CN109155609B - 无记忆共模不敏感的和低牵引的压控振荡器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种压控振荡器(VCO)。所述VCO包括有源器件。所述VCO包括有源器件，其中有源器件还包括：具有漏极、栅极和块体的n型晶体管；具有漏极、栅极和块体的p型晶体管。n型晶体管和p型晶体管共享一个共源极。有源器件还包括：耦合在n型晶体管的栅极和p型晶体管的栅极之间的第一电容器；耦合在n型晶体管的漏极和p型晶体管的漏极之间的第二电容器；以及耦合在n型晶体管的块体和p型晶体管的块体之间的第三电容器。VCO包括耦合至共源极以形成共栅极放大器的调谐块和耦合至有源器件以改变VCO的总电容的至少一个调谐元件。

Description

无记忆共模不敏感的和低牵引的压控振荡器
相关申请的交叉引用
本申请是于2015年6月19日提交的、申请号为14/745,261、题为“ACTIVE DEVICEWHICH HAS AHIGH BREAKDOWN VOLTAGE,IS MEMORY-LESS,TRAPS EVEN HARMONIC SIGNALSAND CIRCUITS USED THEREWITH”的美国专利申请的部分延续申请，并且本申请根据35USC119(e)要求于2015年1月6日提交的、申请号为62/100,397、题为“VERY LOW PHASE NOISE,MEMORYLESS COMMON-MODE INSENSITIVE,AND LOW PULLING VCO WITH CAPACITOR BANKSAS TUNING”的美国临时专利申请的权益，以上两篇文献的全部内容通过引用并入此文。
技术领域
本发明大体上涉及无线设备，并且更具体地涉及该设备中使用的压控振荡器。
背景技术
无线产品应用在各种环境中，例如移动网络(例如手机的蜂窝和无线网)或者非移动网络(例如无线局域网接入点和路由器)。压控振荡器或VCO是其振荡频率由输入电压控制的电子振荡器。施加的输入电压决定瞬时振荡频率。因此，用于控制输入的调制信号可引起频率调制(FM)或相位调制(PM)。VCO也可以是锁相回路的一部分。VCO可以用于这类产品的放大器中以放大从其接收或传输的信号。随着无线产品市场的发展，移动和非移动网络对更宽的带宽和更多的数据的需求日益增长，对更高效率和线性度的需求也越来越高。因此，数据在这些网络间的通信也变得越来越困难。例如，随着网络的发展，带宽增加，与此同时信号控制变得更加密集，例如WiFi应用的802.11ax标准。因此，VCO的带内和带外噪声变得极其重要。VCO牵引也是一个主要问题。在存在集成大功率放大器的情况下，这种形势也更为关键。此外，传统的VCO架构依靠缓冲器来集中核心VCO的输出，然后驱动核心后的反相器链。缓冲器消耗大量功率，并且是噪声和干扰问题的另一来源。
VCO调谐范围是另一问题。由于电容器组的噪声及其寄生效应，VCO调谐范围受限。
根据本发明的装置和电路满足此种需要。
发明内容
本发明公开了一种压控振荡器(VCO)及与其一起使用的电路。在第一方面，VCO包括有源器件。VCO包括有源器件，其中有源器件还包括：具有漏极、栅极和块体的n型晶体管；具有漏极、栅极和块体的p型晶体管。n型晶体管和p型晶体管共享一个共源极。
有源器件还包括：耦合在n型晶体管的栅极和p型晶体管的栅极之间的第一电容器；耦合在n型晶体管的漏极和p型晶体管的漏极之间的第二电容器；以及耦合在n型晶体管的块体和p型晶体管的块体之间的第三电容器。
本发明还公开了一种差分压控振荡器(VCO)。差分VCO包括第一有源器件和第二有源器件。第一有源器件和第二有源器件中的每一个还包括具有漏极、栅极和块体的n型晶体管。第一有源器件和第二有源器件中的每一个还包括具有漏极、栅极和块体的p型晶体管。n型晶体管和p型晶体管共享一个共源极。第一有源器件和第二有源器件中的每一个还包括耦合在n型晶体管的栅极和p型晶体管的栅极之间的第一电容器。第一有源器件和第二有源器件中的每一个还包括耦合在n型晶体管的漏极和p型晶体管的漏极之间的第二电容器。第一有源器件和第二有源器件中的每一个还包括耦合在n型晶体管的块体和p型晶体管的块体之间的第三电容器。差分VCO还包括耦合在第一有源器件的n型晶体管的块体和第二有源器件的共源极之间的第四电容器。差分VCO还包括耦合在第一有源器件的p型晶体管的块体和第二有源器件的共源极之间的第五电容器。