TWI440298B - 壓控振盪器 - Google Patents

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Description

壓控振盪器
本發明係關於一種壓控振盪器；特別是關於用於寬頻無(有)傳輸系統(網路)之接收器與發射器、超寬頻通訊系統產品或無線網路卡之四相位壓控振盪器。
近年來由於無線通訊技術的快速發展與半導體技術的提升，其對無線通訊的特性要求也愈加嚴格，致使射頻電路需要更高的操作頻率、較大的振幅、低電壓操作、低功率消耗等等。參考第一圖，係習知串聯電晶體耦合型四相位壓控振盪器，該串聯電晶體耦合型四相位壓控振盪器之結構具有以下缺點：
1.不可容許低電壓操作。
2.耦合電晶體閃爍雜訊(1/f noise)會升頻至操作頻率附近。
3.耦合電晶體需較大尺寸，因此將限制了操作頻率。
4.屬源極消退的方式，將在高頻時轉導值轉弱時又消退了轉導值限制了高頻操作。
另一方面，現今雖有不同線圈耦合型四相位壓控振盪器用來解決串聯電晶體耦合型四相位壓控振盪器之缺點。然而，在現行線圈耦合型四相位壓控振盪器的類型中，並無任何一種類型的線圈耦合型四相位壓控振盪器可同時解決耦合電晶體閃爍雜訊(flicker noise)會升頻至操作頻率附近的缺點以及在高頻時源極消退的缺點。
有鑑於此，本發明發展出一種兼具高的操作頻率、較大的振幅、低電壓操作、低功率消耗之壓控振盪器，具有產業利用性。
本發明的一目的係提供一種兼具高的操作頻率、較大的振幅、低電壓操作、低功率消耗之壓控振盪器。
為達到上述目的，本發明提供一種壓控振盪器，包括：一第一壓控振盪電路及一第二壓控振盪電路。該第一壓控振盪電路包括：一第一電感，具有一第一端點與一第二端點，該第一電感之第一端點耦接至一電壓源；一第二電感，具有一第一端點與一第二端點，該第二電感之第一端點耦接至該電壓源；一第一可變電容，具有一第一端點與一第二端點，該第一可變電容之第一端點耦接至一第一控制電壓，該第一可變電容之第二端點耦接至該第一電感之第二端點；一第二可變電容，具有一第一端點與一第二端點，該第二可變電容之第一端點耦接至該第一控制電壓，該第二可變電容之第二端點耦接至該第二電感之第二端點；一第三電感，具有一第一端點與一第二端點，該第三電感之第一端點耦接至該第一電感之第二端點；一第四電感，具有一第一端點與一第二端點，該第四電感之第一端點耦接至該第二電感之第二端點；一第一NMOS電晶體，該第一NMOS電晶體之汲極端耦接至該第三電感之第二端點，該第一NMOS電晶體之閘極端耦接至該第二電感之第二端點，且該第一NMOS電晶體之源極端接地；以及一第二NMOS電晶體，該第二NMOS電晶體之汲極端耦接至該第四電感之第二端點，該第二NMOS電晶體之閘極端耦接至該第一電感之第二端點，且該第二NMOS電晶體之源極端接地。該第二壓控振盪電路包括：一第五電感，具有一第一端點與一第二端點，該第五電感之第一端點耦接至該電壓源；一第六電感，具有一第一端點與一第二端點，該第六電感之第一端點耦接至該電壓源；一第三可變電容，具有一第一端點與一第二端點，該第三可變電容之第一端點耦接至一第二控制電壓，該第三可變電容之第二端點耦接至該第五電感之第二端點；一第四可變電容，具有一第一端點與一第二端點，該第四可變電容之第一端點耦接至該第二控制電壓，該第四可變電容之第二端點耦接至該第六電感之第二端點；一第七電感，具有一第一端點與一第二端點，該第七電感之第一端點耦接至該第五電感之第二端點；一第八電感，具有一第一端點與一第二端點，該第八電感之第一端點耦接至該第六電感之第二端點；一第三NMOS電晶體，該第三NMOS電晶體之汲極端耦接至該第七電感之第二端點，該第三NMOS電晶體之閘極端耦接至該第六電感之第二端點，且該第三NMOS電晶體之源極端接地；以及一第四NMOS電晶體，該第四NMOS電晶體之汲極端耦接至該第八電感之第二端點，該第四NMOS電晶體之閘極端耦接至該第五電感之第二端點，且該第四NMOS電晶體之源極端接地。
本發明壓控振盪器，其中該第一壓控振盪電路中的該第一電感係與該第二壓控振盪電路中的該第七電感相互耦合，該第一壓控振盪電路中的該第二電感係與該第二壓控振盪電路中的該第八電感相互耦合，該第二壓控振盪電路中的該第五電感係與該第一壓控振盪電路中的該第四電感相互耦合，該第二壓控振盪電路中的該第六電感係與該第一壓控振盪電路中的該第三電感相互耦合。
