JP2015502085A - 多重周波数再構成可能電圧制御発振器（ｖｃｏ）、および同上を提供する方法 - Google Patents
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Abstract
多重周波数再構成可能電圧制御発振器(VCO)(136)は、可変容量デバイス(112)と、可変容量デバイス(112)と並列に結合されたインダクタ(116)と、可変容量デバイス(112)およびインダクタ(116)と並列に結合された少なくとも2つの回線パス(118、120、122)とを含む。回線パス(118、120、122)は各々、圧電横振動共振器(126、130、134)と、各圧電横振動共振器(126、130、134)をインダクタ(116)および可変容量デバイス(112)と選択可能に並列に結合するためのスイッチ(124、128、132)とを含む。
Description
本出願は、多重周波数再構成可能電圧制御発振器(VCO)、および同上を提供する方法を対象とし、より詳細には、複数の共振器と並列に結合されるインダクタを有する多重周波数再構成可能VCO、および同上を提供する方法を対象とする。
電圧制御発振器(VCO)は、VCOに入力されるDC電圧によって制御することができる周波数を有する出力を生成する発振回路である。VCOは、限定はしないが、たとえば携帯電話など、ワイヤレスデバイスを含む通信装置における位相ロックループで一般的に使用される。従来、VCOは、オンチップインダクタおよびキャパシタ(LC)で、または、圧電薄膜共振器(FBAR)および窒化アルミニウム(AlN)輪郭モード共振器(contour mode resonator: CMR)を含む、圧電マイクロ電子機械システム(MEMS)共振器で実装されていた。
オンチップLC VCOは、たとえば、10%よりも大きい、広い同調範囲を有する。オンチップインダクタは一般に、低いQファクター(一般に<30)を有するので、そのようなVCOは、一般に、高い位相ノイズによって特徴づけられる。これは、低位相雑音および/または小型が望ましいいくつかの環境において不利であり得る。一方、MEMSベースのVCOは、MEMS共振器の小さいフォームファクタのため、かなり小さい可能性がある。さらに、これらの共振器の高いQファクター(>1000)は、結果として位相雑音が低いVCOになる。しかしながら、これらの機械式共振器の低電気機械結合のため、MEMS VCOは、一般に、たとえば、3%未満の小さい同調範囲を有する。この限られた同調範囲によって、法外に多数の共振器を使用することなく信号帯域の大部分をカバーすることが困難になる。
したがって、たとえば100MHzから3GHzの範囲のセルラ周波数の、比較的大きい周波数範囲をカバーするように構成され得、また、共振器の数が少なく、小型であり、位相雑音が低いVCOを提供することが望ましい。
例示的な実施形態は、少なくとも1つの共振器と、少なくとも1つの共振器と並列に配置された少なくとも1つのインダクタと、インダクタと並列に結合され、少なくとも1つの共振器と並列に配置された可変容量デバイスとを有する多重周波数再構成可能電圧制御発振器(VCO)を備える。少なくとも1つの共振器は、インダクタおよび可変容量デバイスと選択可能に並列に結合される。
別の実施形態は、インダクタを可変容量デバイスと並列に結合するステップと、インダクタと並列の複数の回線パスを提供するステップと、複数の回線パスの各々において共振器およびスイッチを設けるステップと、発振信号を生成するために、複数の回線パスのうちの少なくとも1つにおけるスイッチを閉じるステップとを含む多重周波数再構成可能VCOを提供する方法を備える。
さらなる実施形態は、可変容量デバイスと、可変容量デバイスと並列に結合されたインダクタと、可変容量デバイスおよびインダクタに並列に結合された少なくとも2つの回線パスとを有する多重周波数再構成可能VCOを含む。少なくとも2つの回線パスは各々、圧電横振動共振器(piezoelectric laterally vibrating resonator)と、圧電横振動共振器をインダクタおよび可変容量デバイスと選択可能に並列に結合するためのスイッチとを含む。
また別の実施形態は、共振器構成と、共振器構成と並列のインダクタ構成と、インダクタ構成と並列に、および共振器構成と並列に結合された可変容量構成とを含む多重周波数再構成可能VCOを含む。発振器は、共振器構成をインダクタ構成と選択可能に並列に結合するためのスイッチ構成も含む。
別の実施形態は、インダクタを可変容量デバイスと並列に結合するためのステップと、インダクタと並列の複数の回線パスを提供するためのステップと、複数の回線パスの各々において共振器およびスイッチを設けるためのステップと、発振信号を生成するために、複数の回線パスのうちの少なくとも1つにおけるスイッチを閉じるためのステップとを含む多重周波数再構成可能VCOを提供する方法を含む。
添付の図面は、本発明の実施形態の説明を助けるために提示され、実施形態の限定ではなく、実施形態の例示のためのみに提供される。
本発明の特定の実施形態を対象とする以下の説明および関連する図面で、本発明の態様を開示する。本発明の範囲から逸脱することなく代替的な実施形態を考案することができる。さらに、本発明の関連する詳細を不明瞭にしないように、本発明のよく知られている要素は詳細に記載されないか、または省略される。
