DE102009060263A1

DE102009060263A1 - Störsicherer Lokaloszillator

Info

Publication number: DE102009060263A1
Application number: DE102009060263A
Authority: DE
Inventors: Pankaj Sunnyvale Goyal; Christopher Portland Hull
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2010-07-15
Also published as: US20100225407A1; CN101795144A; US8970314B2; US20120214429A1; CN101795144B; US8169271B2

Abstract

Bei einigen Ausführungsformen wird ein VCO (voltage controlled oscillator) bei einem ganzzahligen Vielfachen (N) oberhalb einer gewünschten Übertragungsfrequenz betrieben.

Description

HINTERGRUND
Hochfrequenzgeneratorschaltungen, wie spannungsgesteuerte Oszillatoren (voltage controlled oscillators, VCOs), werden als Lokaloszillatoren (local oscillators, LOs) zum Mischen von Signalen verwendet, um Informationen zu übertragen und/oder zu empfangen, z. B. über einen drahtlosen oder drahtgebundenen Kanal. Bei höheren Übertragungsfrequenzen (z. B. über 1 GHz) ist es schwierig, ein „sauberes” Hochfrequenzsignal zu erzeugen. Herkömmliche Verfahren zur LO-Erzeugung haben große Oberwellen und Störungen, die den Empfänger desensibilisieren und spektrale Konformitätsprobleme für den Sender verursachen können. Das Rauschen auf dem LO kann sich mit Blockern mischen und den Empfänger desensibilisieren. Es kann sogar noch eine größere Herausforderung darstellen, wenn die verschiedenen Transceiver, die unterschiedliche Frequenzbänder unterstützen, auf einem einzigen Chip implementiert sind. Beispielsweise können die ungewollten Spektraltöne eines Lokaloszillators einen Empfängerteil eines anderen Transceivers stören.
Direktmischende Sender sollen kostengünstig, raumsparend und mit rekonfigurierbarer Modulationsbandbreite sein. Der Frequenzgenerator, der VCO, der unter Verwendung einer Phasenregelschleife (PLL) zu einem Quarzoszillator phasensynchron ist, wird für die Aufwärtsumwandlung benötigt. Ein VCO, der auf der Sendefrequenz arbeitet, kann jedoch unter einem Mitzieheffekt durch den Sendeverstärker leiden. Bei Sendeverstärkern höherer Leistung kann der Hochleistungsteil (z. B. anderer Chip in einem Metallgehäuse) von der VCO-Schaltung (oder VCO könnte mit einem separaten abgeschirmten Chip implementiert sein) getrennt und abgeschirmt sein, um Störung von dem Hochleistungssender zurück zu der empfindlichen VCO-Schaltung zu verhindern. Es kann aus kostentechnischen Gründen leider weniger wünschenswert sein, separate Chips zu verwenden, aber bei bisherigen Ansätzen kann der VCO, wenn er auf einem einzelnen Chip implementiert ist, nachteilig durch den Teil höherer Leistung gestört werden. Einige Transceiver-Lösungen beinhalten das Aufsplitten der Umwandlung in mehrere Stufen, sodass die Stufe höherer Leistung, wie ein Sendeleistungsverstärker, eine andere Frequenz hat, als der VCO, der in dem Lokaloszillator verwendet wird. Aber dies erfordert mehr als einen VCO und möglicherweise mehr als eine PLL. Die anderen sogenannten direktmischenden Lösungsansätze erzeugen das LO-Signal indirekt von einem VCO, der von der Trägerfrequenz verschoben ist. Wenn beispielsweise eine 6 GHz Übertragungsfrequenz gewünscht ist, kann ein VCO verwendet werden, um ein 4 GHz Signal zu erzeugen, welches geteilt werden kann, um eine 2 GHz Komponente zu erhalten. Die 4 GHz und 2 GHz Signale werden dann verwendet, um das gewünschte 6 GHz LO-Signal zu erhalten. Dies erfordert leider einen zusätzlichen Schaltkreis (Mischer, usw.). Durch ein Frequenzmischen kann das LO-Spektrum ungewollte Komponenten bei 2 GHz, 4 GHz, 8 GHz, usw. zusätzlich zu gewünschten 6 GHz Komponenten enthalten, was in manchen Fällen abgestimmte Schwingkreise erfordert, um diese Level zu verringern. Diese Schwingkreise sowie der Mischer, der zur LO-Erzeugung verwendet wird, benötigen ebenfalls große Spulen, die mehr Energie und Platz auf dem Chip verbrauchen und die Lösung kostspielig machen. Dementsprechend sind neue Ansätze erwünscht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der Erfindung werden exemplarisch und in keiner Weise einschränkend in den Figuren der begleitenden Zeichnungen dargestellt, wobei Bezugsnummern zum Verweis auf ähnliche Elemente verwendet werden.
1A ist ein Diagramm eines Teiles eines Senders mit einem störsicheren Lokaloszillator in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
1B ist ein Diagramm eines Teiles eines Empfängers mit einem störsicheren Lokaloszillator in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
2 ist ein Diagramm eines spannungsgesteuerten Oszillators in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
3A–3D zeigen Spulengeometrien in Übereinstimmung mit einigen anderen Ausführungsformen.
