CN1677841A

CN1677841A - 在交叉连接结构中具有正交输出的振荡器

Info

Publication number: CN1677841A
Application number: CNA2005100636111A
Authority: CN
Inventors: 亨明·奇恩
Original assignee: Zyray Wireless Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2025-03-28
Also published as: EP1583223A1; US20060077014A1; US20050225403A1; CN100517952C; US6995625B2; TWI296878B; TW200610259A; US7205857B2

Abstract

本发明揭示了一种提供正交输出并具有交叉连接结构的振荡器。该振荡器产生具有频率的输出信号。通过控制信号激活两个周相移动电路或级以在振荡器内提供周相移动。每一周相移动电路包括电极来提供周相移动。电极包括相应地调整、校准或改变周相移动的变容二极管。

Description

在交叉连接结构中具有正交输出的振荡器

技术领域

本发明涉及在通讯设备的集成芯片或电路上的振荡器，特别地，本发明涉及用于诸如无线网络设备的通讯设备中具有交叉连接结构的基于变容二极管正交输出振荡器，

背景技术

在家庭内或建筑物内的无线通讯和直接通讯的使用日渐普及。在传统的通讯系统，数据可被调整成至少一个射频(RF)载波并作为调制的信号发射。无线电收发机接收该RF调制信号并解调该信号以重新获得数据。在无线应用中，调制该数据并通过无线网络发射到另一个地点。无线设备或用户的设备接收该信号并解调该信号以用于具体应用。

不管通讯系统或设备是何类型，无线电收发机通常包括天线、滤波部分、低噪声放大器、中频(IF)级和解调器。该天线接收RF调制信号并提供该信号到滤波部分。该滤波部分可以将想要的RF信号传送到低噪声放大器。低噪声放大器放大接收到的想要的RF信号并提供放大的信号到IF级。IF级可以包括一个或多个振荡器、混频器、或加法器来逐渐降低该RF信号的频率到中频信号，或者基带信号。IF级提供IF、或基带信号到解调器。根据特定的协议、运算法则或方法，该解调器解调该信号来重新得到在应用中使用的数据。

一些应用可以使用从振荡器来的正交输出信号。例如普通的振荡器，这些振荡器想要输出具有特定的频率的信号。当该振荡器达到该特定的频率，该振荡器可以锁定该频率。如果该振荡器没有产生该特定的频率，则可以通过反馈或其他方式调整该振荡器，直到得到该特定的频率。可以使用具有至少两个级的环形振荡器来提供正交输出。每一个级可以具有全部的360度的相位移动。

由于具有两个或多个级，环形振荡器可产生增强的噪声以及引入相位偏移错误。这些动作降低了输出信号并阻碍了该振荡器得到特定频率的噪声。这些动作还可能阻碍用于多种振动应用的的适当的频率范围的生成。进一步的，这些振荡器的每一级在提供该输出信号到解调器时增加了延迟。传统振荡器可以通过电压到电流的转换器来使用电流控制以转换控制信号。将控制电压加到转换器，从而输出电流控制信号到振荡器。转换器中增加的元件可能提高了这个特定振荡器的噪声。

发明内容

根据优选实施例，揭示了一种振荡器。该振荡器包括第一周相移动电路，该第一周相移动电路包括具有第一周相移动的第一电极和具有第二周相移动的第二电极。该第一周相移动电路产生包括第一周相移动和第二周相移动的第一总周相移动。该振荡器还包括第二周相移动电路，该第二周相移动电路包括具有第三周相移动的第三电极和具有第四周相移动的第四电极。该第二周相移动电路产生包括第三周相移动和第四周相移动的第二总周相移动。该第一周相移动电路的输出连接到第二周相移动电路的输入。该第二周相移动电路的输出交叉连接到第一周相移动电路的输入。

根据优选实施例，还揭示了一种具有交叉连接结构的振荡器电路。该振荡电路包括第一周相移动电路。该振荡电路还包括第二周相移动电路来接收来自第一周相移动电路的输出作为输入，以及交叉连接到第一周相移动电路的输入的输出。该振荡电路还包括在第一或第二周相移动电路中的多个电极的至少一个电极电路。该至少一个电极电路包括一个变容二极管(varactor)来改变至少一个电极电路的周相移动。

根据优选实施例，还揭示了一个发射和接收调制信号的收发机。该收发机包括射频接收机/发射机。该收发机还包括连接到射频接收机/发射机的中频元件来更改送到/来自射频接收机/发射机的信号。该收发机还包括在中频元件内的振荡电路来产生响应该信号的正交输出信号，并且还包括具有多个电极中的一个电极的周相移动电路。该电极包括调整由周相移动电路产生的周相移动的变容二极管。

