CN116210151A - 使用开关电感器的宽带低相位噪声数控振荡器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种数控振荡器(digitally‑controlled oscillator，DCO)。在一个方面，DCO包括谐振槽，该谐振槽可以包括多个电感器和多个金属氧化物半导体(metal‑oxide‑semiconductor，MOS)晶体管。谐振槽可以包括连接在第一对电感器之间的第一电路、连接在第二对电感器之间的第二电路、连接在第三对电感器之间的第三电路和连接在第四对电感器之间的第四电路。第三电路和第四电路中的每一个可以包括电容器和开关元件。第一对电路和第二对电路中的每一对包括与相应的开关元件并联布置的电感器。第三对电感器和第四对电感器中的每一对可以包括与第一对电感器共用的电感器和与第二对电感器共用的另一个电感器。第四对电感器可以与第三对电感器不同。
Description
背景技术
在手机或Wi-Fi设备等无线/有线终端中，数控振荡器(digitally-controlledoscillator，DCO)是锁相环(phase locked loop，PLL)的一部分，后者提供用于射频(radiofrequency，RF)发射和接收的本振信号。
发明内容
通过在低相位噪声和宽频率范围下工作，提供本振信号的组件可以使这种终端能够在宽频谱的蜂窝频率上通信。然而，当前的DCO设计通常不能用具有足够低相位噪声的单个DCO覆盖整个蜂窝频率频谱。因此，为了支持在整个蜂窝频率频谱上通信，许多终端会对每个PLL使用两个或更多DCO。每个DCO的电感器占用相对较大的裸晶面积，并且通常必须彼此间隔相对较远以减弱磁耦合效应，这增加了集成电路(integrated circuit，IC)的成本。
本说明书中描述的主题可以在特定实施例中实现，以实现以下优点中的一个或多个。本文公开的一个或多个系统和技术的目的是增加DCO的频率范围，以允许其覆盖足够的范围，使得PLL不需要第二个DCO来覆盖所有蜂窝频率。通过这种方式，该类系统和技术可以节约规模和成本。
一般来说，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以体现在数控振荡器(digitally-controlled oscillator，DCO)中，该振荡器可以包括谐振槽，该谐振槽可以包括多个电感器；多个金属氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor，MOS)晶体管，其中，所述多个MOS晶体管中的每个MOS晶体管的端子耦合到所述多个电感器中各自电感器的分接点；连接在所述多个电感器中的第一对电感器之间的第一电路，其中，所述第一电路包括与第一开关元件并联布置的第一电感器；连接在所述多个电感器中的第二对电感器之间的第二电路，所述第二电路包括与第二开关元件并联布置的第二电感器；连接在所述多个电感器中的第三对电感器之间的第三电路，所述第三对电感器，具有与所述第一对电感器共用的一个电感器和与所述第二对电感器共用的另一个电感器，其中，所述第三电路包括电容器和开关元件；以及连接在所述多个电感器中的第四对电感器之间的第四电路，所述第四对电感器具有与所述第一对电感器共用的一个电感器和与所述第二对电感器共用的另一个电感器，其中所述第四电路包括电容器和开关元件，其中所述第四对电感器不同于所述第三对电感器。
上述实施例和其他实施例可以任选地单独或组合包括本文描述的一个或多个特征。具体而言，一个实施例包括以下所有特征的组合。
在一些实施方式中，多个电感器中的每个电感器具有相同的电感。
在一些实施方式中，DCO可以包括通信耦合到第一电路和第二电路中的每一个的控制电路，该控制电路用于控制第一电路和第二电路在第一模式和第二模式之间切换。在第一模式中，第一开关元件和第二开关元件均开路，在第二模式中，第一开关元件和第二开关元件均断路。
在一些实施方式中，在第一模式中，谐振槽可以用于生成第一频率范围内的信号；在第二模式中，谐振槽可以用于生成与第一频率范围不同的第二频率范围内的信号。
