CN108270438B - 本地振荡器产生系统及其产生方法 - Google Patents

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Abstract

本地振荡器产生系统包括：第1分频器，接收作为利用压控振荡器的输出的差分信号的第1压控振荡器信号及第2压控振荡器信号，对所述第1压控振荡器信号及所述第2压控振荡器信号的频率进行二分频而输出第1分频信号及第2分频信号；混频器，接收所述第1压控振荡器信号、所述第2压控振荡器信号、所述第1分频信号及所述第2分频信号进行混合而输出第1混频器信号及第2混频器信号；跨阻抗放大器，接收所述第1混频器信号及所述第2混频器信号进行放大而输出第1放大信号及第2放大信号；以及带通滤波器，接收所述第1放大信号及所述第2放大信号进行滤波而输出第1滤波器信号及第2滤波器信号。

Description

本地振荡器产生系统及其产生方法
技术领域
本发明涉及一种本地振荡器(Local Oscillator，LO)产生系统及其产生方法，更详细而言，涉及一种可在无线网络等射频(Radio Frequency，RF)系统中去除压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，VCO)牵引现象及谐波成分的本地振荡器产生系统及其产生方法。
背景技术
在通常的无线网络系统中，在发送机(Transmitter)与压控振荡器(VoltageControlled Oscillator，VCO)使用相同的频率或压控振荡器频率使用发送机频率的谐波(Harmonic)频率的情况下，产生发送机的输出功率施加到压控振荡器而压控振荡器频率不稳定的现象，这种现象称为VCO牵引(Pulling)现象，通常为了避免这种现象而使用如下方法：使压控振荡器频率以发送机频率的分数比率振荡，利用混频器(Mixer)电路产生可使用在发送机的频率。
然而，在以往的LO产生系统中，即便使用主动混频器(Active Mixer)或被动混频器(Passive Mixer)，也仍然存在谐波成分较高的问题。
[专利文献]
(专利文献0001)韩国专利公开编号：第10-2011-0122170号(包括压控振荡器的无线通信装置与器件、及用以产生混频的信号或分频的信号的方法，2011年11月09日公开)。
发明内容
本发明是用以解决如上所述的技术课题的发明，目的在于提供一种可去除VCO牵引现象及谐波成分的LO产生系统及其产生方法。
本发明的优选实施例的LO产生系统包括：第1分频器，接收作为利用压控振荡器的输出的差分信号的第1压控振荡器信号及第2压控振荡器信号，对所述第1压控振荡器信号及所述第2压控振荡器信号的频率进行二分频而输出第1分频信号及第2分频信号；混频器，接收所述第1压控振荡器信号、所述第2压控振荡器信号、所述第1分频信号及所述第2分频信号进行混合而输出第1混频器信号及第2混频器信号；跨阻抗放大器，接收所述第1混频器信号及所述第2混频器信号进行放大而输出第1放大信号及第2放大信号；以及带通滤波器，接收所述第1放大信号及所述第2放大信号进行滤波而输出第1滤波器信号及第2滤波器信号。
所述LO产生系统的特征在于，所述带通滤波器包括：基础带通滤波器电路，对信号进行滤波，以第1滤波器输出节点及第2滤波器输出节点输出第1滤波器信号及第2滤波器信号；以及带宽调整电路，与所述第1滤波器输出节点及所述第2滤波器输出节点连接而将所述基础带通滤波器电路的通带窄带化。具体而言，所述LO产生系统的特征在于，所述基础带通滤波器电路包括：共振频率设定电路，连接在所述第1滤波器输出节点与所述第2滤波器输出节点之间而设定共振频率；第6-1晶体管，漏极端子与栅极端子分别连接在所述第1滤波器输出节点与所述第2滤波器输出节点；第6-2晶体管，栅极端子与漏极端子分别连接在所述第1滤波器输出节点与所述第2滤波器输出节点；以及共振频率调整电路，调整所述共振频率。所述共振频率调整电路可包括变容二极管(Varactor)。再者，所述LO产生系统的特征在于，所述带宽调整电路增加所述基础带通滤波器电路的跨导成分值。具体而言，所述LO产生系统的特征在于，所述带宽调整电路包括：第6-3晶体管，以栅极端子接收所述第1放大信号，以与所述第1滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号；以及第6-4晶体管，以栅极端子接收所述第2放大信号，以与所述第2滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号。