根据优选实施例，还揭示了一种用于调整在周相移动电路和交叉连接振荡器中的周相移动的方法。该方法包括调整周相移动电路的电极的变容二极管。该周相移动电路在一个振荡器内并且连接到另一个周相移动电路。该方法还包括根据所述变容二极管改变由周相移动电路产生的周相移动。

根据优选实施例，还揭示了一种用于调整交叉连接振荡器的周相移动电路的电路。该电路包括用于通过周相移动电路的电极调整变容二极管的调整装置。该周相移动电路在一个振荡器内并且连接到另一个周相移动电路。该电路还包括用于根据所述变容二极管改变由该周相移动电路产生的周相移动的改变装置。

根据本发明的一个方面，提供一种振荡器，包括：

第一周相移动电路，其包括具有第一周相移动的第一电极和具有第二周相移动的第二电极，其中该第一周相移动电路产生包括第一周相移动和第二周相移动的第一总周相移动；以及

第二周相移动电路，其包括具有第三周相移动的第三电极和具有第四周相移动的第四电极，其中该第二周相移动电路产生包括第三周相移动和第四周相移动的第二总周相移动，

其中，第一周相移动电路的一个输出连接到第二周相移动电路的一个输入；以及

其中，第二周相移动电路的一个输出交叉连接到第一周相移动电路的一个输入。

优选的，该振荡器进一步包括一个大致等于第一总周相移动和第二总周相移动的交叉连接周相移动。

优选的，该第一电极包括一个电容。

优选的，该电容为一个变容二极管。

优选的，该变容二极管包括一个金属氧化物半导体。

优选的，该金属氧化物半导体为一个n通道金属氧化物半导体。

优选的，该n通道金属氧化物半导体包括NWELL结构的n通道金属氧化物半导体。

优选的，该第一周相移动电路和第二周相移动电路设定为产生正交输出。

优选的，该正交输出根据在第一和第二周相移动电路接收到的控制信号而产生。

优选的，该第一周相移动电路进一步包括至少一个连接到第一电极或第二电极中的至少一个的电容。

优选的，该第二周相移动电路进一步包括至少一个连接到第三电极或第四电极中的至少一个的电容。

根据本发明，提供一种具有交叉连接结构的振荡电路，该振荡电路包括：

第一周相移动电路；

第二周相移动电路，其接收来自第一电路的输出来作为输入，并且具有一个交叉连接到第一周相移动电路的输入的输出；以及

在第一或第二相位电路的多个电极中的至少一个电极电路，其中该至少一个电极电路包括一个变容二极管来改变由至少一个电极电路的产生的周相移动。

优选的，该至少一个电极电路包括电阻。

优选的，该变容二极管提供电容到该至少一个电极电路。

优选的，该变容二极管包括金属氧化物半导体。

优选的，该金属氧化物半导体包括一个n通道金属氧化物半导体。

优选的，该n通道金属氧化物半导体在变容二极管内配置为Nwell结构。

优选的，该振荡电路进一步包括一个用于多个电极的总周相移动，其大约等于第二周相移动电路和第一周相移动电路之间的交叉连接周相移动的1/2。

根据本发明，提供一种用于发射和接收调制信号的收发机，该收发机包括：

射频接收机/发射机；

连接到射频接收机/发射机的中频元件，其修改送到/来自射频接收机/发射机的信号；以及

在中频元件内的振荡电路，其产生响应该信号的正交输出信号，并且包括具有多个电极中的一个的周相移动电路，其中，该电极包括调整由周相移动电路产生的周相移动的变容二极管。