在一些实施方式中，控制电路可以通信耦合到第三电路和第四电路中的每一个，使得在第一模式中，控制电路用于选择性地控制第三电路中的开关元件、第四电路中的开关元件或两者，以将谐振槽调谐到第一频率范围中的特定频率；在第二模式中，控制电路用于选择性地控制第三电路中的开关元件、第四电路中的开关元件或两者，以将谐振槽调谐到第二频率范围中的特定频率。
在一些实施方式中，第一电感器和第二电感器中的每一个可以具有相同的电感，并且第一电感器和第二电感器中的每一个的电感可以不同于多个电感器中的每一个的电感。
在一些实施方式中，可以在单个半导体衬底上形成谐振槽。
在一些实施方式中，第三电路和第四电路中的每一个可以包括多个电容器和多个开关元件。
在一些实施方式中，多个MOS晶体管中的每个MOS晶体管的端子可以包括漏极端子。
在一些实施方式中，多个MOS晶体管中的每个MOS晶体管的栅极端子可以耦合到谐振槽内的多个点中的相应点。
在一些实施方式中，谐振槽内的多个点可以包括(i)第一对电感器和第三电路之间的点，(ii)第一对电感器和第四电路之间的点，(iii)第二对电感器和第三电路之间的点，和(iv)第二对电感器和第四电路之间的点。
本说明书主题的一种或多个实施例的详细内容在附图和具体实施方式中阐述。主题的其它特征、方面和优点在具体实施方式、附图和权利要求书中是显而易见的。
附图说明
图1是示例无线通信系统的方框图。
图2是可以实现根据本发明的方法和教导的示例无线设备的方框图。
图3A至3B是示例DCO的示意图。
图4示出了根据一些实施方式，图3B的示例DCO的布局。
图5示出了根据一些实施方式，图3B的示例DCO的示意图。
图6示出了规格表。
图7A至B示出了作为DCO谐振频率函数的电感的各种曲线图。
具体实施方式
图1示出了包括能够与一个或多个无线通信网络通信的无线设备110的示例无线通信系统100的方框图。无线设备110能够与之通信的一个或多个无线通信网络可以包括但不限于一个或多个蜂窝或无线广域网(wireless wide area network，WWAN)、一个或多个无线局域网(wireless local area network，WLAN)、一个或多个无线个人局域网(wireless personal area network，WPAN)或其组合。
在图1的示例中，无线设备110被描述为能够通过至少一个基站120与至少一个WWAN通信，并通过至少一个接入点130与至少一个WLAN通信。至少一个基站120可以支持与在其相应覆盖区域122内的无线设备的双向通信。类似地，至少一个接入点130可以支持与在其相应覆盖区域132内的无线设备的双向通信。
在一些实施方式中，与至少一个基站120关联的至少一个WWAN可以是其他代和类型的网络中的第五代(fifth generation，5G)网络。在这些实施方式中，至少一个基站120可以是5G基站，其使用正交频分复用(orthogonal frequency-division multiplexing，OFDM)和/或非OFDM以及短于1毫秒(例如100或200微秒)的传输时间间隔(transmissiontime interval，TTI)来与无线设备，例如无线设备110通信。例如，至少一个基站120可以采用若干设备形式之一，例如基站收发站(base transceiver station，BTS)、Node-B(NodeB)、演进型NodeB(eNB)、下一代(第五)代(5G)NodeB(gNB)、家庭NodeB、家庭eNodeB，站点控制器、接入点或无线路由器，或具有有线或无线网络的服务器、路由器、交换机或其他处理实体。此外，如图1中所示，无线设备110用于通过一个或多个WPAN与一个或多个个人局域网(personal area network，PAN)设备/系统130(例如，
或射频识别(radiofrequency identification，RFID)系统和设备)通信。
系统100可以使用多信道接入功能，包括这样一个方案，即其中至少一个基站120和无线设备110用于实现长期演进无线通信标准(Long Term Evolution，LTE)、LTE高级(LTE Advanced，LTE-A)和/或LTE多媒体广播多播服务(Multimedia Broadcast MulticastService，MBMS)。在其他实施方式中，至少一个基站120和无线设备110用于实现UMTS、HSPA或HSPA+标准和协议。当然，也可以使用其它多址接入方案和无线协议。无线设备110可以包括类似于下面参考图2描述的一个或多个发射器和接收器，以支持与不同类型的接入点、基站和其他无线通信设备的多个通信。
