CN111064434B - 转导控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一转导控制电路。转导控制电路包括谐振电路、负电阻单元电路，以及转导提升电路。谐振电路会根据输入电压产生振荡信号。负电阻单元电路会耦接谐振电路，且包括第一晶体管以及第二晶体管。转导提升电路会耦接负电阻单元电路，且包括第三晶体管和第四晶体管。第一晶体管的第一漏极耦接到第三晶体管的第三漏极、第一晶体管的第一栅极耦接到第三晶体管的第三栅极、第一晶体管的第一栅极耦接到第二晶体管的第二漏极，且第一晶体管的第一基极耦接到第四晶体管的第四基极和第四源极。

Description

转导控制电路
技术领域
本发明是关于一消除电压控制振荡器(voltage-controlled oscillator，VCO)中相位噪声的技术，特别是关于一转导控制电路。
背景技术
电压控制振荡器(VCO)在射频电路的前端系统中负责提供一个精确的本地振荡信号到混频器，以将信号提升至射频或将信号降低至中频。
相位噪声会对电压控制振荡器的输出信号产生严重的影响，因此降低相位噪声可以减少电压控制振荡器下一级电路的负担。传统上，有两种降低电压控制振荡器相位噪声的方式，一种是提高电感的Q值(电感的品质参数)，另一种是提高输出功率。然而，一般使用变压器式电感提升Q值的方法需要较大的面积。此外，提高输出功率的方法则会大幅提高消耗功率。
发明内容
本发明的目的是提供了一种消除电压控制振荡器中相位噪声，通过配置一转导提升电路来消除电压控制振荡器中相位噪声的转导控制电路。
根据本发明的一实施例提供了一种转导(gm)控制电路。所述转导控制电路包括一谐振电路、一负电阻单元电路，以及一转导提升电路。谐振电路会根据一输入电压产生相应频率的振荡信号。负电阻单元电路会耦接所述谐振电路，且包括一第一晶体管以及一第二晶体管。转导提升电路会耦接所述负电阻单元电路，且包括一第三晶体管和一第四晶体管。所述第一晶体管的一第一漏极耦接到所述第三晶体管的一第三漏极、所述第一晶体管的一第一栅极耦接到所述第三晶体管的一第三栅极、所述第一晶体管的所述第一栅极耦接到所述第二晶体管的一第二漏极，且所述第一晶体管的一第一基极耦接到所述第四晶体管的一第四基极和所述第四晶体管的一第四源极。此外，所述第二晶体管的一第二漏极耦接到所述第四晶体管的一第四漏极，所述第二晶体管的一第二栅极耦接到所述第四晶体管的一第四栅极，且所述第二晶体管的所述第二栅极耦接到所述第一晶体管的所述第一漏极，且所述第二晶体管的一第二基极耦接到所述第三晶体管的一第三基极和所述第三晶体管的一第三源极。
在一实施例中，转导提升电路还包括一第一电阻以及一第二电阻。所述第三晶体管的所述第三源极耦接所述第一电阻，且所述第四晶体管的所述第四源极耦接所述第二电阻，以及所述第一电阻和所述第二电阻耦接到一接地。
在一实施例中，转导提升电路还包括一第五晶体管以及一第六晶体管。所述第三晶体管的所述第三源极耦接所述第五晶体管的一第五漏极和一第五栅极，且所述第四晶体管的所述第四源极耦接所述第六晶体管的一第六漏极和一第六栅极，以及所述第五晶体管的一第五源极和所述第六晶体管的一第六源极耦接到一接地。
根据本发明的一实施例提供了一种转导(gm)控制电路。所述转导控制电路包括一电压控制振荡器以及一转导提升电路。电压控制振荡器根据一输入电压产生相应频率的振荡信号，且包括一负电阻单元电路，其中所述负电阻单元电路包括一第一晶体管以及一第二晶体管。转导提升电路耦接所述负电阻单元电路，且包括一第三晶体管和一第四晶体管。所述第一晶体管的一第一漏极耦接到所述第三晶体管的一第三漏极、所述第一晶体管的一第一栅极耦接到所述第三晶体管的一第三栅极、所述第一晶体管的所述第一栅极耦接到所述第二晶体管的一第二漏极，且所述第一晶体管的一第一基极耦接到所述第四晶体管的一第四基极和所述第四晶体管的一第四源极。此外，所述第二晶体管的一第二漏极耦接到所述第四晶体管的一第四漏极，所述第二晶体管的一第二栅极耦接到所述第四晶体管的一第四栅极，且所述第二晶体管的所述第二栅极耦接到所述第一晶体管的所述第一漏极，且所述第二晶体管的一第二基极耦接到所述第三晶体管的一第三基极和所述第三晶体管的一第三源极。
