TWI489767B - 振盪器電路 - Google Patents
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Description
本發明係大體關於一種包含一雙推式振盪器的振盪器電路。
關於在汽車雷達收發機中的電壓控制振盪器,在一需要溫度範圍上需要低相位雜訊及一良好的性能。大體上,振盪器的相位雜訊依賴於所使用電晶體的電流密度及振盪器經歷的降級品質的負荷。雙推式架構被廣泛用以獲得高操作輸出振盪頻率,同時振盪器核心以二分之一或四分之一輸出振盪頻率運行。此技術的一缺點是輸出信號是單端型的,而一差動信號需以極高輸出振盪頻率驅動一功率放大器,該功率放大器設計是完全差動的。
本發明提供一種如所附申請專利範圍所述的振盪器電路。本發明的具體實施例在依附請求項中被闡述。
本發明的此等或其他層面將由下文參照實施例說明而明顯。
本發明進一步的細節、層面及實施例將僅以舉例方式參考圖式被描述。圖式中的元件是被簡單及清楚地繪示而未必是成比例地繪示。
第1圖示意性地繪示依據本發明一第一實施例,一差動雙推式振盪器的電路圖。
第2圖繪示振盪器的基本信號的抑制量測結果的示範性實施例。
第3圖繪示振盪器核心輸出的相位雜訊在81.29GHz及25℃時的一模擬結果的示範性實施例。
第4圖繪示振盪器核心輸出的相位雜訊在80.23GHz及125℃時的模擬結果的示範性實施例。
第5圖繪示輸出OUT-OUTX處的一差動輸出信號在81.29GHz及25℃時的一模擬結果的示範性實施例。
第6與繪示輸出OUT-OUTX處的一差動輸出信號在81.29GHz及25℃時的一模擬結果的示範性實施例。
第7圖繪示在25℃時輸出振盪頻率對電阻負載的相依性的一模擬結果的示範性實施例。
第8圖繪示在25℃時,一RLOAD
=50Ω的電阻負載下輸出振盪頻率對電容負載的相依性的一模擬結果的示範性實施例。
第9圖繪示在25℃時,一RLOAD
=500Ω的電阻負載下輸出振盪頻率對電容負載的相依性的一模擬結果的示範性實施例。
第10圖繪示在電晶體級的射極T1的功率頻譜的一模擬結果之示範性實施例。
第11圖繪示在電晶體級T1與一點A(靠近T1的射極)之間的一功率頻譜的一模擬結果之示範性實施例。
第12圖繪示在電晶體級T1與一點A(靠近點A)之間的一功率頻譜的一模擬結果之示範性實施例。
第13圖繪示在點A的一功率頻譜的一模擬結果之示範性實施例。
第14圖繪示振盪器之調諧範圍的一量測結果的示範性實施例。
第15圖繪示振盪器之調諧範圍的溫度漂移的一量測結果的示範性實施例。
第16圖繪示振盪器的單邊帶相位雜訊對偏移頻率的一量測結果的示範性實施例。
第17圖繪示單邊帶相位雜訊對調諧範圍的一量測結果的示範性實施例。
依據第1圖,一振盪器電路10包含一雙推式振盪器12、一差動輸出14、15,及一第一及第二輸出電路16、18。雙推式振盪器12具有一第一及一第二支路20、22。各該第一及第二支路20、22分別包含自身的一共同橋接電路28的一分壓器支路24及26。各該第一及第二分壓器支路24、26分別包含一對自身的串聯連接的微帶線30、32及34、36。各該第一及第二分壓器支路24、26具有一自身的分接頭C、D。兩個分接頭C、D透過一第一電容42及/或一微帶線中至少一個被彼此連接。差動輸出14、15被設計成提供一第一及第二輸出信號OUTX、OUT(見第5圖、第6圖)。第一輸出端子14經由第一輸出電路16被連接至一第一節點A。第二輸出端子15經由第二輸出電路18被連接至一第二節點B。雙推式振盪器12的各該第一及第二節點A、B是第一及第二支路20、22的公共節點。
共同橋接電路28在輸出振盪頻率2ωRF
具有一共振,這是需要的輸出頻率,且是雙推式振盪器12的基本振盪頻率ωRF
的整數倍。共同橋接電路28被用以實現輸出振盪頻率為2ωRF
的最大效率,且變換輸入阻抗。在該示範性實施例中,輸出振盪頻率2ωRF
是基本振盪頻率ωRF
的兩倍。在雙推式振盪器12的第一支路20中,一微帶線43被安排在雙推式振盪器核心60的一共振電路59與第一節點A之間。在雙推式振盪器12的第二支路22中,一微帶線45被安排在雙推式振盪器12的共振電路59與第一節點A之間。各該微帶線43、45具有雙推式振盪器核心60的基本振盪頻率ωRF
