TW201106632A - Transformer-based CMOS oscillators - Google Patents

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201106632 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於積體電路設計，且更特定言之係關於具有 可控振盪頻率之基於變壓器之互補金氧半導體（CMOS)振 盪器的設計。 本申請案與2009年2月2曰申請之題為「Integrated Voltage-Controlled Oscillator Circuits」之美國專利申請案 第12/3 63,91 1號有關，該案已讓與給本申請案之受讓人， 其内容特此以全文引用的方式併入。 【先前技術】 使用壓控振盪器（VCO)及數位控制振盪器（DCO)來產生 具有由控制信號所判定之振盪頻率的信號。在VCO中，使 用類比控制電壓指定控制信號之精細調諧組件，而在DCO 中，使用數位控制信號指定控制信號之精細調諧組件。為 在諸如攜帶型通信器件之電子器件中省電，VCO及DCO曰 益經設計以在具有較低電壓位準之電源供應器下工作。 在一先前技術振盪器電路設計中，將具有可變電容之 LC槽耦接至至少一個交叉耦接電晶體對。交叉耦接電晶體 對充當負電阻，從而使LC槽上之電壓以槽諧振頻率振盪。 在先前技術振盪器設計中，電晶體汲極可直接DC交叉耦 接至電晶體閘極。此DC交叉耦接減小可得自低電壓電源 供應器之電壓餘量，此係因為使汲極-源極電壓等於電晶 體之閘極-源極接通電壓。在提供NM0S與PM0S交叉耦接 對兩者之CMOS交叉耦接對振盪器設計中，電壓供應器必 147177.doc 201106632 須支援NMOS閘極-源極接通電壓與PMOS閘極-源極接通電 壓兩者。 將需要提供用於振盈器設計之技術’其更有效地利用可 得自低電壓電源供應器之電壓餘量’同時充分滿足其他振 盪器設計準則，諸如低相位雜訊。 【發明内容】 本叙明之一態樣提供一種裝置，其用於在一輸出節點對 處產生具有一控制振盪頻率之一信號，該裝置包含：一第 一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體及該第二電晶體 之汲極耦接至該輸出節點對；一第一電感器，其耦接至該 第一電晶體及該第二電晶體之閘極；-第二電感器，其# 接至該輸出節點冑’該第二電感器磁性耦接至該第一電感 具有一可選擇式電容之-電容器，其耦接至該輸出節 點對，及一DC交又耦接互補電晶體對，其耦接至該 節點對。 龟明之另一態樣提供一種裝置，其用於在一輪出節 產生八有控制振金頻率之一信號，該裝置包含· 第—電晶體及一笛_ $ α 神 苐一電晶體，該第一電晶體及該第二電 7及極耦接至該輸出節點對；/第-電感器，其耦接 玄第包晶體及該第二電晶體之閘極； 耦接至該輸出節點料 电.次益， Ρ，.4對，該第二電感器磁性耦接至 感器；具有一可遛扭上 °"弟— ,, 選擇式電容之一電容器，其耦接至兮y 郎點對；及—笛—工 弟—互補電晶體及一第二互補電晶體， 一互補電晶體及 5| '^第一互補電晶體之汲極耦接至該輪注 147177.doc 201106632 點對，該第一互補電晶體之閘極經由一第二AC耗接電容 器AC耦接至該第二互補電晶體之該沒極，該第二互補電 晶體之閘極經由一第-A c耦接電容器A c耦接至該第—互 補電晶體的該汲極。

本發明之又ϋ提供置，其諸在-輸出節點 對處產生具有一控制振盈頻率之—信號’該裝置包含：L 第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體及該第二電曰曰 體之沒極輕接至該輪出節曰 .即占對，一第一電感器，其輕接至 0^弟一電晶體及該第二電 包日日遐之閘極，一第二電感 耦接至該輸出節點對，^Γ $ _ 。、 . — °亥苐—電感器磁性耦接至該第—電 ^,.、' 第—互補電晶體，該第一互 aa 5λ 一互補電晶體之汲極耦接至該輸出a Wi 對；及-第三電感器，其耗接至”互=讀出即點 一互補電晶體之閘極，該第=兩 卓 感器。 弟—^•感益磁性耦接至該第二電 又一態樣提供—種用於在， =產生具有一控制振盪頻率之 = 盪益包含-第一電晶體 兮篦一 * 电晶體’該第—電晶俨艿 步包含-第一…^ 節點對；該振盈器進- 弟电感益，其耦接至 晶體之閘極；^ 弟电日日體及該第二電 位，4振盪盗進—步包含— 至該輸出節點對，·該振盪器進—牛/ —電感器，其轉接 容之1容器，其搞接至該 ^ 3具有-可選擇式電 該第二電碣哭 即點對，該方法包含··使 电感為磁性耦接至該第— 更 感器；使該第一電晶體 I47177.doc 201106632 2 °亥：—電晶體之該等閘極處之信號經由該第-電感器耦 〇 L及使交又耦接互補電晶體對之汲極處之信 號耦接至該輸出節點對。 。 μ本發明之又—態樣提供-種用於在-振a器中於-輸出 卽點對處產生具有一和告丨丨括.