CN110168927A - 正交振荡器 - Google Patents

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Abstract

一种用于生成具有相等频率的正交相关的第一和第二振荡信号的振荡器电路(10)，其包括：第一振荡电路(VCO_I)，其被配置成生成具有第一可控频率的第一振荡信号；第二振荡电路(VCO_Q)，其被配置成生成具有第二可控频率的第二振荡信号；以及控制器(100)，其被配置成启用和禁用第一和第二振荡电路(VCO_I、VCO_Q)的振荡并控制第一和第二可控频率，使得当启用振荡时，控制第一和第二可控频率使其最初不相等，然后变得相等。

Description

正交振荡器
技术领域
本公开涉及振荡器电路、包括振荡器电路的锁相环、包括振荡器电路的无线通信设备，以及操作振荡器电路的方法，并且特别地涉及但不限于用于无线通信的装置。
背景技术
在当今的许多通信系统中，需要生成正交信号，即具有90度相位差的信号。例如，在使用零中频(IF)架构的无线收发器中，发射器和接收器都需要这类正交信号。然而，本公开的范围不限于收发器，而是适用于需要正交信号的任何地方。
Shenggao Li等人在“A 10-GHz CMOS Quadrature LC-VCO for MultirateOptical Applications”，IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.38，No.10，2003年10月，中公开了一种电流耦合压控振荡器，其可用于生成正交的两个差分信号。解释了这种正交压控振荡器(QVCO)如何具有两种稳定的振荡模式。在稳定状态下，正交信号之间的相位差可以是正90度或负90度。相移的不确定性在实践中会出问题。此外，两种振荡模式下的谐振频率不同。为了保证QVCO锁定到其中一种模式，Shenggao Li等人公开的解决方案是在两个振荡器核之间的耦合中使用相移，以使其中一种模式更具主导性并使QVCO能够以稳定的方式操作在固定模式下。
Haitao Tong等人“An LC Quadrature VCO Using Capacitive SourceDegeneration Coupling to Eliminate Bi-Modal Oscillation”，IEEE Transactions OnCircuits And Systems-I：Regular Papers，V0l.59，No.9，2012年9月，中公开了使用电容源退化来为振荡器核之间的耦合引入相移。
基于在振荡器核之间的耦合中引入相移的概念的方案需要向常规QVCO添加额外电路，或者需要进行更广泛的修改。这些修改将影响QVCO的性能，例如降低相位噪声。此外，Haitao Tong等人公开的方案难以在例如高于30GHz的高频下实现。
Shih-Chieh Hsin在“Design and Analysis of Key Components forManufacturable and Low-Power CMOS Millimeter-Wave Receiver Front End)”，Georgia Institute of Technology，2012年12月，中公开了以1V或0V的调谐电压启动QVCO以在任一状态下开始振荡，然后逐渐将电压减小或增加到所需的水平。然而，已经发现，在一些实现方式中，QVCO针对正电源和地电平之间的所有调谐电压电平总是以相同的模式启动。
需要改进正交振荡器。
发明内容
根据第一方面，提供了一种用于生成具有相等频率的正交相关的第一和第二振荡信号的振荡器电路，该振荡器电路包括：第一振荡电路，其被配置成生成具有第一可控频率的第一振荡信号；第二振荡电路，其被配置成生成具有第二可控频率的第二振荡信号；以及控制器，其被配置成启用(enable)和禁用(disable)第一和第二振荡电路的振荡并控制第一和第二可控频率，使得当启用振荡时，控制第一和第二可控频率使其最初不相等，然后变得相等。
根据第二方面，提供了一种操作振荡器电路以生成具有相等频率的正交相关的第一和第二信号的方法，该振荡器电路包括：第一振荡电路，其被配置成生成具有第一可控频率的第一振荡信号；以及第二振荡电路，其被配置成生成具有第二可控频率的第二振荡信号；该方法包括：启用第一和第二振荡电路的振荡，并控制第一和第二可控频率使其最初不相等，然后变得相等。
