KR101935170B1 - 전압 제어 발진기용 시스템 및 방법 - Google Patents

전압 제어 발진기용 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

전압 제어 발진기용 시스템 및 방법
일 실시예에 따라, 전압 제어 발진기(VCO)는 복수의 트랜지스터를 구비한 VCO 코어, 및 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결되는 제1 단 및 동조 단자에 연결되는 제2 단을 구비한 버랙터 회로를 포함한다. 버랙터 회로는 VCO 코어의 이미터 단자들에 대한 동조 단자에 인가되는 전압을 증가시킴으로써 증가하는 커패시턴스를 포함한다.

Description

전압 제어 발진기용 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR A VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR}
본 발명은 일반적으로 전자 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전압 제어 발진기(voltage controlled osillator: VCO)용 시스템 및 방법에 관한 것이다.
밀리미터파 주파수 체제에서의 애플리케이션들은 과거 수년 동안에 실리콘 게르마늄(SiGe) 및 미세 구조의 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 프로세스와 같은 저비용의 반도체 기술에서의 빠른 진보로 인해 상당한 이익을 얻어 왔다. 고속 바이폴라 및 MOS(metal-oxide semiconductor) 트랜지스터를 이용할 수 있게 됨에 따라 60GHz, 77GHz 그리고 80GHz 및 또한 100GHz 이상에서 mm파 애플리케이션용 집적 회로에 대한 요구가 증가하였다. 그러한 애플리케이션은, 예를 들면, 자동차 레이더 및 멀티-기가비트 통신 시스템을 포함한다.
몇몇 레이더 시스템에서, 레이더와 타겟 간의 거리는 주파수 변조 신호를 송신하고, 주파수 변조 신호의 반사를 수신하며, 주파수 변조 신호의 송신과 수신 간의 시간 지연 및/또는 주파수 차이에 기초하여 거리를 결정함으로써 결정된다. 레이더 시스템의 해상도, 정확도 및 민감도는 레이더의 주파수 생성 회로의 위상 잡음 성능 및 주파수 민첩성에 부분적으로 의존할 수 있고, 여기서의 주파수 생성 회로는 일반적으로 RF 발진기 및 RF 발진기의 주파수를 제어하는 회로를 포함한다.
그러나, RF 시스템의 동작 주파수가 증가함에 따라, 그러한 고주파수에서 신호의 생성은 주요한 도전과제를 제기한다. 고주파수에서 동작하는 발진기는 1/f에 기인하는 열악한 위상 잡음 성능 및 VCO를 포함하는 디바이스에서의 열 잡음으로부터 고생할 수 있다.
실시예에 따라, 전압 제어 발진기(VCO)는 복수의 트랜지스터를 구비하는 VCO 코어, 및 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결된 제1 단부 및 동조 단자에 연결된 제2 단부를 구비한 버랙터 회로를 포함한다. 버랙터 회로는 VCO 코어의 이미터 단자들에 대해 동조 단자에 인가되는 전압을 증가시킴에 따라 증가하는 커패시턴스를 포함한다.
본 발명의 보다 완전한 이해 및 이점을 위해, 이제, 첨부 도면과 결합하여 다음의 설명을 참조한다.
도 1은 예시적인 자동차 레이더 시스템의 동작을 도시하는 도 1a 및 도 1b, 종래의 개략적인 VCO를 도시하는 도 1c, 종래의 VCO의 성능을 도시하는 도 1d, 실시예의 주파수 생성 시스템의 블록도인 도 1e 및 도 1f를 포함한다.
도 2는 실시예의 VCO의 개략도를 도시한다.
도 3은 또 다른 실시예의 VCO의 개략도를 도시한다.
도 4는 추가의 실시예의 VCO의 개략도를 도시한다.
도 5는 실시예의 VCO에 대한 주파수 대 동조 전압 그래프를 도시한다.
도 6은 실시예의 방법의 블록도를 도시한다.
도 7은 실시예의 레이더 시스템을 도시한다.
서로 다른 도면에서의 대응하는 참조 번호 및 기호는 일반적으로 다른 지시가 없다면 대응하는 부분을 지칭한다. 도면은 바람직한 실시예의 관련 양상을 명확하게 도시하는 것으로 축적을 맞춰 도시할 필요는 없다. 임의의 실시예를 보다 명확하게 설명하기 위해, 동일한 구조, 재료 또는 프로세스 단계의 변화를 나타내는 문자가 도면 번호에 이어질 수 있다.
현재 바람직한 실시예의 구성 및 이용이 아래에 상세히 논의된다. 그러나, 본 발명은 광범위한 특정 문맥으로 예시될 수 있는 다수의 적용가능한 발명의 개념을 제공한다. 논의되는 특정 실시예는 단지 본 발명을 구성하고 이용하기 위한 예시적인 특정 방법으로 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
본 발명은 특정 콘텍스트, 자동차 레이더 시스템과 같은 레이더 시스템의 시스템 및 방법에서 바람직한 실시예에 대하여 설명될 것이다. 본 발명은 또한 일반적인 레이더 시스템 및 무선 통신 시스템과 같은 RF 발진기를 이용하는 다른 시스템 및 애플리케이션에도 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, VCO의 동조 특성은 VCO의 버랙터 회로에 인가되는 전압을 증가시킴으로써 VCO의 주파수를 감소시키도록 구성된다. 전압을 증가시킴으로써 VCO가 감소하도록 VCO의 동조 특성을 구성함으로써, 가장 낮은 Kvco 및 가장 낮은 위상 잡음으로 VCO가 동작하는 영역은 낮은 또는 최소 전압에 대응한다. 따라서, 실시예의 VCO는 낮은 제어 전압으로 고성능 및 낮은 동작 잡음 영역에서 동작할 수 있다. 그러한 실시예는, 예를 들면, 낮은 공급 전압을 갖는 시스템에서의 동작에 적합하다.