再者，所述混频器优选为被动混频器，所述跨阻抗放大器为逆变器形态。
本发明的优选实施例的LO产生方法包括：分频步骤，接收作为压控振荡器的输出的差分信号的第1压控振荡器信号及第2压控振荡器信号，对所述第1压控振荡器信号及所述第2压控振荡器信号的频率进行二分频而输出第1分频信号及第2分频信号；混合步骤，接收所述第1压控振荡器信号、所述第2压控振荡器信号、所述第1分频信号及所述第2分频信号进行混合而输出第1混频器信号及第2混频器信号；放大步骤，接收所述第1混频器信号及所述第2混频器信号，利用跨阻抗放大器进行放大而输出第1放大信号及第2放大信号；以及滤波步骤，接收所述第1放大信号及所述第2放大信号进行滤波而输出第1滤波器信号及第2滤波器信号。
具体而言，所述LO产生方法的特征在于，所述滤波步骤包括如下步骤：基础滤波步骤，对信号进行滤波，以第1滤波器输出节点及第2滤波器输出节点输出差分信号；以及带宽调整步骤，将所述基础滤波步骤的通带窄带化而以所述第1滤波器输出节点及所述第2滤波器输出节点输出。再者，所述基础滤波步骤包括：共振频率设定步骤，设定共振频率；直流偏置步骤，利用漏极端子与栅极端子分别连接在所述第1滤波器输出节点与所述第2滤波器输出节点的第6-1晶体管进行直流偏置；直流偏置步骤，利用栅极端子与漏极端子分别连接在所述第1滤波器输出节点与所述第2滤波器输出节点的第6-2晶体管进行直流偏置；以及共振频率调整步骤，调整所述共振频率。
再者，所述LO产生方法的特征在于，所述带宽调整步骤通过增加跨导成分值而将所述基础滤波步骤的通带窄带化。具体而言，优选为利用第6-3晶体管及第6-4晶体管实施所述带宽调整步骤，所述第6-3晶体管以栅极端子接收所述第1放大信号，以与所述第1滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号，所述第6-4晶体管以栅极端子接收所述第2放大信号，以与所述第2滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号。
根据本发明的LO产生系统及其产生方法，可去除VCO牵引现象及谐波成分。
附图说明
图1是本发明的优选实施例的LO产生系统的构成图。
图2是本发明的优选实施例的混频器与跨阻抗放大器的电路图。
图3是本发明的优选实施例的带通滤波器的构成图。
图4是具备带宽调整电路的情况及不具备带宽调整电路的情况下的带通滤波器的特性图。
图5是本发明的优选实施例的LO产生方法的流程图。
图6是本发明的优选实施例的滤波步骤的流程图。
具体实施方式
以下参照附图，详细地对本发明的实施例的LO产生系统及其产生方法进行说明。
本发明的下述实施例仅用于将本发明具体化，当然不限制或限定本发明的权利范围。可由本发明所属的技术领域内的普通技术人员根据本发明的详细说明及实施例容易地导出的实施例解释为属于本发明的权利范围。
首先，图1是本发明的优选实施例的LO产生系统100的构成图。
下列概略性地对本发明的LO产生系统100的动作进行说明。
下列以使用2.4GHz频带的无线网络系统为例而进行说明：压控振荡器(VoltageControlled Oscillator，VCO)10产生3.2GHz的本地振荡(LO)，混频器40产生(3.2GHz+1.6GHz)与(3.2GHz－1.6GHz)的信号。此时，需去除(3.2GHz－1.6GHz)的信号，由带通滤波器60去除所述信号。通过带通滤波器60的信号仅残留(3.2GHz+1.6GHz)即4.8GHz的信号，对所述信号进行二分频而设为2.4GHz。