通过迫使振荡器电路以两种可能的振荡模式中的一种进行振荡来控制第一和第二可控频率使其最初不相等提供了改进的可靠性。控制第一和第二可控频率使其变得相等使得振荡电路的振荡频率在振荡开始后被调谐到期望值。
控制器可以被配置成选择第一和第二可控频率中的哪一个具有不相等的频率中的较高频率。同样，该方法可以包括选择第一和第二可控频率中的哪一个具有不相等的值中的较高值。该特征使得能够选择振荡模式，使得第一和第二振荡信号之间的相位差为正90度或负90度中的任一个。因此，第一振荡信号可以领先第二振荡信号90度，或者第二振荡信号可以领先第一振荡信号90度。此外，由于在两种振荡模式中谐振频率不同，该特征使得振荡器电路的调谐范围能够增加等于谐振频率差值的量。
取决于所采用的电路、操作频率和所需的模式可靠性，不相等的频率之间的差可以为不相等的频率中的较低频率的至少百分之一、至少百分之五、至少百分之十或至少百分之二十。该特征使得能够在建立振荡模式时提高可靠性。
相等的频率可以与这两个不相等的频率都不同。该特征使得在建立振荡模式时具有高可靠性，并且在选择振荡频率时具有灵活性，因为两个不相等的频率都可被选择以实现模式选择的高可靠性，并且不相等的频率都不被约束为等于该相等的频率。
控制器可以被配置成平滑第一和第二可控频率从其各自不相等的频率到其相等频率的转变。同样地，该方法可以包括平滑第一和第二可控频率从其各自不相等的频率到其相等频率的转变。该特征使得能够改善第一和第二振荡信号的光谱纯度。
第一振荡电路可以包括具有取决于第一调谐信号的第一谐振频率的第一谐振电路，第二振荡电路可以包括具有取决于第二调谐信号的第二谐振频率的第二谐振电路，并且控制器可以被配置为通过在启用第一和第二振荡电路的振荡之前建立具有不相等的值的第一和第二调谐信号来控制第一和第二可控频率使其最初不相等。该特征可实现低复杂度的实现方式。
第一谐振电路可以包括具有取决于第一调谐信号的电容的第一电容器件，第二谐振电路可以包括具有取决于第二调谐信号的电容的第二电容器件。该特征可实现低复杂度的实现方式。
第一和第二电容器件均可包括变容二极管。该特征可实现低复杂度的实现方式。
第一和第二调谐信号可以在一电压范围内变化，并且不相等的值之间的差可以是该电压范围的至少百分之十。该特征使得能够在建立振荡模式时提高可靠性。
不相等的值中的一个可以是地电势。该特征实现了低复杂度的实现方式，因为例如可以使用容易获得的电压轨来提供不相等的值。
控制器可以包括滤波器，该滤波器被配置成平滑第一和第二调谐信号或调谐电压从其各自不相等的值到后续相等值(用于建立相等的频率)的转变。该特征使得能够改善第一和第二振荡信号的谱纯度。
还提供了一种锁相环，该锁相环包括根据第一方面的振荡器电路。
还提供了一种无线通信设备，该无线通信设备包括根据第一方面的振荡器电路。
仅通过举例的方式，参考附图描述了优选实施例。
附图说明
图1是振荡器电路的示图。
图2是示出操作振荡器的方法的流程图。
图3是振荡器电路的示图。
图4是控制器的示图。
图5是示出操作振荡器的方法的流程图。
图6是时序图。
图7是示出不同振荡模式的开关设置的表。
图8是包括振荡器电路的锁相环的框图。
图9是包括振荡器电路的无线通信设备的框图。
具体实施方式
参考图1，示出了用于生成正交相关的第一振荡信号S_I和第二振荡信号S_Q的振荡器电路20。振荡器电路20包括生成具有第一可控频率的第一振荡信号S_I的第一振荡电路OSC_I，以及生成具有第二可控频率的第二振荡信号S_Q的第二振荡电路OSC_Q。在一些实施例中，第一振荡电路OSC_I和第二振荡电路OSC_Q可以耦合。振荡器电路20还包括耦合到第一振荡电路OSC_I和第二振荡电路OSC_Q的控制器22，用于启用和禁用第一振荡电路OSC_I和第二振荡电路OSC_Q的振荡以及用于控制第一和第二可控频率。
参考图2的流程图描述振荡器电路20的操作。假设初始状态中第一振荡电路OSC_I和第二振荡电路OSC_Q的振荡被禁用，在步骤24处，在控制器22的控制下，第一振荡电路OSC_I和第二振荡电路OSC_Q的振荡被启用，并且第一和第二可控频率被控制为最初(即，在开始振荡时)不相等。在步骤26处，在控制器22的控制下，第一和第二可控频率被控制为变得相等。