도 1a는 자동차(102)가 자동차 레이더 시스템(104)을 구비하는 예시적인 자동차 레이더 시나리오(100)를 도시한다. 자동차 레이더 시스템(104)은, 예를 들면, FMCW(frequency modulated continuous wave) 신호를 송신 및 수신하고, 자동차 레이더 시스템(104)과 다른 차량 또는 길이의 물체와의 거리를 결정하기 위해 이러한 송신된 신호의 반사를 검출한다. 도시된 시나리오에서, 트럭과 같은 대형 차량(106)이 오토바이와 같은 소형 차량(108)보다 자동차(102)에 더 가깝게 있다. 정상적인 동작 조건 하에서, 대형 차량(106)으로부터의 에코 또는 반사는, 대형 차량(106)이 소형 차량(108)보다 더 크고 더 가깝기 때문에 소형 차량(108)으로부터의 반사보다 더 높은 진폭이 될 것이다.
도 1b는 도 1a의 시나리오에 대해 수신된 신호 레벨 대 수신된 주파수의 그래프(120)를 도시한다. 신호 레벨 대 주파수 곡선(122)은 대형 차량(106)으로부터의 수신된 반사에 대응하고, 신호 레벨 피크(130)의 주파수(f1)는 자동차 레이더 시스템(104)과 대형 차량(106) 간의 거리에 대응한다. 유사하게, 신호 레벨 대 주파수 곡선(126)은 소형 차량(108)으로부터의 수신된 반사에 대응하고, 신호 레벨 피크(132)의 주파수(F2)는 자동차 레이더 시스템(104)과 소형 차량(108) 간의 거리에 대응한다. 따라서, 대형 차량(106)과 소형 차량(108) 간의 거리는 주파수(F1)와 주파수(F2) 사이의 격차에 비례한다.
원하는 출력 신호와 함께, 레이더 송신기의 위상 잡은 또한 송신되고 반사된다. 대형 차량(106)으로부터 반사된 위상 잡음은 파선(124)으로서 표시되어 있다. 그래프(120)에서 볼 수 있는 바와 같이, 그래프 잡음(124)은 소형 차량(108)으로부터 반사되는 신호를 수신하기 위한 레이더의 능력에 영향을 미친다. 소형 차량(108)에 기인한 신호 레벨 피크(132)와 대형 차량(106)으로부터 반사된 위상 잡음에 기인한 대응하는 잡음 플로어(noise floor) 간의 신호 대 잡음비는 길이(134)로서 표시되어 있다. 도 1b의 그래프로부터, 위상 잡음은 소형의 원거리 물체를 파악하기 위한 자동차 레이더 시스템(104)의 능력에 영향을 미친다는 것을 볼 수 있다. 레이더 송신기의 위상 잡음이 높으면 높을수록, 레이더 시스템은 소형의 원거리 물체를 구별하는 것이 더 어렵다.
도 1c는 "푸시-푸시" 아키텍처에 따른 종래의 VCO(150)를 도시한다. VCO는 트랜지스터(153) 및 인덕터(154)를 구비하는 VCO 코어(151), 매칭 네트워크(152), 버랙터(158) 및 전류원(160)을 포함한다. 트랜지스터(153)는 바이어스 전압 Vbias에 따라 바이어싱되고, 버랙터(158)의 커패시턴스는 동조 전압 Vtune에 따라 동조된다. VCO(150)의 발진 주파수는 대략 다음과 같다:
Figure 112017098836871-pat00001
여기서, L154는 인덕터(154)의 인덕턴스이고, C158는 버랙터(158)의 커패시턴스이다. VCO(150)의 출력은 Vout으로 취해지고, fOSC의 두배의 출력 주파수를 제공한다.
버랙터(158)는 자신의 단자 양단에 인가되는 전압에 반비례하는 다이오드 커패시턴스로서 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 동조 전압 Vtune은 버랙터(158)를 구성하는 버랙터 다이오드의 캐소드에 연결된다. 동조 전압 Vtune이 접지에 대해 증가함에 따라, 버랙터 다이오드는 점차 역 바이어싱되고, 그에 대응하여 버랙터(158)의 커패시턴스는 감소하게 된다. 인가되는 전압에 대한 이러한 커패시턴스에서의 감소는 다이오드 양단의 전압이 증가함에 따라 역 바이어스된 다이오드의 공핍 영역의 폭의 증가에 기인할 수 있다. VCO(150)의 발진 주파수 fOSC가 버랙터(158)의 커패시턴스인 C158에 반비례하기 때문에, 발진 주파수 fOSC는 동조 전압 Vtune에서의 대응하는 증가만큼 증가하게 된다.