的四分之一波長的奇整數倍的長度。雙推式振盪器12的各該第一及第二支路20、22分別恰包含一個電晶體級T1及T2。兩個電晶體級T1、T2具有一相同的結構。雙推式振盪器12是一電壓控制雙推式振盪器12。雙推式振盪器12具有至少一個變容二極體44、46。為了調諧,一可調偏壓經由一調諧端子61及一微帶線63被施加於變容二極體44、46(見第14圖、第15圖、第17圖)。微帶線63具有雙推式振盪器核心60的基本振盪頻率ωRF
的四分之一波長的奇整數倍的長度。微帶線72、74是可以是短的互連線。
電晶體級T1、T2的基極48、49(分別為閘極48、49)透過一第三支路50被連接,第三支路50形成雙推式振盪器核心60的共振器電路59的一部份。第三支路50包含兩個串聯的微帶線52、54。因此,兩個微帶線52、54是共振器59的一部份。一另外的微帶線56被連接至第三支路50的一分接頭58。微帶線56具有雙推式振盪器核心60的基本振盪頻率ωRF
的四分之一波長的奇整數倍的長度。微帶線56以一第二電容58終端,雙推式振盪器12可經由該第二電容58,透過一第一控制信號VCTRL
被啟用或停用。振盪器電路10被設計成由一電壓源VCC
,特別由一DC電源供電。
振盪器核心60不僅產生且也調諧基本振盪頻率ωRF
(見第10圖)。因此,第二諧波2ωRF
在共同橋接電路28中被濾波。由於微帶線43及45(見第13圖),基本振盪頻率ωRF
的抑制在輸出14、15是高的基本振盪頻率ωRF
的抑制在失配的情況中仍是良好的。
在實施中,節點A及B處的信號並不具有正好180℃的相位差。微帶線62、64被最佳化以輸出振盪頻率2ωRF
傳送差動平衡信號(見第5圖、第6圖)。差動信號的相位平衡可透過調整微帶線62及64的長度(相移)而被改良。
綜上所述,一以二分之一需要輸出振盪頻率2ωRF
運行的振盪器核心60已被設計(見第2圖)。一緩衝器或一倍頻器級可被連接至雙推式振盪器12的輸出端子14、15。以二分之一需要輸出振盪頻率2ωRF
從振盪器核心60獲得一差動雙推式信號(見第10圖)。振盪器核心60的基本振盪的第二諧波2ωRF
以一輸出振盪頻率2ωRF
提供一差動信號,該信號在雙推式振盪器12的共模節點A、B被提供,而不需要附加倍頻器且不需實質上負載振盪器核心60(見第13圖)。此倍頻方法不同於US 2007/0182502 A1描述的一習知電路,在後者中,倍頻透過在公共節點加入從兩個支路饋送的較低頻率信號的曲線而被實施,此等公共節點與本發明的節點A與B相似。然而在本發明中,具有基本振盪頻率ωRF
的信號被迫使加入用作共振器的共同橋接電路28,以獲得第二諧波2ωRF
。然而,一小部份的基本振盪頻率ωRF
差動信號遵循上文提到的習知電路之行為。因此,在點A具有大約77GHz的輸出振盪頻率2ωRF
(見第13圖)的譜線強度與在電晶體T1射極的對應譜線相比稍微增加(見第10圖)。在本發明中,大約38GHz的ωRF
基本信號之抑制由於微帶線43、45而被改良(將第13圖與第12圖比較)。此優勢特別也適於失配情況,因為──藉由依據本發明的電路──基本頻率信號曲線的加入不能對具有基本頻率ωRF
的信號的輸出端子14、15有效地產生大的饋通。
典型地,振盪器12是一電壓控制振盪器(VCO)。僅npn裝置T1、T2被用於產生雙推式輸出OUTX、OUT。與US 2007/0182502 A1相反,沒有互補裝置被用於產生雙推式輸出OUTX、OUT。輸出信號OUTX、OUT的一相位由傳輸線62、64被調整。振盪器核心60的相位雜訊透過充分調諧的傳輸線被減少。相位雜訊比具有習知振盪器中的低至少大約5dB(見第3圖、第4圖)。因為不需要一正交振盪器或一分離獨立頻率倍頻器,依據本發明的振盪器電路10具有的利益是一小晶片尺寸、一成本效率設計、一簡單佈置,及低漏電流是可能的。
VCTRL
是一輸入/輸出插針。其被用以在一測試版本中檢測裝置T1、T2的偏壓點。通常,該偏壓點被改變以找到最佳的相位雜訊。其也可被用以切斷振盪器12。電晶體66被用於偏壓電路10。微帶線68、70從DC路徑解耦RF路徑。各該微帶線68、70具有需要輸出振盪頻率2ωRF
的四分之一波長的奇整數倍的長度。電晶體T1、T2用作振盪器12的主動裝置。以二分之一輸出頻率2ωRF
運行的裝置T1、T2需要的電流密度比它們使用在一直接以需要輸出振盪頻率2ωRF
運行的一振盪器中的情況低很多。因為較低電流密度意味裝置T1、T2中的1/f雜訊較低,這導致一較低的相位雜訊。與以同一技術被設計的一習知振盪器電路相較,量測到一相位雜訊低4到7db的改良(見第16圖)。第17圖繪示單邊帶相位雜訊對以100kHZ偏移(上方曲線)及以1MHz偏移(下方曲線)的調諧範圍之量測結果的示範性實施例。