差分VCO还包括耦合在第二有源器件的n型晶体管的块体和第一有源器件的共源极之间的第六电容器。差分VCO还包括耦合在第二有源器件的p 型晶体管的块体和第一有源器件的共源极之间的第七电容器。差分VCO还包括耦合至共源极以形成共栅极放大器的调谐块。差分VCO还包括耦合在第一有源器件的n型晶体管的漏极和第二有源器件的n型晶体管的漏极之间的至少一个第一调谐器件。差分VCO还包括耦合在第一有源器件的n型晶体管和p型晶体管的源极和第二有源器件的n型晶体管和p型晶体管的源极之间的至少一个第二调谐器件。最后，差分VCO包括耦合在第一有源器件的p型晶体管的漏极和第二有源器件的p型晶体管的漏极之间的至少一个第三调谐器件；其中差分VCO具有高击穿电压、是无记忆的、甚低近距离和远距离相位噪声、对电源和地面干扰的灵敏度非常低、低牵引并捕获偶次谐波信号。
VCO包括耦合至共源极以形成共栅极放大器的调谐块和耦合至有源器件以改变VCO的总电容的至少一个调谐元件。VCO具有高击穿电压、是无记忆的、甚低近距离和远距离相位噪声、对电源和地面干扰的灵敏度非常低、低牵引并捕获偶次谐波信号。
由于每个n型器件和p型器件分担总电源电压的一部分，因而VCO具有高击穿电压；由于在n型和p型栅极之间耦合的栅极电容器和耦合n型与和p型的块体的块体电容器捕获耦合至器件的临界节点的共模信号，因而VCO是无记忆的，并且捕获偶次谐波信号。n型和p型的结合还可以区分AB或B或C类操作期间产生的奇信号和偶信号。
根据本发明的系统和方法提供了一种放大器电路，其可以与变压器结合以获得用于压控振荡器(VCO)应用的增加的增益和正反馈。由此产生的器件不需要缓冲器或记忆体，因为输出信号可以从以电源为中心的每个共源极输出，因此这类器件的尺寸比传统VCO更小并且使用的功率更少。
附图说明
图1A为根据本发明的压控振荡器内使用的有源器件的原理图；
图1B为图1A中所示的有源器件的方框图；
图1C为根据本发明的压控振荡器内使用的差分有源器件的原理图；
图1D为差分有源器件的原理图，其中差分有源器件包括根据本发明的压控振荡器内使用的电容调谐元件；
图1E为图1D中所示的差分有源器件的方框图；
图2A为根据本发明的调谐块的第一实施例；
图2B 为根据本发明的调谐块的第二实施例；
图2C为根据本发明的调谐块的第三实施例；
图3A为根据本发明的共栅极放大器的方框图；
图3B 为根据本发明的组合共栅极和共源极的放大器的方框图；
图4A为根据本发明的差分共栅极放大器的第一实施例的方框图；
图4B为根据本发明的差分共栅极放大器的第二实施例的方框图；
图4C为根据本发明的差分组合的共栅极和共源极放大器的实施例的方框图；
图4D为根据本发明的单端压控振荡器(VCO)的实施例的方框图；
图4E为根据本发明以共栅极、共源极形式设置的差分VCO的实施例的方框图；
图4F为根据本发明具有CG-CS的级联VCO的实施例的方框图；
图4G为根据本发明以共栅极形式设置的差分VCO的实施例的方框图；
图4H为根据本发明具有CG的级联VCO的实施例的方框图；
图4I为具有CG和CG-CS组合的级联VCO的实施例的方框图；
图5为根据本发明耦合至耦合电感差分调谐块的两个差分共栅极有源器件的视图；
图6为根据本发明耦合至耦合电感差分调谐块的三个共栅极差分有源器件的视图；
图7为根据本发明耦合至电感差分调谐块的四个差分共栅极有源器件的视图；
图8为根据本发明在VCO中在回路之前增加漏极电流的视图；
图9为根据本发明在VCO中在回路之后增加漏极电流的视图。
具体实施方式
本发明大体上涉及无线设备，并且更具体地涉及该设备中使用的压控振荡器。如下描述是为了使本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且在专利申请及其需求的背景下提供如下描述。对于本领域技术人员来说，对优选实施例和本文所述的一般原理和特征的各种修改是显而易见的。因此，本发明不旨在限于所示的实施例，而是符合与本文公开的原理和特征相一致的最宽范围。