동조 전압 Vtune에 대한 발진 주파수 fOSC 간의 예시적인 관계는 도 1d에 곡선(170)으로서 도시되어 있다. 도 1d에 또한 도시된 바와 같이, 곡선(172)은 Vtune에 대한 VCO 이득 Kvco를 나타내고, 곡선(174)은 Vtune에 대한 위상 잡음 PNssb를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 위상 잡음 PNssb은 인가된 동조 전압 Vtune이 증가하고 VCO 이득 Kvco이 감소함에 따라 감소된다.
최상의 위상 잡음 성능의 영역은 더 높게 인가된 Vtune 전압에 대응하기 때문에, 그러한 VCO를 이용하는 낮은 전압 시스템을 설계하는 것이 도전과제가 될 수 있다. 예를 들면, PLL과 같은 특정의 낮은 전압 시스템이 약 0.2V 내지 약 2.0V의 동조 전압만을 전달하도록 제한된다면, 이 시스템은 동작의 가장 낮은 위상 잡음 영역에서 VCO를 동작시키지 못할 수 있다. 이것은 이용가능한 동조 전압 범위가 충분한 위상 잡음 성능을 갖는 특정된 출력 주파수 범위에 매핑되도록 하는 시스템 설계 도전과제를 제기할 수 있다.
도 1e는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU; 188)에서 디지털-아날로그 컨버터(DAC; 187)에 의해 제어되는 주파수를 갖는 RF 발진기(184)를 포함하는 전단 회로(182)를 구비한 실시예의 RF 시스템(180)의 블록도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 전단 회로(182)는 개별 패키지 내에 및/또는 MCU(188)와 같은 개별 집적 회로 다이 상에 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 전단 회로(182)는 SiGe HPT와 같은 RF 트랜지스터 및 다른 유형의 트랜지스터를 구현하는 고성능 RF 프로세스에서 구현될 수 있다. 한편, MCU(188)는 미세한 기하구조 CMOS 프로세스를 이용하여 구현될 수 있다. 실시예에서, 전단 회로(182)는 추가의 동조 포트를 구동하기 위한 추가의 DAC(186)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, MCU(188)에 인가될 수 있는 최대의 공급 전압은 MCU(188)가 제조되는 특정의 반도체 프로세스에 의해 제한된다. 몇몇의 경우에, 이러한 최대의 공급 전압은 약 1.2V일 수 있으나, 상이한 반도체 프로세스에서는 상이한 최대의 공급 전압을 허용할 수 있다. 일 예에서, DAC에 의해 공급될 수 있는 사용가능한 동조 전압 범위는 약 0.2V 내지 약 1V일 수 있다. 이러한 동조 범위는, 예를 들면, 레벨 시프터 회로(185)를 이용하여 수정될 수 있다.
실시예에서, MCU(188)는 구현되는 특정 RF 시스템에 대한 다른 기능을 수행하는 것에 부가하여 디지털 및/또는 소프트웨어 기반 PLL를 구현하는데 사용될 수 있다. 소프트웨어 PLL은 PLL에 비해 자유롭게 동작하는 VCO에 대해 더 높은 오프셋 주파수(즉, 1MHz 오프셋)에서 더 낮은 위상 잡음을 이용하기 위한 실시예의 레이더 또는 통신 시스템에서 사용될 수 있다.
추가의 실시예에 따라, 시스템의 MCU 기능뿐만 아니라 RF 전단 회로(182) 양자 모두는 도 1f에 도시된 바와 같이 단일의 MCU 집적 회로(190) 상에 구현될 수 있다. MCU 집적 회로는 발진기(184)를 동조시키기 위한 DAC(186 및 187)를 포함한다.
실시예에서, VCO의 동조 특성은 더 낮은 동조 전압이 더 낮은 위상 잡음을 갖는 동작 영역에 대응하도록 반전된다. 도 2는 그러한 동조 특성을 갖는 실시예의 VCO(200)를 도시한다. 도시된 바와 같이, VCO(200)는 VCO 코어(202), 버랙터(230)를 포함하는 버랙터 회로(204), 바이어스 회로(210) 및 전압 기준 회로(260)를 포함한다. VCO 코어(202)는 트랜지스터(212), 커패시터(214) 및 송신 라인 요소(216)를 포함한다. VCO(200)에서 사용되는 다른 송신 라인 요소뿐만 아니라 송신 라인 요소(216)는 마이크로스트립 구조 및/또는 당해 분야에 공지된 다른 송신 라인 구조를 이용하여 구현될 수 있다. 실시예에서, VCO는 약 5GHz 내지 약 40GHZ의 주파수, 예를 들면, 약 20GHz에서 발진하도록 구성된다. 그러나, 대체 실시예에서, 다른 발진 주파수 범위가 사용될 수 있다. 송신 라인 요소(216)는 트랜지스터(212)의 베이스에서 유도성 임피던스를 생성하도록 크기가 정해진다. 트랜지스터(212)의 베이스에 대한 바이어스 전압은 송신 라인 요소(222)를 통해 VCC에 연결된 바이어스 회로(210)에 의해 제공된다. 실시예에서, 송신 라인 요소(222)는 VCO(200)의 발진 주파수의 2배의 1/4 파장이 되도록 크기가 정해진다. 몇몇 실시예에서, 바이어스 전압 VBIAS는 송신 라인 요소(240) 및 커패시터(242)를 갖는 바이어스 필터링 네트워크(207)를 통해 필터링된다. 몇몇 실시예에서, 송신 라인 요소(240)는 VCO(200)의 발진 주파수의 약 4배의 1/4 파장을 갖는다.