本發明壓控振盪器藉由前述元件(電感、電容、電晶體)的連接方式以及前述電感間相互耦合的方式以獲得更高的操作頻率、較大的振幅、低電壓操作、低功率消耗等等之優點。
本發明揭露一種新穎結構的壓控振盪器，將藉由以下具體實施例配合所附圖式予以詳細說明。
參考第二圖，第二圖係根據本發明壓控振盪器之一具體實施例。本發明的一種壓控振盪器200包含一具有一第一輸出IP與一第二輸出IM之第一壓控振盪電路及一具有一第三輸出QP與一第四輸出QM之第二壓控振盪電路，該第一壓控振盪電路與該第二壓控振盪電路並聯耦接於一電壓源，且該第二壓控振盪電路具有相同於該第一壓控振盪電路的電路結構，且該第三輸出QP與第四輸出QM位於相對於該第一輸出IP與第二輸出IM之節點。在本發明的實施例中，該第一壓控振盪電路包含第一電感211、第二電感212、第三電感213、第四電感215、第一可變電容221、第二可變電容222、第一NMOS電晶體231及第二NMOS電晶體232。該第二壓控振盪電路包含第五電感215、第六電感216、第七電感217、第八電感218、第三可變電容223、第四可變電容224、第三NMOS電晶體233及第四NMOS電晶體234。該壓控振盪器200進一步包括PMOS電晶體241、242、243及一電流源251以提供並限制該壓控振盪器200的電流消耗。
參考第五圖左側之第一壓控振盪電路，以下將詳述該第一壓控振盪電路中元件間(電感、電容、電晶體)之連接關係。該第一電感211具有一第一端點與一第二端點，該第一電感211之第一端點耦接至一電壓源VDD，該第一電感211之第二端點為一第一輸出IP。該第二電感212具有一第一端點與一第二端點，該第二電感212之第一端點耦接至該電壓源VDD，該第二電感212之第二端點為該第二輸出IM。該第一可變電容221具有一第一端點與一第二端點，該第一可變電容221之第一端點耦接至一第一控制電壓VTUNE ，該第一可變電容221之第二端點耦接至該第一電感211之第二端點。該第二可變電容222具有一第一端點與一第二端點，該第二可變電容222之第一端點耦接至該第一控制電壓VTUNE ，該第二可變電容222之第二端點耦接至該第二電感212之第二端點。該第三電感213具有一第一端點與一第二端點，該第三電感213之第一端點耦接至該第一電感211之第二端點。該第四電感214具有一第一端點與一第二端點，該第四電感214之第一端點耦接至該第二電感212之第二端點。該第一NMOS電晶體231之汲極端耦接至該第三電感213之第二端點，該第一NMOS電晶體231之閘極端耦接至該第二電感212之第二端點，且該第一NMOS電晶體231之源極端接地或電壓源負極VSS。該第二NMOS電晶體232之汲極端耦接至該第四電感214之第二端點，該第二NMOS電晶體232之閘極端耦接至該第一電感211之第二端點，且該第二NMOS電晶體232之源極端接地或電壓源負極VSS。在本發明一具體實施例中，該等電感211、212、213、214可由線圈、傳輸線、波導管或任何可作為電感之元件所製成，該等電容221、222可由二極體或任何可作為電容之元件所製成。此外，該第一電感211及該第二電感212可為一第一變壓器之一次側，該第三電感213及該第四電感214可為該第一變壓器之二次側。
參考第五圖右側之第二壓控振盪電路，以下將詳述該第二壓控振盪電路中元件間(電感、電容、電晶體)之連接關係。該第五電感215具有一第一端點與一第二端點，該第五電感215之第一端點耦接至該電壓源VDD，該第五電感215之第二端點為該第三輸出QP。該第六電感216具有一第一端點與一第二端點，該第六電感216之第一端點耦接至該電壓源VDD，該第六電感216之第二端點為該第四輸出QM。該第三可變電容223具有一第一端點與一第二端點，該第三可變電容223之第一端點耦接至一第二控制電壓VTUNE ，該第三可變電容223之第二端點耦接至該第五電感215之第二端點。該第四可變電容224具有一第一端點與一第二端點，該第四可變電容224之第一端點耦接至該第二控制電壓VTUNE ，該第四可變電容224之第二端點耦接至該第六電感216之第二端點。