·易4S玄 ““辰盪頻率之-信號的方法，該振 ^包含-第-電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體及 -苐-電晶體之沒極耗接至該輸出節點對；_器進— 第-電感器，其輕接至該第—電晶體及該第二電 ::閘&，錢盪益進一步包含一第二電感器，其耦接 :輪出節點對’·該振盛器進一步包含具有一可選擇式電 令之-電容器’其耦接至該輸出節點冑；該方法包含：使 電：器磁性麵接至該第—電感器；使該第— 及该弟二電晶體之該等閘 “虎經由該第-電感器輕 κ吏-互補電晶體對之閘極處之信號經由Ac =電容㈣接至該輸㈣點對；使該互補電晶體對之沒 極處之信號純至該輸出節點對，該互補電晶體對中之每 者之該沒極經由該等从耗接電容器中之—者耗接至另 :互補電晶體之該閘極；及使該互補電晶體對之該等問極 處之該等信號耦接至一偏壓。 /發明之又一態樣提供-種用於在-振遭器中於-輸出 即點對處產生具有-控制振i頻率之—信號的方法，絲 盛器包含-第-電晶體及一第二電晶冑，該第一電晶α :亥第二電晶體之汲極叙接至該輸出節點對；該振盈器進一 y包含-第-電❹’其輕接至該第一電晶體及該 147177.doc 201106632 晶體之閘極；該振盪器進一步包含一第二電感器，其耦接 至該輸出節點對；該振盪器進一步包含一第一互補電晶體 及一第二互補電晶體，該第一互補電晶體及該第二互補電 晶體之汲極耦接至該輸出節點對；該振盪器進一步包含一 第三電感器，其耦接至該等互補電晶體之閘極；該方法包 含：使該第二電感器磁性耦接至該第一電感器；使該第三 電感器磁性耦接至該第二電感器；使該第一電晶體及該第 二電晶體之該等閘極經由該第一電感器耦接至一偏壓；及 使該第一互補電晶體及該第二互補電晶體之該等閘極處之 信號經由該第三電感器耦接至一偏壓。 本發明之又一態樣提供一種用於在一振盪器中於一輸出 節點對處產生具有一控制振盪頻率之一信號的方法，該振 盪器包含一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體及 該第二電晶體之汲極耦接至該輸出節點對；該振盪器進一 步包含一第一電感器，其耦接至該第一電晶體及該第二電 晶體之閘極；該振盪器進一步包含一第二電感器，其耦接 至該輸出節點對；該方法包含：使該第二電感器磁性耦接 至該第一電感器；及藉由組態耦接至該第一電晶體及該第 二電晶體之該等閘極之一可選擇式電容器組來控制該振盪 頻率。 本發明之又一態樣提供一種裝置，其用於在一輸出節點 對處產生具有一控制振盪頻率之一信號，該裝置包含：一 第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體及該第二電晶 體之汲極耦接至該輸出節點對；一第一電感器，其耦接至 147177.doc 201106632 該第一電晶體及該第二電晶體之閘極；一第二電感器，其 耦接至該輸出節點對，該第二電感器磁性耦接至該第一電 感器；用於產生一負電阻之構件，其耦接至該輸出節點 對，該構件包含第一互補電晶體及第二互補電晶體；及用 於選擇該振盪頻率之構件。 本發明之又一態樣提供一種用於無線通信之器件，該器 件包含一 TX LO信號產生器、至少一個基頻TX放大器、耦 接至該TX LO信號產生器及該至少一個基頻TX放大器之一 增頻轉換器、耦接至該增頻轉換器之輸出的一 TX濾波 器、耦接至該TX濾波器之一功率放大器（PA)、一 RX LO信 號產生器、一 RX濾波器、耦接至該RX LO信號產生器及該 RX濾波器之一降頻轉換器、耦接至該RX濾波器之一低雜 訊放大器（LNA)及耦接至該PA及該LNA之一雙工器，該TX LO信號產生器及該RX LO信號產生器中之至少一者包含一 振盪器，該振盪器具有耦接至一混頻器之一輸出節點對， 該振盪器包含：一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電 晶體及該第二電晶體之汲極耦接至該輸出節點對；一第一 電感器，其耦接至該第一電晶體及該第二電晶體之閘極； 一第二電感器，其耦接至該輸出節點對，該第二電感器磁 性耦接至該第一電感器；具有一可選擇式電容之一電容 器，其耦接至該輸出節點對；及一交叉耦接互補電晶體 對，其耦接至該輸出節點對。 本發明之又一態樣提供一種用於無線通信之器件，該器 件包含一 TX LO信號產生器、至少一個基頻TX放大器、耦 147l77.doc 201106632 接至該TX LO信號產生器及該至少—個基頻τχ放大器之一 增頻轉換器、耦接至該增頻轉換器之輸出的一 濾波 器、耗接至該ΤΧ渡波器之一功率放大器（ΡΑ)、一Rx 信 號產生器、-RX遽波器、耗接至該RXLCm號產生器及; RX濾波器之一降頻轉換器、耦接至該咖慮波器之一低， 訊放大器（LNA)及叙接至該PA及該LNA之一雙工器，該二 L0信號產生器及該RX L0信號產生器♦之至少_者包;— 振盈器，該振盈器具有麵接至一混頻器之一輸出節點:， _器包含·’ 一第-電晶體及-第二電晶體，該第—電 晶體及該第二電晶體之沒極耗接至該輸出節點對；一第— =器’其輕接至該第一電晶體及該第二電晶體之閘極； -弟-電感器，_至該輸出節點對 :叙接至該第-電感器;-第-互補電晶體及-第： ::!::節點對;及一苐三電感器，接至該第 耦接至該第二電感器。 一電感益磁性 【實施方式】 下文結合所附圖式所闡 之例示性實施心， 意欲作為對本發明 示性實Lmt不欲表示可實踐本發明的僅有例 「充實例：=」使意謂 示性實施例較佳或有利。出於提供對均釋為比其他例 例之透徹理解的目的，實施方式包括二例示性實施 栝八肢細卽。熟習此項 147I77.doc 201106632 技術者將顯而易見，可在無此等具體細節之情況下實踐本 發明之例示性實施例。