取决于第一振荡信号S_I或第二振荡信号S_Q是否需要领先90度，即，需要哪种振荡模式，不相等的第一和第二可控频率中的任一个可被选择为具有比另一个更高的频率。不相等的第一和第二可控频率之间的差可以为相对于不相等的频率中的较低频率相差的例如至少百分之一、至少百分之五或至少百分之十，其中差越大使得在选择所需振荡模式方面能够实现的可靠性越高。步骤24和26之间的时间(即在开始振荡开始和与第一和第二可控频率变得相等之间的时间)可被选择为适应所采用的电路和振荡器电路20的所需振荡频率。控制器22可被配置成平滑第一和第二可控频率从其各自不相等的频率到其相等频率的转变。当频率变得相等时，建立第一和第二振荡信号之间的正交关系建立。
第一振荡电路OSC_I和第二振荡电路OSC_Q可被布置为：通过包括可调谐振电路而分别具有第一和第二可控频率，所述可调谐振电路可以在控制器22的控制下通过相应的第一和第二调谐信号进行调谐。例如，这种可调谐振电路可以包括电感装置，该电感装置包括可切换的电感元件组，该电感元件组在控制器22的控制下通过调谐信号在一电感范围上切换，并且其中调谐信号例如是包括数字字(word)的数字信号。在这种情况下，为了提供第一和第二可控频率的不相等的频率，可以控制第一振荡电路OSC_I和第二振荡电路OSC_Q的可调谐振电路以具有电感差，该电感差例如至少是电感范围的百分之十。
作为另一个示例，这种可调谐振电路可以包括电容器件，所述电容器件包括可切换的电容元件组，该电容元件组在控制器22的控制下通过调谐信号在一电容范围上切换，并且其中调谐信号例如是包括数字字的数字信号。在这种情况下，为了提供第一和第二可控频率的不相等的频率，可以控制第一振荡电路OSC_I和第二振荡电路OSC_Q的可调谐振电路以具有电容差，该电容差例如至少是电容范围的百分之十。
在其他实施例中，这种可调谐振电路可以包括压控电容器件，诸如变容二极管或压控电感器件，并且调谐信号可以是在一电压范围内可变的电压。在这种情况下，为了提供第一和第二可控频率的不相等的频率，第一振荡电路OSC_I和第二振荡电路OSC_Q的可调谐振电路的压控器件可以用相差例如该电压范围的至少百分之十的调谐信号来控制。
参考图3，示出了用于生成正交相关的第一和第二振荡信号的振荡器电路10的另一实施例。振荡器电路10包括生成第一振荡信号的第一振荡电路VCO_I，以及生成第二振荡信号的第二振荡电路VCO_Q。在本说明书中，第一振荡信号称为同相信号并且表示为I。该同相信号I是包括彼此相反(即，它们的相位差为180度)的表示为I_p和I_n的正的第一信号分量和负的第一信号分量的平衡信号。在本说明书中，第二振荡信号称为正交相位信号并且表示为Q。该正交相位信号Q是包括彼此相反(即，它们的相位差为180度)的表示为Q_p和Q_n的正的第二信号分量和负的第二信号分量的平衡信号。当第一振荡信号I和第二振荡信号Q的频率变得相等时，第一振荡信号I和第二振荡信号Q之间的正交关系成立，因此第一振荡信号I和第二振荡信号Q具有90度的相位差。因此，在正的第一信号分量I_p和第二信号分量Q_p之间存在90度的相位差，并且在负的第一信号分量I_n和第二信号分量Q_n之间存在90度的相位差。在一种振荡模式中，第一振荡信号I领先第二振荡信号Q 90度，而在另一振荡模式中，第二振荡信号Q领先第一振荡信号I 90度。
第一振荡电路VCO_I包括第一谐振电路T_I，该第一谐振电路T_I包括第一电容器件C_I，该第一电容器件C_I耦合在第一节点N1和第二节点N2之间并且具有取决于第一调谐电压Vtune_I的电容。第一谐振电路T_I还包括耦合在第一节点N1和第三节点N3之间的第一电感元件L1，以及耦合在第三节点N3和第二节点N2之间的第二电感元件L2。因此，第一电感元件L1和第二电感元件L2串联耦合在第一节点N1和第二节点N2之间。第一电感元件L1和第二电感元件L2可以实现为不同的电感器，或者可以实现为单个中心抽头电感器的部分，其中第三节点N3对应于中心抽头。第三节点N3耦合到具有电压Vdd的电源轨118。
第一振荡电路VCO_I还包括：第一晶体管M1和第二晶体管M2，M1和M2中的每一个均具有耦合在第一节点N1和第四节点N4之间的沟道；以及第三晶体管M3和第四晶体管M4，M3和M4中的每一个均具有耦合在第二节点N2和第四节点N4之间的沟道。第二晶体管M2的栅极耦合到第二节点N2，并且第三晶体管M3的栅极耦合到第一节点N1。在第一节点N1处生成正的第一信号分量I_p，并且在第二节点N2处生成负的第一信号分量I_n。第一电流源A_I和第一振荡控制开关OS1串联耦合在第四节点N4和接地GND之间。