트랜지스터(212)의 컬렉터는 송신 라인 요소(218), 피드백 저항기(220), 및 송신 라인 요소(222)를 통해 VCC에 연결된다. 실시예에서, 송신 라인 요소(218)는 신호 스윙을 최대화하도록 크기가 정해진다. 몇몇 실시예에서, 피드백 저항기(220)는 2013년 9월 30일에 출원되고 그 전체가 여기서 참조로 통합되는 미국 특허 출원번호 14/041,931호에 설명된 바와 같이 버랙터(230)의 동조 곡선을 왜곡하는 고 VCO 진폭의 셀프-바이어스 영향을 완화시킨다. 몇몇의 실시예에서, 피드백 저항기의 저항은 약 20mA의 바이어스 전류에 대해 약 5Ω 내지 약 10Ω이다. 대안으로, 피드백 저항기(220)에 대한 바이어스 전류 및 다른 저항 값이 사용될 수 있다.
버랙터 회로(204)는 버랙터 요소(230), AC 커플링 커패시터(228), 직렬 송신 라인 요소(232), 및 송신 라인 요소(234)를 포함하는 RF 초크 회로를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 바이어스 전압은 송신 요소(234)를 통해 버랙터 회로에 제공된다. 이러한 바이어스 전압을 제공하는 노드(235)는 버랙터 기준 단자로서 지칭될 수 있다. 도시된 바와 같이, 버랙터 요소(230)의 애노드는 동조 전압 Vtune에 연결된다. 몇몇 실시예에서, 동조 전압 VTUNE은 송신 라인 요소(244) 및 커패시터(246)를 구비한 바이어스 필터링 네트워크(208)를 통해 필터링된다. 몇몇 실시예에서, 송신 라인 요소(240)는 VCO(200)의 발진 주파수의 약 4배의 1/4 파장을 갖는다. 각각의 RF 초크 회로 및 송신 라인 요소(232)의 조합은 유도성 전압 분주기를 형성할 수 있다. 실시예에서, AC 커플링 커패시터(228)는 버랙터(230)가 인가된 동조 전압 Vtune 및 기준 전압 Vn1에 기초하여 바이어싱되도록 한다. 직렬 송신 라인 요소(232) 및 AC 커플링 커패시터(228)는 발진기의 기본 주파수가 버랙터를 통과하게 하는 한편 VCO(200)의 고조파를 감쇄시킬 수 있는 직렬 공진 회로를 형성한다. 몇몇 실시예에서, 직렬 송신 라인 요소(232)는 일 예에서 약 400μ의 길이를 갖는 송신 라인을 이용하여 구현될 수 있다. 또 다른 예에서, 직렬 송신 라인 요소(232)의 길이는 약 100μ 내지 약 500μ일 수 있다. 그러나, 직렬 송신 라인 요소(232)의 길이는 실시예 및 특성 상세에 따라 이 범위를 벗어날 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 몇몇 대체 실시예에서, 직렬 송신 라인 요소(232)는 유도성 소자를 이용하여 구현될 수 있다.
실시예에서, RF 초크 회로는 송신 라인 요소(234, 236), 및 VCO(200)의 발진 주파수의 약 2배에서 트랜지스터(212)의 이미터에 대해 높은 임피던스를 생성하고 발진 주파수의 다른 고조파에서 더 낮은 임피던스를 제공하는 커패시터(238)를 포함한다. 직렬 송신 라인 요소(232) 및 RF 초크 회로를 통해 발진 고조파에 대해 더 낮은 임피던스를 제공함으로써, 버랙터의 감소된 비선형 거동 때문에 위상 잡음이 향상될 수 있다.
전압 기준 회로(260)는 버랙터(230)의 캐소드에 바이어스 전압을 제공한다. 실시예에서, 전압 기준 회로(260)는 송신 라인 요소(222) 및 다이오드(262, 264, 266)를 통해 VCC에 연결되는 저항기(268)를 포함한다. 본 발명의 대체 실시예에서, 전압 기준 회로(260)는 도 2에 도시된 세 개의 다이오드(262, 264 및 266)보다 더 많거나 더 적게 포함할 수 있다. 실시예에서, 다이오드(262, 264 및 266) 양단의 전압은 Vtune의 전압 범위를 정의한다. 예를 들면, VCO(200)는 약 0V 내지 약 3 개의 다이오드 강하의 동조 전압 범위를 가질 수 있다. 다이오드(262, 264 및 266)가 약 0.7V의 순전압을 갖는 실리콘 다이오드이면, 입력 동조 전압 범위는 0V 내지약 2.1V이다.
실시예에서, 전력 공급 전압 VCC에 대한 버랙터 커패시턴스의 민감도는 저항기(268)를 이용하는 함수로서 감소된다. 예를 들면, 전력 공급 VCC가 감소함에 따라, 저항기(268)를 통과하는 전류가 감소되고, 이에 의해, 저항기(268) 양단의 전압에서 대응하는 감소가 발생한다. 저항기(268) 양단의 전압에서의 이러한 감소는 버랙터(230) 양단에서 보여지는 전압에서의 감소를 줄여 상쇄한다.