以下更具体地对本发明的优选实施例的LO产生系统100的动作进行说明。
根据图1可知，本发明的优选实施例的LO产生系统100包括：压控振荡器10、第1缓冲器20、第1分频器30、混频器40、跨阻抗放大器50、带通滤波器60、第2缓冲器70及第2分频器80。
第1分频器30以如下方式构成：接收通过第1缓冲器20对压控振荡器10的输出进行缓冲所得的差分信号，即作为利用压控振荡器10的输出的差分信号的第1VCO信号SIG_VCO1及第2VCO信号SIG_VCO2，对第1VCO信号SIG_VCO1及第2VCO信号SIG_VCO2的频率进行二分频而输出第1分频信号SIG_DIV1及第2分频信号SIG_DIV2。
混频器40以如下方式构成：接收第1VCO信号SIG_VCO1、第2VCO信号SIG_VCO2、第1分频信号SIG_DIV1及第2分频信号SIG_DIV2进行混合而输出第1混频器信号SIG_MIX1及第2混频器信号SIG_MIX2。跨阻抗放大器(Trans-Impedance Amplifier)50以如下方式构成：接收第1混频器信号SIG_MIX1及第2混频器信号SIG_MIX2进行放大而输出第1放大信号SIG_AMP1及第2放大信号SIG_AMP2。
再者，带通滤波器60以如下方式构成：接收第1放大信号SIG_AMP1及第2放大信号SIG_AMP2进行滤波而输出第1滤波器信号SIG_BPF1及第2滤波器信号SIG_BPF2。第2分频器80以如下方式构成：对通过第2缓冲器70而输入的第1滤波器信号SIG_BPF1及第2滤波器信号SIG_BPF2的频率进行二分频。
图2是本发明的优选实施例的混频器40与跨阻抗放大器50的电路图。
根据图2可知，本发明的优选实施例的混频器40由第1混频器电路41及第2混频器电路42构成。
第1混频器电路41以一对晶体管即第4-1晶体管TR_41及第4-2晶体管TR_42的漏极端子连接在一起的节点输入第1VCO信号SIG_VCO1，分别以第4-1晶体管TR_41的栅极端子及第4-2晶体管TR_42的栅极端子输入第1分频信号SIG_DIV1及第2分频信号SIG_DIV2。
第2混频器电路42以一对晶体管即第4-3晶体管TR_43及第4-4晶体管TR_44的漏极端子连接在一起的节点输入第2VCO信号SIG_VCO2，分别以第4-3晶体管TR_43的栅极端子及第4-4晶体管TR_44的栅极端子输入第2分频信号SIG_DIV2及第1分频信号SIG_DIV1。
再者，第4-1晶体管TR_41的源极端子与第4-3晶体管TR_43的源极端子连接而输出第1混频器信号SIG_MIX1。相同地，第4-2晶体管TR_42的源极端子与第4-4晶体管TR_44的源极端子连接而输出第2混频器信号SIG_MIX2。
本发明的混频器40优选为利用被动混频器(Passive Mixer)。
本发明的跨阻抗放大器50为了放大GHz频带的频率成分，优选为使用逆变器形态(Inverter Type)。本发明的跨阻抗放大器50包括第1放大电路51及第2放大电路52。
第1放大电路51利用一对串联连接的第5-1晶体管TR_51及第5-2晶体管TR_52，第5-1晶体管TR_51的栅极端子与第5-2晶体管TR_52的栅极端子连接而接收第1混频器信号SIG_MIX1。再者，第5-1晶体管TR_51的漏极端子与第5-2晶体管TR_52的漏极端子连接而输出第1放大信号SIG_AMP1。再者，第1放大电路51通过电阻构成负反馈回路。
相同地，第2放大电路52利用一对串联连接的第5-3晶体管TR_53及第5-4晶体管TR_54，第5-3晶体管TR_53的栅极端子与第5-4晶体管TR_54的栅极端子连接而接收第2混频器信号SIG_MIX2。再者，第5-3晶体管TR_53的漏极端子与第5-4晶体管TR_54的漏极端子连接而输出第2放大信号SIG_AMP2。再者，第2放大电路52通过电阻构成负反馈回路。