根据本发明的实施例所提出的转导控制电路，可通过一转导提升电路来提升负电阻单元电路中的晶体管的转导gm，以使得谐振电路的电感Q值QL可被提高。因此，根据本发明的实施例所提出的转导控制电路，将可达成降低电压控制振荡器(谐振电路和负电阻单元电路)的相位噪声的效果。
关于本发明其他附加的特征与优点，此领域的熟悉技术人士，在不脱离本发明的精神和范围内，当可根据本案实施方法中所揭露的转导控制电路，做些许的更动与润饰而得到。
附图说明
图1是显示根据本发明的一实施例所述的转导控制电路100的方块图；
图2是根据本发明的一实施例所述的一转导控制电路的电路图；
图3是根据本发明的另一实施例所述的一转导控制电路的电路图。
【符号说明】
100 转导控制电路
110 谐振电路
120 负电阻单元电路
130 转导提升电路
140 放大器电路
141 第一放大器电路
142 第二放大器电路
150 偏压电流控制电路
C1 第一电容
C2 第二电容
C3 第三电容
C4 第四电容
L1 第一电感
L2 第二电感
M1 第一晶体管
M2 第二晶体管
M3 第三晶体管
M4 第四晶体管
M5 第五晶体管
M6 第六晶体管
M7 第七晶体管
M8 第八晶体管
M9 第九晶体管
R1 第一电阻
R2 第二电阻
R3 第三电阻
R4 第四电阻
R5 第五电阻
Vdd 漏极电源
Vog 放大器电源
Vop 正电位的放大的振荡信号
Vnp 负电位的放大的振荡信号
Vsg 调整电压
Vt 输入电压
具体实施方式
本章节所叙述的是实施本发明的最佳方式，目的在于说明本发明的精神而非用以限定本发明的保护范围，本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。
图1是显示根据本发明的一实施例所述的转导(gm)控制电路100的方块图。如图1所示，转导控制电路100可包括一谐振电路(或LC共振电路)110、一负电阻单元电路120、一转导提升电路130、一放大器电路140，以及一偏压电流控制电路150。在图1所示的方块图，是为了方便说明本发明的实施例，但本发明并不以此为限。在转导控制电路100中亦可包含其他元件。
如图1所示，谐振电路110会耦接一漏极电源Vdd、负电阻单元电路120以及放大器电路140。谐振电路110可根据一输入电压Vt产生相应频率的振荡信号。负电阻单元电路120可用来抵消谐振电路110中寄生电阻的影响，以降低谐振电路110的振荡信号的损耗。放大器电路140可用来放大谐振电路110所产生的振荡信号，和输出放大后的振荡信号。根据本发明一实施例，谐振电路110和负电阻单元电路120可构成一电压控制振荡器(voltage-controlled oscillator，VCO)。
此外，如图1所示，转导提升电路130会耦接负电阻单元电路120。转导提升电路130可用来提升电阻单元电路120所包含的晶体管的转导(gm)。偏压电流控制电路150会耦接至负电阻单元电路120。偏压电流控制电路150会用来控制流经负电阻单元电路120的电流。
图2是根据本发明的一实施例所述的一转导控制电路的电路图。在图2中的电路图，是为了说明本发明的实施例，但本发明并不以此为限。
如图2所示，谐振电路110可包括一第一电感L1、一第二电感L2、一第一电容C1以及一第二电容C2。在一实施例中，第一电感L1和第二电感L2会耦接漏极电源Vdd，且第一电容C1和第二电容C2会耦接输入电压Vt。第一电容C1和第二电容C2可根据输入电压Vt来调整其电容值，以产生不同频率的振荡信号。第一电容C1会经由一第三电容C3耦接至放大器电路140，以及第二电容C2会经由一第四电容C4耦接至放大器电路140。