下面的参考图2至6进一步详细描述可用于无线设备110和其他类似设备的发射器组件和RF功率放大器的示例。虽然图1示出了通信系统的一个示例，但是可以对图1进行各种更改。。例如，通信系统100可以任何合适配置包括任意数量的无线设备、基站、接入点、网络或其他组件。
图2是可以实现根据本发明的方法和教导的示例无线设备110的方框图。无线设备110可以是移动电话，也可以是其他设备，例如台式计算机、笔记本电脑、平板电脑、手持计算设备、汽车计算设备和/或其他计算设备。如图2所示，无线设备110包括至少一个发射器210、至少一个接收器220、至少一个存储器230、至少一个处理器240和至少一个输入/输出设备260。在这里仅示出了一个发射器和一个接收器，但在许多实施例中，可以包括多个发射器和接收器以同时支持不同类型的多个通信。每个发射器可以采用本发明的创新。
处理器240可以实现无线设备110的各种处理操作。例如，处理器240可以执行信号编码、数据处理、功率控制、输入/输出处理或使无线设备110能够在系统100中操作的任何其他功能(图1)。所述处理器240可以包括用于执行一个或多个操作的任何合适的处理或计算设备。例如，处理器240可以包括微处理器、微控制器、数字信号处理器、现场可编程门阵列、专用集成电路或这些设备的组合。
发射器210用于调制数据或其他内容，以便由至少一根天线250A传输。在基带或中频信号被提供给功率放大器和天线250A用于传输之前，发射器210还可用于放大、滤波和上变频为射频(radio frequency，RF)信号。所述发射器210可以包括用于生成用于无线传输的信号的任何合适的结构。下面参考图2所示的组件212至218进一步详细地描述发射器210的其他方面。
接收器220可用于解调由至少一根天线250B接收的数据或其他内容。所述接收器220还可以用于对通过所述天线250B接收的RF信号进行放大、滤波和变频。所述接收器220可以包括用于处理无线接收的信号的任何合适的结构。
天线250A和250B中的每一根可以包括用于发射和/或接收无线信号的任何合适的结构。在一些实施方式中，天线250A和250B可以实现为单根天线，其可以用于发射和接收RF信号。
应当理解，一个或多个发射器210可以用于无线设备110，一个或多个接收器220可以用于无线设备110，一根或多根天线250可以用于无线设备110。虽然示出为单独的块或组件，但至少一个发射器210和至少一个接收器220可以组合成收发器。因此，示出收发器的单个块，而不是示出图2中的所述发射器210的单独的块和所述接收器220的单独的块。
此外，无线设备110还包括一个或多个输入/输出设备260。所述输入/输出设备260便于与用户进行交互。每个输入/输出设备260包括用于向用户提供信息或从用户接收信息的任何合适的结构，如扬声器、麦克风、小键盘、键盘、显示器或触摸屏。
此外，无线设备110包括至少一个存储器230。存储器230用于存储由无线设备110使用、生成或收集的指令和数据。例如，所述存储器230可以存储一个或多个处理器240执行的软件或固件指令以及用于减少或消除输入信号中的干扰的数据。每个存储器230包括任何合适的一个或多个易失性和/或非易失性存储与检索设备。可以使用任何合适类型的存储器，例如，随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read onlymemory，ROM)、硬盘、光盘、用户识别模块(subscriber identity module，SIM)卡、记忆棒、安全数码(secure digital，SD)存储卡等。
在一些实施方式中，发射器210可以包括信号处理电路212、调制电路214、功率放大器216和至少一个滤波器218。其中，信号处理电路212可以包括一个或多个电路，用于处理作为输入(例如从处理器240)接收的信号。例如，信号处理电路212可以包括数模转换器(digital-to-analog converter，D/A)，其将数字输入(例如来自处理器240)转换为模拟RF信号，并将RF信号提供给低通滤波器，接着由低通滤波器滤波RF信号并将滤波后的RF信号提供给调制电路214。
