CN106571816A - 振荡器电路、相应的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及振荡器。振荡器具有发射振荡信号的振荡器输出。该振荡器包括各自具有相同电路拓扑的振荡器芯。一组配置开关将选定数量的振荡器芯并联地耦合以生成振荡信号。围绕中心轴线对称地布置振荡器芯。以花瓣状图案布置振荡器芯的平面电感器，同时平面电感器形成花瓣状图案的花瓣。响应于接收振荡信号的调制设备的选定的相位噪声阈值，进行振荡器芯的选定耦合。

Description

振荡器电路、相应的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2015年10月8日提交的编号102015000059509的意大利专利申请的优先权，通过引用将其公开并入。
技术领域
本说明书涉及一种振荡器电路。
一个或多个实施例涉及用于例如在移动终端中使用的VCO振荡器，或者更一般地涉及例如用于移动电话、蜂窝网络基础设施设备、Wi-Fi终端和接入点的RF本机振荡器。
背景技术
以在整体功耗方面合理的折衷来实现的、具有低相位噪声的频率合成表示用于振荡器电路的有价值的目标，诸如例如用于高频谱效率的无线链路的压控振荡器(VCO)。
发明内容
根据一个或多个实施例，提供一种振荡器电路。
一个或多个实施例还可涉及相应的装置(例如移动终端，或者更一般地，包括RF振荡器的任何装置)以及相应的方法。
在一个或多个实施例中，可例如基于系统所需的相位噪声性能接通或切断各种振荡器芯(例如VCO芯)。
在一个或多个实施例中，整体相位噪声可因此适用于(可能以动态的方式)应用规范。
在一个或多个实施例中，多个振荡器芯可并联连接并且圆形布置，例如作为花的花瓣，同时保持中心对称。
在一个或多个实施例中，可降低振荡器整体功耗，同时中心对称可促进减少由于芯不匹配的噪声电流，同时降低互连阻抗。
附图说明
现在将仅通过示例的方式、参考附图描述一个或多个实施例，其中：
图1是包括振荡器电路的装置的示意性功能图，
图2是振荡器电路的示意性表示，以及
图3是振荡器电路的更详细的电路表示。
具体实施方式
在随后的描述中，图示一个或多个具体的细节，其目的是提供实施例的示例的深入理解。可以在欠缺一个或多个具体细节的情况下，或者用其它方法、组件、材料等获得实施例。在其它情况下，未图示或详细描述已知的结构、材料或操作，使得将不会掩盖实施例的某些方面。
在本说明书的架构中提及“一实施例”或“一个实施例”旨在指示：关于实施例所述的特定配置、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，可存在于本说明书的一个或多个点中的诸如“在一实施例中”或“在一个实施例”之类的短语不一定是指一个或相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中可以任何适当的方式组合特定的构造、结构或特性。
仅仅为了方便而提供在本文中使用的参考，并且因此不限定保护的范围或实施例的范围。
图1表示包括振荡器电路10的装置的可能布局，振荡器电路10用于发射例如由调制设备12使用的振荡信号。如本文中所使用，名称“调制设备”旨在命名调制器、解调器和调制器/解调器设备中的任意一个。
图1中举例说明的一般布局可能是各种各样的装置的范例，诸如移动终端，或者在一般情况下是包括RF(例如本地)振荡器的装置。移动电话、蜂窝网络基础设施设备、Wi-Fi终端和接入点可能是这样的装置的范例。
如以标记12举例说明的调制设备可用来自振荡器电路10的振荡器输出的振荡信号来馈送，并且可用提供不同程度的频谱效率(位/秒/Hz)的不同调制方案(例如QPSK、16QAM、64QAM...)来操作。
用不同调制方案的操作可涉及符合不同相位噪声阈值。
例如，适用于在E频带无线链路中用诸如QPSK、16QAM、64QAM之类的调制方案操作的调制器设备可分别符合-86dBc、-93dBc和-99dBc的相位噪声(PN)规范，加上可能的10dB容限。