「例示的な」という語は、「例、実例、または具体例としての役割を果たすこと」を意味するように本明細書において用いられている。「例示的な」として本明細書で説明する任意の実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましいか、または有利であると解釈されるべきではない。同様に、「本発明の実施形態」という用語は、本発明のすべての実施形態が、論じられた特徴、利点または動作モードを含むことを必要としない。
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態の説明のみを目的とするものであり、本発明の実施形態を限定するものではない。本明細書で使用する単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈が別段に明確に示すのでなければ、複数形をも含むものとする。「comprises(備える)」、「comprising(備える)」、「includes(含む)」および/または「including(含む)」という用語は、本明細書で使用される場合、記述する特徴、整数、ステップ、動作、要素および/または構成要素の存在を明示するものであって、1つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素および/またはそのグループの存在または追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。
さらに、実施形態が、たとえばコンピューティングデバイスの要素によって実施すべき、一連のアクションに関して説明され得る。本明細書で説明する様々なアクションは、特定の回路(たとえば、特定用途向け集積回路(ASIC))によって、1つまたは複数のプロセッサによって実行されるプログラム命令によって、または両方の組合せによって実行され得ることを認識されよう。さらに、本明細書で説明するこれらの一連のアクションは、実行時に、関連するプロセッサに本明細書で説明する機能性を実施させるコンピュータ命令の対応するセットを記憶した、任意の形式のコンピュータ可読記憶媒体内で全体として具現化されるものと見なすことができる。したがって、本発明の様々な態様は、請求する主題の範囲内にすべて入ることが企図されているいくつかの異なる形式で具現化され得る。さらに、本明細書で説明する実施形態ごとに、任意のそのような実施形態の対応する形式について、本明細書では、たとえば、記載のアクションを実行する「ように構成された論理」として説明することがある。
次に図を参照すると、図1は、入力回路106に接続された入力104および出力回路110に接続された出力108を有する増幅器102を含む回路100を示す。バラクタ112は、増幅器102の入力104および出力108にわたって接続され、また、増幅器102の出力を変化させるために、適切な同調回路114にも接続される。インダクタ116も、バラクタ112と並列に増幅器102の入力104および出力108にわたって接続される。さらに、複数の回線パスは、バラクタ112、および第1の回線パス118、第2の回線パス120、および第3の回線パス122を含めて、インダクタ116と並列に接続される。第1の回線パス118は、第1の共振器126と直列の第1のスイッチ124を含み、第2の回線パス120は、第2の共振器130と直列の第2のスイッチ128を含み、かつ第3の回線パス122は、第3の共振器134と直列の第3のスイッチ132を含む。3つの回線パスが示されているが、カバーされる周波数帯域の数および/または幅に基づいて、より多いまたはより少ない回線パスおよび関連の共振器およびスイッチを設けることができる。
第1、第2、および第3の共振器126、130、134は、圧電横振動共振器を備え得る。たとえば、第1の共振器126は、第1の周波数で共振するように構成された図2の共振器200のような共振器を備え、第3の共振器134は、第1の周波数とは異なる第2の周波数で共振するように構成された図3の共振器300のような共振器を備える。第1、第2、および第3のスイッチ124、128、132は、独立して動作可能であり、所与の回路のための性能要件に応じて、RF MEMSスイッチまたは従来のMOSFETスイッチを備え得る。適切なコントローラ(図示せず)は、第1、第2、および第3の共振器126、130、134のうちのどれがバラクタ112およびインダクタ116と並列に結合されるかを決定し、したがって、増幅器102、第1〜第3の共振器126、130、134、インダクタ116、およびバラクタ112によって形成されるVCO136の中心周波数を決定するために、第1、第2、および第3のスイッチ124、128、132の開位置および閉位置を制御する。有益には、第1、第2、または第3の圧電横振動共振器126、130、134のうちの任意の1つと並列のインダクタ116の存在は、インダクタ116なしに生成されるよりも大きい有効結合(kt 2)を提供する。これは、選択された共振器の中心周波数の、たとえば約10パーセントから30パーセントまでの範囲である、第1、第2、および第3の共振器126、130、134のうちの選択された1つのためのより大きい同調範囲を提供する。このようにして、横振動圧電共振器のより高いQファクターの利益は、位相ノイズを低減するために利用することができ、一方、インダクタ116は、従来の横モード圧電共振器を使用して一般的に取得可能ではなかったレベルにVCO同調範囲を増加させるように有効結合を増加させるために使用される。