调制电路214除了从信号处理电路212接收滤波的RF信号外，还从本机振荡器215接收信号，并调制或调整输出信号的频率，例如，从诸如基带或中频(intermediatefrequency，IF)信号的第一频率到高于用于将输出信号上变频为RF的第一频率的第二频率，以及当将输入RF信号下变频为IF或基带频率信号时，到低于第一频率的第三频率。此外，如图2中所示，发射器210包括RF前端217，其包括放大和滤波电路，在将RF信号提供给功率放大器216之前，对RF信号进行滤波和放大。
从RF前端217生成的RF信号在作为发射器210的输出提供给用于无线传输的至少一根天线250A之前，由功率放大器216放大并由至少一个滤波器218滤波。在一些示例中，发射器210还可以包括将调制电路214连接到功率放大器216的前置功率放大器或其他电路。虽然图2示出了滤波器218作为功率放大器216的下游，但在一些实施方式中，滤波器218可以在功率放大器216的上游，在这种情况下，来自RF前端217的RF信号首先由至少一个滤波器218滤波，然后由功率放大器216放大，然后作为发射器210的输出提供给至少一根天线250A用于无线传输。在一些实施方式中，本机振荡器215包括锁相环(phase locked loop，PLL)219和/或数控振荡器(digitally-controlled oscillator，DCO)213，类似于下面进一步详细描述的一个或多个。在一些示例中，本机振荡器215还可以向接收器220的调制(或解调)电路提供信号。在其他示例中，可以在接收器220处使用类似或等效于本机振荡器215的单独本机振荡器，用于向接收器220的调制(或解调)电路提供这样的信号。因此，在一些实施方式中，向接收器220的调制(或解调)电路提供信号的本机振荡器包括PLL219和/或DCO213，类似于下面进一步详细描述的一个或多个。然而，其他配置也是可能的。
如上所述，本文公开的一个或多个系统和技术可以增加DCO的频率范围，以允许其覆盖足够的范围，使得PLL不需要第二个DCO来覆盖所有蜂窝频率。通过这种方式，该类系统和技术可以节约规模和成本。下面提供了这种系统和技术的示例。
在一些实施方式中，为了扩展DCO的范围，将额外的电感添加到DCO的电感器/电容器(inductor/capacitor，LC)谐振器中。在一些示例中，采用可变电感器尺寸以将DCO的范围增加到一个倍频程以上，这样一来，每个PLL就不需要两个DCO。
图3A和3B分别是示例DCO 300A和300B的示意图。DCO 300B和300A分别表示没有和具有上述额外电感的DCO。
DCO 300A可包括一个单电感值谐振器和一个用于频率调整的电容数模转换器(Capacitive Digital to Analog Converter，CAPDAC)。另一方面，DCO 300B可以包括具有相同CAPDAC的谐振器的可切换电感值。DCO 300B的LC谐振器中的额外电感提供了两个不同的LC谐振器频率范围，使其具有两个工作频段。根据DCO的平均几何频率，DCO 300A的频率范围为40.8％，DCO 300B的频率范围为75.8％，其中70.7％的范围代表一个倍频程。
DCO 300A的频率范围可表示为：
其中，L是谐振器环路的电感值，C是CAPDAC的固定电容，ΔC是CAPDAC的可变电容。
DCO 300B是包括多个电感器302的谐振槽。多个电感器302中的每个电感器可以具有相同的电感。
DCO 300B还包括多个金属氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor，MOS)晶体管304，其中多个MOS晶体管中的每个MOS晶体管的端子306耦合到多个电感器中的相应电感器的分接点308。耦合到相应电感器的分接点308的多个MOS晶体管304中的每个MOS晶体管的端子306是漏极端子。分接点降低晶体管304所看到的电压，并允许谐振器电压更高，以保持信号功率。多个MOS晶体管中的每个MOS晶体管的栅极端子310可以耦合到谐振槽内的多个点中的相应点。
