CN107465401A - 具有平坦的频率特征曲线的环形振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有平坦的频率特征曲线的环形振荡器。该环形振荡器(200)包括具有多个反相器(111‑113)的反馈的链路(110，122)。环形振荡器(200)对于该链路(110，122)的该反相器(111‑113)中的至少一个反相器还包括另外的反相器(211)。至少一个另外的反相器(211)中的每个反相器通过电容器(250)与该链路(110，122)的相应的反相器(111‑113)并联。

Description

具有平坦的频率特征曲线的环形振荡器

技术领域

本发明的不同的实施方式涉及一种环形振荡器，所述环形振荡器包括具有多个反相器的反馈链路。本发明的另外的实施方式涉及一种调节回路，所述调节回路包括环形振荡器。本发明的另外的实施方式涉及一种相应的方法。

背景技术

压控振荡器(英语为voltage-controlled oscillator，VCO)是不同的调节回路、例如相位调节回路(英语为phase-locked loop，PLL)的主要组件。VCO通常通过环形振荡器实现。

调节回路的典型的函数特征参数包括稳定性和动态特性。这些特征参数尤其可能受VCO的运行特性影响。压控振荡器与此有关的重要的特征参数是频率特征曲线。频率特征曲线描述了频率变化作为控制信号的函数。也就是说，在VCO的情况中，频率特征曲线描述了频率f变化作为控制电压V的函数：Δf/ΔV。这个频率特征曲线通常也称为KVCO。典型地，KVCO具有与控制电压的相关性KVCO＝KVCO(V)。

在KVCO例如在平均值或者最大值方面过大时，可能需要将环形振荡器在平面尺寸上规定为较大，以便达到较小的频率。总体上可以降低信噪比，因为可能需要将调节回路的执行参量在相对小的范围内改变或者确定为绝对小。因此，干扰影响是显著的。

图1A示出关于由现有技术已知的环形振荡器100的方面，所述环形振荡器实现具有相对陡的频率特征曲线的VCO。环形振荡器100包括具有奇数数量的反相器111-113的链路110。所述链路110通过相应的支路122反馈。通过形成反馈链路110将振荡器构造为环形的。

环形振荡器100的频率特性由控制电压Vtune控制，所述控制电压施加在相应的端子121上并且继续传送到所有反相器111-113上。在此，控制电压Vtune用作反相器111-113的供电电压。

图1B示出图1A的环形振荡器100的频率特征曲线。在此，在图1B中左边示出频率与控制电压Vtune的相关性。在此，控制电压在0.5V至1.5V的范围内变化。在这个范围内，频率在大约20MHz和700MHz之间改变。这相当于大的上升并且由此大的KVCO。

在图1B中右边示出频率特征曲线、即KVCO的斜率。KVCO特别是示出了KVCO与控制电压Vtune的相关性。由图1B可以看到，KVCO呈现大约300MHz/V至700MHz/V范围内的较大的值。690MHz/V的最大值对应于434MHz的频率。

由US 2009/0267698A1已知提供具有较平坦的频率特征曲线的环形振荡器的技术。为此，实现第一反相器和第二反相器的并联电路，所述第一反相器由具有可变值的第一供电电压驱动，所述第二反相器由具有基本固定的值的第二供电电压驱动。

这种电路具有各种缺点。例如在这种电路中不可能或者仅仅受限地可能的是，并联的第二反相器的供电电压的值被选择为与另一个反相器的供电电压的值无关。

发明内容

因此存在改善VCO的需求。特别是存在提供具有平坦的频率特征曲线的VCO的技术需求。

根据一个实施例，环形振荡器包括反馈链路。所述反馈链路包括多个反相器。环形振荡器对于链路的反相器中的至少一个反相器包括另外的反相器，所述另外的反相器通过电容器特别是在反相器的输出端上与所述链路的相应的反相器并联。

根据一个实施例，一种方法包括根据工作模式改变用于调节回路的环形振荡器的反馈链路的多个反相器的第一控制电压的值。所述方法还包括，在第一控制电压恒定时并且接着改变第一控制电压的值之后：接收作为调节回路的参考参量的输入信号，并且基于输入信号确定第二控制电压的值作为用于至少一个另外的反相器的执行参量。所述至少一个另外的反相器与所述链路的相应的反相器并联。