4 ist ein Diagramm eines Übertragungssystems mit einem störsicheren LO in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
5 ist ein Diagramm eines VCO mit einem Stromversorgungssystem in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
6 ist ein Diagramm eines Computersystems mit einem Transceiver, der in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen einen LO mit Störsicherheit aufweist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bei einigen Ausführungsformen können Störungen, die Lokaloszillatoren beeinträchtigen, durch Verwendung von hierin offenbarten Ansätzen verringert werden. Die Ansätze können nicht nur für Niederleistungssender, sondern auch für Mittelleistungs- bis hin zu Hochleistungssendern geeignet sein. Bei einigen Ausführungsformen arbeitet ein VCO (voltage controlled oscillator) auf einer ganzzahligen Vielfachen (N) oberhalb der gewünschten Übertragungsfrequenz. Der VCO kann bei der ganzzahligen oder gebrochenen Vielfachen zu einem stabilen Bezugsoszillator (Quarzoszillator) phasensynchron sein. Das VCO-Signal kann zu mehreren Funkgeräten auf der höheren Frequenz verteilt werden und ein durch N teilender Frequenzteiler kann zwischen einem Verteilerverstärker und einem Tx/Rx verwendet werden, sodass sein(e) Mischer mit einem Lokaloszillator-(LO)-Signal auf der Zielübertragungsfrequenz arbeitet/n. Es ist leichter, Störung in dem VCO standzuhalten, wenn er auf einer anderen (z. B. höheren) Frequenz arbeitet, als die, die für eine Übertragung in dem/n Teil(en) höherer Leistung verwendet wird. Zusätzlich können bei einigen Ausführungsformen Techniken, wie Siliziumisolation und die Verwendung von rauschresistenten Spulen, ebenfalls und/oder alternativ in dem VCO verwendet werden, um ihn sicherer gegenüber Störung zu machen.
1A und 1B zeigen allgemeine Blockabschnitte eines Senders bzw. Empfängers, wobei die störsicheren Lokaloszillatoren in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen sind. Sie befinden sich auf einem Chip 100 und können Teil eines herkömmlichen Transceivers sein oder auch nicht. Sie beinhalten jeweils einen VCO 102, eine durch N teilende Schaltung 104, Mischer 106, Verstärker 108 und Antenne 109, gekoppelt wie gezeigt. Der Verstärker 108 entspricht einem Verstärker höherer Leistung und/oder Filter, um das Signal über die Antenne (Sender Fall 101A) zu übertragen oder um es von der Antenne 109 (Empfänger Fall 101B) zu empfangen. Im Falle des Senders wird ein Basisband-(BB)-Signal mit dem Lokaloszillator-Signal, LO (Fo), gemischt, wodurch ein Signal (Tout(Fo)) am Ausgang des Verstärkers 108 erzeugt wird. Im Falle des Empfängers 101B wird das empfangene Übertragungssignal (Tin(Fo)) mit dem Lokaloszillator-Signal (LO(Fo)) gemischt, wodurch das Basisband-(BB)-Signal erzeugt wird.
Der VCO ist dazu ausgelegt, dass er ein Signal auf einer Frequenz erzeugt, die N-Mal höher ist als diejenige, die zur Übertragung gewünscht ist. (Es sollte beachtet werden, dass sich der Begriff Übertragung sowohl auf das Übertragen als auch auf das Empfangen beziehen soll. Das heißt, ein Signal kann auf einer Übertragungsfrequenz empfangen oder übertragen werden. Zusätzlich bezieht sich die Übertragungsfrequenz in diesem Sinne auf die Frequenz, die bei einem Mischer oder Modulator für eine Stufe höherer Leistung verwendet wird. Sie umfasst Verfahren, durch die das übertragene Signal verteilt oder moduliert werden kann, wenn auch möglicherweise in einigen Fällen nur leicht, abhängig von dem verwendeten Übertragungsverfahren, z. B. WiMax, WiFi, GPS, usw.) Eine durch P teilende Schaltung kann, bezogen auf Fc (z. B. von einem Quarztaktgenerator), zwischen dem VCO und einer PLL (Phasenregelschleife) zwischengeschaltet werden, um den VCO so zu steuern, dass er auf PFc (PFc = NFo) läuft. Der durch N teilende Block 104 teilt das VCO-erzeugte Signal (das auf NFo ist), um auf der gewünschten Übertragungsfrequenz (Fo) zu sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann der VCO, wie hierin erörtert, ausgelegt sein, um sicherer gegenüber Störung von dem übertragenen Signal zu sein. Beispielsweise können Siliziumisolationsverfahren, wie mehrere Schutzringe, durchschossen mit hochohmigen Bahnen, verwendet werden, zahlreiche verschiedene Down-Bonds können für diese Schutzringe verwendet werden und der Strom, mit dem der VCO versorgt wird, kann auf eine Art und Weise bereitgestellt werden, sodass die VCO-Stabilität verbessert wird. Zusätzlich kann die verwendete Spule kleiner gestaltet werden wenn eine Schwingungskreiskonfiguration verwendet wird, da der VCO auf einer relativ hohen Frequenz arbeiten soll, und wie hierin gelehrt wird, dazu ausgelegt werden, um sicherer gegenüber elektromagnetischer Störung zu sein.