在应用中，诸如在图1中举例说明的那些应用中，从而可符合不同相位噪声阈值地操作调制设备12，这取决于调制的类型(例如QPSK、16QAM、64QAM等等)。
一个或多个实施例允许动态地调整振荡器10(例如VCO)的相位噪声性能，以便例如符合更多或更少的严格相位噪声阈值。此外，在一个或多个应用中，缩放RF频率合成设计达到毫米波可能是一个资产。
诸如M.Tohidian等人的“Dual-Core High-Swing Class-C Oscillator withUltra-Low Phase Noise”，2013 IEEE Radio Frequency Integrated CircuitsSymposium，pp.243-246(通过引用并入)之类的文献已经提出一种并联耦合的振荡器芯结构，其可将VCO的相位噪声降低因子N，其中N是VCO核的数量。通过凭借这样的方法，振荡器的整体功耗可增加因子N。
此外，两个以上的芯可能难以布局，例如由于互连阻抗的增加。例如在公开号2013/0222070A1的美国专利申请(通过引用并入)中公开凭借可重配置的振荡器布局的可能性。
现在对图2做出参考。在一个或多个实施例中，具有用于发射振荡信号的输出10a的振荡器电路10可包括多个振荡器芯101、102、103、104和一组配置开关14，一组配置开关14被配置用于将选自多个振荡器芯101至104的选定数量(例如一个、两个、三个...)的振荡器芯选择性地耦合到振荡器输出10a。
在一个或多个实施例中，这一组配置开关14可与调制设备12耦合并由调制设备12控制，以根据调制设备12在此处被操作的相位噪声阈值(例如调制方案)选择性地改变与振荡器输出10a耦合的振荡器芯101、102、103、104的数量。
例如：
-在QPSK操作的情况下一个振荡器芯(例如101)可被耦合到振荡器输出10a，
-在16QAM操作的情况下两个振荡器芯(例如101、102)可被耦合到振荡器输出10a，
-在64QAM操作的情况下四个振荡器芯(例如101、102、103、104)可被耦合到振荡器输出10a。
本领域技术人员将以其它方式理解：多个振荡器芯(这里举例说明为包括四个振荡器芯)可扩展到任意数量N个振荡器芯，可能具有随着调制方案(例如128QAM、256QAM等等)的“基数”增加的值N。类似地，只有两个振荡器芯(例如101和102)可包括在系统中，其中例如只有QPSK和16QAM被预见为调制选项。
在如图2中示意性地表示的一个或多个实施例中，开关14可以被配置(以本身已知的方式)为使得将多个振荡器芯耦合到振荡器输出10a可涉及彼此并联耦合的振荡器芯。
在一个或多个实施例中，发现这样的并联耦合可以促进将振荡器电路10的相位噪声降低因子N，其中N是耦合到振荡器输出10a的芯的数量。
不论什么耦合策略，在一个或多个实施例中，(仅仅)当耦合到振荡器输出10a时，才可激活不同的振荡器芯101、102、103、104...，即接通。
在一个或多个实施例中，通过以选择性方式相应地增加振荡器整体功耗，整体相位噪声性能因此可适用于(例如动态地)应用规格，使得(仅仅)增加功耗，因为这可促进降低相位噪声。
例如，仅当那四个振荡器实际上耦合到振荡器输出10a时，才发生由四个振荡器芯进行的吸收功率，而当通过将它们耦合到振荡器输出10a而实际使用较少数量的振荡器芯时，可相应地降低功耗。
在一个或多个实施例中，多个振荡器芯(例如101、102、103、104-需要重申这里仅仅通过示例的方式呈现四个振荡器芯，而非旨在对于实施例的限制)可展现相同的电路拓扑。
电子电路的“拓扑”是由电路组件的互连的网络采用的形式。至少理论上，组件的不同的具体值或额定值(例如如图2和3中示意性地示出的晶体管、电容器、电阻器和电感器)可被视为相同的拓扑。拓扑不是涉及电路中组件的物理布局，也不是涉及它们在电路图上的位置，而是涉及组件之间存在何种连接。
在一个或多个实施例中，如本文所举例说明的，除了具有相同的电路拓扑，例如双稳态振荡器拓扑，各种振荡器芯101、102、103、104...还可具有相同的电路布局。
在一个或多个实施例中，各种振荡器芯101、102、103、104...的相同电路拓扑可包括平面电感器形式(如当前包括在集成电路中的，例如参见图3)的电感器101a、102a、103a、104a...。