如图2所示，负电阻单元电路120可包括一第一晶体管M1以及一第二晶体管M2。第一晶体管M1的一第一漏极和第二晶体管的一第二漏极会耦接至谐振电路110，以取得漏极电源Vdd。在本发明的实施例中，可通过调整第一晶体管M1和第二晶体管M2的基极电压来提升转导(gm)，底下将有更详细的说明。
根据本发明一实施例，转导提升电路130可包括一第三晶体管M3、一第四晶体管M4、一第一电阻R1以及一第二电阻R2。此外，第一电阻R1和第二电阻R2会耦接到一接地。如图2所示，第一晶体管M1的第一漏极会耦接到第三晶体管M3的第三漏极。第一晶体管M1的第一栅极耦接到第三晶体管M3的一第三栅极。第一晶体管M1的第一栅极会耦接到第二晶体管M2的第二漏极。第一晶体管M1的第一基极会耦接到第四晶体管M4的第四基极和第四晶体管M4的第四源极。第二晶体管M2的第二漏极会耦接到第四晶体管M4的第四漏极。第二晶体管M2的第二栅极会耦接到第四晶体管M4的第四栅极。第二晶体管M2的第二栅极会耦接到第一晶体管M1的第一漏极。第二晶体管M2的第二基极会耦接到第三晶体管M3的第三基极和第三晶体管M3的一第三源极。第一晶体管M1的第一源极和第二晶体管M2的第二源极会耦接偏压电流控制电路150。
在一实施例中，当第一晶体管M1所接收到的振荡信号是负电位(即第二晶体管M2所接收到的振荡信号是正电位)时，第四晶体管M4会调整第一晶体管M1的基极电压，以提升第一晶体管M1的转导gm。在一实施例中，当第二晶体管M2所接收到的振荡信号是负电位(即第一晶体管M1所接收到的振荡信号是正电位)时，第三晶体管M3会调整第二晶体管M2的基极电压，以提升第二晶体管M2的转导gm。当负电阻单元电路120的第一晶体管M1或第二晶体管M2的转导gm被提高时，谐振电路110的电感(即第一电感L1和第二电感L2)的电感Q值(电感的品质参数)QL就会提高，因而使得谐振电路110的相位噪声就会被降低。底下将会以电感Q值QL、总转导GT和转导gm的公式来做更详细的说明。
根据电感Q值QL(电感的品质参数)的公式：
Figure BDA0001998211720000061
其中GT是总转导、CT是总寄生电容值，以及L是电感值，可以得知当电压控制振荡器(即谐振电路110和负电阻单元电路120)的总转导GT下降时，谐振电路110的电感Q值QL就会提高。
此外，再根据总转导GT的公式：
Figure BDA0001998211720000062
其中GL为电感的电导，GA为晶体管的转导，可以得知当负电阻单元电路120的第一晶体管M1或第二晶体管M2转导gm提高时，电压控制振荡器(谐振电路110和负电阻单元电路120)的总转导GT就会下降。
此外，再根据转导gm的公式：
Figure BDA0001998211720000063
其中
Figure BDA0001998211720000064
是费米能阶系数、VSB是源极和基极间的电压、r是基极效应系数，以及gmb是漏极和源极的电流源模型，可以得知当负电阻单元电路120的第一晶体管M1或第二晶体管M2的VSB提高时，第一晶体管M1或第二晶体管M2的转导gm就会提高。
因此，由所有上述公式可推得，当转导提升电路130的第三晶体管M3提高第二晶体管M2的基极电压(即提高VSB)时，第二晶体管M2的转导gm就会提高，以及当转导提升电路130的第四晶体管M四提高第一晶体管M1的基极电压(即提高VSB)时，第一晶体管M1的转导gm就会提高。当负电阻单元电路120的第一晶体管M1或第二晶体管M2转导gm提高时，将可使得谐振电路110的电感Q值QL就会提高。因此，转导提升电路130即可达成降低电压控制振荡器(谐振电路110和负电阻单元电路120)的相位噪声的效果。