图1A为根据本发明的压控振荡器内使用的有源器件100的原理图。于2015年6月19日提交的、题为“ACTIVE DEVICE WHICH HAS AHIGH BREAKDOWN VOLTAGE,IS MEMORY-LESS,TRAPS EVEN HARMONIC SIGNALS AND CIRCUITS USED THEREWITH”、为本申请的受让人所拥有的共同未决的美国申请中已经详细描述了有源器件及其在放大器电路内的使用。有源器件100包括：n型晶体管102，其包括栅极(gn)、漏极 (dn)和块体(bn)；和p型晶体管104，其包括栅极(gp)、漏极(dp)和块体(bp)。n型晶体管102和p型晶体管104共享一个共源极。有源器件100包括在gn和gp之间耦合的第一电容器106、在dn和dp之间耦合的第二电容器108以及在bn和bp之间耦合的第三电容器110。有源器件100由于四个端子(栅极、漏极、块体和源极)而具有高击穿电压，并且当使用诸如AB类型的放大器的某些放大器时有源器件100是无记忆的并捕获偶次谐波信号。
图1B为图1A中所示的有源器件100的方框图。n型晶体管102可以是NPN双极或任何其他GaAs有源元件。p型晶体管104可以是PNP双极或任何其他GaAs有源互补件。n型晶体管102也可以由级联NMOS电路来提供保护。p型晶体管104也可以由级联PMOS电路来提供保护。电容器106可以是可变电容器，其具有全部都可变的串联电阻和/或串联电感。电容器106也可以由任意串联元件分成N个电容器。电容器108可以是可变电容器，其具有全部都可变的串联电阻和/或串联电感。电容器108也可以由任意串联元件分成N个电容器。电容器110可以是可变电容器，其具有全部都可变的串联电阻和/或串联电感。电容器110也可以由任意串联元件分成N个电容器。
可以从dn到gn、dn到gp、dp到gp、dp到gn耦合更多的电容器(寄生或非寄生)。这些电容器可以是可变的和/或具有诸如电感器、电阻器、变压器等等之类的串联无源和/或有源元件。节点gp可以连接至偏置网络。偏置网络包括诸如电阻器、电容器、变压器和其任意组合之类的任何无源元件。偏置网络还包括任意有源元件。
在使用n型和p型或两者任一个的级联晶体管的情况下，需要额外的电容器(类似于电容器110)将级联n型的漏极连接至级联p型的漏极。同样，将级联n型的块体耦合至级联p 型的块体的电容器类似于电容器108。此外，电容器(类似于电容器106)可以从级联n型的栅极连接至级联p型的栅极。
图1C为根据本发明的压控振荡器内使用的差分有源器件150的原理图。差分有源器件 150包括以差分方式耦合的第一和第二有源器件100。差分有源器件包括有源器件100中的电容器190和192，它们分别从晶体管102和104的块体耦合到源极。电容器190和192改善了共栅极有源器件150的高频线性、稳定性和自增益。将n型器件的共栅极连接至p型器件的共栅极的电容器106可以捕获来自电源、地面和自生成的偶次谐波(通过进入AB、B、C 类等模式的VCO或放大器)的任何共模信号，使得可以改善与VCO牵引和记忆效应相关的问题。
将n型器件的块体连接至p型器件的块体的电容器108为VCO或放大器的AB、B、C 类等动作生成的任意偶次谐波提供了路径。还提供从电源或接地噪声到任何块体节点的滤波，改善VCO牵引或与记忆效应相关的问题。
图1D为差分有源器件151的原理图，其中差分有源器件151包括根据本发明的压控振荡器内使用的电容调谐元件194a、194b和196。差分有源器件151包括类似于图1C中的器件。调谐元件194a和194b耦合在有源器件100的漏极之间，以提供器件151的粗调谐调节。调谐元件196耦合在有源器件100的源极之间，以提供器件151的精调谐调节。调谐元件194a、194b和196用于改变器件151的有效电容(包括未示出但显而易见的任何寄生电容)。进而改变整个VCO结构的中心频率。调谐元件194a可以是可变电容器，其具有全部都可变的串联电阻和/或串联电感。调谐元件194a也可以由任意串联元件分成N个电容器。调谐元件194b 可以是可变电容器，其具有全部都可变的串联电阻和/或串联电感。调谐元件194b也可以由任意串联元件分成N个电容器。电容器110可以是可变电容器，其具有全部都可变的串联电阻和/或串联电感。电容器110也可以由任意串联元件分成N个电容器。
图1E为图1D中所示的差分有源器件的方框图。类似于图1A，在每个有源器件中，n型晶体管102可以是NPN双极或任何其他GaAs有源元件。p型晶体管104可以是PNP双极或任何其他GaAs有源互补件。n型晶体管102也可以由级联NMOS或NPN电路来保护。p 型晶体管104也可以由级联PMOS或PNP电路来保护。电容器106可以是可变电容器，其具有全部都可变的串联电阻和/或串联电感。电容器106也可以由任意串联元件分成N个电容器。电容器108可以是可变电容器，其具有全部都可变的串联电阻和/或串联电感。电容器108也可以由任意串联元件分成N个电容器。电容器110可以是可变电容器，其具有全部都可变的串联电阻和/或串联电感。电容器110也可以由任意串联元件分成N个电容器。