优选的，该收发机进一步包括连接以接收该正交输出信号的解调器。

优选的，该振荡电路配置为具有该周相移动电路和另一个相位电路的环形振荡器。

优选的，该环形振荡器包括交叉连接结构中的周相移动电路和另一周相移动电路。

优选的，该变容二极管包括第一半导体材料。

优选的，该第一半导体材料包括n通道金属氧化物半导体。

根据本发明，提供了一种用于调整交叉连接振荡器的周相移动的方法，该方法包括：

调整在周相移动电路内的电极的变容二极管，该周相移动电路在振荡器内并且连接到另一个周相移动电路；以及

根据变容二极管改变由周相移动电路产生的周相移动。

优选的，该调整步骤包括调整该变容二极管，该变容二极管连接到在电极内的电阻来产生周相移动。

优选的，该方法进一步包括在变容二极管处接收控制电压。

优选的，该方法进一步包括产生响应该控制电压的在该变容二极管的相当数量的电流。

优选的，该产生步骤包括在控制电压达到或接近极限时产生该相当数量的电流。

根据本发明，提供了一种用于调整在交叉连接振荡器的周相移动电路的周相移动的电路，该电路包括：

调整装置，用于调整周相移动电路中的电极的变容二极管，该周相移动电路在振荡器中并且连接到另一个周相移动电路，以及

改变装置，用于根据该变容二极管改变由周相移动电路产生的周相移动。

附图说明

为了正确的理解本发明，将结合附图进行说明，其中：

图1是根据优选实施例的具有交叉连接振荡电路的收发机的示意图；

图2是根据优选实施例的振荡电路的示意图；

图3A是根据优选实施例的在周相移动电路内的电极的示意图；

图3B是根据优选实施例的在周相移动电路内的另一电极电路的示意图；

图4是根据优选实施例的用于在周相移动电路内的电极的变容二极管的示意图。

具体实施方式

现在结合上述附图对本发明的具代表性的实施例进行说明。根据详细说明以及附图，该具代表性的实施例将更详细的被揭示，其中相同的数字表示相同的元件。

图1为根据优选实施例的具有振荡电路106的收发机100的示意图。收发机100可以用于通讯系统、设备、方法和类似场合。收发机100可以包括无线通讯装置来发射和接收在无线网络或其他无线通讯上的信号。收发机100可以接收/发射经过转换和调制或解调的RF信号。收发机100通过利用由RF接收机/发射机102接收的信号的例子在下面进行更详细地描述。可选择的，收发机100还可以通过RF发射机/接收机102传送信号。

RF接收机/发射机102可以接收来自其他来源的信号。更适宜的，该信号通过无线通讯网络到达连接到RF接收机/发射机102的天线。RF接收机/发射机102可以将接收到的RF信号换为中间信号或基带信号，从而允许更多的或增加的处理。

该信号传送到中频(IF)元件104。IF元件104可以包括振荡电路106，来产生具有收发机100期望的特定频率的输出信号116。IF元件104可以接收控制信号108，该控制信号108确定了期望频率并用作启动输出信号116的控制信号。控制信号108可包括提供到振荡电路106的电压信号。转换器112可以包含于振荡电路106中，以在需要时将控制信号108为转换电流信号。

振荡电路106可以包括两个级或周相移动电路。更适宜的，振荡电路106包括周相移动电路120和周相移动电路122。周相移动电路120和122还可称为延时单元。周相移动电路120产生周相移动124。周相移动电路122产生周相移动126。周相移动电路120和周相移动电路122可以配制成在振荡电路106内的交叉连接级。周相移动128可以为由交叉连接结构产生的交叉连接周相移动。

在揭示的交叉连接结构中，周相移动电路120的正输出(OP)可以连接到周相移动电路122的正输入(IP)。相位变换电路120的负输出(ON)可以连接到周相移动电路122的负输入(IN)。因而，周相移动电路120的输出可以直接连接到周相移动电路122的输入。另外，周相移动电路的OP可以交叉连接到周相移动电路120的IN。周相移动电路122的ON可以交叉连接到周相移动电路120的IP。

如上面揭示的，周相移动电路120和122分别产生周相移动124和126。周相移动124和126可以大约等于交叉连接的周相移动128。优选的，交叉连接周相移动128可以接近180度。周相移动124和126分别具有大约90度的周相移动。可以校准、或调整周相移动电路120和122，来产生周相移动124和126。振荡电路106的总周相移动可以大约等于360度。

在一个例子中，控制信号108可以由振荡电路106来接收。振荡电路106可以通过根据期望或指定的频率产生输出来与控制信号114反应。周相移动电路120和122增加周相移动产生输出信号116。例如，交叉连接周相移动电路120和122，从而总周相移动约等于360度。因此，输出信号116不会超出控制信号108或其他可应用的信号的相位。

可以将输出信号116输出到解调器118。IF元件104还可以使用输出频率116。进一步的，IF元件104可以包括附加的振荡电路106，从而多个振荡器被用于产生多样的输出信号116。振荡电路106最好是可以调整的，以提供不同的频率到收发机100。

收发机100可以在集成电路或芯片上实现。更为适宜的，接收机100可以在用于无线通讯的通讯设备内的集成芯片上实现。进一步的，收发机100可以在不同的频率下操作来产生在不同频率范围的输出信号116。更为适宜的，这个频率范围可以小于500MHz。更为适宜的，收发机100可以在大约100MHz到200MHz的频率范围内操作。