2 zeigt im Allgemeinen eine exemplarische schwingungskreisbasierte VCO-Schaltung zur Verwendung mit den Schaltungen von 1. Sie umfasst kreuzgekoppelte Transistoren N1 und N2, variablen Kondensator C und Spule L, gekoppelt wie gezeigt. Stromversorgung (VDD) kann durch einen Mittelabgriff der Spule für den VCO bereitgestellt werden. Während jede geeignete Art und Weise verwendet werden kann, um die erzeugte Frequenz, basierend auf einem Steuersignal (Spannung oder Strom, obwohl die Schaltung als spannungsgesteuerter Oszillator beschrieben wird), zu steuern, wird herkömmlicherweise ein Varaktor (variabler Kondensator, typischerweise spannungsgesteuert) zur Steuerung der Kapazität in dem Schwingungskreis und somit der erzeugten Frequenz verwendet. (Die erzeugte Frequenz in einem Schwingungskreis beträgt normalerweise 1/[2π√](LC)].) Somit können die Spulen- und/oder Kondensatorblöcke durch einen Betrieb des VCO auf einer höheren Frequenz kleiner gestaltet werden. Im Falle der Spule kann dies flexiblere Spulenaufbauten zur Störsicherheit ermöglichen.
3A bis 3D zeigen verschiedene Ausführungsformen zur Implementierung planarer, störsicherer Spulen (integriert auf einem Chip), die verwendet werden können. Die Spulen in 3A–3C haben Anschlusspunkte, T1 und T2, und sind im Allgemeinen dazu ausgelegt, dass sie einigermaßen symmetrische Schleifen (Schleife 1 und Schleife 2) besitzen. Sie können ebenfalls einen Mittelabgriff haben, der zwischen den Anschlusspunkten auf jeder Schleife angeordnet ist. Die Spule von 3D ist eine gekoppelte Spule mit ersten und zweiten Wicklungen 336 und 338. (In dieser Figur werden ebenfalls Blockabschnitte 332 und 334 gezeigt, wo Kondensatorbänke und aktiver Schaltkreis für den VCO relativ zueinander in einem Chip angeordnet sein können.) Die Spulen können derart angeordnet (oder ausgerichtet) sein, dass eine Störung (die sonst in der Spule aufgenommen und in das elektrische Signal eingebracht werden würde) elektrisch in den Schleifen beseitigt wird, ähnlich wie eine Störung, die auf verdrillte Differential-Zweidrahtleitungen trifft. Das heißt, dass die Strahlung, die die Spule erreicht, sich an zwei (oder mehr) symmetrische Strukturen koppelt und sich zumindest bis zu einem gewissen Grad, abhängig von der Schaltungsanordnung, aufhebt.
Durch Optimieren der relativen Ausrichtung der Spule in Richtung magnetischer Störung kann eine maximale Aufhebung der Störung erreicht werden. Beispielsweise wird bei der Spule von 3A Störung, die die Spule zwischen den Schleifen trifft, z. B. entlang einer Achse, die die Schleifen trennt, am besten beseitigt, da elektrische Signale von der Störung bei entgegengesetzten Polaritäten in den Schleifen erzeugt werden, und sich in dem Maße aufheben, dass das Magnetfeld in den beiden Schleifen identisch ist. Es wurde davon ausgegangen, dass die Verwendung mehrerer Schleifen, z. B. vier oder mehr, ähnlich der Spule von 3C, bessere Störsicherheit erzielen würde, da die Qualität der Aufhebung weniger abhängig von der Richtung der eintreffenden Störung wäre. Es wurde jedoch experimentell festgestellt, dass Nachteile, die von additiver Störung stammen, die Vorteile einer Verringerung von Ausrichtungsempfindlichkeit überwiegen. Nichtsdestotrotz gibt es viele verschiedene Geometrien, die angewendet werden können, die verbesserte Störsicherheit für einen VCO bereitstellen, und von denen innerhalb des erfindungsgemäßen Umfanges ausgegangen wird. Es können gegebenenfalls auch mehrere solcher Spulen in einer vorgegebenen VCO-Schaltung verwendet werden. Ein Verwenden dieser Strukturen in angemessener Ausrichtung kann eine enge Beabstandung der Blöcke ermöglichen, um den Raum ohne Leistungsbeeinträchtigung zu minimieren.
Die Spule(n) kann/können weiter vor magnetischer Störung unter Verwendung von sie umgebenden Abschirmringen geschützt werden, die Stromfluss in eine kreisförmige Schleife ermöglichen. Beispielsweise kann eine niederohmige kreisförmige Schleife verwendet werden, um die Spule einzufassen, und sie minimiert die Strahlungsaufnahme. Es sollte jedoch nicht vergessen werden, dass die Verwendung von solch einer geschlossenen Leiterbahn außerhalb der Spule das Q eines VCO-Schwingungskreises schwachen kann.