共振器の中心周波数を適切に選択することによって、VCO136は、当該の1つまたは複数の信号帯域を選択するために使用することができる。たとえば、GSM(登録商標)信号帯域は、824〜960MHzおよび1710〜1910MHzをカバーする。この帯域をカバーするために、第1の共振器126は、900MHzの中心周波数を有するように選択され、GSM(登録商標)帯域の第1の部分をカバーするために、いずれかの方向に約15%だけ調整され、第2の共振器130は、1800MHzの中心周波数を有するように選択され、GSM(登録商標)帯域の第2の部分をカバーするために、いずれかの方向に約15%だけ調整される。2つの共振器に加えてインダクタおよびバラクタを有する単一の再構成可能VCOは、すべてのGSM(登録商標)帯域をカバーすることが可能でなければならない。より多くのワイヤレス規格がカバーされることを必要とする場合、より多くの共振器を追加することができる。
第1、第2、および第3の圧電横振動共振器126、130、134は、限定はしないが、窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)、およびジルコン酸チタン酸鉛(PZT)を含む様々な材料から作ることができ、シングルチップ多重周波数操作を実現することに適したシリコン、ガラス、圧電材料、または他の複合物を含む基板の上に形成され得る。インダクタ116は、従来のオンチップインダクタでもよく、シリコン、シリコンオンインシュレータ、ガラス上のシリコンなど様々な基板上に形成されてもよく、または個別構成要素として形成されてもよい。代わりに、インダクタ116は、回路技術から実現されるアクティブインダクタを備え得る。
一実施形態による方法は、図4に示され、可変容量デバイスと並列にインダクタを結合するブロック400と、インダクタと並列に複数の回線パスを提供するブロック402と、複数の回線パスの各々において共振器およびスイッチを設けるブロック404と、発振信号を生成するために、複数の回線パスのうちの少なくとも1つのスイッチを閉じるブロック406とを含む。
VCO136を多くの環境において使用することができ、いくつかの場合には、1つまたは複数の半導体ダイに組み込まれることを、当業者であれば諒解されよう。さらに、VCO136および/またはそれが組み込まれる半導体ダイは、限定はしないが、セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末(PDA)、固定位置データユニット、およびコンピュータを含む様々なデバイスに組み込まれ得る。
情報および信号は、多種多様な技術および技法のいずれかを使用して表すことができることを当業者は諒解されよう。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁界もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表され得る。
さらに、本明細書で開示した実施形態に関連して説明した様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装できることを、当業者は諒解されよう。ハードウェアとソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップを、上記では概してそれらの機能に関して説明した。そのような機能をハードウェアとして実装するか、ソフトウェアとして実装するかは、特定の適用例および全体的なシステムに課される設計制約に依存する。当業者は、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装し得るが、そのような実装の決定は、本発明の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。
本明細書で開示した実施形態と関連して説明した方法、シーケンス、および/またはアルゴリズムは、ハードウェアで、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、またはその2つの組合せで直接実施され得る。ソフトウェアモジュールは、RAMメモリ、フラッシュメモリ、ROMメモリ、EPROMメモリ、EEPROMメモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD-ROM、または当技術分野で知られている任意の他の形態の記憶媒体中に常駐し得る。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、かつ記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替として、記憶媒体はプロセッサと一体であり得る。
上記の開示は本発明の例示的な実施形態を示すが、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更および修正を行えることに留意されたい。本明細書で説明した本発明の実施形態による方法クレームの機能、ステップおよび/または動作は、特定の順序で実行されなくてもよい。さらに、本発明の要素は、単数形で説明または請求されていることがあるが、単数形に限定することが明示的に述べられていない限り、複数形が企図される。
