TWI528706B - 基於相位調諧技術調諧ｌｃ振盪器頻率的方法和電路 - Google Patents

基於相位調諧技術調諧ｌｃ振盪器頻率的方法和電路 Download PDF

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Description

基於相位調諧技術調諧LC振盪器頻率的方法和電路
本發明涉及一種LC振盪器尤指涉及一種運用了調相調頻技術的，具有多相位輸出的LC振盪器。
在有線傳輸和無線傳輸的通訊系統中，能產生低雜訊時脈或者本地振盪(LO)信號的LC振盪器是一種十分關鍵的元件，而且現代的通訊系統往往需要多種相位的時脈或者是LO信號，比如說，零中頻(zero-IF)的接收機需要同相位和正交相位(I＆Q)的信號來調製和解調，且I＆Q信號也是例如像weaver和hartley架構的鏡像抑制接收機工作之先決條件。此外，其他的應用，例如，相控陣雷達和半採樣速率的時脈和資料恢復，同樣需要多相位的時脈或者LO信號。
為了在不同頻率的通道上接收或發射信號，或是為了應對製程、電壓和溫度的變化，在實際應用中，需LC振盪器的頻率必須是可調的。通常來說，電容調諧的方法包括變容二極體調諧和開關電容陣列，是最廣泛地被應用來調節LC振盪器的振盪頻率。但是，這種電容調諧的方法卻存在著很多缺陷，比如說，用來調諧頻率的電容會嚴重地載入諧振腔的負荷，導致更低的工作頻率和更高的功耗；調諧電容也會造成調幅雜訊向調相雜訊(AM-to-PM)轉換，從而降低相位雜訊的性能和損害振盪器的穩定性；此外，電容調諧的方法需要足夠大範圍的調諧電壓，但在深亞微米的CMOS技術中無法獲得足夠大範圍的調諧電壓。
另一方面，強大的CMOS縮微技術使設計和集成在毫米波(MMW)頻段下的壓控振盪器(VCOs)成為可能；與射頻(RF)的壓控振盪器相比，因為更低劣的調諧電容品質因數(Q)與由GHz/V數量級大小的壓控振盪器增益造成嚴重的AM-to-PM雜訊轉換，毫米波壓控振盪器的頻譜純度嚴重地下降。此外，調諧電容的有效調諧比例和品質因數之間更為苛刻的折衷關係，以及在深亞微米CMOS技術中降低了的供電電壓，使得電容調諧的方法對毫米波壓控振盪器變得更加地無效。
在此，已知為品質因數的Q因數是一個描述電振盪器或諧振器欠阻尼程度，或者相當於表徵諧振器相對於其中心頻率帶寬的無維參數，Q因數越高表示振盪器的能量損失相對於所存儲的能量而言速度越慢，換句話說，振盪衰減越慢；另一方面，Q因數越高的振盪器阻尼越低，因此振盪時間越長。在電諧振系統中，Q因數由電路的電阻、電感和電容確定。
本發明提供了一種無需使用電容調諧來調諧，且具有多相位輸出之基於LC的環形振盪器振盪頻率的方法及相關的設備。
概括地來說，這個方法提供一種通過調諧相位來調諧基於LC的環形振盪器工作頻率之技術，其無需在環形振盪器任何一級的LC諧振腔中使用可調諧的容性元件。具體來說，這種相位調諧的LC環形振盪器包含了多級電路，每一級電路均含有一個差分電路。該振盪器的多級電路之間互相連接而形成了一個環狀的結構，其中每一級電路中都有一個主要的LC諧振腔，其可以在各自的每一級電路中提供一定量之固定相移。每一級電路都被裝備了一個具有可調諧或者等效於可調諧相移的相位調諧(phase tuning，PT)單元，通過調諧這些單元的相移，在每一級電路中的主LC諧振腔的相移會被相應地改變，使得整個環形振盪器的相位條件得到滿足。因此，整個環形振盪器的工作頻率可以被充分地調諧和控制。
通過適當地決定每一個相位調諧單元所提供的相移，可以使LC環形振盪器在以每一級電路中之主LC諧振腔峰值頻率為中心的一定頻率範圍內工作。LC環形振盪器的振盪頻率可以低於、高於或者基本上等於主LC諧振腔的峰值頻率。此應用於LC環形振盪器相位調諧的方法可以有效地克服傳統電容調諧方法之眾多缺點，其中包括有諧振腔品質因數的下降，AM-to-PM雜訊轉換，以及深亞微米(deep sub-micron)CMOS電路中越來越小的供電電壓對調頻範圍之限制。此外，LC環形振盪器的多級電路可以使用具有最佳品質因數的LC諧振腔對雜訊進行多次濾波。故本發明的調相調頻LC環形振盪器可產生高頻率、寬調頻範圍與低相位雜訊的、具有多相位的輸出信號。