可以从dn到gn、dn到gp、dp到gp、dp到gn耦合更多的电容器(寄生或非寄生)。这些电容器可以是可变的和/或具有诸如电感器、电阻器、变压器等等之类的串联无源或有源元件。节点gp可以连接至偏置网络。偏置网络包括诸如电阻器、电容器、变压器和其任意组合之类的任何无源元件。偏置网络还包括任意有源元件。
在使用n型和p型或两者任一个的级联晶体管的情况下，需要额外的电容器(类似于电容器110)将级联n型的漏极连接至级联p型的漏极。同样，将级联n型的块体耦合至级联p 型的块体的电容器类似于电容器108。此外，电容器(类似于电容器106)可以从级联n型的栅极连接至级联p型的栅极。
如果图1A中的有源器件100或图1C和图1D的差分有源器件150或151分别在AB或 B或C或D或除A以外任何其他类型中驱动，则有源器件151产生流过dn和dp节点的偶次和奇次谐波输出电流。有源器件151可以通过在诸如主信号或三次谐波的奇次谐波的情况下在dn和dp节点处生成类似方向的电流来区分奇次和偶次谐波。然而，对于偶次(例如二次、四次、五次等等)谐波，有源器件100将在dn和dp节点处产生反向电流。电容器110、108 和106的滤波作用还将影响流过dn和dp节点的偶次谐波的幅度。
图2A为根据本发明的调谐块200的第一实施例。单端调谐块200包括两个输入dn和dp、一个输出、工作电压(vdd)和接地(gnd)。电流形式的输入信号可以分别作为1_in_n和1_in_p 提供到节点dn和dp。调谐块200具有接收1_in_n和1_in_p并在节点S处提供具有如下条件的输出电流1_s的功能：1_s＞1_in_n+1_in_p，其中调谐块200包括无源的电感器、电容器、电阻器和变压器的全部或部分组合，但不限于此。调谐块200用于提供线性输出信号，而不管功率如何。调谐块200和有源器件100组合形成共栅极放大器。
图3A为根据本发明的单端共栅极放大器的方框图。共栅极放大器包括耦合至调谐块200 的有源器件100。在该实施例中，来自调谐块200的电流1_s被提供至有源器件100的源连接 S。由于器件100的共栅极作用，电流1_s将会分流，并且一部分电流被引导至dn作为输出电流1_out_n，另一部分电流被引导至dp作为输出电流1_out_p。有源器件100的栅极gn和gp被耦合至偏压线。(没有信号施加到gn和gp)。块体节点bn和bp也被耦合到它们各自的偏压线。
在这种情况下，当有源器件100在AB、B、C、D和F类模式下操作时，其他奇次和偶次谐波电流在有源器件100内部生成。朝向dn和dp引导这些电流。对于偶次谐波，例如AM (振幅调制)电流和二次谐波，电流流过dn和dp的方向是相反的。然而，对于奇次谐波，例如主信号电流和三次谐波，输出电流流过dn和dp的方向是相同的。
图2B 为根据本发明的调谐块200'的第二实施例。单端调谐块200'包括两个输入dn和dp、三个输出s、gn和gp。单端调谐块200'具有电源(vdd)和接地(gnd)。电流形式的输入信号可以分别利用1_in_n和1_in_p插入到节点dn和dp。调谐块200'具有接收1_in_n和1_in_p 并在节点S处提供具有如下条件的输出电流1_s的功能：1_s＞1_in_n+1_in_p，其中调谐块 200'包括无源的电感器、电容器、电阻器和变压器的全部或部分组合，但不限于此。输出gp和gn是将驱动有源器件100的gn和gp节点的电压。如图3B 所示，将调谐块200'与有源器件100结合形成共栅极/共源极放大器功能。
此外，调谐块200'可仅发送栅极信息gn和gp，并且在S节点处没有信息。在这种情况下，S节点可以接地或耦合至诸如电阻器、电容器、电感器、变压器的任意无源器件或有源器件或以上全部。在这种特定的情况下，结合调谐块200'和有源器件100形成共源极放大器。
图3B 为根据本发明的单端形式的组合共栅极和共源极放大器的方框图。共栅极和共源极放大器包括耦合至调谐块200'的有源器件100。在该实施例中，来自调谐块200'的电流1_s 被提供至有源器件100的源连接S。由于器件对任何进入节点S的电流的共栅极行为，电流 1_s将会分流，并且一部分电流被引导至dn作为输出电流1_out_n，另一部分电流被引导至dp作为输出电流1_out_p。有源器件100的栅极gn和gp被耦合至偏压线并且由调谐块的输出节点gn和gp驱动。块体节点bn和bp也被耦合到它们各自的偏压线。节点gn和gp还可以被连接至它们各自的偏置，该偏置与主信号隔离。