图2为根据优选实施例的振荡电路106的示意图。图2与图1揭示的振荡电路106相互关联。然而，图1并不为图2所揭示的实施例所限制。

图2的振荡电路106包括周相移动电路202和204。周相移动电路202可以称为第二级周相移动电路。周相移动电路204可以称为第一级周相移动电路。交叉连接周相移动电路202和204，从而周相移动电路204的输出或OP和ON可以直接连接到周相移动电路202的输入或IP和IN上。周相移动电路202的输出或OP和ON交叉连接到周相移动电路204的输入或IP和IN上。

周相移动电路202可以包括IN门208和IP门210。门208和210可以连接到偏压(bias)和电源(V_dd)电压216。电压216也可以是应用于周相移动电路202使得周相移动电路202能够工作的其他标准电压或信号。IN门208可接收来自周相移动电路204的负输出。IP门210接收来自周相移动电路204的正输出。周相移动电路202还可以包括电极220、222、224和226。周相移动电路202还可以包括与地290连接的电容228、230、232和234。更为适宜的，电极220、222、224和226可以产生用于周相移动电路202的周相移动。

例如，如电极220，当电极220被电压控制信号(VCL)270激活时，产生周相移动256。该电极220同样也连接到电容228。电极222可以并联连接到电容228。电极222产生周相移动258。共同的，电极220和222产生等于周相移动256和258之和的总周相移动。可调整电极220和222以产生不同的周相移动。然而，电极220和222的总周相移动最好是保持大致相等。

例如，由电极220和222产生的总周相移动可以大约等于周相移动260的一半。该由电极220和222产生的总周相移动可以大约等于90度。然而，周相移动256和258不限于45度或其他等于90度的任意组合的周相移动值。例如，电极220可以产生30度的周相移动256。电极222可以产生60度的周相移动258。在这个例子中，可调整电极220来产生50度的周相移动256，并可以调整电极222来产生40度的周相移动258。因此，根据这个例子，电极220和222可在周相移动电路202内调整和改变。

电极224和226可以与电极220和222相同的方式运作。电极224和226也可以产生周相移动。当电极220、222、224、226接收到电压控制信号270时，电极220、222、224、226根据包括电极220-226的电路产生适当的周相移动。这些电路包括可按需调整的元件。

周相移动电路204可以与周相移动电路202相同的方式运作。周相移动电路204包括产生与在周相移动电路202的电极220相同的周相移动的电极240、242和246。周相移动电路204也可以包括电容248、250、252和254。电容248-254可以与电极240-246并联地设置。电容248-254还连接到地面290。

周相移动电路204还包括IN门212和IP门214。门212和214可以交叉连接到周相移动电路202的输出。例如，IP门214可以连接到周相移动电路202的负输出，而IN门212可以连接到正输出。门212和214还可以连接到偏压和V_dd电压信号212。如同电压信号216、电压信号218不限于偏压和V_dd电压，而是可以包括用于操作周相移动电路204的任意其他信号。

电极240-246连接到电压控制信号270。电极240-246可以产生与周相移动电路202的电极220-226相同的周相移动。最好调整由电极240-246产生的周相移动为大约等于周相移动260的一半的总周相移动。电极240-246最好产生大约90度的总周相移动。

因此，振荡电路106可使用周相移动电路202和204产生总周相移动。例如，这个总周相移动可以大约为360度。例如，根据想要得到的输出信号，电极220-226和240-246可以产生总值约为180度的周相移动值。振荡电路106根据由电压控制信号270激活的电极产生一个期望的正交输出。根据这个期望的输出，可对正的或负的输出做相应的移动相位。如上面所揭示的，周相移动电路202和204可以称为级。换而言之，周相移动电路202和204可以为在振荡电路106内的级、或延时单元。因此，每一级可以提供一个延时。

图3A是根据优选实施例的电极300的电路结构示意图。电极300与图2所揭示的电极220-226和240-246相互关联。电极300是根据本发明的优选实施例的结构的一个例子。然而，电极220-226和240-246不限于电极300所揭示的结构。

电极300可以由电压控制信号320激活来产生周相移动302。周相移动302可以与其他周相移动结合而产生总的周相移动。电极300可以包括电阻(R)304和变容二极管(VR)308。电阻304可以连接到地面306。电阻304和变容二极管308可以结合以产生周相移动302的周相移动。为了校准、改变或调整电极300，变容二极管308为可调节元件。

变容二极管308可以为n通道金属氧化物半导体(NMOS)。可选择的，变容二极管308可以为p-n二极管或p通道MOS。进一步的，变容二极管308可以为具有NWELL结构的NMOS二极管。