Ein Transformator (oder gekoppelte Spule), wie derjenige, der in 3D gezeigt ist, kann ebenfalls verwendet werden, um ein Koppeln während der Unterstützung bei der Frequenzabstimmung zu verringern. Der VCO kann eine Spule, die hauptsächlich aus der ersten Wicklung 336 besteht, und eine Kondensatorbank und aktive Geräte 334 umfassen. Die zweite Wicklung 338 kann mit einer anderen geschalteten Kondensatorbank 332 oder einem einfachen Schalter verbunden sein, um eine geschlossene Bahn oder eine geschaltete Induktivität bereitzustellen, um den Abstimmbereich des Hauptschwingungskreises zu erhöhen, während die Immunität gegenüber der Strahlungsaufnahme verbessert wird.
4 zeigt ein Diagramm eines Transceiver-(Sender und/oder Empfänger)-Systems mit einem störsicheren Lokaloszillator einschließlich eines störsicheren VCO 102. Der VCO 102 bildet zusammen mit Phasenfrequenzdetektor (PFD) 404, Ladungspumpe 406, Puffer (Verstärker) 410 und durch P teilenden Block 412 eine Phasenregelschleife, bezogen auf einen Quarztakt 402. (Der Einfachheit halber wurden andere Schaltungselemente weggelassen. Beispielsweise könnten Komponenten zur Einstellung der Frequenz (Fc) eingeschlossen werden, z. B. zur Trägerrückgewinnung oder Ausrichtung der Quarzbezugsfrequenz zur Basisstationsfrequenz. Des Weiteren kann jeder geeignete PLL-Typ, z. B. ganzzahliger oder gebrochener Typ, verwendet werden. Sigma-Delta-Modulation kann innerhalb der Schleife verwendet werden, um das Rauschen zu verringern. Zusätzlich kann ein digitaler oder analoger Schleifenfilter in der PLL verwendet werden, oder eine komplett digitale PLL könnte verwendet werden. Der Puffer 410 stellt das Signal, das von dem VCO (mit Frequenz PFc) erzeugt wird, einer Hochfrequenzübertragungsleitung (T-Leitung) und Verteilerverstärker 414 bereit, welcher das Signal höherer Frequenz an einen oder mehr Transceiver weitergibt, Transceiver 1 bis Transceiver M. Die Transceiver beinhalten jeweils einen durch N teilenden Block 416, Mischer 418 und Verstärker höherer Leistung 420, um ein heruntergebrochenes Signal (bei Frequenz Fo) mit einem Basisband-(BB)-Signal zu mischen. Die Abstände, die von Signalen zwischen dem VCO 102 und Mischer 418 zurückgelegt werden, können relativ groß sein, und somit ist es vorteilhaft, das/die Signal(e) von dem VCO bei höheren Frequenzen zu routen, und es/sie anschließend in die gewünschte Übertragungsfrequenz herunterzubrechen, sobald es/sie den Transceiver erreicht hat/haben. Der Abstand zwischen dem durch N teilenden Block 416 und Mischer 418 sollte ebenfalls minimiert werden.
Mit zusätzlichem Bezug zurück auf 1A und 1B, verringert ein Platzieren des durch N teilenden Blockes 416 in der Nähe des Aufwärts/Abwärts-Umwandlungsmischers 418 die Frequenzkopplung an den Träger des Teilerausgangs 416 an einen rauscharmen Verstärker, z. B. LNA 118 von 1B, was Rx-Betrieb stören könnte. Die Übertragungen höherer Leistung erzeugen unerwünschtes Rauschen, das auf den VCO zurückstreut. Dies beinhaltet das Rauschen (z. B. Oberwellen), das in dem Hochleistungsteil 108 erzeugt wird. Starke zweite Oberwellen von dem Versorgungsknoten von Hochleistungsverstärker 108 können sich ebenfalls an den VCO koppeln. Die Empfindlichkeit des VCO gegenüber dem Rauschen von Leistungsverstärker 108 kann durch Verringern des Magnetflusses bei dem Leistungsverstärker sowie dadurch, dass der VCO als gegenüber Strahlungsaufnahme bei dieser Frequenz beständig ausgelegt wird, verringert werden. Zusätzlich kann das Hochfrequenzrauschen an mehreren Stellen in der Schaltung durch die Verwendung von reaktiven Elementen, wie Kondensatoren oder LC-Serien-Resonanzfiltern, unterdrückt werden. Diese reaktiven Elemente und Filter können unter Verwendung von konzentrierten Elementen oder verteilten Übertragungsleitungen aufgebaut sein. Glücklicherweise ist es einfacher, das Rauschen niedrigerer Frequenz herauszufiltern, das aufgrund der Modulationshüllkurve des PA erzeugt wird.
Zusätzlich kann der VCO 102 ein oder mehr Merkmale beinhalten, um ihn sicherer gegenüber Störung zu machen, die bei den Transceivern höherer Leistung erzeugt wird. Beispielsweise kann ein Filtern bei verschiedenen, empfindlicheren Knoten in dem VCO angewendet werden. Siliziumisolation kann ebenfalls eingesetzt werden. Dies kann die Verwendung von mehr als einem Down-Bond für den VCO beinhalten und es können mehrere Schutzringe verwendet werden, um die Substrataufnahme zu minimieren. Schutzringe sollten unter Verwendung mehrerer Down-Bonds an eine saubere Fläche gebunden werden. Wenn mehrere Schutzringe verwendet werden, sollten diese bei verschiedenen Masse- und Versorgungsanschlüssen enden, um eine durch die stärker rauschende Masse bedingte Verschlechterung des rauschärmeren Ringes zu vermeiden.