在将跨阻抗放大器50连接到混频器40的输出的情况下，混频器40进行基于电流输出的动作，从而可获得大于电压混频器(Voltage Mixer)的增益(Gain)。再者，在使用被动形态的混频器的情况下，闪烁噪声(Flicker Noise)不会追加到LO信号，因此不会降低LO信号的噪声性能。并且，逆变器形态的跨阻抗放大器50为适于驱动数GHz的信号的形态。
图3是本发明的优选实施例的带通滤波器60的构成图。
根据图3可知，本发明的优选实施例的带通滤波器60包括基础带通滤波器电路61及带宽调整电路62。
基础带通滤波器电路61以如下方式构成：对信号进行滤波，以第1滤波器输出节点及第2滤波器输出节点输出差分信号SIG_BPF1、SIG_BPF2。再者，带宽调整电路62以如下方式构成：与第1滤波器输出节点及第2滤波器输出节点连接，将基础带通滤波器电路61的通带窄带化而以第1滤波器输出节点及第2滤波器输出节点输出。
基础带通滤波器电路61包括共振频率设定电路611、共振频率调整电路612、第6-1晶体管TR_61及第6-2晶体管TR_62。
共振频率设定电路611以如下方式构成：连接到第1滤波器输出节点与第2滤波器输出节点之间而设定共振频率。具体而言，共振频率设定电路611可包括第1电感器、第2电感器及电容器电路。电容器电路可利用分别连接在多个开关的多个电容器组，以便易于变更设定的共振频率。
共振频率调整电路612以可对在共振频率设定电路611中设定的共振频率进行微调整的方式构成。共振频率调整电路612的特征在于包括变容二极管(Varactor)。
第6-1晶体管TR_61发挥如下作用：漏极端子与栅极端子分别连接在第1滤波器输出节点与第2滤波器输出节点而进行直流偏置。相同地，第6-2晶体管TR_62发挥如下作用：栅极端子与漏极端子分别连接在第1滤波器输出节点与第2滤波器输出节点而进行直流偏置。
通过这种第6-1晶体管TR_61及第6-2晶体管TR_62的直流偏置，可产生可抵消共振频率设定电路611中所包括的第1电感器及第2电感器的寄生电阻成分的负电阻成分值。
带宽调整电路62的特征在于包括：第6-3晶体管TR_63，以栅极端子接收作为差分信号中的一个信号的第1放大信号SIG_AMP1，以与第1滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号；以及第6-4晶体管TR_64，以栅极端子接收作为差分信号中的另一个信号的第2放大信号SIG_AMP2，以与第2滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号。可知带宽调整电路62为用以改善基础带通滤波器电路61的滤波器性能的电路，由负跨导单元(Negative-Gm cell)构成。即带宽调整电路62的特征在于增加基础带通滤波器电路61的跨导成分值。
再者，本发明的带通滤波器60还包括共振频率调整电路612，所述共振频率调整电路用于缓和用以制造高跨导的工序中的偏差(Process Variation)。高跨导的制造工序中的偏差还会引起无法预期的振荡或产生滤波频率的增益偏差。
如上所述，本发明的带通滤波器60为增加跨导成分的形态，具有谐波(Harmonic)去除性能优于以往的带通滤波器的优点。
并且，本发明的带通滤波器60具有高带通特性，与滤波频带狭窄的缺点相反，故而优选为在宽带应用中，由可控制频带的电容器组构成电容器电路。可对所述电容器组进行控制而在所期望的频带中将滤波器效果极大化。
图4是具备带宽调整电路62的情况及不具备带宽调整电路62的情况下的带通滤波器60的特性图。根据图4可知，因具备带宽调整电路62而性能提高约10dBc。
图5是本发明的优选实施例的LO产生方法的流程图。
本发明的优选实施例的LO产生方法利用如上所述的本发明的优选实施例的LO产生系统100，因此即便不另作说明，也当然包括本发明的优选实施例的LO产生系统100的所有特征。