图4A为根据本发明的差分共栅极放大器400的第一实施例的方框图。放大器400包括耦合至第一有源器件和第二有源器件151的差分调谐块200。差分调谐块200包括四个输入dn_in+、dp_in+和dn_in-、dp_in-；以及两个输出s+和s-。提供有电源(vdd)和接地(gnd)。电流形式的输入信号分别作为1_in_n+、1_in_p-、1_in_n-、1_in_p-插入到节点dn_in+、dp_in+、dn_in-、dp_in-。调谐块200具有接收1_in_n+、1_in_p+和1_in_n-、1_in_p-并利用如下条件将它们分别处理作为节点S+和S-处的输出电流1_s+和1_s-的功能：1_s+＞(1_in_n+)+(1_in_p+) 且1_s-＞(1_in_n-)+(1_in_p-)，其中调谐块200包括无源的电感器、电容器、电阻器和变压器的全部或部分组合，但不限于此。
在该实施例中，来自调谐块200的电流1_s被提供至有源器件+151的源连接S。由于器件151+的共栅极行为，电流1_s将会分流，并且一部分电流被引导至dn作为输出电流1_out_n，另一部分电流被引导至dp作为输出电流1_out_p。有源器件的栅极gn和gp被耦合至偏压线。 (没有信号施加到gn和gp)。块体节点bn和bp也被耦合到它们各自的偏压线。
类似地，在该实施例中，来自调谐块200的电流1_s被提供至有源器件151-的源连接S。由于器件151-的共栅极行为，电流1_s将会分流，并且一部分电流被引导至dn作为输出电流 1_out_n，另一部分电流被引导至dp作为输出电流1_out_p。有源器件的栅极gn和gp被耦合至偏压线。(没有信号施加到gn和gp)。块体节点bn和bp也被耦合到它们各自的偏压线。
能够将任意数量的电容器或可变电容器耦合在输入和调谐块200的+和-节点之间。同样，能够将任意数量的电容器或可变电容器连接在有源器件+151和有源器件-151的输入、输出、栅极、块体到输入和输出的+和-节点之间。例如，能够将交叉电容器或可变电容器耦合在dn+ 和dn-、dp+和dp-、dn-和dp+、dn+和dp-以及其任意组合之间。这些电容器或可变电容器也包括串联电阻器或串联电感器或并联电阻器或并联电感器，这并不影响或改变本发明。
图4B 为根据本发明的差分共栅极放大器的第二实施例的方框图。放大器400包括耦合至第一有源器件和第二有源器件151的差分调谐块200。差分调谐块200包括四个输入dn_in+、dp_in+和dn_in-、dp_in-；以及两个输出s+和s-。提供有电源(vdd)和接地(gnd)。电流形式的输入信号分别作为1_in_n+、1_in_p-、1_in_n-、1_in_p-插入到节点dn_in+、dp_in+、dn_in-、dp_in-。电源vdd在左侧，接地在右侧。调谐块200具有接收1_in_n+、1_in_p+和1_in_n-、 1_in_p-并利用如下条件将它们分别处理作为节点S+和S-处的输出电流1_s+和1_s-的功能： 1_s+＞(1_in_n+)+(1_in_p+)且1_s-＞(1_in_n-)+(1_in_p-)，其中调谐块200包括无源的电感器、电容器、电阻器和变压器的全部或部分组合，但不限于此。
在该实施例中，来自调谐块200的电流1_s被提供至有源器件+151的源连接S。由于器件151+的共栅极行为，电流1_s将会分流，并且一部分电流被引导至dn作为输出电流1_out_n，另一部分电流被引导至dp作为输出电流1_out_p。有源器件的栅极gn和gp耦合至偏压线形成+和-侧之间的虚拟接地(无信号差分信号施加到gn和gp)。块体节点bn和bp也被耦合到它们各自的偏压线。
类似地，在该实施例中，来自调谐块200的电流1_s被提供至有源器件151-的源连接S。由于器件151-的共栅极行为，电流1_s将会分流，并且一部分电流被引导至dn作为输出电流 1_out_n，另一部分电流被引导至dp作为输出电流1_out_p。栅极gn-被耦合至栅极gn+以形成虚拟接地并且它们共享一个共同偏压，偏压_n。类似地，gp-和gp+耦合在一起形成虚拟接地并且它们共享一个共同偏压，偏压_p。块体节点bn-和bp-也被耦合到它们各自的偏压线。