在一个或多个实施例中，根据对称布局，例如具有芯对的镜面对称，这可促进振荡器电路的集成。
任选地，如图中所举例说明的，可用围绕中心轴线X10的圆形对称来布置各种振荡器芯101、102、103、104...。
在一个或多个实施例中，如图3中所举例说明的(其中为了简化，配置开关14不可见)，可以围绕中心轴线X10的花瓣状(花状)图案来布置电感器101a、102a、103a、104a，同时平面电感器101a、102a、103a、104a形成花瓣状图案的花瓣。
发现多核振荡器电路的对称布局(例如在图2和3中举例说明的)促进降低由于芯失配的噪声电流，同时还减少互连阻抗。
在一个或多个实施例中，各种振荡器芯101、102、103、104可共享共同的偏置控制电路16(例如参见图2)。
在一个或多个实施例中，可以这样的方式控制各种振荡器芯101、102、103、104-例如用在来自调制设备12的监督下驱控的配置开关14-以便产生：
-将各自的振荡器芯选择性地耦合到振荡器输出10a；和/或
-选择性地打开和关闭各自的振荡器芯，使得当耦合到振荡器输出10a时各自的振荡器芯是选择性地激活的，而在不耦合到振荡器输出10a时是去激活的。
在一个或多个实施例中，开关14的驱控(激活/去激活)可经由图2中示意性地示出的驱控销106而发生，其中为了表示的清楚起见，各自的控制线(例如来自偏置控制电路16)不可见。
也就是说，在一个或多个实施例中，每个振荡器芯101、102、103、104可被激活/去激活(例如经由与来自图2的共同的偏置控制电路16的线相关联的开关14)，以便仅在耦合到振荡器输出10a时被激活(打开)，否则被去激活(关闭)，以便在不耦合到振荡器输出10a时降低功耗。
在一个或多个实施例中，相同的一组开关14从而可产生：
-激活(打开)振荡器芯(例如101至104)并将其与振荡器输出10a耦合，可能与一个或多个其它振荡器芯并联，
-去激活(关闭)振荡器芯，并将其从振荡器输出10a去耦合。
在一个或多个实施例中，各种振荡器芯101、102、103、104可能是压控振荡器(VCO)芯。
用如本文举例说明的可调整的4芯20GHz VCO执行、以CMOS(BiCMOS)RF VCO的形式实现的测试已经演示了分别具有一个、两个和四个振荡器芯的-112、-115、-117(平均PN@1MHz[dBc/Hz])的平均相位噪声值，激活和耦合(并联)到振荡器输出。分别用9.8mA、18mA和31mA的偏置电流(Idc)测量11.8mW、21.6mW和37.2mW的功耗值，具有187.6dBc/Hz、188dBc/Hz和187.6dBc/Hz的品质因数(FoM)值。
不违背基本原理，细节和实施例可相对于已经仅通过示例的方式所描述的而变化，甚至显著地变化，而不脱离保护的范围。
保护范围由所附权利要求限定。

Claims (19)

1.一种振荡器，包括：
振荡器输出，被配置成发射振荡信号，
多个振荡器芯，每个振荡器芯包括振荡器电路，其中所述多个振荡器芯的所述振荡器电路具有相同的电路拓扑，以及
一组配置开关，被配置成将来自所述多个振荡器芯的选定数量的振荡器芯耦合到所述振荡器输出。
2.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述多个振荡器芯中的振荡器芯在耦合到所述振荡器输出时是选择性地激活的。
3.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述一组配置开关被配置成将来自所述多个振荡器芯的多个振荡器芯彼此并联地耦合到所述振荡器输出。
4.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述多个振荡器芯中的所述振荡器芯具有相同的电路布局。
5.根据权利要求1所述的振荡器，其中围绕中心轴线对称布置所述多个振荡器芯中的所述振荡器芯。
6.根据权利要求5所述的振荡器，其中所述对称布置具有圆形对称。