第二振荡电路VCO_Q包括第二谐振电路T_Q，该第二谐振电路T_Q包括第二电容器件C_Q，第二电容器件C_Q耦合在第五节点N5和第六节点N6之间并且具有取决于第二调谐电压Vtune_Q的电容。第二谐振电路T_Q还包括耦合在第五节点N5和第七节点N7之间的第三电感元件L3，以及耦合在第七节点N7和第六节点N6之间的第四电感元件L4。因此，第三电感元件L3和第四电感元L4串联耦合在第五节点N5和第六节点N6之间。第三电感元件L3和第四电感元L4可以实现为不同的电感器，或者可以实现为单个中心抽头电感器的部分，其中第七节点N7对应于中心抽头。第七节点N7耦合到具有电压Vdd的电源轨118。
第二振荡电路VCO_Q还包括：第五晶体管M5和第六晶体管M6，M5和M6中的每一个具有耦合在第五节点N5和第八节点N8之间的沟道；以及第七晶体管M7和第八晶体管M8，M7和M8中的每一个具有耦合在第六节点N6和第八节点N8之间的沟道。第六晶体管M6的栅极耦合到第六节点N6，并且第七晶体管M7的栅极耦合到第五节点N5。在第五节点N5处生成正的第二信号分量Q_p，并且在第六节点N6处生成负的第二信号分量Q_n。第二电流源A_Q和第二振荡控制开关OS2串联耦合在第八节点N8和接地GND之间。
第一晶体管M1的栅极耦合到第五节点N5。第四晶体管M4的栅极耦合到第六节点N6。第五晶体管M5的栅极耦合到第二节点N2。第八晶体管M8的栅极耦合到第一节点N1。以这种方式，第一振荡电路VCO_I和第二振荡电路VCO_Q耦合在一起。
振荡器电路10还包括控制器100，该控制器具有：第一控制器输入端102，用于接收指示振荡器电路10的所需振荡频率的频率控制信号F；以及第二控制器输入端104，用于接收振荡器使能信号Enb，该振荡器使能信号Enb指示振荡器电路10是需要被启用还是禁用于生成正交相关的第一振荡信号I和第二振荡信号Q。控制器100具有：第一控制器输出端106，用于传送第一调谐电压Vtune_I；和第二控制器输出端108，用于传送第二调谐电压Vtune_Q。第一控制器输出端106耦合到第一电容器件C_I的控制端子，用于响应于第一调谐电压Vtune_I控制第一电容器件C_I的电容，从而能够微调第一振荡信号I。第二控制器输出端108耦合到第二电容器件C_Q的控制端子，用于响应于第二调谐电压Vtune_Q控制第二电容器件C_Q的电容，从而能够微调第二振荡信号Q。因此，第一振荡信号I和第二振荡信号Q分别具有第一和第二可控频率，同样，正的和负的第一和第二信号分量I_p、I_n、Q_p、Q_n分别具有第一和第二可控频率。
控制器100具有用于传送第一振荡控制信号Sig_I的第三控制器输出端110。第三控制器输出端110耦合到第一振荡控制开关OS1的控制端子，用于响应于第一振荡控制信号Sig_I控制第一振荡控制开关OS1。控制器100具有用于传送第二振荡控制信号Sig_Q的第四控制器输出端112。第四控制器输出端112耦合到第二振荡控制开关OS2的控制端子，用于响应于第二振荡控制信号Sig_Q控制第二振荡控制开关OS2。
参考图4，控制器100包括：耦合在具有电压Vhigh的上电压轨114和第九节点N9之间的第一开关S1，耦合在上电压轨114和第十节点N10之间的第二开关S2，耦合在具有电压Vlow的下电压轨116和第九节点N9之间的第三开关S3，以及耦合在下电压轨116和第十节点N10之间的第四开关S4。电压Vlow低于Vhigh。例如，Vlow可以是0V，而Vhigh可以是1V，在上电压轨114和下电压轨116之间提供1V的差值。该差值可以替代地小于或大于1V。
控制器100还包括耦合在用于接收频率控制信号F的第一控制器输入端102和滤波器150的第一滤波器输入端152之间的第五开关S5，以及耦合在用于接收频率控制信号F的第一控制器输入端102和滤波器150的第二滤波器输入端154之间的第六开关S6。滤波器150的第一滤波器输出端156耦合到第九节点N9，并且滤波器150的第二滤波器输出端158耦合到第十节点N10。第十节点N10耦合到用于传送第一调谐电压Vtune_I的第一控制器输出端106，并且第九节点N9耦合到用于传送第二调谐电压Vtune_Q的第二控制器输出端108。
第一开关S1可由第一开关控制信号Y1控制，使得第一开关S1可以闭合或断开，即处于导通状态或处于非导通状态。同样，第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5和第六开关S6分别可由第二开关控制信号Y2、第三开关控制信号Y3、第四开关控制信号Y4、第五开关控制信号Y5和第六开关控制信号Y6控制，使得第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5和第六开关S6可以闭合或断开，即处于导通状态或处于非导通状态。第一开关控制信号Y1、第二开关控制信号Y2、第三开关控制信号Y3、第四开关控制信号Y4、第五开关控制信号Y5和第六开关控制信号Y6由处理器160提供，处理器160在下文描述。