能够将任意数量的电容器或可变电容器耦合到调谐块200的输入和输出的+节点和-节点之间。同样，能够将任意数量的电容器或可变电容器连接在有源器件+151和有源器件-151的输入、输出、栅极、块体和源极的+节点和-节点之间连接。例如，交叉电容器或可变电容器可以在dn+和dn-、dp+和dp-、dn-和dp+、dn+和dp-或其任意组合之间耦合。这些电容器或可变电容器也包括串联电阻器或串联电感器或并联电阻器或并联电感器，这并不影响或改变本发明。
图4C为根据本发明的差分组合的共栅极和共源极放大器的实施例的方框图。放大器400 包括耦合至第一有源器件和第二有源器件151的差分调谐块200。差分调谐块200包括四个输入n+、p+和n-、d-；六个输出S+、s-、gn+、gn-、gp+、gp-。还提供有电源vdd和gnd，用于对馈送节点dn+、dn-、dp+、dp-的任何有源器件进行所需的偏置。
电流形式的输入信号分别作为1_in_n+、1_in_p-、1_in_n-、1_in_p-插入到节点n+、p+、 n-、p-。调谐块200具有接收1_in_n+、1_in_p+和1_in_n-、1_in_p-并将利用如下条件将它们处理分别作为在节点S+和S-处的输出电流1_s+和1_s-的功能：1_s+＞(1_in_n+)+(1_in_p+) 且1_s-＞(1_in_n-)+(1_in_p-)，其中调谐块200包括诸如电感器、电容器、电阻器和变压器的无源器件的全部或部分组合，但不限于此。
调谐块200的其他四个输出节点分别连接至有源器件+151和有源器件-151的正负n型和 p型栅极，以形成差分共栅极-共源极放大器。
向有源器件+151的源连接S提供电流l_s+。由于该器件的共栅极行为，电流1_s+将会分流，并且一部分电流被引导至dn+作为输出电流1_out_n+，另一部分电流被引导至dp+作为输出电流1_out_p+。有源器件+151的栅极gn+和gp+被耦合至偏压线。(没有信号施加到gn+ 和gp+)。块体节点bn+和bp+也被耦合到它们各自的偏压线。
类似地，电流1_s-进入有源器件151的源连接S。由于有源器件-151的共栅极行为，电流1_s-将会分流，并且一部分电流被引导至dn-作为输出电流1_out_n-，另一部分电流被引导至dp-作为输出电流1_out_p-。
能够将任意数量的电容器或可变电容器连接在调谐块200的输入和输出、栅极、块体和源极的+节点和-节点之间。同样，能够将任意数量的电容器或可变电容器连接在有源器件+151 和有源器件-151的输入和输出的+节点和-节点之间。例如，交叉电容器或可变电容器可以在dn+和dn-、dp+和dp-、dn-和dp+、dn+和dp-以及其任意组合之间。这些电容器或可变电容器也包括串联电阻器或串联电感器或并联电阻器或并联电感器，这并不影响或改变本发明。
图4D 为根据本发明的单端压控振荡器(VCO)400的实施例的方框图。如图所示，有源器件100通过源极被直接耦合至调谐块200并通过漏极以反馈关系耦合至调谐块200。
图4E为根据本发明的差分VCO400'的实施例的方框图。如图所示，有源器件151通过源极和栅极被直接耦合至调谐块200并通过漏极以反馈关系耦合至调谐块200。
图4F为根据本发明的级联VCO400”的实施例的方框图。图4F示出了共源极调谐和有源器件的级联。然而，可以根据本发明实施共栅极或共栅极、共源极甚至共源极的混合和匹配。
图4G为根据本发明的差分VCO410的实施例的方框图。如图所示，有源器件151通过源极被直接耦合至调谐块200并通过漏极以反馈关系耦合至调谐块200。有效的环路反馈具有确保振荡的正符号。
图4H为根据本发明的级联VCO410'的实施例的方框图。图4H示出了共栅极调谐和有源器件的级联。然而，可以根据本发明实施共栅极或共栅极、共源极甚至共源极的混合和匹配。虚线表示还可能出现很多这样的块。
图4I为根据本发明的级联VCO420的实施例的方框图。图4I示出了共栅极调谐和有源器件与共栅极调谐和有源器件的级联。虚线表示还可能有很多组合：共栅极有源和调谐器件或共栅极、共源极有源和调谐器件。
图5为根据本发明耦合至电感调谐块以形成VCO500的两个差分有源器件的视图。图5 示出了如何利用无源电感和共栅极放大器实现增益大于1且接近增益为2的正反馈环路。电感器200组彼此耦合。这满足了如调谐块功能所指定的源电流大于每个漏极电流的条件。尽管未在图5中示出，但是相同极性的源极可以连接在一起以及相同极性的dn或dp可以彼此连接而不改变功能。例如，每个有源器件151的S+连接在一起。或者，每个有源器件的S-连接在一起。