Störsichere Spulen, wie vorstehend erörtert, können ebenfalls verwendet werden, um magnetische Kopplung zu verringern. Des Weiteren kann, wie nachstehend mit Bezug auf 5 erörtert, eine Stromversorgung mit einem hohen Netzstörunterdrückungsverhältnis (PSRR, Power Supply Rejection Ratio) für den VCO verwendet werden, um VCO-Frequenz- und Phasenstabilität (Phasenrauschen) sowie Betrieb zu verbessern.
Der Wert des Frequenzteilungsverhältnisses N kann jede geeignete Zahl sein, z. B. 2, 3 oder eine andere Zahl. Beispielsweise könnte bei einer Ausführungsform eines WiFi Sende-/Empfangsgerätes mit einer 5,5 GHz Übertragungsfrequenz (Fo) N 2 sein und somit könnte der VCO bei 11 GHz betrieben werden. Ein angemessener Wert für N kann ausgewählt werden, basierend auf vorgegebenen Designanforderungen. Der Wert sollte so gewählt werden, dass er einen guten Kompromiss zwischen den Betriebsleistungsparametern und der Größe der Spule darstellt. Ein kleiner Wert von N impliziert einen einfacheren Aufbau, aber im Allgemeinen erfordert er aufgrund einer größeren Größe, die für die Spule benötigt wird, eine größere Chipfläche. Eine größere Spulengröße impliziert ebenfalls, dass mehr Flusslinien abgefangen werden können, was daher eine stärkere Aufnahme von Injektionsmitziehen in dem VCO zum Ergebnis hat. Bei einigen Ausführungsformen kann ein großer N-Wert das VCO-Phasenrauschen um 6 dB für jede durch 2 teilende Operation verbessern. Gemeinsam mit der Verringerung des VCO-Phasenrauschens, kann Rauschen, das durch den VCO aufgenommen wird, das als FM-Seitenbänder auftauchen kann, ebenfalls um den gleichen Faktor verringert werden. Ein zu großer Wert von N resultiert allerdings in einem sehr hohen VCO-Frequenzbetrieb, der den Abstimmbereich verringern kann, obwohl der Abstimmbereich durch die Verwendung mehrerer VCOs kompensiert werden kann. Da die Spulengröße bei hohen Frequenzen sehr klein ist, müssen mehrere VCOs nicht notwendigerweise zu viel Chipfläche einnehmen, und das Verfahren kann einen sauberen Lokaloszillator bereitstellen. Zusätzlich ergibt ein kleinerer N-Wert weniger Verbesserung bei der Störsicherheit von dem Leistungsteil. Diesbezüglich ist bei einigen Ausführungsformen ein Wert von 2 perfekt geeignet.
5 zeigt einen VCO 502, der als ein VCO 102 in 1 oder 4 verwendet werden kann. Der VCO umfasst Transistoren N1, N2, Spule L, Kondensatorbank 503, spannungsgesteuerten Varaktor 505 und abgestimmten LC-Filter 507, die alle wie gezeigt zusammengekoppelt sind. Der VCO wird unter Verwendung einer Kombination von Reglern angetrieben, um eine geeignete VDD zur Verbesserung der Stabilität und Rauschbeständigkeit des VCO bereitzustellen. Die Versorgung umfasst einen Vorregler 522, der eine Bandlückenreferenz (VR) 524 (der Block 524 enthält ebenfalls eine PTAT Stromquelle, die zur Erzeugung einer Referenzspannung durch Liefern eines regulierten Stromes zu einem Replikatransistor N3 verwendet wird) und einen Regler mit hoher Bandbreite 526 mit regulierter Spannungsversorgung versorgt. Die Bandlückenreferenz VR 524 ist dazu ausgelegt, dass sie eine genaue Referenzspannung bereitstellt, die einigermaßen unempfindlich auf Veränderungen in der Umgebung, wie Temperaturänderungen, reagiert. Beispielsweise könnte sie Vorspannungsschaltungen, wie Regler, enthalten. Eine geeignete Bandlücken-Referenzschaltung kann verwendet werden, um rauschfreien Betrieb sicherzustellen. Eine Schaltung proportional zur absoluten Temperatur (PTAT) kann verwendet werden, um die Veränderungen in dem Verhalten der Schaltung über Temperaturänderungen aufzuheben, wodurch der Betrieb stabilisiert und Inbetriebnahme über Temperaturvariationen sichergestellt wird. Der Bezugsregler wird nicht nur verwendet, um dem Regler mit hoher Bandbreite 526 eine präzise regulierte Bezugsspannung bereitzustellen, sondern auch, um die verschiedenen Vorspannungssignale an den VCO bereitzustellen. Beispielsweise kann die Steuerlogik der Kondensatorbank 503 an ein Vorspannungssignal zur Steuerung seiner Kapazität gekoppelt sein. Die Bezugsspannung, die dem Regler mit hoher Bandbreite 526 bereitgestellt wird, wird durch einen diodengeschalteten Replikatransistor N3 erzeugt, der dazu ausgelegt ist, dass er einigermaßen mit den in dem VCO verwendeten Transistoren N1, N2 übereinstimmt und proximal zu ihnen ist. Dadurch wird die VCO-Funktionalität weniger anfällig für Prozessabweichungen und dergleichen.