处理器160具有耦合到用于接收振荡器使能信号Enb的第二控制器输入端104的处理器输入端161，耦合到用于传送第一振荡控制信号Sig_I的第三控制器输出端110的第一处理器输出端162，以及耦合到用于传送第二振荡控制信号Sig_Q的第四控制器输出端112的第二处理器输出端163。处理器还具有分别耦合到第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5和第六开关S6的控制输入端的第三处理器输出端164、第四处理器输出端165、第五处理器输出端166、第六处理器输出端167、第七处理器输出端168和第八处理器输出端169，分别用于传送第一开关控制信号Y1、第二开关控制信号Y2、第三开关控制信号Y3、第四开关控制信号Y4、第五开关控制信号Y5和第六开关控制信号Y6。
滤波器150包括耦合在第一滤波器输入端152和第一滤波器输出端156之间的第一电阻元件R1，以及耦合在第二滤波器输入端154和第二滤波器输出端158之间的第二电阻元件R2。滤波器150还包括耦合在第一滤波器输出端156和接地GND之间的第一电容元件C1，以及耦合在第二滤波器输出端158和接地GND之间的第二电容元件C2。
下面参考图5的流程图、图6的时序图和图7的表描述振荡器电路10的操作。首先将描述在第一模式下开启振荡器电路10的步骤，然后将描述在第二模式下开启振荡器电路10所需的差异。为清楚起见，假设下电压轨116的电压Vlow是0V，但这不是必需的。图6中所示的时间不是按比例的，并且不旨在传达数值，而是旨在说明事件的顺序。
在初始状态中，第一振荡控制开关OS1和第二振荡控制开关OS2响应于由控制器100控制的(或者更具体地由处理器160控制的)第一振荡控制信号Sig_I和第二振荡控制信号Sig_Q而断开。因此，电流不会流过第一振荡电路VCO_I和第二振荡电路VCO_Q，因此振荡器电路10不振荡，因此被禁用。此外，在初始状态下，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5和第六开关S6分别响应于由处理器160控制的第一开关控制信号Y1、第二开关控制信号Y2、第三开关控制信号Y3、第四开关控制信号Y4、第五开关控制信号Y5和第六开关控制信号Y6而断开，即处于非导通状态。因此，第一调谐电压Vtune_I和第二调谐电压Vtune_Q是悬浮的(floating)，并且在图6中已经示出为0V。然而，因为振荡器电路10被禁止振荡，第一调谐电压Vtune_I和第二调谐电压Vtune_Q的初始电压可以具有任何值，例如通过从第三开关S3和第四开关S4闭合开始而具有0V。同样，因为振荡器电路10被禁止振荡，频率控制信号F可以具有任何初始值。
参考图5，在步骤200处和图6中的时间t0处，使能信号Enb指示振荡器电路10需要开启(即启用)以生成正交相关的第一振荡信号I和第二振荡信号Q。同样在步骤200和时间t0处，频率控制信号F切换到表示振荡器电路10的所需振荡频率的电压Vf。频率控制信号F可以由例如锁相环中的环路滤波器提供。
在步骤210和时间t1处，响应于使能信号Enb，在处理器160的控制下，上压轨114被设置为电压Vhigh。同样，在处理器160的控制下，下压轨116也可以被设置为电压Vlow(如果Vlow与其初始状态0V不同的话)。在其他实施例中，可以在振荡器电路10的外部控制上电压轨114和下电压轨116的电压。或者在其他实施例中，上电压轨114和下电压轨116可能在t1之前已经处于相应的电压Vhigh和Vlow，在这种情况下，它们不需要在时间t1处切换。
在步骤220和时间t2处，第一开关S1和第四开关S4闭合，而第二开关S2和第三开关S3保持断开。因此，第九节点N9和第二控制器输出端108处的第二调谐电压Vtune_Q从0V增加，变得在时间t3处等于或基本上等于电压Vhigh。由于需要通过第一开关S1对第一电容元件C1充电，这种增加是逐渐的。类似地，如果下电压轨116V的电压Vlow不是0V，则第十节点N10和第一控制器输出端106处的第一调谐电压Vtune-I将在t2至t3的时段期间逐渐变为等于Vlow，其中第二节点电容元件C2通过第四开关S4充电。