100 回路
102 増幅器
104 入力
106 入力回路
108 出力
110 出力回路
112 バラクタ
114 同調回路
116 インダクタ
118 第1の回線パス
120 第2の回線パス
122 第3の回線パス
124 第1のスイッチ
126 第1の共振器
128 第2のスイッチ
130 第2の共振器
132 第3のスイッチ
134 第3の共振器
136 VCO
200 共振器
300 共振器
102 増幅器
104 入力
106 入力回路
108 出力
110 出力回路
112 バラクタ
114 同調回路
116 インダクタ
118 第1の回線パス
120 第2の回線パス
122 第3の回線パス
124 第1のスイッチ
126 第1の共振器
128 第2のスイッチ
130 第2の共振器
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134 第3の共振器
136 VCO
200 共振器
300 共振器
Claims (38)
- 少なくとも1つの共振器と、
前記少なくとも1つの共振器と並列に配置される少なくとも1つのインダクタと、
前記少なくとも1つのインダクタと並列に結合され、前記少なくとも1つの共振器と並列に配置される可変容量デバイスとを備え、前記少なくとも1つの共振器が、前記少なくとも1つのインダクタおよび前記可変容量デバイスと選択可能に並列に結合される
多重周波数再構成可能電圧制御発振器(VCO)。 - 前記少なくとも1つの共振器が複数の共振器を備え、前記複数の共振器のうちの少なくとも1つが、前記少なくとも1つのインダクタおよび前記可変容量デバイスと選択可能に並列に結合される、請求項1に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 複数のスイッチをさらに備え、前記複数のスイッチのうちの1つが前記複数の共振器の各々と直列に配置される、請求項2に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記複数の共振器の各々が圧電横振動共振器を備える、請求項2に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記圧電横振動共振器が、窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)、およびジルコン酸チタン酸鉛(PZT)からなる群から選択される材料を備える、請求項4に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記圧電横振動共振器がシリコン基板を備える、請求項4に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記圧電横振動共振器が圧電基板を備える、請求項4に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記少なくとも1つの共振器が圧電横振動共振器を備える、請求項1に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記可変容量デバイスがバラクタを備える、請求項1に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記少なくとも1つの共振器が複数の共振器を備え、
前記可変容量デバイスがバラクタを備え、
前記複数の共振器のうちの少なくとも1つが、前記少なくとも1つのインダクタおよび前記バラクタと選択可能に並列に結合され、
前記複数の共振器の各々が圧電横振動共振器を備え、複数のスイッチをさらに含み、前記複数のスイッチのうちの1つが前記複数の圧電横振動共振器の各々と直列に配置される
請求項1に記載の多重周波数再構成可能VCO。 - 少なくとも1つの半導体ダイに組み込まれる、請求項1に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末(PDA)、固定位置データユニット、およびコンピュータからなる群から選択されるデバイスに組み込まれる、請求項1に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- インダクタを可変容量デバイスと並列に結合するステップと、
前記インダクタと並列の複数の回線パスを提供するステップと、
前記複数の回線パスの各々において共振器およびスイッチを設けるステップと、
発振信号を生成するために、前記複数の回線パスのうちの少なくとも1つにおける前記スイッチを閉じるステップと
を備える多重周波数再構成可能電圧制御発振器(VCO)を提供する方法。 - 前記発振信号の周波数を変更するために、前記複数の回線パスのうちの前記少なくとも1つにおける前記スイッチを開くステップと、前記複数の回路パスのうちの別の1つにおける前記スイッチを閉じるステップとを含む請求項13に記載の方法。
- 前記複数の回線パスのうちの少なくとも1つの前記共振器が、圧電横振動共振器を備える、請求項13に記載の方法。
- 前記複数の回線パスのうちの各々の前記共振器が、圧電横振動共振器を備える、請求項13に記載の方法。
- 前記可変容量デバイスがバラクタを備える、請求項13に記載の方法。
- 前記VCOを少なくとも1つの半導体ダイに組み込むステップを含む請求項13に記載の方法。
- セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末(PDA)、固定位置データユニット、およびコンピュータからなる群から選択されるデバイスに前記VCOを組み込むステップを含む、請求項13に記載の方法。
- 可変容量デバイスと、
前記可変容量デバイスと並列に結合されたインダクタと、
前記可変容量デバイスおよび前記インダクタに並列に結合された少なくとも2つの回線パスとを備え、前記少なくとも2つの回線パスが各々、圧電横振動共振器と、前記各圧電横振動共振器を前記インダクタおよび前記可変容量デバイスと選択可能に並列に結合するためのスイッチと
を備える多重周波数再構成可能電圧制御発振器(VCO)。 - 前記可変容量デバイスがバラクタを備える、請求項20に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記少なくとも2つの回線パスのうちの第1のものにおける前記スイッチが、前記少なくとも2つの回線パスのうちの第2のものにおける前記スイッチとは無関係に動作可能である、請求項20に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 共振器手段と、
前記共振器手段と並列に配置されるインダクタ手段と、
前記インダクタ手段と並列に結合され、前記共振器手段と並列に配置される可変容量手段と、
前記共振器手段を前記インダクタ手段と選択可能に並列に結合するためのスイッチ手段と
を備える多重周波数再構成可能電圧制御発振器(VCO)。 - 前記共振器手段が複数の共振器を備え、前記スイッチ手段が、前記複数の共振器のうちの少なくとも1つを前記インダクタ手段および可変容量手段と選択可能に並列に結合するように構成される、請求項23に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記スイッチ手段が複数のスイッチを備え、前記複数のスイッチのうちの1つが前記複数の共振器の各々と直列に配置される、請求項24に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記共振器手段が圧電横振動共振器を備える、請求項23に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記圧電横振動共振器が、窒化アルミニウム(AlN)、酸化亜鉛(ZnO)、およびジルコン酸チタン酸鉛(PZT)からなる群から選択される材料を備える、請求項26に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記可変容量手段がバラクタを備える、請求項23に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- 前記共振器手段が複数の共振器を備え、
前記可変容量手段がバラクタを備え、
前記複数の共振器のうちの少なくとも1つが、前記インダクタ手段および前記バラクタと選択可能に並列に結合され、
前記複数の共振器の各々が圧電横振動共振器を備え、
前記スイッチ手段が複数のスイッチを備え、前記複数のスイッチのうちの1つが前記複数の共振器の各々と直列に配置される
請求項23に記載の多重周波数再構成可能VCO。 - 少なくとも1つの半導体ダイに組み込まれる、請求項23に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末(PDA)、固定位置データユニット、およびコンピュータからなる群から選択されるデバイスに組み込まれる、請求項23に記載の多重周波数再構成可能VCO。
- インダクタを可変容量デバイスと並列に結合するためのステップと、
前記インダクタと並列の複数の回線パスを提供するためのステップと、
前記複数の回線パスの各々において共振器およびスイッチを設けるためのステップと、
発振信号を生成するために、前記複数の回線パスのうちの少なくとも1つにおける前記スイッチを閉じるためのステップと
を備える多重周波数再構成可能電圧制御発振器(VCO)を提供する方法。 - 前記発振信号の周波数を変更するために、前記複数の回線パスのうちの前記少なくとも1つにおける前記スイッチを開くためのステップと、前記複数の回路パスのうちの別の1つにおける前記スイッチを閉じるためのステップとを含む請求項32に記載の方法。
- 前記複数の回線パスのうちの少なくとも1つの前記共振器が、圧電横振動共振器を備える、請求項32に記載の方法。
- 前記複数の回線パスのうちの各々の前記共振器が、圧電横振動共振器を備える、請求項32に記載の方法。
- 前記可変容量デバイスがバラクタを備える、請求項32に記載の方法。
- 前記VCOを少なくとも1つの半導体ダイに組み込むためのステップを含む請求項32に記載の方法。
- セットトップボックス、音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、エンターテインメントユニット、ナビゲーションデバイス、通信デバイス、携帯情報端末(PDA)、固定位置データユニット、およびコンピュータからなる群から選択されるデバイスに前記VCOを組み込むためのステップを含む、請求項32に記載の方法。
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