回到图2，放大器电路140可包括一第一放大器电路141以及一第二放大器电路142。第一放大器电路141可包括一第七晶体管M7，且会输出正电位的放大的振荡信号Vop。第二放大器电路142可包括一第八晶体管M8，且会输出负电位的放大的振荡信号Von。第七晶体管M7的第七栅极和第八晶体管M8的第八栅极会分别经由第四电阻R4和第五电阻R5耦接至放大器电源Vog。此外，第七晶体管M7的第七栅极会经由第三电容C3耦接至第一电感L1和第一电容C1，且第八晶体管M8的第八栅极会经由第四电容C4耦接至第二电感L2和第二电容C2。第七晶体管M7的第七源极和第八晶体管M8的第八源极会耦接至一接地。第七晶体管M7的第七漏极会输出振荡信号Vop。第八晶体管M8的第八漏极会输出振荡信号Von。
如图2所示，偏压电流控制电路150可包括一第九晶体管M9和一第三电阻R3。第九晶体管M9的第九漏极会耦接至负电阻单元电路120的第一晶体管M1的第一源极和第二晶体管M2的第二源极。第九晶体管M9的第九源极会耦接至一接地。第九晶体管M9的第九栅极会经由第三电阻R3耦接至一调整电压Vsg，且调整电压Vsg会耦接至一接地。调整电压Vsg是用来控制流经负电阻单元电路120的电流。
图3是根据本发明的另一实施例所述的一转导控制电路的电路图。在图3中的电路图，是为了说明本发明的实施例，但本发明并不以此为限。
如图3所示，和图2不同地是，转导提升电路130亦可包括一第三晶体管M3、一第四晶体管M4、一第五晶体管M5以及一第六晶体管M6。第五晶体管M5的第五漏极和第五栅极会耦接第三晶体管M3的第三源极。第六晶体管M6的第六漏极和第六栅极会耦接第四晶体管M四的第四源极。此外，第五晶体管M5的第五源极和第六晶体管M6的第六源极会耦接到一接地。图3其余元件的操作和图2相同，在此就不赘述。
根据本发明的实施例所提出的转导控制电路，可通过一转导提升电路来提升负电阻单元电路中的晶体管的转导gm，以使得谐振电路的电感Q值QL可被提高。因此，根据本发明的实施例所提出的转导控制电路，将可达成降低电压控制振荡器(谐振电路和负电阻单元电路)的相位噪声的效果。
在本说明书中以及申请专利范围中的序号，例如“第一”、“第二”等等，是为了方便说明，彼此之间并没有顺序上的先后关系。
以上段落使用多种层面描述。显然的，本文的教示可以多种方式实现，而在范例中揭露的任何特定架构或功能为一代表性的状况。根据本文的教示，任何熟知此技艺的人士应理解在本文揭露的各层面可独立实作或两种以上的层面可以合并实作。
虽然本揭露已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本揭露，任何熟悉此技艺者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (15)

1.一种转导控制电路，其特征在于，包括：
谐振电路，根据输入电压产生振荡信号；
负电阻单元电路，耦接所述谐振电路，且包括第一晶体管以及第二晶体管；以及
转导提升电路，耦接所述负电阻单元电路，且包括第三晶体管和第四晶体管，
其中所述第一晶体管的第一漏极耦接到所述第三晶体管的第三漏极、所述第一晶体管的第一栅极耦接到所述第三晶体管的第三栅极、所述第一晶体管的所述第一栅极耦接到所述第二晶体管的第二漏极，且所述第一晶体管的第一基极耦接到所述第四晶体管的第四基极和所述第四晶体管的第四源极，以及
其中所述第二晶体管的第二漏极耦接到所述第四晶体管的第四漏极，所述第二晶体管的第二栅极耦接到所述第四晶体管的第四栅极，且所述第二晶体管的所述第二栅极耦接到所述第一晶体管的所述第一漏极，且所述第二晶体管的第二基极耦接到所述第三晶体管的第三基极和所述第三晶体管的第三源极。
2.根据权利要求1所述的转导控制电路，其特征在于，所述谐振电路耦接漏极电源、所述第一漏极以及所述第二漏极。