VCO(200)의 출력 VOUT은 그 출력으로부터 VCO 코어를 분리하는 송신 라인 요소(224 및 226)를 통해 트랜지스터(212)의 이미터에 연결되고, 이에 의해 VCO의 기본 신호가 VCO 코어에 남아있게 강제한다. 따라서, VCO(200)의 출력 주파수는 VCO 코어의 발진 주파수의 2배이다. 이것은 또한 공진기의 품질 인자를 향상시키고 더 좋은 위상 잡음 성능을 야기한다. 트랜지스터(212)에 대한 후미 전류(tail current)는 소신 라인 요소(248) 및 바이어스 저항기(250)에 의해 제공된다. 실시예에서, 송신 라인 요소(248)는 VCO(200)의 발진 주파수의 2배에서 1/4 파장을 갖는다.
몇몇 실시예에서, VCO(200) 내의 송신 요소의 크기는 특정 실시예 및 그의 상세에 따라 전술한 길이 및 대응하는 파장으로부터 변경될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 추가의 실시예에 따른 VCO(270)를 도시한다. VCO(270)는, 버랙터(230)의 캐소드가 전압 기준 회로(260) 대신 LDO(low dropout voltage regulator; 272)를 이용하여 참조되는 것을 제외하고는 도 2에 도시된 VCO(200)와 유사하다. LDO(272)는, 예를 들면, 당해 분야에 공지된 저 전압 전압 레귤레이터, 예를 들면, 직렬 통과 트랜지스터를 이용하는 선형 레귤레이터를 이용하여 구현될 수 있다. 대안으로, 다른 공지된 전압 레귤레이터 회로가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, LDO(272)는 낮은 잡음 회로를 이용하여 구현된다. LDO(272)는 VCO(270)와 동일한 집적 회로상에 구현될 수 있거나, 몇몇 실시예에서는 VCO(270) 외부에 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 VCO(280)를 도시한다. VCO(280)는, LDO(282)가 VCC와 송신 라인 요소(222) 사이에 연결되는 것을 제외하고는 도 3에 도시된 VCO(270)와 유사하다. 도시된 바와 같이, 버랙터(230)의 캐소드는 송신 요소(234)에 의해 구현되는 RF 초크 회로를 통해 송신 라인 요소(222)에 연결된다. 실시예에서, LDO(282)는 VCO(280)와 동일한 집적 회로상에 구현되거나, VCO(280)가 배치되는 집적 회로 외부에 구현될 수 있다.
도 5는 실시예의 VCO에 대해 인가된 동조 전압 Vtune에 대한 발진 주파수의 플롯을 도시한다. 도시된 바와 같이, 발진 주파수는 인가되는 동조 전압 Vtune이 증가함에 따라 감소한다. 도시된 특정 동조 곡선에서, 약 60.25GHz 내지 약 65.25GHz의 발진 주파수 범위는 약 0.5V 내지 약 2.5V의 인가된 동조 전압으로 동조될 수 있다. 다수의 실시예에서, 이러한 전압 범위는 다양한 표준 CMOS 반도체 프로세스에서 구현되는 DAC를 이용하여 지원된다.
도 6은 복수의 트랜지스터를 구비하는 VCO 코어, 및 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결된 제1 단 및 동조 단자에 연결된 제2 단을 갖는 버랙터 회로를 포함하는 실시예의 VCO를 동작시키는 실시예의 방법의 블록도(400)를 도시한다. 여기서, 실시예에 따라 논의된 바와 같이, 버랙터 회로는 VCO 코어의 이미터 단자들에 대한 동조 단자에 인가되는 전압을 증가시킴으로써 증가되는 커패시턴스를 포함한다.
단계 402에서, VCO의 주파수는 VCO 코어의 이미터 단자들에 대한 동조 단자에 인가되는 전압을 감소시킴으로써 증가된다. 단계 404에서, VCO의 주파수는 VCO 코어의 이미터 단자들에 대한 동조 단자에 인가되는 전압을 증가시킴으로써 감소된다. 단계 402 및 404를 수행함으로써 발진 주파수가 동조될 수 있다. 실시예에서, VCO의 주파수가 VCO의 동조 전압을 감소시킴으로써 증가되는 단계 402는 VCO가 동작의 더 낮은 위상 잡음 영역에서 동작하게 할 수 있다.