多个电感器302中的电感器的中心点是虚拟交流接地。更小的工艺技术具有比漏极到源极电压vds更高的栅极击穿电压vgs和vgd，这允许比电源轨更大的电压摆幅。MOS晶体管的非线性在输出端而非输入端占主导地位，栅极的电压摆幅不会显著影响上变频闪烁噪声水平。这允许逆变器输入端的分接头电压比输出端的分接头电压更大。
DCO 300B包括连接在多个电感器302中的第一对电感器之间的第一电路。该第一电路包括与第一开关元件314并联布置的第一电感器312。
此外，DCO 300B还包括连接在多个电感器302中的第二对电感器之间的第二电路。该第二电路包括与第二开关元件318并联布置的第二电感器316。
当开关元件314和/或开关元件318中的至少一个开路时，第二电感L2串联添加到初级电感L1(由多个电感器302给出)。第二电感包括第一电感器312和/或第二电感器316。两种电感都通过影响谐振频率ωo的互感而改变。除了互感之外，开关元件314和/或开关元件318中的任何寄生电容Cs都会生成寄生谐振频率和L2，该寄生谐振频率随着频率的增加而增加其额外电感。第二谐振在谐振器环路中生成高阻抗，降低了Q。开关元件的尺寸使得其平衡了在断路时初级电感环路中增加的电阻和在开路时的寄生谐振频率。
较低频段范围可表示为：
其中，L1是第一固定电感，L2是第二可切换电感，Cp是开关元件的寄生电容，C是CAPDAC的固定电容，ΔC是CAPDAC的可变电容。
对于DCO 300B，当电感器被断路开关元件314和/或开关元件318短路时，初级电感L1的Q因开关电阻而降低，并且较高的频带范围可以表示为：
其中，L1是第一固定电感(多个电感器302的电感)，C是CAPDAC的固定电容，ΔC是CAPDAC的可变电容。
单个DCO 300B不受与相邻DCO的磁耦合影响，相邻DCO在不工作的情况下，当需要两个DCO覆盖整个蜂窝频谱时，可以改变DCO的频率。
此外，DCO 300B还包括连接在多个电感器302中的第三对电感器之间的第三电路320。第三对电感器具有一个与第一对电感器共用的电感器和另一个与第二对电感器共用的电感器。第三电路包括电容器和开关元件。
此外，DCO 300B还包括连接在多个电感器302中的第四对电感器之间的第四电路322。第四对电感器具有一个与第一对电感器共用的电感器和另一个与第二对电感器共用的电感器。第四电路包括电容器和开关元件。在一些实施方式中，第四对电感器与第三对电感器不同。
每个MOS晶体管(在多个MOS晶体管304中)的栅极端子310可以在谐振槽内耦合到的多个点中的相应点可以包括(i)第一对电感器和第三电路之间的点，(ii)第一对电感器和第四电路之间的点，(iii)第二对电感器和第三电路之间的点，和(iv)第二对电感器和第四电路之间的点。多个MOS晶体管可以由AGC电路(未示出)或简单的电压或电流源供电。在一些实施例中，多个MOS晶体管是“自偏置”的，即低输入电压生成高输出电压，反之亦然。多个MOS晶体管中的每一个晶体管的栅极端子通过电感器连接到漏极(输出)，这使得输入和输出稳定在最小电源电压。在这种实施方式中，可以不实现偏置电路。
在一些实施方式中，多个MOS晶体管304可以是两对交叉耦合的CMOS反相器324。反相器324连接到电感器的两端，以保持电容的匹配。反相器324通过电感器的直流连接自偏置，以实现低噪声。输入位于电感器主环路的相对两侧，以确保相位正确。反相器324靠近它们的栅极连接放置，并且输出径向穿过电感器的主环路的中心，以最小化电感耦合。输出可以连接到虚拟接地之后电感器上的任何一点，以形成分接头电感。
第三电路320和第四电路322中的每一个可以包括多个电容器和多个开关元件。为了说明目的，所示的开关元件在图中示出为开路，但可以是开路或断路。第三电路320和第四电路322中的每一个可以包括多个电容器和多个开关元件，例如上述的CAPDAC。第三电路320和第四电路322可以包括多个加权电容器。例如，第三电路320和第四电路322中的每一个可以包括5位粗调CAPDAC；然而，也可以或可选地使用5位微调CAPDAC。CAPDAC中的电容器行由单位电容器单元构成。有源上拉和下拉电阻用于直流偏置和最佳开关电阻。
电容的分布性质导致差分间断(Differential Discontinuity，DD)，这意味着如果所有电容器由于CAPDAC连接中的额外电感而加权相等，则谐振频率中的数控电容会逐步变化。多个电容器中的电容器离多个电感器越远，有效电容就越大。所述多个电容器可以是二进制加权电容器。二进制加权电容器可以分布以最大限度地减少DD。