附图说明

上文所述的特征和下文中所述的特征可以不仅以相应的详细描述的组合被使用，而且在不脱离本发明的保护范围的情况下以其他组合或者单独地被使用。

图1A示意性地示出根据参考方案的环形振荡器。

图1B示意性地示出图1A的环形振荡器的频率特征曲线。

图2示意性地示出根据不同的实施方式的环形振荡器，所述环形振荡器对于反馈链路的所述反相器中的至少一个反相器包括另外的反相器，所述另外的反相器通过电容器在输出端上与所述链路的相应的反相器并联。

图3示意性地示出图2的环形振荡器的频率特征曲线。

图4示意性地示出图2的环形振荡器的频率特征曲线的斜率与并联的另外的反相器的数量的相关性。

图5示意性地示出调节回路，所述调节回路包括根据不同的实施方式的环形振荡器。

图6是根据不同的实施方式的方法的流程图。

具体实施方式

结合对实施例的以下说明，本发明的前述的特性、特征和优点以及如何实现其的方法将更清楚并且更易于理解，所述实施例结合附图详细地说明。

下面根据优选的实施方式参考附图详细地说明本发明。在附图中，相同的附图标记表示相同的或类似的元件。附图是本发明的不同的实施方式的示意性的代表。附图中所示的元件不一定按比例示出。确切地说，附图中所示的不同的元件被表示为使得其功能和通常目的对于本领域技术人员是可理解的。附图中所示的功能单元和元件之间的连接和耦合也可以实施为间接的连接或耦合。连接或耦合可以有线地或无线地实施。功能单元可以实施为硬件、软件或者硬件和软件的组合。

下面描述关于环形振荡器的技术。在不同的实施例中描述了可以用于电压控制的环形振荡器的技术。在电压控制的环形振荡器中提供控制电压，所述控制电压供应不同的反相器。然而在此所述的不同的技术也可以用于下述的环形振荡器，所述环形振荡器不通过电压来控制，而是例如通过电流等等来控制。

在本文所述的不同的实施例中，环形振荡器包括具有多个反相器的反馈链路。所述链路的反相器的输出端与所述链路的下一个反相器的输入端耦合。在此，N表示反馈链路中的反相器的数量。典型地，N是例如20、30或40范围内的奇数数量。环形振荡器包括支路，所述支路使最后一个反相器的输出端耦合到第一反相器的输入端上。

这种电压控制的环形振荡器具有最后一个反相器的输出端上的环形振荡器频率(在下文中简称为频率)与控制电压的相关性(频率特征曲线)，所述控制电压供应反馈链路的不同反相器。这种频率和控制电压的值的相关性典型地通过构造反相器的不同晶体管的电容的相关性实现。

下面描述实现获得相对平坦的频率特征曲线的技术。这意味着，虽然频率表明与控制电压的相关性，但是所述相关性与在参考方案中相比规格较小。KVCO是相对小的。

在不同的实施例中，对于所述链路的反相器中的至少一个反相器并联另外的反相器。在此，并联的另外的反相器的输出端通过电容器与所述链路的相应的反相器的输出端耦合。并联的另外的反相器的输入端也与所述链路的相应的反相器的输入端耦合。

图2示出关于环形振荡器200的方面。环形振荡器又包括反馈链路110、122，所述链路包括多个反相器111-113。在图2的实施例中仅仅示出三个反相器111-113；然而环形振荡器200在所述链路110中一般可以包括任意数量N的反相器111-113。例如，N可以处于20-100的范围内，优选大约30-50内。

图2中还示出，反相器111具有并联的另外的反相器211(在图2中由点状线强调示出)。在此，反相器111的输入端与另外的反相器211的输入端耦合；反相器111的输出端通过电容器250与另外的反相器211的输出端耦合。