該第七電感217具有一第一端點與一第二端點，該第七電感217之第一端點耦接至該第五電感215之第二端點。該第八電感218具有一第一端點與一第二端點，該第八電感218之第一端點耦接至該第六電感216之第二端點。該第三NMOS電晶體233之汲極端耦接至該第七電感217之第二端點，該第三NMOS電晶體233之閘極端耦接至該第六電感216之第二端點，且該第三NMOS電晶體233之源極端接地或電壓源負極VSS。該第四NMOS電晶體234之汲極端耦接至該第八電感218之第二端點，該第四NMOS電晶體234之閘極端耦接至該第五電感211之第二端點，且該第四NMOS電晶體234之源極端接地或電壓源負極VSS。在本發明一具體實施例中，該等電感215、216、217、218可由線圈、傳輸線、波導管或任何可作為電感之元件所製成，該等電容223、224可由二極體或任何可作為電容之元件所製成。此外，該第五電感215及該第六電感216可為一第二變壓器之一次側，該第七電感217及該第八電感218可為該第二變壓器之二次側。
再次參考第五圖，本發明藉由該第一壓控振盪電路中的該第一電感211與該第二壓控振盪電路中的該第七電感217相互耦合，該第一壓控振盪電路中的該第二電感212與該第二壓控振盪電路中的該第八電感218相互耦合，該第二壓控振盪電路中的該第五電感215與該第一壓控振盪電路中的該第四電感214相互耦合，該第二壓控振盪電路中的該第六電感216與該第一壓控振盪電路中的該第三電感213相互耦合，使得該第一壓控振盪電路與該第二壓控振盪電路產生信號的交連，進而在該第一、第二、第三與第四輸出IP、IM、QP、QM的節點處產生四相位的振盪信號。再者，由於本發明並無耦合電晶體，因此並不會有耦合電晶體閃爍雜訊(flicker noise)會升頻至操作頻率附近的缺點，且本發明中該等NMOS電晶體231、232、233、234之源極端係接地或電壓源負極VSS，因此亦不會有在高頻時源極消退的缺點。據此，本發明壓控振盪器藉由前述元件(電感、電容、電晶體)的連接方式以及前述電感間相互耦合的方式以獲得更高的操作頻率、較大的振幅、低電壓操作、低功率消耗等等之優點，且不會產生耦合電晶體閃爍雜訊會升頻至操作頻率附近的缺點以及在高頻時源極消退的缺點。
以上所述僅為本發明之具體實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍，例如前述NMOS電晶體對於所屬技術領域者可輕易了解到可以PMOS電晶體實施，同樣的，前述PMOS電晶體對於所屬技術領域者亦可輕易了解到可以NMOS電晶體實施。凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
211、212、213、214、215、216、217、218．．．電感
221、222、223、224．．．可變電容
231、232、233、234．．．NMOS電晶體
241、242、243．．．PMOS電晶體
251．．．電流源
第一圖係習知串聯電晶體耦合型四相位壓控振盪器的示意圖。
第二圖係根據本發明壓控振盪器之一具體實施例示意圖。
211、212、213、214、215、216、217、218．．．電感
221、222、223、224．．．可變電容
231、232、233、234．．．NMOS電晶體
241、242、243．．．PMOS電晶體
251．．．電流源

Claims (9)

  1. 一種壓控振盪器，包括：一具有一第一輸出與一第二輸出之第一壓控振盪電路；及一具有一第三輸出與一第四輸出之第二壓控振盪電路，該第一壓控振盪電路與該第二壓控振盪電路並聯耦接於一電壓源，且該第一、第二、第三與第四輸出產生四相位的振盪信號；其中該第一壓控振盪電路包括：一第一電感，具有一第一端點與一第二端點，該第一電感之第一端點耦接至該電壓源，該第一電感之第二端點為該第一輸出；一第二電感，具有一第一端點與一第二端點，該第二電感之第一端點耦接至該電壓源，該第二電感之第二端點為該第二輸出；一第一可變電容，具有一第一端點與一第二端點，該第一可變電容之第一端點耦接至一第一控制電壓，該第一可變電容之第二端點耦接至該第一電感之第二端點；一第二可變電容，具有一第一端點與一第二端點，該第二可變電容之第一端點耦接至該第一控制電壓，該第二可變電容之第二端點耦接至該第二