依據本發明之振盪器電路可以多種半導體技術被實施,該振盪器電路不適用於如US 2007/0182502中所述的先前技術電路。此外,本發明可以CMOS、NMOS、PMOS,及NPN雙極技術被實施。
在上述說明書中,本發明參考發明實施例之特定範例被描述。然而,顯然該特定範例可作各種修改及改變而不違背所附申請專利範圍中闡述的本發明之較廣精神及範圍。
本文所述的連接可以是適於例如,經由中間裝置,從個別節點、單元或裝置傳送信號,或將信號傳送至它們的任一類型的連接。因此,除非被暗示或闡述,否則該等連接可以例如是直接連接或間接連接。連接可參照一單一連接、多個連接、單向連接,或雙向連接繪示或描述。然而,不同的實施例可改變連接的實施。例如,分離單向連接可被使用而非雙向連接,反之亦然。同樣,複數連接可被取代為一連續地或以一分時多工方式傳送多個信號的單一連接。同樣,傳送多個信號的單一連接可被分開成傳送此等信號子集的各種不同連接。因此,存在許多用以傳送信號的選擇。
雖然特定導電性類型或電位極性被描述於範例中,將瞭解導電性類型或電位極性可被反向。
該技藝中具有通常知識者將瞭解邏輯塊之間的邊界僅是說明性的,且供選擇實施例可合併邏輯塊或電路元件,或者在各種邏輯塊或電路元件上施加一供選擇的功能分解。因此,需理解本文所述架構僅是示範性的,且事實上許多其他實現同一功能的架構可被實施。另外,該技藝中具有通常知識者將認知上述操作之功能間的邊界僅是說明性的。多個操作的功能合併成一單一操作,及/或一單一操作的功能可被分佈在複數附加操作。另外,供選擇實施例可包括一特定操作的多個實例,且操作順序可在各種其他實施例中改變。
然而,其他修改、變化及改變也是可能的。因此,本說明書及圖式被看成一說明而非限制意義。
在申請專利範圍中,括弧之間的任何參考符號不應被理解為限制該申請專利範圍項。「包含」一詞不排除一一請求項中所列出者以外其他元件或步驟的存在。另外,本文所使用的「一(a)」或「一(an)」等詞被定義為一或多於一。同樣,申請專利範圍中引導性片語諸如「至少一個」及「一或一個以上」的使用不應被解釋成暗指以不定冠詞「一(a)」或「一(an)」引入的另一請求項元件將包含此引入請求項元件的任一特定請求項限制成僅包含一個此一元件的發明,即使當同一請求項包括引導性片語「一或一個以上」或「至少一個」及不定冠詞諸如「一(a)」或「一(an)」亦然。上述也適用於定冠詞的使用。除非另行陳述,諸如「第一」及「第二」等用詞是被用以任意地區別該等用詞所描述的元件。因此,此等用詞不一定意欲表示此等元件的時間或其他優先順序。某些量度在相互不同的請求項中被提到的事實不表示此等量度的一合併不能被使用獲益。
10...振盪器電路
12...雙推式振盪器
14、15...輸出
16...第一輸出電路
18...第二輸出電路
20...第一支路
22...第二支路
24...第一分壓器支路
26...第二分壓器支路
28...共同橋接電路
30~36、43、45、52~56、62~64、68~74...微帶線
42...第一電容
44、46...變容二極體
48、49...基極
50...第三支路
58...分接頭、第二電容
59...共振電路
60...雙推式振盪器核心
61...調諧端子
66...電晶體
A...第一節點
B...第二節點
C、D...分接頭
OUT...第二輸出信號
OUTX...第一輸出信號
T1、T2...電晶體級
VCC
...電壓源
VCTRL
...第一控制信號
第1圖示意性地繪示依據本發明一第一實施例,一差動雙推式振盪器的電路圖。
第2圖繪示振盪器的基本信號的抑制量測結果的示範性實施例。
第3圖繪示振盪器核心輸出的相位雜訊在81.29GHz及25℃時的一模擬結果的示範性實施例。
第4圖繪示振盪器核心輸出的相位雜訊在80.23GHz及125℃時的模擬結果的示範性實施例。
第5圖繪示輸出OUT-OUTX處的一差動輸出信號在81.29GHz及25℃時的一模擬結果的示範性實施例。
第6與繪示輸出OUT-OUTX處的一差動輸出信號在81.29GHz及25℃時的一模擬結果的示範性實施例。
第7圖繪示在25℃時輸出振盪頻率對電阻負載的相依性的一模擬結果的示範性實施例。
第8圖繪示在25℃時,一RLOAD
=50Ω的電阻負載下輸出振盪頻率對電容負載的相依性的一模擬結果的示範性實施例。