在一些例子中，以方塊圖形式來展 示熟知結構及器件，以便避免使本文中所呈現之例示性實 施例的新穎性模糊。 圖1說明CMOS交叉耦接對VCO 100之先前技術實施。在 圖1中，電感L及電容C形成LC槽，其末端端子OUT1、 OUT2形成耦接至DC交叉耦接NMOS對Nl、N2及DC交叉耦 接PMOS對PI、P2之輸出節點對。一般熟習此項技術者將 瞭解，交叉耦接NMOS及PMOS對充當負電阻，從而使LC 槽上之電壓以槽譜振頻率振盪。 在VCO實施中，為控制槽諧振頻率，電容C可包括用於 粗略頻率調諧之可開閉電容器組（圖中未繪示）及/或用於精 細頻率調諧之可變電抗器（圖中未繪示）。在DCO實施中， 精細頻率調諧可藉由選擇性地使複數個數位可選擇式電容 器（圖中未繪示）能夠構成C來實現。 先前技術CMOS VCO 100之一個缺點為DC交叉耦接電晶 體對Nl、N2及PI、P2所需之相對大的電壓餘量。詳言 之，PMOS電晶體PI、P2在操作期間需要最小閘極接通電 壓Von_P，而NMOS電晶體Nl、N2類似地需要最小閘極接 通電壓Von_N。當使每一電晶體之閘極DC交叉耦接至該對 中之另一電晶體的汲極時，電晶體之DC偏壓電壓消耗總 計Von_P+Von_N之可得自電壓供應器VDD的總餘量。當使 用低電壓供應器VDD時，此可留下起始電路中之振盪通常 所需之起動增益的不足電壓容限。 147177.doc -10- 201106632 圖2說明另一先前技術CM〇s vc〇 2〇〇。在圖2中’藉由 電壓Vbias—P分別使用電阻器Rpi、州分射十電晶體p卜 P2之閘極加DC偏壓，而藉由電壓VMas—N分別使用電阻器 RN1 RN2分別對電晶體Nl、N2m DC偏壓。另外，分別 使用AC搞接電容器AC2、AC1、AC4、Α(：3將電晶體^ ' P2、N1、N2之閘極在電容上交叉辆接至該對之另一電晶 體的汲極。因$將每一電晶體之汲極與該對之另一電晶體 的閘極DC解耗’戶斤以有可能對每一電晶體之獨立於其沒 極-源極電壓的閘極-源極電壓加偏壓。 圖3說明根據本發明之CM〇s vc〇 3〇〇之例示性實施 例。在圖3中’提供兩個電感器LI、L2 ’其中L1耦接至 P1、P2之㈣，而提供1^2作為槽電感。在所示之例示性實 施例中’ U及L2相互磁性耗接，亦即，電感u、L2共同 形成變Μ器。注意，電感器㈣以間及圖式中其他處所 示之雙向箭頭意謂說明所指向之元件之間的相互磁性耦 接。L1與L2之間的相互耦接允許輸出節點〇11丁2、〇υτι處

之信號電壓分別耦接至P1、ρ2之閘極。為對ρι、？2加DC 偏壓，藉由偏壓電壓Vbias_p將電感器L1分接，例如，中 心分接。將DC交叉耦接^^1〇8對>^、N2進—步耦接至輸 出。 -般熟習此項技術者將瞭解，歸因於電感㈣與^之間 的相互磁㈣接，在無p!、p 2之㈣與間極之間的D C或 電容性交叉耦接連接之情況下有效地產生負電阻。 在-例示性實施财，Li#L2之間的適❻接錄可為 147177.doc 201106632 基於（例如）所使用之半導體處理技術選擇之設計參數。典 型值可為（例如）〇.5、〇. 3或〇 2。注意，此等值僅為說明性 目的而提供’且並不意謂將本發明之範疇限於明確提供之 任何特定值。 在操作頻率為約5 GHz之一例示性實施例中，L2之電感 可為〇·45ηΗ，而L1之電感可為1·5ηΗ。 在一例示性實施例中’ L2或槽電感可具有相對高之Q(亦 即’品質因子），而L 1可具有低於L2之Q。 一般熟習此項技術者將瞭解，存在用於在積體電路製程 中實施變壓器之各種技術，例如，繞組間電感器 (interwinding inductor)、堆疊電感器等。任何該等技術涵 蓋於本發明之範疇内。 一般熟習此項技術者將進一步瞭解，可如所示將電感器 L1實施為單一電感器，或可將其實施為兩個或兩個以上串 聯耦接構成電感器。該等替代例示性實施例涵蓋於本發明 之範B壽内。 注意，儘管本文中參考VC0描述例示性實施例，但本發 明之技術亦可易於應用於DC0之設計。該等替代例示性實 施例涵蓋於本發明之範®壽内。 圖7說明利用諸如圖3中之VC0 300之CM〇s vc〇的方法 700之例示性實施例。注意 本文所述之方法僅為說明性 目的而展示，且並不意謂將本發明之範疇限於所揭示之任 何特定方法。 在步驟710處，使L1磁性耦接至L2。 I47177.doc 12 201106632 在步驟720處，使PMOS對之閘極處之信號經由電感器Ll 耦接至偏壓電壓。 在步驟730處，使交叉耦接NMOS對之汲極處之信號耦接 . 至VCO輸出節點OUT1、OUT2。 注意，儘管本文所述之某些例示性實施例可展示具有 PMOS電感器耦接對之DC或電容性交叉耦接NMOS對，但 一般熟習此項技術者可易於導出具有具NMOS電感器耦接 對之DC或電容性交叉耦接PMOS對的替代例示性實施例 (圖中未繪示）。該替代例示性實施例涵蓋於本發明之範疇 内。 進一步注意，在本說明書及申請專利範圍中，術語「互 補」可用以表示PMOS電晶體與NMOS電晶體之間的關 係。舉例而言，NMOS對之互補電晶體對可為PMOS對， 且反之亦然。 圖4說明根據本發明之CMOS VCO 400之替代例示性實 施例，其中如先前所述使用磁性耦接至槽電感L2之電感器 L1將PMOS電晶體PI、P2的閘極耦接，以及其中將NMOS 電晶體Nl、N2電容性交叉耦接。