電感之第二端點；一第三電感，具有一第一端點與一第二端點，該第三電感之第一端點耦接至該第一電感之第二端點；一第四電感，具有一第一端點與一第二端點，該第四電感之第一端點耦接至該第二電感之第二端點；一第一MOS電晶體，該第一MOS電晶體之一第一端耦接至該第三電感之第二端點，該第一MOS電晶體之閘極端耦接至該第二電感之第二端點，且該第一MOS電晶體之一第二端接地；以及一第二MOS電晶體，該第二MOS電晶體之一第一端耦接至該第四電感之第二端點，該第二MOS電晶體之閘極端耦接至該第一電感之第二端點，且該第二MOS電晶體之一第二端接地；其中該第二壓控振盪電路具有相同於該第一壓控振盪電路的電路結構，且該第三輸出與第四輸出位於相對於該一輸出與第二輸出之節點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之壓控振盪器，其中該第二壓控振盪電路包括：一第五電感，具有一第一端點與一第二端點，該第五電感之第一端點耦接至該電壓源，該第五電感之第二端點為該第三輸出；一第六電感，具有一第一端點與一第二端點，該第六電感之第一端點耦接至該電壓源，該第六電感之第二端點為該第四輸出；一第三可變電容，具有一第一端點與一第二端點，該第三可變電容之第一端點耦接至一第二控制電壓，該第三可變電容之第二端點耦接至該第五電感之第二端點；一第四可變電容，具有一第一端點與一第二端點，該第四可變電容之第一端點耦接至該第二控制電壓，該第四可變電容之第二端點耦接至該第六電感之第二端點；一第七電感，具有一第一端點與一第二端點，該第七電感之第一端點耦接至該第五電感之第二端點；一第八電感，具有一第一端點與一第二端點，該第八電感之第一端點耦接至該第六電感之第二端點；一第三MOS電晶體，該第三MOS電晶體之一第一端耦接至該第七電感之第二端點，該第三MOS電晶體之閘極端耦接至該第六電感之第二端點，且該第三MOS電晶體之一第二端接地；以及一第四MOS電晶體，該第四MOS電晶體之一第一端耦接至該第八電感之第二端點，該第四MOS電晶體之閘極端耦接至該第五電感之第二端點，且該第四MOS電晶體之一第二端接地。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之壓控振盪器，其中該第一壓控振盪電路中的該第一電感係與該第二壓控振盪電路中的該第七電感相互耦合，該第一壓控振盪電路中的該第二電感係與該第二壓控振盪電路中的該第八電感相互耦合，該第二壓控振盪電路中的該第五電感係與該第一壓控振盪電路中的該第四電感相互耦合，該第二壓控振盪電路中的該第六電感係與該第一壓控振盪電路中的該第三電感相互耦合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之壓控振盪器，其中該等電感係由線圈或傳輸線或波導管所製成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之壓控振盪器，其中該等可變電容係由二極體所製成。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之壓控振盪器，其中該第一壓控振盪電路中的該第一電感及該第二電感為第一變壓器之一次側，該第一壓控振盪電路中的該第三電感及該第四電感為第一變壓器之二次側。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之壓控振盪器，其中該等MOS電晶體為NMOS電晶體，該等NMOS電晶體之第一端為汲極端，該等NMOS電晶體之第二端為源極端。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之壓控振盪器，其中該等MOS電晶體為PMOS電晶體，該等PMOS電晶體之第一端為源極端，該等PMOS電晶體之第二端為汲極端。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之壓控振盪器，其中該第二壓控振盪電路中的該第五電感及該第六電感為第二變壓器之一次側，該第二壓控振盪電路中的該第七電感及該第八電感為第二變壓器之二次側。
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