根据图5可知，本发明的优选实施例的LO产生方法包括如下步骤：分频步骤S100，接收作为利用压控振荡器10的输出的差分信号的第1VCO信号SIG_VCO1及第2VCO信号SIG_VCO2，对第1VCO信号SIG_VCO1及第2VCO信号SIG_VCO2的频率进行二分频而输出第1分频信号SIG_DIV1及第2分频信号SIG_DIV2；混合步骤S200，接收第1VCO信号SIG_VCO1、第2VCO信号SIG_VCO2、第1分频信号SIG_DIV1及第2分频信号SIG_DIV2进行混合而输出第1混频器信号SIG_MIX1及第2混频器信号SIG_MIX2；放大步骤S300，接收第1混频器信号SIG_MIX1及第2混频器信号SIG_MIX2，利用跨阻抗放大器50进行放大而输出第1放大信号SIG_AMP1及第2放大信号SIG_AMP2；以及滤波步骤S400，接收第1放大信号SIG_AMP1及第2放大信号SIG_AMP2进行滤波而输出第1滤波器信号SIG_BPF1及第2滤波器信号SIG_BPF2。
图6是本发明的优选实施例的滤波步骤S400的流程图。
本发明的优选实施例的滤波步骤S400利用如上所述的本发明的优选实施例的带通滤波器60，因此即便不另作说明，也当然包括本发明的优选实施例的带通滤波器60的所有特征。
根据图6可知，滤波步骤S400包括如下步骤：基础滤波步骤S410，对信号进行滤波，以第1滤波器输出节点及第2滤波器输出节点输出差分信号SIG_BPF1、SIG_BPF2；以及带宽调整步骤S420，将基础滤波步骤S410的通带窄带化而以第1滤波器输出节点及第2滤波器输出节点输出。
基础滤波步骤S410包括如下步骤：共振频率设定步骤S411，设定共振频率；共振频率调整步骤S412，调整共振频率；直流偏置步骤S413，利用漏极端子与栅极端子分别连接在第1滤波器输出节点与第2滤波器输出节点的第6-1晶体管TR_61进行直流偏置；以及直流偏置步骤S414，利用栅极端子与漏极端子分别连接在第1滤波器输出节点与第2滤波器输出节点的第6-2晶体管TR_62进行直流偏置。
通过这种步骤S413及步骤S414，可产生可抵消共振频率设定电路611中所包括的第1电感器及第2电感器的寄生电阻成分的负电阻成分值。
带宽调整步骤S420通过增加跨导成分值而将基础滤波步骤S410的通带窄带化。具体而言，带宽调整步骤S420的特征在于利用第6-3晶体管TR_63及第6-4晶体管TR_64实施，所述第6-3晶体管以栅极端子接收作为差分信号中的一个信号的第1放大信号SIG_AMP1，以与第1滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号，所述第6-4晶体管以栅极端子接收作为差分信号中的另一个信号的第2放大信号SIG_AMP2，以与第2滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号。
如上所述，可知根据本发明的LO产生系统100及其产生方法，可去除压控振荡器10的牵引现象及谐波成分。
以上的说明仅例示性地说明本发明实施例的技术思想，本发明实施例所属的技术领域内的普通技术人员可在不脱离本发明实施例的本质特性的范围内实现各种修正及变形。因此，本发明实施例用于进行说明，而并非用于限定本发明实施例的技术思想，本发明实施例的技术思想的范围并不限定于这些实施例。本发明实施例的保护范围应根据权利要求书而解释，处于与本发明实施例等同的范围内的所有技术思想应解释为包括在本发明实施例的权利范围内。

Claims (13)

1.一种本地振荡器产生系统，其特征在于，包括：
第1分频器，接收作为利用压控振荡器的输出的差分信号的第1压控振荡器信号及第2压控振荡器信号，对所述第1压控振荡器信号及所述第2压控振荡器信号的频率进行二分频而输出第1分频信号及第2分频信号；
混频器，接收所述第1压控振荡器信号、所述第2压控振荡器信号、所述第1分频信号及所述第2分频信号进行混合而输出第1混频器信号及第2混频器信号；
跨阻抗放大器，接收所述第1混频器信号及所述第2混频器信号进行放大而输出第1放大信号及第2放大信号；以及
带通滤波器，接收所述第1放大信号及所述第2放大信号进行滤波而输出第1滤波器信号及第2滤波器信号；
其中所述混频器为被动混频器，所述跨阻抗放大器为逆变器形态以放大GHz频带的频率成分。
2.根据权利要求1所述的本地振荡器产生系统，其特征在于，所述带通滤波器包括：