VCO 400中之NMOS電晶 ' 體Nl、N2與DC交叉耦接NMOS電晶體對相比可有利地消 耗較少電壓餘量。 圖7 A說明利用諸如圖4中之VCO 400之CMOS VCO的方 法7 0 0 A之例示性實施例。 在步驟710A處，使L1磁性耦接至L2。 在步驟720A處，使PMOS對之閘極處之信號經由電感器 147177.doc 13 201106632 L1耦接至偏壓。 在步驟730A處，使NMOS對之閘極處之信號經由AC耦接 電容器耦接至VCO輸出節點OUT2、OUT1。 在步驟740A處，使NMOS對之汲極處之信號耦接至VCO 輸出節點OUT1、OUT2。 在步驟750A處，使NMOS對之閘極處之信號耦接至偏 壓。 圖5說明根據本發明之CMOS VCO 500之替代例示性實 施例。在VCO 5 00中，提供具有三個相互磁性耦接之電感 器L 1、L2、L3的變壓器。一般熟習此項技術者將瞭解， 可使用CMOS技術、CMOS技術與封裝金屬層之組合，或 排他地封裝金屬層直接實施該等變壓器。電感器L 1、L2以 與針對VCO 400中之LI、L2所述相同之方式起作用。相互 磁性耦接至電感器L 1、L2之電感器L3使輸出節點OUT2、 OUT1處之電壓分別耦接至Nl、N2之閘極。為對電晶體 Nl、N2加偏壓，藉由偏壓電壓Vbias_NW電感器L3分接， 例如，中心分接。 圖7B說明利用諸如圖5中之VCO 500之CMOS VCO的方 法700B之例示性實施例。 在步驟710B處，使L2磁性耦接至L1。 在步驟720B處，使L3磁性耦接至L2。 在步驟730B處，使PMOS對之閘極處之信號經由L1耦接 至偏壓。 在步驟740B處，使NMOS對之閘極處之信號經由L3耦接 147177.doc 14 201106632 至偏壓。 圖5A說明用於對vc〇 5〇〇中之電晶體ρι、p2加偏廢之共 同杈式反饋（CMFB)偏摩方案的例示性實施例。注意，該 偏壓方案僅為5兒明性目的而展示，且並不意謂將本發明之 範疇限於任何特定偏壓 器 方案。在圖5A中’差動放大 C〇MP感測〇UT2處之電壓，且調整P1、P2之閘極偏壓以使 OUT2接近於參考電壓VDD/2。 圖6說明根據本發明之CM〇s Vc〇 6〇〇之替代例示性實 鈀例，其中使槽電容c 1耦接至pM〇s電晶體Η、Μ之閘極 而非其〉及極。 在VCO之例示性實施例中，電容C1可包括用於粗略頻率 凋。ό之可開閉電谷器組及用於精細頻率調諧之類比電壓控 制可變電抗器元件兩者。在一替代例示性實施例（圖中未 繪不）中，電容c 1可僅包括用於粗略調諧之可開閉電容器 組，而可將用於精細調諧之單獨可變電抗器元件（圖中未 緣示）耦接至PMOS電晶體pi、Ρ2之汲極。 在DCO之另一替代例示性實施例（圖中未繪示）中可變 電抗器元件可易於由複數個可開閉電容器替換。該等替代 例示性實施例涵蓋於本發明之範疇内。 在VCO 600之一例示性實施例中，可使電感器L1之品質 因子Qiij於電感器L2之Q。舉例而言，L2之Q可為4或5，而 L1之Q可在自15至25之範圍内。注意，例示性Q值僅為說 明而提供’且並不意謂限制本發明之範疇。 圖7C說明利用諸如圖6中之VCO 600之CMOS VCO的方 147177.doc 15 201106632 法700C之例示性實施例。 在步驟7 1 0C處，使L1磁性耦接至L2，L2磁性耦接至 L3。 在步驟720C處，藉由組態耦接至PMOS對之閘極的可選 擇式電容器組來調諧VCO振盪頻率。 一般熟習此項技術者將瞭解，本文針對組態PMOS電晶 體對所述之所有技術同樣適用於組態NMOS電晶體對。舉 例而言，依據圖3中所揭示之VCO 300之拓撲，一般熟習 此項技術者可易於導出提供交叉耦接PMOS對之VCO拓撲 (圖中未繪示），且使槽電感磁性耦接至一電感，該電感連 接第一 NMOS電晶體之閘極與第二NMOS電晶體之閘極。 上述情況同樣適用於圖4、圖5及圖6中所揭示之電路拓 撲。該等替代例示性實施例涵蓋於本發明之範疇内。 一般熟習此項技術者將瞭解，儘管已參考MOS電晶體 (亦即，MOSFET)描述本發明之例示性實施例，但本發明 之技術無需限於基於MOSFET之設計，且可易於應用於使 用雙極接面電晶體（或BJT)及/或其他三端子跨導器件的替 代例示性實施例（圖中未繪示）。舉例而言，在一例示性實 施例（圖中未繪示）中，所述VCO中之任一者可利用B JT而 非MOSFET，其中如分別針對所示MOSFET之汲極、閘極 及源極所示，耦接BJT之集極、基極及發射極。此外，除 非另外註明，否則在本說明書及申請專利範圍中，術語 「汲極」、「閘極」及「源極」可包含與MOSFET相關聯之 彼等術語的習知含義以及諸如BJT之其他三端子跨導器件 147177.doc -16- 201106632 之對應節1¾而本 者’该對應將對於一般熟習電路設計之技術 者顯而易見。 圖8展示可竇始士2& 只％本發明之技術的無線通信器件800之設計 二方鬼圖。在圖8中所示之設計中’無線器件綱包括收發 器。。及具有用以儲存資料及程式碼之記憶體812的資料處 f 810收發器820包括支援雙向通信之傳輸器83〇及接 收。„ 850。一般而言，無線器件8〇〇可包括用於任何數目個 通信系統及頻帶之任何數目個傳輸器及任何數目個接收 器。 —傳輸器或接收器可藉由超外差式架構或直接轉換架構來 只細在超外差式架構中，信號在多個級中在射頻（RF)與 基頻之間進行頻率轉換’例如，針對接收器，在一個級， 自RF轉換至中頻（IF)，且接著在另一級中自轉換至基 頻。