Der Regler mit höherer Bandbreite ist so ausgelegt, dass er eine ausreichend hohe Bandbreite aufweist, die wesentlich höher ist, als die Modulationsbandbreite des Senders, um ausreichend Empfindlichkeit zur Versorgung des VCO in Bezug auf die Frequenz, die er erzeugt, aufzuweisen. Der Regler sollte intern kompensiert sein, um Hochfrequenzaufnahmen, wie von Bonddrahtkoppelung, zu verhindern, und er sollte rauscharm ausgeführt sein, um das Phasenrauschen gering zu halten. Durch die Verwendung von separaten Reglern kann eine gesamte Netzstörrauschunterdrückung erzielt werden, z. B. über den Bezugsregler und Vorregler 522, ohne unter eingeschränkter Empfindlichkeit zu leiden, da diese über den separaten Regler höherer Bandbreite 526 erzielt wird. Die gesamte Vorspannungsschaltung gehört zu der VCO-Schaltung und ist gemeinsam mit dem VCO innerhalb der vorstehend genannten Schutzringe eingeschlossen, um zu vermeiden, dass das Rauschen durch das Substrat aufgenommen wird.
Der Varaktor für den VCO sollte so ausgelegt sein, dass er klein genug ist, um eine verringerte VCO-Abstimmempfindlichkeit aufzuweisen (auch KVCO genannt), sodass jedes Rauschen, das sich an eine Abstimmleitung koppelt, nur eine minimale Auswirkung hat. Eine kleine Varaktorgröße stellt einen kleinen, nichtlinearen Kondensator bereit und daher geringeres Phasenrauschen. Ein zu kleiner Varaktor kann jedoch zwei Probleme aufwerfen. Erstens können jegliche Wärmegradienten während eines Tx-Slots die Betriebsfrequenz verändern, die durch die PLL korrigiert wird indem die Abstimmspannung geändert wird, ein kleiner Varaktor kann eine begrenzte Frequenzkorrektur aufweisen und kann die PLL entriegeln, wenn nicht ein neuer Kondensatorwert in der Kondensatorbank geschaltet wird. Zweitens kann ein sehr kleiner Varaktor nicht genug Abstimmbereich aufweisen, um ausreichend Überschneidung in dem/den unveränderlichen (z. B. umschaltbaren) Kondensator(en) des Schwingungskreises bereitzustellen. Weiter wird die Steuerlogik zu dem VCO-Block durch Logikpuffer weitergegeben, die innerhalb der Schutzringe zusammen mit dem VCO angeordnet sind, und diese Logikpuffer werden durch die saubere Stromversorgung angetrieben, die durch die geeigneten Vorspannungsschaltungen innerhalb des Schutzringes erzeugt wird.
Bezugnehmend auf 6 wird ein Beispiel eines Teils einer Computerplattform gezeigt (z. B. ein Computersystem, wie ein mobiler PC, PDA, Mobiltelefon oder dergleichen). Der dargestellte Teil umfasst einen oder mehr Prozessoren 602, Schaltung mit Hub-Funktionalität 604, Speicher 606, drahtlose Netzwerkschnittstelle 608 und eine Antenne 609. Der Prozessor 602 ist über den Hub-Funktionalitätsblock 604 an den Speicher 606 und die drahtlose Netzwerkschnittstelle 608 gekoppelt. Die Hub-Funktionalität kann einen oder mehr Schaltungsblöcke umfassen, um verschiedene Schnittstellensteuerungsfunktionen auszuführen (z. B. Speichersteuerung, Grafiksteuerung, I/O-Schnittstellensteuerung und dergleichen). Diese Schaltungen können auf einem oder mehr separaten Chips implementiert und/oder teilweise oder ganz innerhalb des Prozessors 602 implementiert werden.
Der Speicher 606 umfasst einen oder mehr Speicherblöcke, um zusätzlichen RAM-Speicher für den Prozessor 602 bereitzustellen. Er kann mit jedem geeigneten Speicher implementiert werden, einschließlich, aber ohne Einschränkung, DRAM (Dynamic Random Access Memory), SRAM (Static Random Access Memory), Flash-Memory oder dergleichen. Die drahtlose Netzwerkschnittstelle 608 ist an die Antenne 609 gekoppelt, um den Prozessor 602 drahtlos an ein drahtloses Netzwerk (nicht gezeigt) zu koppeln, z. B. ein drahtloses lokales Netzwerk oder ein Mobilfunknetz. Sie beinhaltet einen oder mehr Transceiver 611 mit störsicheren VCOs, wie hierin erörtert.