基础带通滤波器电路，对信号进行滤波，以第1滤波器输出节点及第2滤波器输出节点输出所述第1滤波器信号及所述第2滤波器信号；以及
带宽调整电路，与所述第1滤波器输出节点及所述第2滤波器输出节点连接而将所述基础带通滤波器电路的通带窄带化。
3.根据权利要求2所述的本地振荡器产生系统，其特征在于，所述基础带通滤波器电路包括：
共振频率设定电路，连接到所述第1滤波器输出节点与所述第2滤波器输出节点之间而设定共振频率；
第6-1晶体管，漏极端子与栅极端子分别连接在所述第1滤波器输出节点与所述第2滤波器输出节点；以及
第6-2晶体管，栅极端子与漏极端子分别连接在所述第1滤波器输出节点与所述第2滤波器输出节点。
4.根据权利要求3所述的本地振荡器产生系统，其特征在于，所述基础带通滤波器电路还包括：
调整所述共振频率的共振频率调整电路。
5.根据权利要求4所述的本地振荡器产生系统，其特征在于，所述共振频率调整电路包括：
变容二极管。
6.根据权利要求2所述的本地振荡器产生系统，其特征在于，所述带宽调整电路增加所述基础带通滤波器电路的跨导成分值。
7.根据权利要求2所述的本地振荡器产生系统，其特征在于，所述带宽调整电路包括：
第6-3晶体管，以栅极端子接收所述第1放大信号，以与所述第1滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号；以及
第6-4晶体管，以栅极端子接收所述第2放大信号，以与所述第2滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号。
8.一种本地振荡器产生方法，其特征在于，包括：
分频步骤，接收作为利用压控振荡器的输出的差分信号的第1压控振荡器信号及第2压控振荡器信号，对所述第1压控振荡器信号及所述第2压控振荡器信号的频率进行二分频而输出第1分频信号及第2分频信号；
混合步骤，接收所述第1压控振荡器信号、所述第2压控振荡器信号、所述第1分频信号及所述第2分频信号进行混合而输出第1混频器信号及第2混频器信号；
放大步骤，接收所述第1混频器信号及所述第2混频器信号，利用跨阻抗放大器进行放大而输出第1放大信号及第2放大信号；以及
滤波步骤，接收所述第1放大信号及所述第2放大信号进行滤波而输出第1滤波器信号及第2滤波器信号；
其中所述混合步骤是使用被动混频器所实现，所述放大步骤是使用逆变器形态跨的阻抗放大器所实现以放大GHz频带的频率成分。
9.根据权利要求8所述的本地振荡器产生方法，其特征在于，所述滤波步骤包括：
基础滤波步骤，对信号进行滤波而以第1滤波器输出节点及第2滤波器输出节点输出差分信号；以及
带宽调整步骤，将所述基础滤波步骤的通带窄带化而以所述第1滤波器输出节点及所述第2滤波器输出节点输出。
10.根据权利要求9所述的本地振荡器产生方法，其特征在于，所述基础滤波步骤包括：
共振频率设定步骤，设定共振频率；
直流偏置步骤，利用漏极端子与栅极端子分别连接在所述第1滤波器输出节点与所述第2滤波器输出节点的第6-1晶体管进行直流偏置；以及
直流偏置步骤，利用栅极端子与漏极端子分别连接在所述第1滤波器输出节点与所述第2滤波器输出节点的第6-2晶体管进行直流偏置。
11.根据权利要求10所述的本地振荡器产生方法，其特征在于，所述基础滤波步骤还包括：
调整所述共振频率的共振频率调整步骤。
12.根据权利要求9所述的本地振荡器产生方法，其特征在于，所述带宽调整步骤通过增加跨导成分值而将所述基础滤波步骤的通带窄带化。
13.根据权利要求9所述的本地振荡器产生方法，其特征在于：
利用第6-3晶体管及第6-4晶体管实施所述带宽调整步骤，
所述第6-3晶体管以栅极端子接收所述第1放大信号，以与所述第1滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号，
所述第6-4晶体管以栅极端子接收所述第2放大信号，以与所述第2滤波器输出节点连接的漏极端子输出信号。
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