在直接轉換架構中，信號在一個級中在RF與基頻之間 進灯頻率轉換。超外差式及直接轉換架構可使用不同電路 區鬼及/或具有不同要求。在圖8中所示之設計中，傳輸器 830及接收器850藉由直接轉換架構來實施。 在傳輸路徑中，資料處理器81〇處理待傳輸之資料且將1 類比輸出信號及Q類比輸出信號提供至傳輸器83〇。在傳輸 器830内，低通濾波器832a& 832b分別對〗類比輸出信號及 Q類比輸出信號進行濾波，以移除由先前數位至類比轉換 所引起之不合需要的影像。放大器（八爪…以乜及83物分別 放大來自低通濾波器832a及832b之信號，且提供！基頻信 號及Q基頻信號。增頻轉換器84〇藉由來自τχ匕〇信號產生 147177.doc •17- 201106632 湯H傳輸（TX)本端_LQ则及Q傳輸⑽本端振 虚（〇)h虎對ί基頻信號及Q基頻信號進行增頻轉換且提 供經增頻轉換之信號。遽波器842對經增頻轉換之信號進 打戚波以移除由增頻轉換所引起之不合需要的影像以及接 收頻帶中之雜訊。功率放大器（ΡΑ)844放 之信號以獲得所要輸出㈣位準，且提供傳輸卿號^ 輸!^信號經由雙工器或開關846投送且經由天線848傳輸。 在接收路徑中，天線848接收由基地台傳輸之信號且提 供所接收RF信號，該所接收RF信號經由雙工器或開關州 投送且提供至低雜訊放大器（LNA)852。所接收之rf信號 藉由LNA 852放大且藉由濾波器854濾波，以獲得合乎需要 之RF輸入信號。降頻轉換器86〇藉由來自Rx L〇信號產生 器880之I接收（RX)L〇信號及Q接收（rx)l〇信號對rf輸入 k唬進饤降頻轉換，且提供丨基頻信號及Q基頻信號。 頻信號及Q基頻信號由放大器8623及862b放大且進一步由 低通濾波器864a及864b濾波，以獲得提供至資料處理器 8 1 〇之I類比輸入信號及q類比輸入信號。 TX LOk號產生器87〇產生用於增頻轉換之I τχ [ο信號 及Q TX LO信號。rx l〇信號產生器880產生用於降頻轉換 之I RX LO信號及q RX L〇信號。每一[〇信號為具有特定 基本頻率之週期性信號。PLL 872接收來自資料處理器81〇 之時序資訊’且產生用以調整來自L〇信號產生器870之TX LO信號之頻率及/或相位的控制信號。類似地，pLL 882接 收來自資料處理器8〖〇之時序資訊，且產生用以調整來自 147177.doc 201106632 LO信號產生器880之RX LO信號之頻率及/或相位的控制信 圖8展示實例收發器設計。一般而言，傳輸器及接收器 中之信號的調節可藉由放大器、濾波器、增頻轉換器、降 頻轉換器等之一或多個級來執行。此等電路區塊可與圖8 中所示之組態不同地配置。此外，圖8中未展示之其他電 路區塊亦可用以調節傳輸器及接收器中之信號。亦可省略 圖8中之一些電路區塊。可在一或多個類比積體電路（IC)、 RF IC(RFIC)、混頻信號仄等上實施收發器82〇之全部或一 部分。 LO信號產生器870及880可各自包括接收時脈信號且提 供分割器輸出信號之分頻器。時脈信號可藉由壓控振盪器 (VCO)或-些其他類型之振盈器產生。時脈信號亦可稱為 VCO信號、振盪器信號等。在任何情況下可能需要自分 頻器獲得差動輸出信號。本發明之技術可易於應用於無: 通信器件800中之該VCO的設計。. 在本說明書及中請專利範圍中，應理解，t —元件被稱 為「連接m接至」另一元件時，該元件可直接連 接或搞接至另-元件，或可存在介入元件。對比而言，告 -元件被稱為「直接連接至」或「直接搞接至」另一二 時’不存在介入元件。 熟習此項技術者將理解， 的任一者來表示資訊及信號 流、電磁波、磁場或磁粒子 可使用多種不同技術及技藝中 。舉例而言，可藉由電壓、電 、光場或光粒子，或其任何組 J47I77.doc -19- 201106632 合來表示可遍及以上描述所引用之資料、指令、命令'資 訊、信號、位元、符號及碼片。 熟習此項技術者將進一步瞭解，結合本文所揭示之例示 性貫％例所彳田述的各種說明性邏輯區塊、模組、電路及演 算法步驟可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。為 清楚地說明硬體與軟體之此可互換性，上文已大體上在功 能性方面描述各種說明性組件、區塊、模組、電路及步 驟。3亥功旎性係貫施為硬體或是軟體視特定應用及強加於 整個糸統之設計約束而定。熟習此項技術者可針對每一特 疋應用以不同方式來實施所描述之功能性，但該等實施決 策不應被解澤為引起脫離本發明之例示性實施例的範疇。 可藉由通用處理器、數位信號處理器（DSP)、特殊應用 積體電路（ASIC)、場可程式化閉陣列（FpGA)或其他可程式 化U輯β件、離散閉或電晶體邏輯、離散硬體組件或其經 =U執本文所描述之功能的任何組合來實施或執行結 合本=所揭示之例示性實施例所描述的各種說明性邏輯區 塊、模組及電路。通用處理器可為微處理器，但在替代例 中，處理器可為任何習知處 能機。處理哭介— 微控制器或狀 二理！之 貫施為計算器件之組合，例如，DSP與 +…之、、且合、複數個微處理器、結合 或多個微處理器，或任何其他該組態。奶“之 結合本文所揭示之例示性實施例 的步驟可首垃，、， κ万法或演具法 直接以硬體、以藉由處理器所執 以硬體與敕體描& ^ τ之專人肢核組或 —兩者之組合具體化。