Die Computerplattform kann eine Vielfalt verschiedener EDV-Geräte oder anderer Geräte mit Rechenfähigkeit einbinden. Solche Geräte beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf Laptop-Computer, Notebook-Computer, Personal Digital Assistant Geräte (PDAs), Mobiltelefone, Audio- und/oder Video-Wiedergabegeräte und dergleichen. Sie könnte aus einem oder mehr kompletten Computersystemen bestehen oder alternativ könnte sie eine oder mehr Komponenten enthalten, die innerhalb eines Computersystems von Nutzen sind. Zusätzlich könnte das Blockdiagramm einer System-on-Chip(SOC)-Plattform entsprechen, die auf einem einzigen Chip oder auf einer einzelnen Baugruppe implementiert ist.
In der vorstehenden Beschreibung wurden zahlreiche spezifische Details erläutert. Es ist jedoch offensichtlich, dass erfindungsgemäße Ausführungsformen auch ohne diese spezifischen Details realisierbar sind. In anderen Fällen wurden allgemein bekannte Schaltungen, Strukturen und Techniken eventuell nicht im Detail dargestellt, um ein Verständnis der Beschreibung nicht zu erschweren. In diesem Sinne haben Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform”, „bestimmte Ausführungsformen”, „verschiedene Ausführungsformen” usw. die Bedeutung, dass die Ausführungsform(en) bestimmte Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften umfassen können, aber dass nicht unbedingt jede Ausführungsform die besonderen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften umfassen muss. Weiter können einige Ausführungsformen einige, alle oder keine der Merkmale aufweisen, die für andere Ausführungsformen beschrieben sind.
Bei der vorstehenden Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen sind die folgenden Begriffe wie unten beschrieben auszulegen: Die Begriffe „gekoppelt” und „verbunden” und deren Ableitungen können verwendet werden. Diese Begriffe sind jedoch nicht als Synonyme füreinander zu verstehen. In bestimmten Ausführungsformen wird „verbunden” eher verwendet, um anzuzeigen, dass zwei oder mehr Elemente durch direkten physischen oder elektrischen Kontakt miteinander verbunden sind. „Gekoppelt” bedeutet dagegen, dass zwei oder mehr Elemente zusammenarbeiten oder interagieren, jedoch nicht unbedingt durch einen direkten physischen oder elektrischen Kontakt miteinander verbunden sind.
Der Begriff „PMOS-Transistor” bezieht sich auf einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor des Typs P. Genauso bezieht sich „NMOS-Transistor” auf einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor des Typs N. Es ist zu verstehen, dass die Verwendung der Begriffe „MOS-Transistor”, „NMOS-Transistor” oder „PMOS-Transistor” beispielhaft ist, außer wenn ausdrücklich anderweitig angegeben oder durch die Art ihrer Verwendung vorgegeben. Sie umfassen die verschiedenen Arten von MOS-Geräten, einschließlich Geräten mit verschiedenen VTs, Materialarten, Isolatorstärken, Gate-Konfigurationen, um nur einige zu nennen. Wenn nicht spezifisch auf MOS oder dergleichen Bezug genommen wird, kann der Begriff Transistor andere geeignete Transistorarten umfassen, z. B. Sperrschicht-Feldeffekttransistoren, Bipolartransistoren, MES-Feldeffekttransistoren und verschiedene dreidimensionale Transistortypen, MOS oder andere, die heute bekannt oder noch nicht entwickelt sind.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen begrenzt, sondern kann mit Modifikationen und Änderungen im Rahmen und Umfang der angehängten Ansprüche realisiert werden. Es ist z. B. zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung für die Verwendung mit allen Arten von integrierten (IC) Halbleiterchips anwendbar ist. Beispiele dieser IC-Chips beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, Prozessoren, Controller, Chipsatz-Komponenten, programmierbare Logikarrays (PLA), Speicherbausteine, Netzwerkbausteine und dergleichen.
Es ist auch zu verstehen, dass in bestimmten Zeichnungen die Signalleiter durch Linien dargestellt werden. Einige davon können dicker sein, um maßgeblichere Signalwege darzustellen, andere können eine Beschriftung enthalten, um eine Anzahl von dazugehörigen Signalwegen anzuzeigen, und/oder sie können Pfeile an einem oder an mehr Enden enthalten, um die primäre Flussrichtung der Daten anzuzeigen. Dies soll jedoch in keiner Weise als eingrenzend ausgelegt werden. Solche zusätzlichen Details können vielmehr in Verbindung mit einer oder mehr exemplarischen Ausführungsformen verwendet werden, um ein besseres Verständnis einer Schaltung zu ermöglichen. Alle dargestellten Signalleitungen, ob mit oder ohne zusätzliche Informationen, können eines oder mehrere in mehrere Richtungen abgehende Signale umfassen und können mit jedem geeigneten Signalschema implementiert werden, z. B. können digitale oder analoge Leitungen mit Differential-Paaren, Lichtwellenleitern und/oder asymmetrischen Leitungen implementiert werden.