电容器可以用作高通滤波器。在此，电容器的电容应该这样选择，使得对于环形振荡器200在运行中所达到的频率，通过电容器250实现没有衰减或者没有显著的衰减。

通过使用电容器250实现了以不同的控制电压VDD和Vtune供应反相器111和另外的反相器211。电容器250实现了所述链路110的反相器111-113和相应并联的另外的反相器211的DC脱耦；由此实现了可以将相应的控制电压规定为显著不同。由此可以特别灵活地使用环形振荡器200。

在图2的实施例中，仅仅反相器111具有并联的另外的反相器211。然而，通常所述链路110的更多数量的反相器111-113也可以具有相应的并联的另外的反相器211。例如可能的是，所述链路110的数量为M的反相器111-113分别具有并联的另外的反相器211。在此，M与N的比例可以例如不大于50％、优选不大于20％、特别优选不大于5％。这意味着，所述链路110的相对少的数量的反相器111-113具有对应的、并联的另外的反相器211。

例如可能的是，分别具有并联的另外的反相器的、所述链路的反相器的数量M不大于10、优选不大于5、特别优选不大于1。

通过相对少的并联的另外的反相器211可以实现特别平坦的频率特征曲线。

由图2可以明显看出，环形振荡器200包括第一端子221和第二端子222。第一端子221设置用于给链路110的反相器111-113提供第一控制电压VDD。第一控制电压VDD不传送到另外的反相器211上。第二端子222设置用于给另外的反相器211提供第二控制电压Vtune，所述第二控制电压通常可以与第一控制电压不同。

下面说明环形振荡器200的工作方式。如果给另外的反相器211供应相对小的第二控制电压Vtune，则另外的反相器211减慢链路110的接通过程；由此实现环形振荡器200的较小的频率。在相对大的第二控制电压的情况下，另外的反相器211与此相反地加快链路110的接通过程；由此实现环形振荡器200的较大的频率。由此明显看出，通过第二控制电压Vtune可以设定不同的频率。

此外可以实现，相对小地规定KVCO(Vtune)。这可以通过如下方式实现，即仅仅加快或减慢链路110的一些反相器而典型地不是全部的反相器111-113的接通过程。在此，KVCO(Vtune)/KVCO(VDD)可以大约等于M/N。

因此也就是说可以通过链路110的反相器111-113的第一控制电压VDD关于频率确定环形振荡器200的工作点；对于环形振荡器200作为受控对象运行的情况下，则进而可以通过另外的反相器211的供电电压Vtune实现调节功能。这在图3中示出。

图3示出关于图2的环形振荡器200的频率特征曲线的方面。在图3中，在左边示出环形振荡器200的频率与第二控制电压Vtune的相关性。由图3明显看出，环形振荡器200的频率作为第二控制电压Vtune的函数仅仅相对小地改变：KVCO(Vtune)(见图3右边)大约在15MHz/Volt至44MHz/Volt之间。由图3和图1B的比较大约得出：KVCO(Vtune)/KVCO(VDD)＝1/16。

环形振荡器200的工作点、即基本频率通过第一控制电压VDD确定，围绕所述基本频率基于第二控制电压Vtune可以精细地调节频率；在图3中分别示出对于0.5V至1.5V范围内的第一控制电压VDD的频率特征曲线。

图4示出关于图2的环形振荡器200的频率特征曲线的方面。图4特别是示出KVCO(Vtune)与另外的反相器211的数量的相关性，所述另外的反相器与所述链路的反相器111-113并联。在图4中示出KVCO作为M/N的函数。由图4明显看出，KVCO越大，存在越多的并联的另外的反相器211。

图5中示出关于调节回路500的方面，所述调节回路包括根据本文所述技术的不同的环形振荡器200。例如，调节回路500可以是PLL调节回路。然而也可以是其他的调节回路。

调节回路500包括环形振荡器200。环形振荡器200实现调节回路500的受控对象。这意味着，环形振荡器的输出端513上的信号被可控地调节。

调节回路500具体包括输入端子512，所述输入端子被设置用于接收作为参考参量的输入信号。输出信号根据参考参量来调节。为此，第二控制电压Vtune的值在此作为受控对象200的执行参量基于输入信号来确定。