軟體模組可駐留於 147177.doc -20· 201106632 隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶體、唯讀記憶體 (ROM)、電可程式化R〇M(EpR〇M)、電可抹除可程式化 R〇M(EEPR〇M)、暫存器、硬碟、抽取式碟片、CD-R0M 或此項技術中已知的任何其他形式之儲存媒體中。例示性 儲存媒體耦接至處理器，使得處理器可自儲存媒體讀取資 =及將資訊寫人至儲存媒體。在替代例中，儲存媒體可血 -理裔成—體式。處理器及儲存媒體可駐留於中。 ASIC可駐留於❹者終端機中。在替代财，處理器及儲 存媒體可作為離散組件而駐留於使用者終端機卜 立===示性實施例中’可以硬體 '軟體、㈣或 '、、貰施所描述之功能。若以軟體實施，則可將 二亥寻功能作為一或多個指令或程式碼而儲存於電腦可讀媒 體上或經由電腦可讀媒體進行傳輸。電 腦儲存媒體及通信媒體（包括促進電腦程式自—處至Γ =之傳送的任何媒體）兩者。儲存媒體可為可由電腦絲 =可用媒體。藉由實例且非限制，該等電腦可讀媒體 心3 Γ:、R0M、EEPR0M、CD-Ro_其他光碟儲存 :4儲存器件或其他磁性儲存器件，或可用以載運 二健存呈指令或資料結構之形式之所要程式妈且可由電腦 :的:：媒體。又，將任何連接恰當地稱為電腦可 貝媒肢。舉例而言，若使用同軸電 線、數位用戶線（DSL)，或諸如紅外線 '益靖电鐵、雙絞 無線技術自網站、伺服哭。戈苴、…”、4電及微波之 電一電境、_=:=，_ -飞名如紅外線、無線電 147I77.doc 201106632 及微波之無線技術包括於媒體之定義中。如本文所使用， 磁碟及光碟包括緊密光碟（CD)、雷射光碟、光碟、數位影 音光碟（DVD)、軟性磁碟及藍光光碟，其中磁碟通常以磁 性方式再生資料，而光碟藉由雷射以光學方式再生資料。 以上各物之組合亦應包括於電腦可讀媒體之範疇内。 提供所揭示之例示性實施例的先前描述以使任何熟習此 項技術者能夠進行或使用本發明。對此等例示性實施例之 各種修改對於熟習此項技術者將易於顯而易見，且在不脫 離本發明之精神或範疇的情況下，本文所定義之一般原理 可應用於其他例示性實施例。因此，本發明不欲限於本文 所展示之例示性實施例，而應符合與本文所揭示之原理及 新穎特徵一致的最廣範疇。 【圖式簡單說明】 圖1說明CMOS交叉耦接VCO之先前技術實施； 圖2說明另一先前技術CMOS VCO ; 圖3說明根據本發明之CMOS VCO之例示性實施例； 圖4說明根據本發明之CMOS VCO之替代例示性實施 例； 圖5說明根據本發明之CMOS VCO之替代例示性實施 例，其中提供三個相互耦接電感器； 圖5A說明用於對圖5中之CMOS VCO加偏壓之共同模式 反饋（CMFB)偏壓方案的例示性實施例； 圖6說明根據本發明之CMOS VCO之替代例示性實施 例，其中在PMOS對之閘極處提供可開閉電容器組； 147177.doc • 22- 201106632 圖7說明利用諸如圖3中所示之CMOS VCO之CMOS VCO 的方法之例示性實施例； 圖7A說明利用諸如圖4中所示之CMOS VCO之CMOS VCO的方法之例示性實施例； 圖7B說明利用諸如圖5中所示之CMOS VCO之CMOS VCO的方法之例示性實施例； 圖7C說明利用諸如圖6中所示之CMOS VCO之CMOS VCO的方法之例示性實施例；及 圖8說明可實施本發明之技術的無線通信器件之設計的 方塊圖。 【主要元件符號說明】 100 CMOS交叉耦接對壓控振盪器 200 CMOS壓控振盪器 300 CMOS壓控振盪器 400 CMOS壓控振盪器 500 CMOS壓控振盪器 600 CMOS壓控振盪器 800 無線通信器件 810 資料處理器 812 記憶體 820 收發器 830 傳輸器 832a 低通濾、波器 832b 低通濾波器 147177.doc -23- 201106632

834a 834b 840 842 844 846 848 850 852 854 860 862a 862b 864a 864b 870 872 880 882 AC1 AC2 AC3 AC4 C 放大器（Amp) 放大器（Amp) 增頻轉換器 濾波器 功率放大器（PA) 雙工器或開關 天線 接收器 低雜訊放大器（LNA) 濾波器 降頻轉換器 放大器 放大器 低通濾、波器 低通濾波器 TX LO信號產生器

PLL

RX LO信號產生器 PLL AC耦接電容器 AC耦接電容器 AC耦接電容器 AC耦接電容器 電容 147177.doc -24- 201106632

Cl 槽電容 COMP 差動放大器 L 電感 LI 電感器 L2 電感器 L3 電感器 N1 DC交叉耦接NMOS N2 DC交叉耦接NMOS OUT1 末端端子/輸出節點 OUT2 末端端子/輸出節點 PI DC交叉耦接PMOS P2 DC交叉耦接PMOS RN1 電阻器 RN2 電阻器 RP1 電阻器 RP2 電阻器 Vbias_N 電壓 Vbias_P 電壓 VDD 電壓供應器 VDD/2 參考電壓 •25- 147177.doc

Claims (1)

