均通过外部总线体系结构与其他支持电路链接在一起。备选地，处理系统可以采用ASIC(专用集成电路)实施，具有处理器，总线接口(在访问终端的情形中)，支持电路，以及集成在单个芯片中的机器可读媒介的至少一部分，或者具有一个或多个FPGAs(现场可编程门阵列)，PLDs(可编程逻辑)，控制器，状态机，门控逻辑，分立硬件部件，或者任何其他合适的电路，或者可以执行遍及本公开所述各种功能的电路的任意组合。本领域技术人员将认识如何最佳地实施处理系统的所需功能，取决于特定应用以及对整体系统提出的总设计约束。
应该理解的是权利要求不限于如上所述的精确配置和部件。可以在如上所述的方法和设备的设置、操作和细节中做出各种修改、改变和变化而并未脱离权利要求的范围。

Claims (30)

1.一种压控振荡器VCO，包括：
谐振槽电路；
有源负跨导电路，与所述谐振槽电路连接，包括：
交叉耦合的晶体管，包括与所述谐振槽电路连接的漏极；以及
阻抗，被连接在所述交叉耦合的晶体管的源极与参考电压之间；以及
偏置电流电路，用于拉或灌偏置电流通过所述谐振槽电路和所述有源负跨导电路以产生振荡信号。
2.根据权利要求1所述的VCO，进一步包括开关，所述开关被配置为可编程地分流所述阻抗。
3.根据权利要求1所述的VCO，其中，所述交叉耦合的晶体管包括n沟道金属氧化物半导体NMOS场效应晶体管。
4.根据权利要求1所述的VCO，其中，所述交叉耦合的晶体管中的每个的体极与所述参考电压连接。
5.根据权利要求1所述的VCO，其中，所述阻抗包括可变阻抗。
6.根据权利要求1所述的VCO，其中，所述阻抗是电阻器。
7.根据权利要求1所述的VCO，其中，所述阻抗包括电感器。
8.根据权利要求1所述的VCO，其中，所述有源负跨导电路具有可变跨导。
9.根据权利要求8所述的VCO，其中，通过改变所述有源负跨导电路中晶体管的有效尺寸而调整所述可变跨导。
10.根据权利要求1所述的VCO，其中，所述交叉耦合的晶体管包括交叉耦合的p沟道金属氧化物半导体PMOS场效应晶体管以及交叉耦合的n沟道金属氧化物半导体NMOS场效应晶体管。
11.根据权利要求10所述的VCO，其中，所述阻抗被连接在所述NMOS晶体管和所述参考电压之间。
12.根据权利要求11所述的VCO，其中，另一阻抗被连接在所述PMOS晶体管和所述偏置电流电路之间。
13.根据权利要求12所述的VCO，进一步包括至少一个开关，所述至少一个开关被配置为可编程地分流所述阻抗或所述另一阻抗中的至少一个。
14.根据权利要求1所述的VCO，其中，所述偏置电流电路包括电流镜。
15.根据权利要求1所述的VCO，其中，所述谐振槽电路包括电感器-电容器LC槽电路。
16.根据权利要求1所述的VCO，其中，所述参考电压是电接地。
17.一种压控振荡器VCO，包括：
谐振槽电路；
有源负跨导电路，与所述谐振槽电路连接，包括多个晶体管，并且具有可变跨导，所述多个晶体管包括晶体管阵列，所述晶体管阵列的有效尺寸变化以实现所述可变跨导；以及
偏置电流电路，用于拉或灌偏置电流通过所述谐振槽电路和所述有源负跨导电路以产生振荡信号。
18.根据权利要求17所述的VCO，其中，通过改变所述有源负跨导电路中的所述多个晶体管中的至少一个晶体管的有效尺寸而调整所述可变跨导。
19.根据权利要求17所述的VCO，其中，所述多个晶体管包括交叉耦合的晶体管。
20.根据权利要求19所述的VCO，其中，所述交叉耦合的晶体管包括n沟道金属氧化物半导体NMOS场效应晶体管。
21.根据权利要求19所述的VCO，其中，所述交叉耦合的晶体管中的每个的体极或源极中的至少一个与参考电压连接。
22.根据权利要求19所述的VCO，其中，所述交叉耦合的晶体管包括交叉耦合的p沟道金属氧化物半导体PMOS场效应晶体管以及交叉耦合的n沟道金属氧化物半导体NMOS场效应晶体管。
23.根据权利要求17所述的VCO，其中，所述偏置电流电路包括电流镜。
24.根据权利要求17所述的VCO，其中，所述谐振槽电路包括电感器-电容器LC槽电路。
25.一种用于无线通信的设备，包括：
至少一个天线；以及
被配置为经由所述至少一个天线接收射频RF的接收器、或者被配置为经由所述至少一个天线发射射频信号的发射器中的至少一个，所述接收器或发射器中的至少一个具有压控振荡器VCO，所述VCO包括：
谐振槽电路；
有源负跨导电路，与所述谐振槽电路连接，包括：
交叉耦合的晶体管，包括与所述谐振槽电路连接的漏极；以及
阻抗，被连接在所述交叉耦合的晶体管的源极与参考电压之间；以及
偏置电流电路，用于拉或灌偏置电流通过所述谐振槽电路和有源负跨导电路以产生振荡信号。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述VCO进一步包括被配置为可编程地分流所述阻抗的开关。
27.根据权利要求25所述的设备，其中，所述有源负跨导电路具有通过改变所述有源负跨导电路中晶体管的有效尺寸而调整的可变跨导。
28.根据权利要求25所述的设备，其中，所述交叉耦合的晶体管中的每个的体极与所述参考电压连接。
29.一种用于无线通信的设备，包括：
至少一个天线；以及
被配置为经由所述至少一个天线接收射频RF信号的接收器、以及被配置为经由所述至少一个天线发射射频信号的发射器中的至少一个，所述接收器或发射器的至少一个具有压控振荡器VCO，所述VCO包括：
谐振槽电路；
有源负跨导电路，与所述谐振槽电路连接，包括多个晶体管，并且具有可变跨导，所述多个晶体管包括晶体管阵列，所述晶体管阵列的有效尺寸变化以实现所述可变跨导；以及
偏置电流电路，用于拉或灌偏置电流通过所述谐振槽电路和有源负跨导电路以产生振荡信号。
30.根据权利要求29所述的设备，其中，通过改变所述有源负跨导电路中的所述多个晶体管中的至少一个晶体管的有效尺寸而调整所述可变跨导。
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