在作为PLL调节回路500的实施方案中，调回路500例如包括相位比较器(在图5中未示出)，所述相位比较器接收输入信号并且与实际参量比较，所述实际参量相应于受控对象200的输出值。相位比较器的输出值则可以通过可选的滤波元件(在图5中未示出)作为控制信号被提供给环形振荡器200。受控对象(在此为环形振荡器200)的输入值通常称为执行参量。

由所述说明明显看出，在调节过程期间至少一个另外的反相器211的第二控制电压Vtune的值被改变。这是因为第二控制电压Vtune实现调节回路500的执行参量。同时，第一控制电压VDD不实现调节回路500的执行参量；由此第一控制电压VDD也不基于输入信号作为参考参量被确定。

在图5的实施例中，确切地说，调节回路500包括电压源501。电压源501设置用于产生第一控制电压VDD并且传送到端子221上。以第一控制电压VDD供应所述链路110的反相器111-113。

借助于电压源501可以实现，尽管频率特征曲线关于第二控制电压Vtune相对平坦，但是可以覆盖相对大的频率范围。为此，给环形振荡器200的链路110的反相器111-113供应第一控制电压VDD，所述第一控制电压可以通过电压源501来设定。例如可能的是，信号源501设置用于根据调节回路500的工作模式改变第一控制电压的值。为此，电压源501通过输入端514接收相应的信号，所述相应的信号表示工作模式。例如，能够针对以下工作点或基本频率来表示工作模式：应通过第二控制电压Vtune围绕所述工作点或基本频率实现调节功能(参见图3左边)。

通过至少一个另外的反相器211与链路110的反相器111-113的DC脱耦，可以实现第一控制电压VDD和第二控制电压Vtune可以采用极其不同的值。特别是避免并联的反相器111-113之间的贯穿电流(Querstrom)。例如，信号源501可以设置用于使第一控制电压VDD的值在第二控制电压Vtune的值的0％-200％的范围内改变。由此可以实现较大的调节范围并且同时可以在大的频率范围上实现工作点。

电压源501可以例如设置用于使第一控制电压VDD的值在调节回路500的调节过程期间保持恒定。由此确保了不会由于改变的第一控制电压限制调节回路500的调节功能。

图6是示例性的方法的流程图。

在步骤1001中接收信号。例如，所述信号可以表示调节回路的工作模式。调节回路可以例如是具有环形振荡器的PLL调节回路，作为根据本文所述的不同实施例的受控对象。

在此，可以例如关于环形振荡器的基本频率来定义工作模式：所述调节可以围绕基本频率进行。也就是说，工作模式可以确定环形振荡器的工作点，围绕该工作点可以使调节过程与频率匹配。

在步骤1002中，改变第一控制电压。第一控制电压被提供给调节回路的环形振荡器的反馈链路的多个反相器。在此，根据工作模式来确定第一控制电压。例如，第一控制电压可以被确定为，以使得环形振荡器具有对应于工作模式的频率。为了产生第一控制电压可以设置例如数字可控的电压源和/或可变的分压器等等。

在步骤1003中，接收作为调节回路的参考参量的输入信号。在步骤1004中，基于输入信号确定作为调节回路的执行参量的第二控制电压。为此，可以例如设置比较器，比较器使环形振荡器的输出值与参考参量进行比较。第二控制电压然后又被提供给环形振荡器。特别是借助于第二控制电压给环形振荡器的至少一个另外的反相器供电。

所述至少一个另外的反相器中的每个反相器例如通过电容器与环形振荡器的链路的反相器并联。电容器可以实现DC脱耦，从而使第一控制电压和第二控制电压可以具有极其不同的值。因此，调节回路可以是非常灵活的并且以大的动态范围工作。

通过第二控制电压实现调节过程。例如，环形振荡器的频率可以长时间地改变，直到环形振荡器的频率和输入信号之间的相移消失。

总之，前述的技术说明获得环形振荡器的相对平坦的频率特征曲线。在此，使环形振荡器的链路的反相器与另外的反相器并联。环形振荡器的频率的调节则通过改变并联的另外的反相器的供电电压来实现，而不通过调节所述链路的反相器的供电电压来实现。然而基本频率可以通过改变所述链路的反相器的供电电压来设定。