在步骤230和时间t4处，第一开关S1和第四开关S4断开，而第二开关S2和第三开关S3保持断开。因此，第一控制器输出端106和第二控制器输出端108与上电压轨114和下电压轨116分离，并且由于对第一电容元件C1和第二电容元件C2的充电，第一调谐电压Vtune_I和第二调谐电压Vtune_Q分别保持在Vlow和Vhigh。以这种方式，上电压轨114和下电压轨116与第一振荡电路VCO_I和第二振荡电路VCO_Q解耦和，从而避免振荡器电路10的相位噪声的劣化。
在步骤240和时间t5处，第一振荡控制开关OS1和第二振荡控制开关OS2闭合，从而使第一振荡电路VCO-1和第二振荡电路VCO_Q开始振荡，其中分别具有Vlow和Vhigh的第一调谐电压Vtune_I和第二调谐电压Vtune_Q分别被施加到第一电容器件C_I和第二电容器件C_Q的相应控制端子。因此，最初第一振荡电路VCO-1和第二振荡电路VCO_Q以不相等的频率振荡。
在步骤250和时间t6处，在开始振荡之后，第五开关S5和第六开关S6闭合，从而将具有电压Vf的频率控制信号F施加到滤波器150的第一输入端152和第二输入端154。因此，第一调谐电压Vtune_I和第二调谐电压Vtune_Q变为等于电压Vf。由于滤波器150中的第一电阻元件R1和第二电阻元件R2以及第一电容元件C1和第二电容元件C2的作用，这种变化是逐渐的。因此，滤波器150平滑第一和第二调谐电压从其各自不相等的值到其相等值的转变。在时间t7处，第一调谐电压Vtune_I和第二调谐电压Vtune_Q变得等于电压Vf，因此此时的第一振荡电路VCO_I和第二振荡电路VCO_Q以由频率控制信号F指示的频率振荡。以这种方式，在启用第一振荡电路VCO_I和第二振荡电路VCO_Q的振荡之后，控制器100建立具有相等的值的第一调谐电压Vtune_I和第二调谐电压Vtune_Q。通常，但非必要地，电压Vf可以与Vow和Vhigh都不同，并且通常，但非必要地，电压Vf可以在Vlow和Vhigh之间。对于30GHz的振荡频率，时间t7可以例如出现在时间t6之后的10ns处。
频率控制信号F的电压Vf可在一电压范围内调谐，以便选择在时间t7处建立的正交相关的振荡信号I、Q的频率。优选地，Vhigh和Vlow(其决定在步骤240和时间t5处的第一振荡电路VCO_I和第二振荡电路VCO_Q的初始不相等的频率)之间的差是该电压范围的至少百分之十。
以上对图5的流程图和图6的时序图的描述涉及振荡电路10以第一稳定振荡模式启动，在本文称为模式1，其中第二振荡信号Q领先第一振荡信号I 90度。备选地，以第二稳定振荡模式启动振荡电路10，在本文称为模式2，其中第一振荡信号领先第二振荡信号Q 90度，图5的流程图的步骤和图6的时序图将被改变，使得在步骤220和时间t2处，第二开关S2和第三开关S3闭合，而第一开关S1和第四开关S4保持断开，并且在步骤230和时间t4处，第二开关S2和第三开关S3断开，而第一开关S1和第四开关S4保持断开。图7的表格示出了对于模式1和模式2，在t3到t4时段期间第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3和第四开关S4的状态。以这种方式，控制器100可以选择第一调谐电压Vtune_I和第二调谐电压Vtune_Q中的哪一个具有对应于Vhigh和Vlow的不相等的值中的较高值，并且因此选择第一和第二可控频率中的哪一个为较高频率。
可选地，上电压轨114切换到电压Vhigh的时间t1可以与使能信号Enb从“断开(OFF)”切换到“接通(ON)”的时间t0重合。此外，时间t2(对于模式1，此时第一开关S1和第四开关S4闭合，或者对于模式2，此时第二开关S2和第三开关S3闭合)可以与上电压轨道114切换到电压Vhigh的时间t1重合。此外，时间t4(对于模式1，此时第一开关S1和第四开关S4从闭合切换到断开，或者对于模式2，此时第二开关S2和第三开关S3从闭合切换到断开)可以与第一调谐电压Vtune-I和第二调谐电压Vtune_Q分别达到电压Vlow和Vhigh的时间t3重合。