도 7은 상향 컨버터(502), 전력 증폭기(504) 및 주파수 생성 회로(506)을 포함하는 단일-칩 레이더 송신 시스템(500)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 상향 컨버터(502)는 기저대역 신호 BB를 더 높은 주파수 신호로 상향 변환하고, 다음에, 전력 증폭기(504)에 의해 증폭된 다음 핀 OUT 상에 출력된다. 몇몇 실시예에서, 기저대역 신호 BB는 스윕 주파수(swept frequency) 또는 레이더 시스템에서 사용되는 다른 신호 유형일 수 있다. 주파수 생성 회로(506)는, 예를 들면, 크리스탈 발진기를 이용하여 생성될 수 있는 핀 REF 상의 기준 주파수에 기초하여 로컬 발진기 신호 LO를 생성한다. 실시예에서, 주파수 생성 회로(506)는 위상 검출기(512), 루프 필터(510), VCO(508) 및 분주기(514)를 구비하는 위상 잠금 루프(PLL)를 이용하여 구현된다. VCO(508)는 여기서 설명되는 실시예의 VCO를 이용하여 구현될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 위상 검출기(512), 루프 필터(510)의 기능은 아날로그 회로뿐만 아니라 당해 분야에 공지된 디지털 회로 및 시스템을 이용하여 디지털식으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 이들 기능은 맞춤형 디지털 로직, 표준 셀 디지털 로직을 이용하여 구현되고, 및/또는 프로세서, 마이크로컨트롤러 또는 디지털 신호 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 그러한 프로세서는, 예를 들면, 프로세서 코어, 그 프로세서 코어에 연결된 메모리 및 하나 이상의 입력/출력 포트를 포함한다. 대안으로, 당해 분야에 공지된 다른 회로 및 시스템을 이용하여 이들 기능을 구현할 수 있다. 시스템(500)은 실시예의 발진기를 이용할 수 있는 실시예의 시스템의 다수의 예 중 단지 하나라는 것이 이해되어야 한다. 대안 시스템은, 예를 들면, VCO를 이용하는 무선 및 유선 통신 시스템 및 다른 시스템을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 전압 제어 발진기(VCO)는 복수의 트랜지스터를 구비하는 VCO 코어, 및 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결된 제1 단 및 동조 단자에 연결된 제2 단을 구비하는 버랙터 회로를 포함한다. 버랙터 회로는 VCO 코어의 이미터 단자들에 대한 동조 단자에 인가되는 전압을 증가시킴으로써 증가하는 커패시턴스를 포함한다.
구현예는 하나 이상의 다음의 특징을 포함할 수 있다. 실시예에서, 버랙터 회로는, VCO 코어의 이미터 단자들 중 제1 이미터 단자에 연결되는 제1 단자를 갖는 제1 커패시터; 제1 커패시터의 제2 단자에 연결되는 캐소드 및 동조 단자에 연결되는 애노드를 갖는 제1 버랙터 다이오드; 및 제1 커패시터의 제2 단자와 버랙터 기준 단자 사이에 연결된 RF 초크 회로를 포함한다. VCO는 버랙터 기준 단자에 연결된 전압 기준 회로를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전압 기준 회로는, 제1 기준 단자와 버랙터 기준 단자 사이에 연결된 저항기 - 제1 기준 단자는 VCO 코어의 컬렉터 단자들에 연결됨 - ; 및 버랙터 기준 단자와 제2 기준 단자 사이에 연결된 다이오드를 포함한다. 이 다이오드는 복수의 다이오드를 포함할 수 있고, 및/또는 제2 기준 단자는 접지 단자일 수 있다.
실시예에서, 전압 기준 회로는 버랙터 기준 단자와 제1 기준 단자 사이에 연결된 전압 레귤레이터를 포함한다. 전압 레귤레이터는, 예를 들면, LDO(low dropout) 전압 레귤레이터를 포함할 수 있다. 제1 기준 단자는 VCO 코어의 컬렉터 단자들에 연결될 수 있고, 및/또는 VCO 코어의 컬렉터 단자들은 버랙터 기준 단자에 연결될 수 있다. 버랙터 기준 단자는 제2 저항기를 통해 VCO 코어의 컬렉터 단자들에 연결될 수 있다.
몇몇 실시예에서, VCO는 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결된 출력 노드를 포함한다. VCO는 약 10GHz와 약 30GHz 사이의 동작 주파수를 가질 수 있다.
추가의 실시예에 따라, 전압 제어 발진기(VCO)는 복수의 트랜지스터를 포함하는 VCO 코어 및 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결된 버랙터 회로를 포함한다. 버랙터 회로는, VCO 코어의 이미터 단자들 중 제1 이미터 단자에 연결된 제1 단자를 갖는 제1 커패시터, 제1 커패시터의 제2 단자에 연결된 제1 단자를 갖는 제1 송신 라인 요소, 제1 송신 라인 요소의 제2 단자에 연결된 캐소드 및 동조 단자에 연결된 애노드를 갖는 제1 버랙터 다이오드, 및 제1 커패시터의 제2 단자와 버랙터 기준 단자 사이에 연결된 RF 초크 회로를 포함한다. VCO는 제1 기준 단자와 VCO 코어 사이에 연결된 피드백 저항기 및 버랙터 기준 단자에 연결된 출력 노드를 갖는 전압 기준 회로를 더 포함한다.
구현예는 하나 이상의 다음의 특징을 포함할 수 있다. 전압 기준 회로는, 제1 기준 단자와 버랙터 기준 단자 사이에 연결된 제1 저항기; 및 버랙터 기준 단자와 제2 기준 단자 사이에 연결된 적어도 하나의 다이오드를 포함한다. VCO는 VCO 코어의 이미터 단자들과 제2 기준 단자 사이에 연결된 바이어스 저항기를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전압 기준 회로는 전압 레귤레이터를 포함하고, 이 전압 레귤레이터는 제1 기준 단자와 버랙터 기준 단자 사이에 연결될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 전압 레귤레이터는 제1 기준 단자와 피드백 저항기 사이에 연결되고, 버랙터 기준 단자는 피드백 저항기에 연결된다.