图4示出了根据一些实施方式，图3B的示例DCO的布局400。即，在一些实施方式中，DCO 300B采用包括主电感器环路和侧电感器波瓣的电感器布局400。旁瓣在LC谐振器中的虚拟交流(alternating current，AC)接地处连接到主电感器环路，以最大限度地减少接地的容性耦合。
通过将两个DCO替换为与DCO 300B相似或等效的单个DCO，可以实现约50％的面积减少。鉴于DCO通常占据相当大的收发器IC面积，以及单个芯片上有多达2个TX PLL和5个RXPLL，因此实现这种面积的减少可转化为IC的尺寸和成本的大幅降低。
图5是示例性DCO 500的示意图，在一些实施方式中，其可以表示图3B的示例性DCO300B的详细示意图。
DCO 500包括谐振槽，后者又包括第一电路510、第二电路520、第三电路530、第四电路540和多个电感器551A至551D。在一些实施方式中，可以在单个半导体衬底上形成谐振槽。第一电路510连接在第一对电感器之间，例如电感器551A和511B，并包括与第一开关元件并联布置的第一电感器。第二电路520连接在第二对电感器之间，例如电感器551C和551D，并包括与第二开关元件并联布置的第二电感器。第三电路530连接在第三对电感器之间，例如电感器551B和551C，并包括电容器和开关元件。第三对电感器具有与第一对电感器共用的一个电感器，例如电感器551B，以及与第二对电感器共用的另一个电感器，例如电感器551C。第四电路540连接在第四对电感器之间，例如电感器551D和551A，并包括电容器和开关元件。第四对电感器具有与第一对电感器共用的一个电感器，例如电感器551A，和与第二对电感器共用的另一个电感器，例如电感器551D。在一些实施方式中，第一电路和第二电路中的一个或两个电路中的每一个可以包括寄生电容器Cp、寄生电阻器Rp或两者。
在一些实施方式中，DCO 500还包括控制电路570，其通信耦合到第一电路510和第二电路520中的每一个。控制电路可以用于控制第一电路510和第二电路520，以在(i)第一开关元件和第二开关元件两者都开路的第一模式和(ii)第一开关元件和第二开关元件两者都断路的第二模式之间切换。在一些示例中，第一模式和第二模式可以使谐振槽分别生成第一频率范围和第二频率范围内的信号。例如，第一模式可以对应于谐振槽被调谐到上述低频带范围中的频率，第二模式可以对应于谐振槽被调谐到上述高频带范围中的频率。在一些示例中，控制电路用于一致地控制第一开关元件和第二开关元件，使得第一开关元件和第二开关元件保持在相同的状态。
在第一模式中，控制电路可以用于选择性地控制第三电路530中的开关元件、第四电路540中的开关元件或两者，以将谐振槽调谐到第一频率范围中的特定频率，例如，上述低频带范围。类似地，在第二模式中，控制电路可以用于选择性地控制第三电路530中的开关元件、第四电路540中的开关元件或两者，以将谐振槽调谐到第二频率范围中的特定频率，例如，上述高频带范围。
在一些实施方式中，电感器551A至551D都具有相同的电感。例如，每个电感器551A至551D的电感可以是1/2L1，其中L1是上述第一固定电感。类似地，在一些实施方式中，第一电路510和第二电路520的第一电感器和第二电感器具有相同的电感。例如，第一电感器和第二电感器中的每一个的电感可以是L2，其中L2是上面描述的第二可切换电感。此外，L2和1/2L1的值可能不同。
图6显示了不同操作条件下DCO谐振频率的计算机模拟结果。当CAPDAC具有最大电容且电感器开关开路时，Fmin频段0是最低工作频率。当CAPDAC具有最小电容且电感器开关开路时，Fmax频段0是最高工作频率。当CAPDAC具有最大电容且电感器开关断路时，Fmin频段1是最低工作频率。当CAPDAC具有最小电容且电感器开关断路时，Fmax频段1是最高工作频率。范围是DCO相对于其几何平均频率的总频率范围。NOMINAL、FFH_RCMIN和FFC_RCMIN列表示不同的组件公差值和温度。FF表示快速CMOS晶体管、SS表示慢速CMOS晶体管、H表示热温度、C表示冷温度、RCMIN表示最小容差值电容器和电阻器、RCMAX表示最大容差值电容器和电阻器。例如，FFH_RCMIN是一种设备，其中生产公差使晶体管偏置，使其比标称速度更快，该设备在热温度下工作，且生产公差使电容器偏置，使电容器小于标称规格。该表显示了当生产公差影响IC制造时，频率范围是如何发生偏置的。