振荡开始的时间t5被选择为出现在第一调谐电压Vtune-I和第二调谐电压Vtune_Q分别达到或基本上达到电压Vlow和Vhigh之后。可以通过试验或模拟来选择时间t5和t6之间的时间差的合适值，以确保在期望的振荡模式下振荡电路的可靠启动。通常，时间t6和t5之间的时间差取决于滤波器150并且还取决于振荡频率，并且通常对于较高的振荡频率，该时间差可以较短。例如，对于30GHz的振荡频率，时间t6可以发生在时间t5之后1ns处。
作为用于使第一振荡电路VCO-1和第二振荡电路VCO_Q能够开始振荡的第一振荡控制开关OS1和第二振荡控制开关OS2的替代，可以在振荡器电路10中的其他地方提供一个或多个开关以实现振荡。例如，可以切换电源轨118的电压Vdd。
滤波器150通过提供低通的频率响应来平滑第一和第二调谐电压从其各自不相等的值到其相等值的转变。备选地，可以提供不同的频率响应来平滑转变，例如提供多极频率响应。因此，滤波器150可以是单极低通滤波器，或者可选地可以是多极滤波器或其他类型的滤波器。作为平滑第一和第二调谐电压从其各自不相等的值到其相等值的转变的替代方式或附加方式，频率控制信号F可以被布置成以平滑的方式改变，例如，通过在处理器160或另一处理器的控制下以平滑的方式改变。
如上参考图3所述，第一振荡电路VCO_I和第二振荡电路VCO_Q通过分别包括可调谐的第一谐振电路T_I和第二谐振电路T_Q生成具有第一和第二可控频率的第一振荡信号I和第二振荡信号Q，其中可调谐的第一谐振电路T_I和第二谐振电路T_Q可以在控制器100的控制下，分别通过第一和第二调谐电压，或者更一般地，通过第一和第二调谐信号，来调谐。因此，在参考图3描述的实施例中，第一振荡电路VCO_I和第二振荡电路VCO_Q是压控振荡器(VCO)。
上面参考图1描述的可调谐振电路的选项可以用于参考图3描述的实施例的变型中。因此，可以使用第一振荡电路VCO_I和第二振荡电路VCO_Q的其他实施例来代替以上参考图3所描述的那些，并且特别地，可以使用第一谐振电路T_I和第二谐振电路T_Q的其他实施例。例如，第一谐振电路T_I和第二谐振电路T_Q各自可以包括一个或多个可调谐的电感器件，其具有取决于调谐电压的电感。在其他实施例中，第一谐振电路T_I和第二谐振电路T_Q可以各自包括：包含可切换的电感元件组的电感器件，或包含可切换的电容元件组的电容器件，其在控制器100的控制下被切换以借助于调谐信号来控制第一和第二可控频率，该调谐信号例如是包括数字字的数字信号。在这种情况下，第一振荡电路VCO_I和第二振荡电路VCO_Q可以是数控振荡器(DCO)，而不是VCO。
参考图8，锁相环300包括振荡器电路10，其具有用于分别在控制器100处接收频率控制信号F和使能信号Enb的第一控制器输入端102和第二控制器输入端104。振荡器电路10的振荡信号输出端350分别从第一节点N1、第二节点N2、第五节点N5和第六节点N6传送正交相关的第一振荡信号I和第二振荡信号Q，第一振荡信号I包括正和负的第一信号分量I_p和I_n，第二振荡信号Q包括正和负的第二信号分量Q_p和Q_n。振荡器电路10的反馈信号输出端360传送反馈信号，该反馈信号是振荡信号输出端350处存在的信号的子集。例如，反馈信号可以是具有正和负的第一信号分量I_p和I_n形式的第一振荡信号I，或具有正和负的第二信号分量Q_p和Q_n形式的第二振荡信号Q。
振荡器电路10的反馈信号输出端360耦合到分频器310的第一分频器输入端314。分频器310将反馈信号除以在第二分频器输入端312处提供的除数N。分频器310的输出端316传送分频后的反馈信号并耦合到相位检测器(PD)320的第一输入端322。参考振荡器330耦合到相位检测器320的第二输入端324并传送参考信号。相位检测器320的输出端326传送参考信号和分频后的反馈信号之间的相位差的指示，并且借助于低通环路滤波器340耦合到第一控制器输入端102，从而将频率控制信号F传送到振荡器电路10。
参考图9，无线通信设备400包括收发器(Tx/Rx)410，收发器(Tx/Rx)410耦合到用于发送和接收射频(RF)信号的天线420，并且耦合到数字信号处理器(DSP)430，该数字信号处理器(DSP)430处理要以RF接收或发送的基带信号。无线通信设备400还包括上面参考图8描述的锁相环(PLL)300，并且因此包括振荡器电路10。DSP430耦合到PLL 300的第二分频器输入端312以用于传送对除数N的指示，并且PLL 300的振荡信号输出端350耦合到收发器410以用于传送正交相关的第一振荡信号I和第二振荡信号Q，供收发器410用作本地振荡器信号。
接地GND可以处于0V的电势。可选地，可以替代地采用非零电压。