1. 201106632 七、申請專利範圍： 1. 一種裝置，其用於在一輸出節點對處產生具有一控制振 盪頻率之一信號，該裝置包含： 一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體及該第 二電晶體之汲極耦接至該輸出節點對； 一第一電感器，其耦接至該第一電晶體及該第二電晶 體之閘極； 一第二電感器，其耦接至該輸出節點對，該第二電感 器磁性耦接至該第一電感器； 具有一可選擇式電容之一電容器，其耦接至該輸出節 點對；及 一 DC交叉耦接互補電晶體對，其耦接至該輸出節點 對。 2. 如請求項1之裝置，該第一電晶體及該第二電晶體為 PMOS電晶體，該交叉耦接互補電晶體對包含一交叉耦 接NMOS對。 3. 如請求項1之裝置，該第一電晶體及該第二電晶體為 NMOS電晶體，該交叉耦接互補電晶體對包含一交叉耦 接PMOS對。 4. 如請求項1之裝置，該第一電感器藉由一偏壓電壓分 接。 5. 如請求項1之裝置，該第一電感器包含在一耦接點處彼 此串聯柄接之第一構成電感器及第二構成電感器 > 該搞 接點進一步耦接至一偏壓電壓。 147177.doc 201106632 6. 如請求項1之裝置，該電容器包含用於粗略頻率調諧之 一可選擇式電容器組，及用於精細頻率調諧之一類比電 壓控制可變電抗器。 7. 如請求項1之裝置，該電容器包含用於粗略頻率調諧之 一可選擇式電容器組，及用於精細頻率調諧之一可選擇 式電容器組。 8. 一種裝置，其用於在一輸出節點對處產生具有一控制振 盪頻率之一信號，該裝置包含： 一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體及該第 二電晶體之汲極耦接至該輸出節點對； 一第一電感器，其耦接至該第一電晶體及該第二電晶 體之閘極； 一第二電感器，其耦接至該輸出節點對，該第二電感 器磁性耦接至該第一電感器； 具有一可選擇式電容之一電容器，其耦接至該輸出節 點對；及 一第一互補電晶體及一第二互補電晶體，該第一互補 電晶體及該第二互補電晶體之汲極耦接至該輸出節點 對，該第一互補電晶體之閘極經由一第二AC耦接電容器 A C柄接至該弟二互補電晶體之s玄〉及極’§亥弟·一互補電晶 體之閘極經由一第一 AC耦接電容器AC耦接至該第一互 補電晶體的該〉及極。 9. 如請求項8之裝置，該第一電晶體及該第二電晶體為 PMOS電晶體，該第一互補電晶體及該第二互補電晶體 147177.doc 201106632 為NMOS電晶體。 10.如請求項8之裝置，該第一互補電晶體及該第二互補電 晶體之該等閘極經由電阻器耦接至一偏壓電壓。 11 · 一種裝置，其用於在一輸出節點對處產生具有一控制振 盪頻率之一信號，該裝置包含： 一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體及該第 二電晶體之汲極耦接至該輸出節點對； 一第一電感器，其耦接至該第一電晶體及該第二電晶 體之閘極； 一第二電感器，其耦接至該輸出節點對，該第二電感 器磁性耦接至該第一電感器； 一第一互補電晶體及一第二互補電晶體，該第一互補 電晶體及該弟二互補電晶體之汲極搞接至該輸出節點 對；及 一第三電感器，其耦接至該第一互補電晶體及該第二 互補電晶體之閘極，該第三電感器磁性耦接至該第二電 感器。 12. 如請求項11之裝置，其進一步包含具有一可選擇式電容 之一電容器，其I馬接至該輸出節點對。 13. 如請求項12之裝置，該電容器包含用於粗略頻率調諧之 一可選擇式電容器組，及用於精細頻率調諧之一類比電 壓控制可變電抗器。 14. 如請求項11之裝置，其進一步包含一可選擇式電容器 組，其耦接至該第一電晶體及該第二電晶體之該等閘 147177.doc 201106632 極0 請求項u之裝置，其m含—共同模式反饋電 :::亥第-電感器及該第三電感器中之至少—者藉由該 同模式反饋電路之輸出分接。 16·如請：項丨丨之裝置’該第-電感器及該第三電感器中之 感二：包含在—純點處彼此串聯轉接之第-構成電 電壓。一構成電感器’該搞接點進—步搞接至一偏壓 17. 一種用於在一振盪器中於一輸出節 制振盪頻率之一俨號的古土 处屋生具有一控 ^货號的方法，該振盪器包含—第一電晶 月立及一第二電晶體，該第一 .日日體及该第二電晶體之汲 極耦接至該輸出節點對；該振盪器 卜 感器，其耦接至該第一電晶體〃^一第—電 特邊。、▲ %曰曰體及该第二電晶體之間極； «亥振盪态進一步包含一第二 點對.1振甚如 —電感益，其耦接至該輸出節 :器:：盧…步包含具有-可選擇式電容之一電 、、耦接至該輸出節點對；該方法包含： 使該第二電感器磁性耦接至該第—電感哭； 使該第一電晶體及該第二 " 經由該第一電感器耦接至—偏：;：㈣閘極處之信號 使一交叉耦接互補電晶體對之 > η 輸出節點對。 ‘处之信號耦接至該 18. —種用於在一振盪器中於— 制抠湯Ϊ 出即點對處產生具有一控 制❹頻率之一信號的方法，該振盈器包 體及一第二電晶體，該第 曰 電曰曰 日日粗及该第二電晶體之汲 147177.doc 201106632 極，接至該輸出節點對；該振盤器進—步包含—第 感器’其耦接至該第—雪曰艚 _ #電曰曰體及該第一電晶體之間極； 口只振盈β進一步g合_ ^ -V' 點對… 3—第-電感器，其耦接至該輪出節 點對’ _器進—步包含具有一可選擇式 容器」其輕接至該輪出節點對；該方法包含：—電 使《亥第—電感器磁性耦接至該第一電感器； 使該第-電晶體及該第二電晶體之該等 經由該第-電感器轉接至一偏麼； U戒 使一互補電晶體對之閑極處之信號經由AC耦接電容写 耦接至該輸出節點對； ° 使該互補電晶體對 f之及極處之信號耦接至該輸出節 對，該互補雷晶§*姐a & M ^ 士中之母一者之該汲極經由該等A c耦 接電容器中之一者缸寸八L耦 耦接至另一互補電晶體之該閘極；及 使该互補電晶體對 次 地两 之^玄專閘極處之該等信號耦接至— 偏壓。 