또 다른 실시예에 따라, 전압 제어 발진기(VCO)를 동작시키는 방법은 VCO 코어의 이미터 단자들에 대한 상기 동조 단자에 인가되는 전압을 감소시킴으로써 VCO의 주파수를 증가시키는 단계; 및 VCO 코어의 이미터 단자들에 대한 동조 단자에 인가되는 전압을 증가시킴으로써 VCO의 주파수를 감소시키는 단계를 포함한다. VCO는 복수의 트랜지스터를 구비한 VCO 코어, 및 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결된 제1 단 및 동조 단자에 연결된 제2 단을 구비한 버랙터 회로를 포함하고, 버랙터 회로는 VCO 코어의 이미터 단자들에 대한 동조 단자에 인가되는 전압을 증가시킴으로써 증가하는 커패시턴스를 포함한다.
구현예는 하나 이상의 다음의 특징을 포함할 수 있다. 이 방법에서, 버랙터 회로는 VCO 코어의 이미터 단자들 중 제1 이미터 단자에 연결된 제1 단자를 구비한 제1 커패시터, 제1 커패시터의 제2 단자에 연결된 캐소드 및 동조 단자에 연결된 애노드를 구비한 제1 버랙터 다이오드, 및 제1 커패시터의 제2 단자와 버랙터 기준 단자 사이에 연결된 RF 초크 회로를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 이 방법은 버랙터 기준 단자를 바이어싱하는 단계를 더 포함한다. 버랙터 기준 단자를 바이어싱하는 단계는 버랙터 기준 단자에 전압 기준 회로의 출력을 인가하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예의 이점은 매우 낮은 위상 잡음을 갖는 주파수를 생성하는 능력을 포함하는 것이다. 추가의 이점은, 예를 들면, 폭넓은 VCO 동조 범위를 포함하는 것이다.
본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이러한 설명이 제한적인 의미로 해석되는 것을 의도하는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예뿐만 아니라 예시적인 실시예의 다양한 수정 및 변경은 설명을 참조할 때 당업자에게는 자명할 것이다.

Claims (23)

  1. 전압 제어 발진기(voltage controlled oscillator: VCO)로서,
    복수의 트랜지스터를 포함하는 VCO 코어와,
    상기 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결된(coupled) 제1 단(first end) 및 동조 단자(tuning terminal)에 연결된 제2 단(second end)을 구비하는 버랙터 회로(varactor circuit) - 상기 버랙터 회로는 상기 VCO 코어의 이미터 단자들에 대한 상기 동조 단자에 인가되는 전압이 증가함으로써 증가하는 커패시턴스를 가지며, 또한,
    상기 VCO 코어의 이미터 단자들 중 제1 이미터 단자에 연결된 제1 단자(first terminal)를 갖는 제1 커패시터와,
    상기 제1 커패시터의 제2 단자에 연결된 캐소드 및 상기 동조 단자에 연결된 애노드를 갖는, 제1 버랙터 다이오드와,
    상기 제1 커패시터의 제2 단자와 버랙터 기준 단자 사이에 연결된 RF 초크 회로를 포함함 - 와,
    상기 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결된 출력 노드를 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 버랙터 회로의 제1 단에 연결된 전압 기준 회로를 더 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO).
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 VCO 코어의 컬렉터 단자들은 상기 버랙터 회로의 제1 단에 연결되는
    전압 제어 발진기(VCO).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 버랙터 회로의 제1 단은 제2 저항기를 통해 상기 VCO 코어의 컬렉터 단자들에 연결되는
    전압 제어 발진기(VCO).
  9. 전압 제어 발진기(VCO)로서,
    복수의 트랜지스터를 포함하는 VCO 코어와,
    상기 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결된 제1 단 및 동조 단자에 연결된 제2 단을 구비하는 버랙터 회로를 포함하되,
    상기 버랙터 회로는,
    상기 VCO 코어의 이미터 단자들 중 제1 이미터 단자에 연결된 제1 단자를 갖는 제1 커패시터와,
    상기 제1 커패시터의 제2 단자에 연결된 캐소드 및 동조 단자에 연결된 애노드를 갖는, 제1 버랙터 다이오드와,
    상기 제1 커패시터의 제2 단자와 버랙터 기준 단자 사이에 연결된 RF 초크 회로를 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 버랙터 기준 단자에 연결된 전압 기준 회로를 더 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전압 기준 회로는,
    제1 기준 단자와 상기 버랙터 기준 단자 사이에 연결된 저항기 - 상기 제1 기준 단자는 상기 VCO 코어의 컬렉터 단자들에 연결됨 - 와,
    상기 버랙터 기준 단자와 제2 기준 단자 사이에 연결된 제2 다이오드를 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 다이오드는 복수의 다이오드를 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO).
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 기준 단자는 접지 단자인
    전압 제어 발진기(VCO).
  14. 제10항에 있어서,
    상기 전압 기준 회로는 상기 버랙터 기준 단자와 제1 기준 단자 사이에 연결된 전압 레귤레이터를 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전압 레귤레이터는 LDO(low dropout) 전압 레귤레이터를 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO).
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 기준 단자는 상기 VCO 코어의 컬렉터 단자들에 연결되는
    전압 제어 발진기(VCO).