在不同实施例的上下文中描述的特征可以以组合方式提供在单个实施例中。相反，在单个实施例的上下文中描述的特征也可以分别提供或以任何合适的子组合来提供。
应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，术语“一”或“一个”不排除多个，单个特征可以实现权利要求中所述的若干特征的功能，并且权利要求中的参考标记不应被解释为限制权利要求的范围。还应注意，在将组件描述为“配置成”或“布置成”或“调适成”执行特定功能的情况下，将组件视为仅“适合于”执行该功能可能是适当的，这取决于正在考虑组件的背景。在整个文本中，这些术语通常被认为是可互换的，除非具体的上下文中另有规定。还应注意，附图不一定按比例绘制，而是通常着重于说明本公开的原理。

Claims (15)

1.一种用于生成具有相等频率的正交相关的第一和第二振荡信号的振荡器电路(10)，所述振荡器电路(10)包括：
第一振荡电路(VCO_I)，其被配置成生成具有第一可控频率的第一振荡信号；
第二振荡电路(VCO_Q)，其被配置成生成具有第二可控频率的第二振荡信号；以及
控制器(100)，其被配置成启用和禁用第一和第二振荡电路(VCO_I、VCO_Q)的振荡并控制第一和第二可控频率，使得当启用振荡时，控制第一和第二可控频率使其最初不相等，然后变得相等。
2.根据权利要求1所述的振荡器电路(10)，其中所述控制器(100)被配置成选择第一和第二可控频率中的哪一个具有不相等的频率中的较高频率。
3.根据权利要求1或2所述的振荡器电路(10)，其中所述不相等的频率之间的差为所述不相等的频率中的较低频率的至少百分之一或至少百分之五。
4.根据前述权利要求中任一项所述的振荡器电路(10)，其中所述控制器(100)被配置成平滑第一和第二可控频率从其各自不相等的频率到其相等频率的转变。
5.根据前述权利要求中任一项所述的振荡器电路(10)，其中：
第一振荡电路(VCO_I)包括具有取决于第一调谐信号的第一谐振频率的第一谐振电路(L_I1、L_I2、C_I)；
第二振荡电路(VCO_Q)包括具有取决于第二调谐信号的第二谐振频率的第二谐振电路(L_Q1、L_Q2、C_Q)；并且
其中所述控制器(100)被配置成：通过在启用第一和第二振荡电路(VCO_I、VCO_Q)的振荡之前建立具有不相等的值的第一和第二调谐信号来控制第一和第二可控频率使其最初不相等。
6.根据权利要求5所述的振荡器电路(10)，其中第一谐振电路包括具有取决于第一调谐信号的电容的第一电容器件(C_I)，并且第二谐振电路(L_Q1、L_Q2、C_Q)包括具有取决于第二调谐信号的电容的第二电容器件(C_Q)。
7.根据权利要求6所述的振荡器电路(10)，其中第一和第二电容器件(C_I、C_Q)各自包括变容二极管。
8.根据权利要求7所述的振荡器电路(10)，其中第一和第二调谐信号在一电压范围内可变，并且所述不相等的值之间的差为所述电压范围的至少百分之十。
9.根据权利要求5、6、7或8所述的振荡器电路(10)，其中所述控制器(100)包括滤波器(150)，所述滤波器(150)被配置成平滑第一和第二调谐信号从其各自不相等的值到用于建立所述相等频率的后续相等值的转变。
10.一种锁相环(300)，包括根据前述权利要求中任一项所述的振荡器电路(10)。
11.一种无线通信设备(400)，包括根据前述权利要求中任一项所述的振荡器电路(10)。
12.一种操作振荡器电路(10)以生成具有相等频率的正交相关的第一和第二信号的方法，所述振荡器电路(10)包括：第一振荡电路(VCO_I)，其被配置成生成具有第一可控频率的第一振荡信号；以及第二振荡电路(VCO_Q)，其被配置成生成具有第二可控频率的第二振荡信号；所述方法包括：启用第一和第二振荡电路(VCO_I、VCO_Q)的振荡并控制第一和第二可控频率使其最初不相等，然后变得相等。
13.根据权利要求12所述的方法，包括：选择第一和第二可控频率中的哪一个具有不相等的频率中的较高频率。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述不相等的频率之间的差为所述不相等的频率中的较低频率的至少百分之一或至少百分之五。
15.根据权利要求12、13或14所述的方法，包括：平滑第一和第二可控频率从其各自不相等的频率到其相等频率的转变。
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