19 •一種用於在一振湯哭rK h 裔中於一輸出節點對處產生且 制振盪頻率之一信號 八有控 唬的方法，該振盪器包含一第—雷曰 體及-第二電晶體，該第一 _ Βθ 極耦接至該輸出節點 s曰〜第二電晶體之汲 對，該振盪器進一步包含一第—世 感器，其耦接至該第_$a _器進-步包含二第二電晶體之閘I 點對；該振盈器進一上電：器，其耗接至該輸出節 互補電晶體，該第一 弟一 汲極耦接至該輸出欽 電日日體之 X翰出即點對；該振盈器進一步包含一第三 M7177.doc 201106632 電感器，其搞接至該等互補電晶體之間極；該 含： 使該第二電感器磁性耦接至該第一電感器； 使該第三電感器磁性耦接至該第二電感器； 使該第-電晶體及該第二電晶體之該等閉極處之信號 經由該第一電感器耦接至一偏壓；及 / 使該第-互補電晶體及該第二互補電晶體之該等閉極 處之信號經由該第三電感器耦接至一偏壓。 20. -種用於在一振逢器中於—輸出 制振盪頻率之一作號的方本— 生〃、有一控 體及一第二電晶體，該第_ 電日日 ，接至該輸出節點對；該㈣器進—步包含_第= q其耦接至該第一電晶體及 該振鹽器進一步包含一第。。第：電-體之開極； 點對；該方法包含： 感^其純至該輪出節 第二電感器磁性輕接至該第-電感器；及 精由組態麵接至續笛 〇第 電日日體及該第二雷a脾 閘極之一可選擇式雷 日日體之該等 21 -… 來控制該_率。 21·種裝置，其用於在一輪 湯·^輸出即點對處產生具有一押& 盛頻率之-信號，該裝置包含： *控制振 第-電晶體及—第二電晶體 二電晶體线極_至該輸㈣點對體及該第 一第一電感器，其耦接至該第— 體之閘極； 電日日體及戎第二電晶 I47I77.doc 201106632 一第二電感器，其耦接至該輸出節點對，該第二電感 器磁性耦接至該第一電感器； 用於產生一負電阻之構件，其耦接至該輸出節點對， 該構件包含第一互補電晶體及第二互補電晶體；及 用於選擇該振盪頻率之構件。 22. —種用於無線通信之器件，該器件包含一 TX丄0信號產 生器、至少一個基頻TX放大器、耦接至該TX LO信號產 生器及該至少一個基頻TX放大器之一增頻轉換器、耦接 至該增頻轉換器之輸出的一 TX濾波器、耦接至該TX濾 波器之一功率放大器（PA)、一 RX LO信號產生器、一 RX 濾波器、耦接至該RX LO信號產生器及該RX濾波器之一 降頻轉換器、耦接至該RX濾波器之一低雜訊放大器 (LNA)及耦接至該PA及該LNA之一雙工器，該TX LO信 號產生器及該RX LO信號產生器中之至少一者包含一振 盪器，該振盪器具有耦接至一混頻器之一輸出節點對， 該振盪器包含： 一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體及該第 二電晶體之汲極耦接至該輸出節點對； 一第一電感器，其耦接至該第一電晶體及該第二電晶 體之閘極； 一第二電感器，其耦接至該輸出節點對，該第二電感 器磁性耦接至該第一電感器； 具有一可選擇式電容之一電容器，其耦接至該輸出節 點對；及 147177.doc 201106632 一交叉耦接互補電晶體對，其耦接至該輸出節點對。 23. —種用於無線通信之器件，該器件包含一 TX LO信號產 生器、至少一個基頻TX放大器、耦接至該TX LO信號產 生器及該至少一個基頻TX放大器之一增頻轉換器、耦接 至該增頻轉換器之輸出的一 TX濾波器、耦接至該TX濾 波器之π功率放大器（PA)、一 RX LO信號產生器、一 RX 濾波器、耦接至該RX LO信號產生器及該RX濾波器之一 降頻轉換器、耦接至該RX濾波器之一低雜訊放大器 (LNA)及耦接至該ΡΑ及該LNA之一雙工器，該TX LO信 號產生器及該RX LO信號產生器中之至少一者包含一振 盪器，該振盪器具有耦接至一混頻器之一輸出節點對， 該振盪器包含： 一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體及該第 二電晶體之汲極耦接至該輸出節點對； 一第一電感器，其耦接至該第一電晶體及該第二電晶 體之閘極； 一第二電感器，其耦接至該輸出節點對，該第二電感 器磁性搞接至該第一電感器； 一第一互補電晶體及一第二互補電晶體，該第一互補 電晶體及該第二互補電晶體之汲極耦接至該輸出節點 對；及 一第三電感器，其耦接至該第一互補電晶體及該第二 互補電晶體之閘極，該第三電感器磁性耦接至該第二電 感器。 147177.doc 201106632 24. 如請求項23之裝置，其進一步包含具有一可選擇式電容 之一電容器，其耦接至該輸出節點對。 25. 如請求項24之裝置，該電容器包含用於粗略頻率調諧之 一可選擇式電容器組，及用於精細頻率調諧之一類比電 壓控制可變電抗器。 26. 如請求項23之裝置，其進一步包含一可選擇式電容器 組，其耦接至該第一電晶體及該第二電晶體之該等閘 極。 27. 如請求項23之裝置，其進一步包含一共同模式反饋電 路，該第一電感器及該第三電感器中之至少一者藉由該 共同模式反饋電路之輸出分接。 147177.doc