7.根据权利要求5所述的振荡器，其中每个振荡器芯包括平面电感器，所述多个振荡器芯的所述平面电感器从所述中心轴线径向延伸地布置。
8.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述振荡器芯分别包括以花瓣状图案布置的平面电感器，同时所述平面电感器形成所述花瓣状图案的花瓣。
9.根据权利要求1所述的振荡器，其中每个振荡器芯包括电压控制的振荡器芯。
10.根据权利要求1所述的振荡器，其中所述多个振荡器芯中的所述振荡器芯共享共同的偏置控制电路。
11.根据权利要求1所述的振荡器，进一步包括：
调制设备，被配置成接收来自所述振荡器输出的所述振荡信号，所述调制设备能以多个相位噪声阈值来操作，以及
其中所述一组配置开关被驱控，以根据所述调制设备的相位噪声阈值将来自所述多个振荡器芯的所述选定数量的振荡器芯选择性地耦合到所述振荡器输出。
12.一种用于将振荡信号供应给能以多个相位噪声阈值操作的调制设备的方法，包括：
以选自所述多个相位噪声阈值的一个相位噪声阈值操作所述调制设备；
在振荡器的振荡器输出处生成所述振荡信号，所述振荡器包括多个振荡器芯，每个振荡器芯包括振荡器电路，其中所述多个振荡器芯的所述振荡器电路具有相同的电路拓扑；以及
根据所述调制设备的选定的相位噪声阈值将来自所述多个振荡器芯的选定数量的振荡器芯选择性地耦合到所述振荡器输出。
13.一种振荡器，包括：
第一振荡器芯，包括第一偏置输入节点并且进一步包括第一输出节点和第二输出节点，所述第一振荡器芯具有耦合在所述第一振荡器芯的所述第一输出节点和所述第二输出节点之间的第一平面电感器；
第二振荡器芯，包括第二偏置输入节点并且进一步包括第三输出节点和第四输出节点，所述第二振荡器芯具有耦合在所述第二振荡器芯的所述第三输出节点和所述第四输出节点之间的第二平面电感器；
第一开关，被耦合在所述第一输出节点和所述第三输出节点之间；
第二开关，被耦合在所述第二输出节点和所述第四输出节点之间；
偏置控制电路，具有偏置输出节点；
第三开关，被耦合在所述偏置输出节点和所述第一偏置输入节点之间；以及
第四开关，被耦合在所述偏置输出节点和所述第二偏置输入节点之间；
其中所述第一开关和所述第二开关被选择性地驱控，以选择性地并联连接第一振荡器芯和所述第二振荡器芯，以生成输出振荡信号；以及
其中所述第三开关和所述第四开关被选择性地驱控，以分别选择性地使能第一振荡器芯和所述第二振荡器芯的振荡操作。
14.根据权利要求13所述的振荡器，进一步包括：
第三振荡器芯，包括第三偏置输入节点并且进一步包括第五输出节点和第六输出节点，所述第三振荡器芯具有耦合在第三振荡器芯的所述第五输出节点和所述第六输出节点之间的第三平面电感器；
第五开关，被耦合在所述第一输出节点和所述第五输出节点之间；
第六开关，被耦合在所述第二输出节点和所述第六输出节点之间；以及
第七开关，被耦合在所述偏置输出节点和所述第三偏置输入节点之间；
其中所述第一开关、所述第二开关、所述第五开关和所述第六开关被选择性地驱控，以选择性地并联连接所述第一振荡器芯、所述第二振荡器芯和所述第三振荡器芯，以生成输出振荡信号；以及
其中所述第三开关、所述第四开关和所述第七开关被选择性地驱控，以分别选择性地使能所述第一振荡器芯、所述第二振荡器芯和所述第三振荡器芯的振荡操作。
15.根据权利要求14所述的振荡器，其中所述第一振荡器芯、所述第二振荡器芯和所述第三振荡器芯具有相同的电路布局。
16.根据权利要求14所述的振荡器，其中围绕中心轴线对称布置所述第一振荡器芯、所述第二振荡器芯和所述第三振荡器芯。
17.根据权利要求16所述的振荡器，其中所述对称布置具有圆形对称。
18.根据权利要求16所述的振荡器，其中从所述中心轴线径向延伸地布置所述第一振荡器芯、所述第二振荡器芯和所述第三振荡器芯的所述平面电感器。
19.根据权利要求13所述的振荡器，进一步包括：
调制设备，被配置成接收所述输出振荡信号，所述调制设备能以多个相位噪声阈值来操作，以及
其中根据所述调制设备的相位噪声阈值选择性地驱控所述第一开关至所述第四开关。
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