在一些实施方式中，模拟的DCO的谐振频率范围是4.517Ghz至10.469GHz。低频段(开关元件开路)是4.517Ghz至7.448GHz，高频段(开关元件断路)范围是5.791GHz至10.469GHz。例如，可以在6.732GHz处实现最终拆分。可以实现79.4％的整体调谐范围，以及22.3％的低频段和高频段重叠。
图7A和7B显示了作为DCO谐振频率函数的电感的曲线图。这些曲线图共同反映了当开关开路和断路时，开关的寄生组件(例如，上面讨论的电容器Cp和/或电阻器Rp)对电感器的影响。黄色曲线图显示了开关在没有寄生组件的理想情况下的效果，红色曲线图显示了有一个或多个寄生组件时的效果。
图7A的曲线示出了开关开路时的电感值和Q。左上角显示了没有寄生组件的电感相对恒定(黄色)，但当存在寄生电容时，表现出谐振(红色的峰值和谷值)。左下角显示了电感器的质量因子Q，如果没有寄生组件(黄色)，其随着频率而增加，但如果存在一个或多个寄生组件(红色)，其则会随着频率接近谐振而下降。
图7B的曲线示出了开关断路时的电感值和Q。右上角显示了电感，在没有寄生组件(黄色)或一个或多个寄生组件(红色)的情况下，电感不会显著变化。右下角显示了电感器Q在有寄生电阻(红色)与没有寄生电阻(黄色)的情况下会降低。
虽然本说明书包括许多具体的实现细节，但这些细节不应解释为对任何发明的范围或所请求保护的内容的范围造成限制，而应解释为可能是特定发明的特定实施方式所特有的特征的描述。在单独实施例的上下文中，本说明书中所描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。反之，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中单独实现或在任何合适的子组合中实现。此外，尽管上文可以将特征描述为以某些组合来行动，甚至最初要求保护，但是在某些情况下，可以从该组合中去除所要求保护的组合中的一个或多个特征，且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。
同样，虽然附图以特定顺序描述操作，但这不应理解为要求这些操作按照所示的特定顺序或按顺序执行，或者要求执行所示的所有操作，以达到期望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统模块和组件的分离不应理解为所有实施例都要求这种分离。应理解，所描述的程序组件和系统通常可以一起集成到单个软件产品中或打包到多个软件产品中。
另外，在不脱离本发明的范围的情况下，各种实施例中描述和说明为离散或单独的技术、系统、子系统和方法可以与其它系统、模块、技术或方法组合或集成。示出或描述为彼此耦合、或直接耦合、或彼此通信的其它项目可通过某种接口、设备或中间组件以电方式、机械方式或其它方式间接耦合或通信。变化、替换、变更的其它示例可由本领域技术人员确定，并可以在不脱离本文中公开的精神和范围的情况下举例。
就本文档而言，连接可以是直接连接或间接连接(例如，通过一个或多个其他部件)。在一些情况下，当一个元件被称为连接或耦合到另一个元件时，该元件可以直接连接到另一个元件，或通过中间元件间接连接到另一个元件。当一个元素被称为直接连接到另一个元素时，则该元素和另一个元素之间没有中间元素。如果两个设备直接或间接连接以便它们可以在它们之间传递电子信号，则这两个设备处于“通信中”。
已经描述了本主题的特定实施例。其它实施例在所附权利要求书的范围内。例如，可以用不同的顺序执行权利要求书中所述的操作，并且仍然达到理想的结果。例如，附图中描绘的过程不一定要求按所示的特定顺序或按顺序执行才能达到理想的结果。在一些情况下，多任务处理和并行处理可能是有利的。
Claims (14)
1.一种数控振荡器(digitally-controlled oscillator，DCO)，包括：
谐振槽，包括：
多个电感器；