第9圖繪示在25℃時,一RLOAD
=500Ω的電阻負載下輸出振盪頻率對電容負載的相依性的一模擬結果的示範性實施例。
第10圖繪示在電晶體級的射極T1的功率頻譜的一模擬結果之示範性實施例。
第11圖繪示在電晶體級T1與一點A(靠近T1的射極)之間的一功率頻譜的一模擬結果之示範性實施例。
第12圖繪示在電晶體級T1與一點A(靠近點A)之間的一功率頻譜的一模擬結果之示範性實施例。
第13圖繪示在點A的一功率頻譜的一模擬結果之示範性實施例。
第14圖繪示振盪器之調諧範圍的一量測結果的示範性實施例。
第15圖繪示振盪器之調諧範圍的溫度漂移的一量測結果的示範性實施例。
第16圖繪示振盪器的單邊帶相位雜訊對偏移頻率的一量測結果的示範性實施例。
第17圖繪示單邊帶相位雜訊對調諧範圍的一量測結果的示範性實施例。
10...振盪器電路
12...雙推式振盪器
14、15...輸出
16...第一輸出電路
18...第二輸出電路
20...第一支路
22...第二支路
24...第一分壓器支路
26...第二分壓器支路
28...共同橋接電路
30~36、43、45、52~56、62~64、68~74...微帶線
42...第一電容
44、46...變容二極體
48、49...基極
50...第三支路
58...分接頭、第二電容
59...共振電路
60...雙推式振盪器核心
61...調諧端子
66...電晶體
A...第一節點
B...第二節點
C、D...分接頭
OUT...第二輸出信號
OUTX...第一輸出信號
T1、T2...電晶體級
VCC
...電壓源
VCTRL
...第一控制信號
Claims (10)
- 一種振盪器電路,包含:-一雙推式振盪器,其中該雙推式振盪器具有一第一及一第二支路,其中各該第一及第二支路包含自身的一共同橋接電路的一分壓器支路,其中各該第一及第二分壓器支路包含一對自身的串聯連接的微帶線,其中各該第一及第二分壓器支路具有一自身的分接頭,其中該兩個分接頭透過一第一電容及一微帶線中至少一個被彼此連接;-一差動輸出包含一第一及第二輸出端子,其中該第一輸出端子被連接至一第一節點,且該第二輸出端子被連接至一第二節點,其中該雙推式振盪器的各該第一及第二節點是該第一及第二支路兩者的一公共節點;及-一用於該第一輸出端子的第一輸出電路,及一用於該第二輸出端子的第二輸出電路。
- 如申請專利範圍第1項所述之振盪器電路,其中該共同橋接電路具有處於一輸出振盪頻率的一共振,該輸出振盪頻率是該振盪器的一基本振盪頻率的一整數倍。
- 如申請專利範圍第2項所述之振盪器電路,其中該輸出振盪頻率是該基本振盪頻率的兩倍之高。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之振盪器電路,其中在該雙推式振盪器的各該第一及第二支路中,一微帶線被安排在該雙推式振盪器的一共振電路與該第一節點之間,該微帶線是該第一及第二支路共用的,其中該微帶線具有該雙推式振盪器的該基本振盪頻率四分之一波長的奇整數倍的一長度。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之振盪器電路,其中該雙推式振盪器的該第一及該第二支路恰包含一個電晶體級,其中該兩個電晶體級具有一相同的結構。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之振盪器電路,其中該雙推式振盪器是一電壓控制雙推式振盪器。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之振盪器電路,其中該雙推式振盪器具有至少一個變容二極體。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之振盪器電路,其中該兩個電晶體級的基極的各別閘極端子由一第三支路連接,其中該第三支路包含兩個微帶線。
- 如申請專利範圍第8項所述之振盪器電路,其中一微帶線被連接至該第三支路的一分接頭,其中該微帶線以一第二電容終端,該雙推式振盪器可經由該第二電容被啟用且透過一第一控制信號被停用。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述之振盪器電路,其中該振盪器電路被設計成由一電壓源供電。
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