Es ist zu verstehen, dass Größen/Modelle/Werte/Bereiche als Beispiele angegeben werden und keinerlei Eingrenzung der vorliegenden Erfindung darstellen. Mit der Ausreifung von Fertigungstechniken (z. B. Fotolithografie) im Laufe der Zeit ist zu erwarten, dass immer kleinere Geräte hergestellt werden können. Des Weiteren ist es möglich, dass allgemein bekannte Strom-/Masseanschlüsse mit den IC-Chips und anderen Komponenten in den FIGUREN gezeigt bzw. nicht gezeigt werden, was aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung und Erklärung der Erfindung geschieht. Weiter können Anordnungen im Blockdiagrammformat gezeigt werden, um eine klare Darstellung der Erfindung zu ermöglichen, und auch um aufzuzeigen, dass bestimmte Details in Bezug auf die Implementierung solcher Blockdiagrammanordnungen in hohem Maß von der Plattform abhängen, auf der die Erfindung implementiert werden soll, d. h., dass eine fachkundige Person mit solchen spezifischen Details vertraut sein sollte. Wo spezifische Details (z. B. Schaltungen) angeführt werden, um beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung zu beschreiben, sollte eine fachkundige Person erkennen, dass die Erfindung mit oder ohne Variationen dieser spezifischen Details realisiert werden kann. Die Beschreibung ist daher als eine nicht einschränkende Veranschaulichung zu verstehen.

Claims

Chip, umfassend: einen VCO, um ein Signal zu erzeugen; und eine Frequenzteilerschaltung, um eine verringerte Frequenzvariante des Signals einem Sendermischer bereitzustellen, gefolgt von einem Leistungsverstärker, der sich auf demselben Die wie der VCO befindet.
Chip nach Anspruch 1, wobei die Frequenzteilerschaltung eine durch N teilende Schaltung ist.
Chip nach Anspruch 1, wobei der Leistungsverstärker eine OFDM-Ausgangsübertragung erzeugen soll.
Chip nach Anspruch 1, wobei der VCO einen Schwingungskreis mit einem Varaktor umfasst, um die Frequenz des VCO zu steuern.
Chip nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Leistungsregler, der einen Bandlückenreferenzregler und einen Regler für höhere Bandbreite umfasst, um Strom für den VCO bereitzustellen.
Chip nach Anspruch 5, wobei der Bezugsregler eine Bezugsspannung von einem Transistor erzeugt, der mit einem oder mehr Transistoren in dem VCO übereinstimmt und proximal zu ihnen ist.
Chip nach Anspruch 1, wobei der Wert einer Frequenzteilung zwei beträgt.
Chip nach Anspruch 1, wobei der VCO auf einer Frequenz arbeiten soll, die oberhalb von 10 GHz liegt.
Chip nach Anspruch 1, wobei der VCO eine rauschresistente Spule umfasst.
Chip nach Anspruch 9, wobei die rauschresistente Spule ein oder mehr Paare von im Wesentlichen symmetrischen Schleifen umfasst.
Chip nach Anspruch 1, wobei der VCO sein erzeugtes höheres Frequenzsignal über einen Verteilerverstärker für mehrere Mischer, die entfernt von dem VCO auf dem Die liegen, bereitstellt.
Verfahren, umfassend: Erzeugen eines Signals, unter Verwendung eines VCO, auf einer Frequenz, die N-Mal größer ist, als eine gewünschte Übertragungsfrequenz; und Teilen des Signals durch N entfernt von dem VCO auf einem herkömmlichen Chip und Bereitstellen des Signals für einen Mischer für einen drahtlosen Ausgabeübertragungsstufenverstärker, der sich auf dem selben Chip wie der VCO befindet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei N zwei ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Signal unter Verwendung eines VCO mit einer rauschresistenten Spule erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, umfassend das Bereitstellen von Siliziumisolation bei dem VCO.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der VCO mit mehr als 10 GHz betrieben wird.
Computersystem, umfassend: einen Prozessor; und eine drahtlose Schnittstelle, die an den Prozessor gekoppelt ist, um den Prozessor kommunikativ mit einem drahtlosen Netzwerk zu verbinden, wobei die drahtlose Schnittstelle zumindest einen Lokaloszillator auf einem Chip umfasst, wobei der Lokaloszillator einen VCO beinhaltet, um ein Signal mit einem N-fachen der Übertragungsfrequenz bereitzustellen, und eine durch N teilende Schaltung, um das Signal von dem VCO durch N zu teilen, um auf der Übertragungsfrequenz für einen Mischer für eine Stufe höherer Leistung, die sich auf dem gleichen Die wie der VCO befindet, bereitgestellt zu werden.
System nach Anspruch 17, wobei der VCO einen Schwingungskreis mit einem Varaktor umfasst, um die Frequenz des VCO zu steuern.
System nach Anspruch 17, weiter umfassend einen Leistungsregler, umfassend einen Bezugsregler und einen Regler höherer Bandbreite, um Strom für den VCO bereitzustellen.
System nach Anspruch 19, wobei der Bezugsregler eine Bezugsspannung von einem Transistor erzeugt, der mit einem oder mehr Transistoren in dem VCO übereinstimmt und proximal zu ihnen ist.
System nach Anspruch 17, wobei der Wert von N zwei ist.
System nach Anspruch 17, wobei der VCO auf einer Frequenz betrieben werden soll, die oberhalb 10 GHz liegt.