多个金属氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor，MOS)晶体管，其中，所述多个MOS晶体管中的每个MOS晶体管的端子耦合到所述多个电感器中的相应电感器的分接点；
连接在所述多个电感器中的第一对电感器之间的第一电路，其中，所述第一电路包括与第一可控开关元件并联布置的第一电感器；
连接在所述多个电感器中的第二对电感器之间的第二电路，其中，所述第二电路包括与第二可控开关元件并联布置的第二电感器；
连接在所述多个电感器中的第三对电感器之间的第三电路，所述第三对电感器具有与所述第一对电感器共用的一个电感器和与所述第二对电感器共用的另一个电感器，其中，所述第三电路包括电容器和开关元件；
连接在所述多个电感器中的第四对电感器之间的第四电路，所述第四对电感器具有与所述第一对电感器共用的一个电感器和与所述第二对电感器共用的另一个电感器，其中，所述第四电路包括电容器和开关元件，其中，所述第四对电感器不同于所述第三对电感器。
2.根据权利要求1所述的DCO，其中，所述多个电感器中的每个电感器具有相同的电感。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的DCO，还包括：
通信耦合到第一电路和第二电路中的每一个的控制电路，该控制电路用于控制第一电路和第二电路在第一模式和第二模式之间切换，其中：
在第一模式中，第一开关元件和第二开关元件均开路；
在第二模式中，第一开关元件和第二开关元件均断路。
4.根据权利要求3所述的DCO，其中：
在所述第一模式中，所述谐振槽用于生成第一频率范围内的信号；
在所述第二模式中，所述谐振槽用于生成与第一频率范围不同的第二频率范围中的信号。
5.根据权利要求4所述的DCO，所述控制电路通信耦合到所述第三电路和所述第四电路中的每一个，其中：
在所述第一模式中，所述控制电路用于选择性地控制所述第三电路中的开关元件、所述第四电路中的开关元件或两者，以将所述谐振槽调谐到所述第一频率范围中的特定频率；
在所述第二模式中，所述控制电路用于选择性地控制所述第三电路中的开关元件、所述第四电路中的开关元件或两者，以将所述谐振槽调谐到所述第二频率范围中的特定频率。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的DCO，其中，所述第一电感器和第二电感器中的每一个具有相同的电感，所述第一电感器和第二电感器中的每一个的电感不同于所述多个电感器中的每一个的电感。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的DCO，其中，在单个半导体衬底上形成所述谐振槽。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的DCO，其中，所述第三电路和第四电路中的每一个包括多个电容器和多个开关元件。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的DCO，其中，所述多个MOS晶体管中的每个MOS晶体管的端子包括漏极端子。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的DCO，其中，所述多个MOS晶体管中的每个MOS晶体管的栅极端子耦合到所述谐振槽内的多个点中的相应点。
11.根据权利要求10所述的DCO，其中，所述谐振槽内的多个点包括(i)所述第一对电感器和所述第三电路之间的点，(ii)所述第一对电感器和所述第四电路之间的点，(iii)所述第二对电感器和所述第三电路之间的点，和(iv)所述第二对电感器和第四电路之间的点。
12.一种设备，包括：
至少一个处理器；
天线；
耦合到所述至少一个处理器和所述天线的通信电路，其中，通信电路包括本机振荡器，所述本机振荡器包括根据权利要求1至11中任一项所述的DCO。
13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述本机振荡器是锁相环(phase lockedloop，PLL)。
14.根据权利要求12或13所述的设备，其中，所述通信电路包括发射器、接收器或两者。
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