3.根据权利要求2所述的转导控制电路，其特征在于，所述谐振电路包括第一电感、第二电感、第一电容以及第二电容，其中所述第一电感和所述第二电感耦接所述漏极电源，以及所述第一电容和所述第二电容耦接所述输入电压。
4.根据权利要求1所述的转导控制电路，其特征在于，所述转导提升电路还包括第一电阻以及第二电阻，其中所述第三晶体管的所述第三源极耦接所述第一电阻，且所述第四晶体管的所述第四源极耦接所述第二电阻，以及所述第一电阻和所述第二电阻耦接到接地。
5.根据权利要求1所述的转导控制电路，其特征在于，所述转导提升电路还包括第五晶体管以及第六晶体管，其中所述第三晶体管的所述第三源极耦接所述第五晶体管的第五漏极和第五栅极，且所述第四晶体管的所述第四源极耦接所述第六晶体管的第六漏极和第六栅极，以及所述第五晶体管的第五源极和所述第六晶体管的第六源极耦接到接地。
6.根据权利要求1所述的转导控制电路，其特征在于，还包括：
第一放大器电路，耦接所述谐振电路，且包括第七晶体管；以及
第二放大器电路，耦接所述谐振电路，且包括第八晶体管。
7.根据权利要求1所述的转导控制电路，其特征在于，还包括偏压电流控制电路，耦接所述负电阻单元电路，且包括第九晶体管和第三电阻。
8.一种转导控制电路，其特征在于，包括：
电压控制振荡器，根据输入电压产生振荡信号，且包括负电阻单元电路，其中所述负电阻单元电路包括第一晶体管以及第二晶体管；以及
转导提升电路，耦接所述负电阻单元电路，且包括第三晶体管和第四晶体管，
其中所述第一晶体管的第一漏极耦接到所述第三晶体管的第三漏极、所述第一晶体管的第一栅极耦接到所述第三晶体管的第三栅极、所述第一晶体管的所述第一栅极耦接到所述第二晶体管的第二漏极，且所述第一晶体管的第一基极耦接到所述第四晶体管的第四基极和所述第四晶体管的第四源极，以及
其中所述第二晶体管的第二漏极耦接到所述第四晶体管的第四漏极，所述第二晶体管的第二栅极耦接到所述第四晶体管的第四栅极，且所述第二晶体管的所述第二栅极耦接到所述第一晶体管的所述第一漏极，且所述第二晶体管的第二基极耦接到所述第三晶体管的第三基极和所述第三晶体管的第三源极。
9.根据权利要求8所述的转导控制电路，其特征在于，所述电压控制振荡器还包括谐振电路，且所述谐振电路根据所述输入电压产生振荡信号。
10.根据权利要求第9项所述的转导控制电路，其特征在于，所述谐振电路耦接漏极电源、所述第一漏极以及所述第二漏极。
11.根据权利要求10所述的转导控制电路，其特征在于，所述谐振电路包括第一电感、第二电感、第一电容以及第二电容，其中所述第一电感和所述第二电感耦接所述漏极电源，以及所述第一电容和所述第二电容耦接所述输入电压。
12.根据权利要求8所述的转导控制电路，其特征在于，所述转导提升电路还包括第一电阻以及第二电阻，其中所述第三晶体管的所述第三源极耦接所述第一电阻，且所述第四晶体管的所述第四源极耦接所述第二电阻，以及所述第一电阻和所述第二电阻耦接到接地。
13.根据权利要求8所述的转导控制电路，其特征在于，所述转导提升电路还包括第五晶体管以及第六晶体管，其中所述第三晶体管的所述第三源极耦接所述第五晶体管的第五漏极和第五栅极，且所述第四晶体管的所述第四源极耦接所述第六晶体管的第六漏极和第六栅极，以及所述第五晶体管的第五源极和所述第六晶体管的第六源极耦接到接地。
14.根据权利要求8所述的转导控制电路，其特征在于，还包括：
第一放大器电路，耦接所述电压控制振荡器，且包括第七晶体管；以及
第二放大器电路，耦接所述电压控制振荡器，且包括第八晶体管。
15.根据权利要求8所述的转导控制电路，其特征在于，还包括偏压电流控制电路，耦接所述负电阻单元电路，且包括第九晶体管和第三电阻。
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