参阅图4，根据优选实施例，揭示了具有NWELL结构的NMOS二极管400。门404和N⁺接触件(N⁺ contacts)402可以建立于NWELL 406内部上方。门404和接触件402可以为NMOS二极管400的控制电极。通过施加正电压在门404和NWELL 406之间，堆积成一个表面，从而NMOS 400的电容大约等于氧化物电容。可以倒转施加的电压，并删除表面，从而NMOS 400的电容降低。因此，NMOS二极管400可以作为用于调整操作和校准电极的可变电容。

重新参考附图3A，为了校准周相移动302，变容二极管308可以改变其电容。通过使用图4所揭示的NMOS二极管400，结合电极300可得到在周相移动电路内的一个更好的Q、或电荷、因数。进一步的，可以在较大的调整范围内得到更好的噪音抑制。另一个特点是一个更大的最大电流到最小电流的比率，其反过来增加了调整范围。因此，诸如振荡电路106的使用电极300振荡电路，与传统的振荡电路相比，可以提高性能、噪声抑制和电荷因数。进一步的，在变容二极管308内产生电流电荷的电压阈值保持在或接近于零。为了使电压更好的符合前置级(previous stage)或后续级(subsequence stage)，保持电压的阈值在或接近于零可以提高电极300的性能。例如，可将电压控制信号320加到振荡电路内的多个级、或电极。保持阈值在或接近于零可以使电压信号320提高性能。

图3B是根据揭示的实施例的电极350的另一种电路结构的示意图。电极350产生周相移动352。电极350也包括电阻354和变容二极管356。变容二极管356可以与图3A揭示的变容二极管308相同。然而，变容二极管356内的电阻354可以与电极300的结构不相同。在图3B中所揭示的结构，如果周相移动352可通过变容二极管356校准或改变，电阻354可以不连接到地面。电压控制信号320可以激活电极350来产生周相移动352。

尽管使用NWELL结构中的NMOS揭示了变容二极管308和356，其他二极管和结构也可以适用于本发明的电极300和350。例如，可以使用p-n二极管来调整任何使用电极300或350的振荡电路。进一步的，为了在振荡电路产生周相移动和减少噪声，变容二极管308或356可以使用PWELL结构中的PMOS。

具有本领域普通技能的人员可容易地理解的是，如上所述的本发明可以不同的顺序、和/或与上述揭露结构中不同的硬件元件来实现。因此，尽管已基于上述较佳实施例揭露了本发明，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可在保留本请求的发明的精神和范围内做一定的修改、变化以及等价替换。因此，为了确定本发明的边界和界限，可参考附加的权利要求和其等效。

Claims

1、一种振荡器，其特征在于，包括：

其中，第一周相移动电路的输出连接到第二周相移动电路的输入；以及

其中，第二周相移动电路的输出交叉连接到第一周相移动电路的输入。

2、根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，进一步包括一个大致等于第一总周相移动和第二总周相移动的交叉连接周相移动。

3、根据权利要求1所述的振荡器，其特征在于，所述第一电极包括电容。

4、一种具有交叉连接构型的振荡电路，其特征在于，该振荡电路包括：

第一周相移动电路；

第二周相移动电路，其接收来自所述第一周相移动电路的输出来作为输入，并且具有交叉连接到第一周相移动电路的输入的输出；以及

在第一或第二周相移动电路中的多个电极的至少一个电极电路，其中所述至少一个电极电路包括一个变容二极管来改变由至少一个电极电路的产生的周相移动。

5、一种用于发射和接收调制信号的收发机，其特征在于，该收发机包括：

射频接收机/发射机；

连接到所述射频接收机/发射机的中频元件，其修改送到/来自射频接收机/发射机的信号；以及

在中频元件内的振荡电路，其产生响应该信号的正交输出信号，并且包括具有多个电极的一个的周相移动电路，其中，所述电极包括变容二极管以调整由周相移动电路产生的周相移动。

6、根据权利要求5所述的收发机，其特征在于，进一步包括连接以接收所述正交输出信号的解调器。

7、一种用于调整交叉连接振荡器的周相移动的方法，其特征在于，该方法包括：

调整在周相移动电路内的电极的变容二极管，所述周相移动电路在振荡器内并且连接到另一个周相移动电路；以及

根据变容二极管改变由周相移动电路产生的周相移动。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述调整步骤包括调整所述变容二极管，所述变容二极管连接到在电极内的电阻来产生周相移动。

9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括在变容二极管处接收控制电压。

10、一种用于调整在交叉连接振荡器的周相移动电路的周相移动的电路，其特征在于，该电路包括：

用于调整周相移动电路中的电极的变容二极管的调整装置，所述周相移动电路在振荡器中并且连接到另一个周相移动电路，以及

用于根据所述变容二极管改变由周相移动电路产生的周相移动的改变装置。