图6为根据本发明耦合至电感调谐块以形成VCO600的三个差分有源器件的视图。图6 示出了如何利用无源电感和共栅极放大器实现增益大于1且接近增益为3的正反馈环路。电感器200组彼此耦合。这满足了如调谐块功能所指定的源电流大于每个漏极电流的条件。尽管未在图6中示出，但是相同极性的源极可以连接在一起以及相同极性的dn或dp可以彼此连接而不改变功能。例如，每个有源器件151的S+能够连接在一起。或者，每个有源器件的 S-能够连接在一起。
图7为根据本发明耦合至电感调谐块的四个差分有源器件的视图。图7示出了通过该正反馈增益可以大于1并接近4。在虚线椭圆内的所有电感器彼此耦合。每个有源器件的相同极性的源节点能够彼此连接而不会改变本发明。每个有源器件的相同极性的dn和dp节点也能够彼此连接而不会改变本发明。
图8为根据本发明在VCO800中在回路之前增加两个有源器件的漏极电流的视图。这样做的话，首先增加两个器件的漏极电流并且漏极以正反馈的方式被耦合至源极。类似地，从每个差分有源器件到其他差分有源器件的所有或几个相似极性的源节点可以连接在一起而不会改变本发明。
图9为根据本发明在VCO900中在回路之前增加漏极电流的视图。这样做的话，首先增加漏极电流并且三个漏极以正反馈的方式被耦合至源极。类似地，从每个差分有源器件到其他差分有源器件的所有或几个相似极性的源节点可以连接在一起而不会改变本发明。
根据本发明的系统和方法提供了一种放大器电路，其可以与变压器结合以获得用于压控振荡器(VCO)应用的增加的增益和正反馈。由此产生的器件不需要缓冲器或记忆体，从而尺寸比传统VCO更小且使用的功率更少。
尽管已经接合所述实施例描述了本发明，本领域技术人员将容易地理解到，实施例可以有各种变化，这些变化将在本发明的精神和范围内。相应地，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以做出很多修改。

Claims (4)

1.一种差分压控振荡器，包括：
第一有源器件和第二有源器件；其中第一有源器件和第二有源器件中的每一个还包括：具有漏极、栅极和块体的n型晶体管；具有漏极、栅极和块体的p型晶体管，其中所述n型晶体管和所述p型晶体管共享一共源极；耦合在n型晶体管的栅极和p型晶体管的栅极之间的第一电容器；耦合在n型晶体管的漏极和p型晶体管的漏极之间的第二电容器；和耦合在n型晶体管的块体和p型晶体管的块体之间的第三电容器；
耦合在所述第一有源器件的n型晶体管的块体和所述第二有源器件的共源极之间的第四电容器；
耦合在所述第一有源器件的p型晶体管的块体和所述第二有源器件的共源极之间的第五电容器；
耦合在所述第二有源器件的n型晶体管的块体和所述第一有源器件的共源极之间的第六电容器；
耦合在所述第二有源器件的p型晶体管的块体和所述第一有源器件的共源极之间的第七电容器；
耦合至所述共源极以形成共栅极放大器的调谐块；
耦合在所述第一有源器件的n型晶体管的漏极和所述第二有源器件的n型晶体管的漏极之间的至少一个第一调谐器件；
耦合在所述第一有源器件的n型晶体管、p型晶体管的源极和所述第二有源器件的n型晶体管、p型晶体管的源极之间的至少一个第二调谐器件；
耦合在所述第一有源器件的p型晶体管的漏极和所述第二有源器件的p型晶体管的漏极之间的至少一个第三调谐器件；其中所述差分压控振荡器具有高击穿电压、是无记忆的并捕获偶次谐波信号。
2.根据权利要求1所述的差分压控振荡器，其中所述第一电容器、第二电容器和第三电容器中的每一个都包括以下任一个：可变电容器、与电阻器串联耦合的电容器、与电阻器并联耦合的电容器、与电感器串联耦合的电容器、与电感器并联耦合的电容器。
3.根据权利要求1所述的差分压控振荡器，其中所述第一调谐元件、第二调谐元件和第三调谐元件中的每一个都包括以下任一个：电感器、电容器、电阻器以及变压器，其中，所述第一调谐元件、第二调谐元件和第三调谐元件中的每一个均包括两个输入和一个输出。
4.根据权利要求1所述的差分压控振荡器，其中所述第一调谐元件和第二调谐元件用于粗调谐所述压控振荡器，且所述第二调谐元件用于精调谐所述压控振荡器。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI792903B (zh) * 2022-01-28 2023-02-11 瑞昱半導體股份有限公司 放大器及其共模電壓的控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012088523A1 (en) * 2010-12-23 2012-06-28 Marvell Asia Pte, Ltd. Techniques to improve the stress issue in cascode power amplifier design