本文所述的不同技术可以例如使用在传送器中，所述传送器具有天线用于无线传输。例如这种传送器可以用于车辆的无线电密钥。然而也可以考虑其他应用领域。

当然，本发明的前述的实施方式和方面的特征可以彼此组合。特别是，所述特征在不脱离本发明的领域的情况下不仅可以按照所述组合方式应用，而且可以按照其他组合方式或者自身单独地应用。

Claims (15)

1.一种环形振荡器(200)，包括：

-具有多个反相器(111-113)的反馈的链路(110，122)，以及

-对于所述链路(110，122)的所述反相器(111-113)中的至少一个反相器，包括：另外的反相器(211)，所述另外的反相器通过电容器(250)与所述链路(110，122)的相应的反相器(111-113)并联连接。

2.根据权利要求1所述的环形振荡器(200)，其中，

所述链路(110，122)具有数量为N的反相器(111-113)，

所述链路(110，122)的数量为M的反相器(111-113)分别具有并联连接的另外的反相器(211)，

M与N的比例不大于50％，优选不大于20％，特别优选不大于5％。

3.根据权利要求1或2所述的环形振荡器(200)，

其中，分别具有并联连接的另外的反相器(211)的、所述链路(110，122)的反相器(111-113)的数量M不大于10，优选不大于5，特别优选不大于1。

4.根据前述权利要求中任一项所述的环形振荡器(200)，还包括：

-第一端子(221)，所述第一端子设置用于给所述链路(110，122)的所述反相器(111-113)提供第一控制信号(VDD)，

-第二端子(222)，所述第二端子设置用于给所述至少一个另外的反相器(211)提供第二控制信号(Vtune)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的环形振荡器(200)，其中，所述电容器(250)连接在所述另外的反相器(211)的输出端和所述链路的相应的反相器(111-113)的输出端之间。

6.一种调节回路(500)，包括：

-输入端子(512)，所述输入端子设置用于接收输入信号作为参考参量，

-根据前述权利要求中任一项所述的环形振荡器(200)作为受控对象，

其中，基于所述输入信号确定所述第二控制信号(Vtune)的值作为所述受控对象的执行参量。

7.根据权利要求6所述的调节回路(500)，

其中，所述第一控制信号(VDD)的值不作为所述受控对象的执行参量基于所述输入信号被确定。

8.根据权利要求6或7所述的调节回路(500)，还包括：

-信号源(501)，所述信号源设置用于产生所述第一控制信号(VDD)。

9.根据权利要求8所述的调节回路(500)，

其中，所述信号源(501)设置用于根据所述调节回路(500)的工作模式改变所述第一控制信号的值。

10.根据权利要求9所述的调节回路(500)，

其中，所述信号源(501)设置用于使所述第一控制信号(VDD)的值在所述第二控制信号(Vtune)的值的0％-200％的范围内改变。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的调节回路(500)，

其中，所述信号源(501)设置用于使所述第一控制信号(VDD)的值在所述调节回路(500)的调节过程期间保持恒定。

12.一种方法，包括：

-根据工作模式：改变用于调节回路(500)的环形振荡器(200)的反馈的链路(110，122)的多个反相器(111-113)的第一控制电压(VDD)的值，

-接着在第一控制信号(VDD)恒定的情况下：接收输入信号作为所述调节回路(500)的参考参量，并且基于所述输入信号确定第二控制电压(Vtune)的值作为用于至少一个另外的反相器(211)的执行参量，所述另外的反相器与所述链路(110，122)的相应的反相器(111-113)并联连接。

13.根据权利要求12所述的方法，

其中，所述至少一个反相器通过电容器(250)与所述链路(110，122)的相应的反相器并联连接。

14.根据权利要求12或13所述的方法，

其中，所述第一控制电压(VDD)的值在所述第二控制电压(Vtune)的值的0％-200％的范围内改变。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，

其中，所述方法由根据权利要求5至10中任一项所述的调节回路(500)执行。