  17. 제14항에 있어서,
    상기 VCO 코어의 컬렉터 단자들은 상기 버랙터 기준 단자에 연결되는
    전압 제어 발진기(VCO).
  18. 제17항에 있어서,
    상기 버랙터 기준 단자는 제2 저항기를 통해 상기 VCO 코어의 컬렉터 단자들에 연결되는
    전압 제어 발진기(VCO).
  19. 제9항에 있어서,
    상기 VCO는 상기 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결된 출력 노드를 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO).
  20. 제9항에 있어서,
    상기 VCO는 10GHz와 30GHz 사이의 동작 주파수를 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO).
  21. 복수의 트랜지스터를 구비한 VCO 코어, 및 상기 VCO 코어의 이미터 단자들에 연결된 제1 단 및 동조 단자에 연결된 제2 단을 구비한 버랙터 회로를 포함하는 전압 제어 발진기(VCO)를 동작시키는 방법으로서,
    상기 버랙터 회로는, 상기 VCO 코어의 이미터 단자들 중 제1 이미터 단자에 연결된 제1 단자를 구비한 제1 커패시터, 상기 제1 커패시터의 제2 단자에 연결된 캐소드 및 상기 동조 단자에 연결된 애노드를 구비한 제1 버랙터 다이오드, 및 상기 제1 커패시터의 제2 단자와 버랙터 기준 단자 사이에 연결된 RF 초크 회로를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 VCO 코어의 이미터 단자들에 대한 상기 동조 단자에 인가되는 전압을 감소시킴으로써 상기 VCO의 주파수를 증가시키는 단계와,
    상기 VCO 코어의 이미터 단자들에 대한 상기 동조 단자에 인가되는 전압을 증가시킴으로써 상기 VCO의 주파수를 감소시키는 단계를 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO) 동작 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 버랙터 기준 단자를 바이어싱하는 단계를 더 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO) 동작 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 버랙터 기준 단자를 바이어싱하는 단계는 상기 버랙터 기준 단자에 전압 기준 회로의 출력을 인가하는 단계를 포함하는
    전압 제어 발진기(VCO) 동작 방법.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9099958B2 (en) * 2013-09-30 2015-08-04 Infineon Technologies Ag System and method for a voltage controlled oscillator
US9461583B2 (en) * 2015-01-08 2016-10-04 Infineon Technologies Ag System and method for a voltage controlled oscillator
US10608583B2 (en) 2016-09-14 2020-03-31 Qualcomm Incorporated Phase noise reduction techniques for voltage-controlled oscillators (VCOs)
EP3499727B1 (en) 2017-12-12 2023-10-25 NXP USA, Inc. Voltage-controlled-oscillator circuit
EP3579407A1 (en) * 2018-06-06 2019-12-11 NXP USA, Inc. Differential voltage-controlled (vco) oscillator
US11931525B2 (en) 2018-10-04 2024-03-19 Edwards Lifesciences Corporation Stabilizer for a delivery system
US10784920B2 (en) * 2018-10-04 2020-09-22 Covidien Lp Wirelessly detectable object that emits a variable-frequency response signal, and method and system for detecting and locating same
CN110943738B (zh) * 2019-10-15 2023-05-26 芯创智（北京）微电子有限公司 一种输出时钟共模电压可调的电感电容压控振荡器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004147310A (ja) * 2002-10-03 2004-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電圧制御発振器、無線通信機器、電圧制御発振方法
US20120049967A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-01 Trivedi Vishal P Switched varactor circuit for a voltage controlled oscillator

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3398684B2 (ja) * 1999-06-03 2003-04-21 Ｎｅｃ化合物デバイス株式会社 発振器集積回路
JP2003110358A (ja) * 2001-09-27 2003-04-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 発振器
US7362193B2 (en) 2002-09-06 2008-04-22 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Oscillator and an integrated circuit
CN100525070C (zh) * 2003-02-20 2009-08-05 Nxp股份有限公司 振荡器电路
US7053722B2 (en) * 2004-09-03 2006-05-30 Infineon Technologies Ag Voltage controlled oscillator (VCO) with output buffer
KR100756331B1 (ko) * 2005-12-08 2007-09-07 한국전자통신연구원 저위상잡음 차동형 전류부궤환 ｌｃ 탱크 브시오
US20080164955A1 (en) * 2007-01-04 2008-07-10 Pfeiffer Ullrich R Voltage controlled oscillator circuits and methods using variable capacitance degeneration for increased tuning range
US8289094B2 (en) * 2008-06-26 2012-10-16 Freescale Semiconductor, Inc. Voltage controlled oscillator (VCO) circuit with integrated compensation of thermally caused frequency drift
CN102904527B (zh) * 2011-07-25 2015-08-26 杭州中科微电子有限公司 一种电压转换频率线性度补偿的lc振荡器
US9099958B2 (en) 2013-09-30 2015-08-04 Infineon Technologies Ag System and method for a voltage controlled oscillator
US9461583B2 (en) * 2015-01-08 2016-10-04 Infineon Technologies Ag System and method for a voltage controlled oscillator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004147310A (ja) * 2002-10-03 2004-05-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電圧制御発振器、無線通信機器、電圧制御発振方法
US20120049967A1 (en) * 2010-08-31 2012-03-01 Trivedi Vishal P Switched varactor circuit for a voltage controlled oscillator

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