CN103746660A (zh) * 2013-12-23 2014-04-23 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种宽带cmos巴伦低噪声放大器
CN104321963A (zh) * 2012-05-25 2015-01-28 高通股份有限公司 用于载波聚集的低噪声放大器
WO2015196160A1 (en) * 2014-06-19 2015-12-23 Project Ft, Inc. Memoryless active device which traps even harmonic signals

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6680657B2 (en) * 2002-06-06 2004-01-20 International Business Machines Corporation Cross-coupled voltage controlled oscillator with improved phase noise performance
JP2006237463A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Ｍｏｓ型可変容量及びそれを用いた電圧制御型発振器
US7215201B2 (en) * 2005-06-20 2007-05-08 Texas Instruments Norway As Integrated circuit having a low power, gain-enhanced, low noise amplifying circuit
US7764124B2 (en) * 2006-09-26 2010-07-27 Project Ft, Inc. Broadband low noise amplifier
JP4430685B2 (ja) * 2007-03-26 2010-03-10 株式会社半導体理工学研究センター 高周波発振回路、位相同期ループ回路、半導体装置及び通信装置
US8058938B2 (en) * 2009-04-30 2011-11-15 Project Ft, Inc. Voltage controlled oscillator
WO2011112720A1 (en) * 2010-03-09 2011-09-15 Marvell World Trade Ltd. Class ab amplifiers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012088523A1 (en) * 2010-12-23 2012-06-28 Marvell Asia Pte, Ltd. Techniques to improve the stress issue in cascode power amplifier design
CN104321963A (zh) * 2012-05-25 2015-01-28 高通股份有限公司 用于载波聚集的低噪声放大器
CN103746660A (zh) * 2013-12-23 2014-04-23 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种宽带cmos巴伦低噪声放大器
WO2015196160A1 (en) * 2014-06-19 2015-12-23 Project Ft, Inc. Memoryless active device which traps even harmonic signals

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CMOS低相位噪声压控振荡器的设计;薛兵等;《微电子学》;20150228;全文 *

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