作為更進一步的一實施例，一個調相調頻LC環形振盪器可一0.13微米CMOS製程裡被成功地實現，其在10MHz偏移頻率上有相位雜訊-127.8dBc/Hz、調諧範圍為6.8%、50GHz時品質因數(FoM)為-186.4dB時，可產生8相位的輸出信號；在另一實施例中，一個同樣用0.13微米CMOS製程實現的調相調頻LC環形振盪器，其在10MHz偏移頻率上有相位雜訊-118.5dBc/Hz、調諧範圍為9%、60GHz時品質因數(FoM)為-180.5dB時，可產生4相位的輸出信號。和傳統的毫米波VCO積體電路相比，以上描述的調相調頻LC環形振盪器可以提供更優越的相位雜訊性能和更好的品質因數。
在本發明另一個可供選擇的實施例中，提供了一種調諧多相位輸出LC振盪器頻率的方法，其中該振盪器包括串連成環狀結構的多級電路，並且每一級電路從前一級電路的輸出信號中產生這一級電路的輸出信號。這個方法包括：給一級電路輸入信號的至少一部分中施加一個相移；從這一級電路輸入信號中被相移的部分和未被相移的部分產生第一輸出信號和第二輸出信號，然後合併第一輸出信號和第二輸出信號來形成這一級電路的輸出信號；並且通過改變第一輸出信號和第二輸出信號中的至少一個來調節這一級電路的輸出信號的相位。
依照另外一個可供選擇的實施例，提供一種用於調諧多相位輸出LC振盪器頻率的方法，其中該多相位輸出LC振盪器包括串連成環狀結構的多級電路，並且每一級電路從前一級電路的輸出信號中產生這一級電路的輸出信號。這個方法包括：給一級電路輸入信號的至少一部分中施加至少一個相移；合併多個輸出信號來形成這一級電路的輸出信號；然後通過改變所述多個輸出信號中的至少一個來調節這一級電路的輸出信號的相位。
依照本發明另外一個可供選擇的實施例，提供了一種可調諧的多相位輸出環形振盪器。該振盪器包括串連成環狀結構的多級電路，每一級電路利用前一級電路的輸出信號產生這一級電路的輸出信號，並且包括多個跨導單元、至少一個相移模組、一個振盪器單位與用於調節這一級電路的輸出信號相位的裝置。所述每一個跨導單元利用這一級電路輸入信號的至少一部分來產生一個輸出信號；所述至少一個相移模組給這一級電路的輸入信號的至少一部分中施加至少一個相移；所述振盪器單元從多個跨導單元的輸出信號的結合中產生這一級電路的輸出信號；所述的用於調節這一級電路的輸出信號相位的裝置包括用於改變所述多個跨導單元輸出信號中的至少一個裝置。
概括地說，本發明提供了一種調節多相位輸出環形振盪器頻率的方法，該多相位輸出環形振盪器包括有一串連成環狀結構的多級電路。依照本發明各種不同的實施例，在各級電路的輸入信號中引入一個相移，通過調諧輸入信號的相移來調節輸出信號的相位，因而調諧環形振盪器的工作頻率。
依照圖9中所描述的一些可選擇的實施例，提供一種方法10來調諧多相位環形振盪器的工作頻率。依照這種實施例，當環形振盪器的各級接收到一個輸入信號(11)時，至少有一個相移被施加給這個輸入信號的至少一部分(12)。從輸入信號中被相移的那部分產生了多個輸出信號(13)。然後多個輸出信號被結合在一起構成這一級電路的輸出(14)，其被用來當做下一級電路的輸入。通過改變多個輸出信號中的至少一個輸出信號，來調節這級輸出信號的相位，因而環形振盪器的工作頻率可以被相應地調諧(15)。
在更進一步的實施例中，通過一些可變的電路元件(其中包含一個或多個可調電容和一個或多個可調電阻)，特定的相移可以在輸入信號輸入到各級電路之前引入到輸入信號中去。通過調節這些可變的電路元件來調節每一級的相移，因而振盪器的工作頻率可以被相應地調諧。
在另外一種實施例中，在多相位振盪器的各級電路中，一個固定的相移可以被引入到輸入信號中來產生第一輸出信號。另外，一部分沒有經過相移的輸入信號可以用來產生第二輸出信號。這第一和第二輸出信號可以被合併來產生這一級電路的輸出信號，其中這個輸出信號是第一和第二輸出信號的向量合成。這一級電路輸出信號的相移，因而也是振盪器的工作頻率，可以通過調節第一和第二輸出信號中的至少一個信號的幅度和相位，來被相應地調諧。
在再一種實施例中，在每一級電路裏，第一固定的相移可以被引入到輸入信號的第一部分中來產生第一輸出信號，並且第二固定的相移可以被引入到輸入信號的第二部分中來產生第二輸出信號。第一輸出信號和第二輸出信號可以被合併來產生這一級電路的輸出信號，其中這個輸出信號是第一輸出信號和第二輸出信號的向量合成。這一級電路輸出信號的相移因而也是振盪器的工作頻率，可以通過調節第一和第二輸出信號幅度中的至少一個，來被相應地調諧。
在又一種實施例中，在每一級電路裏，輸入的信號可以被分成多個部分，各個不同的相移可以被分別引入到輸入信號的各個部分中。多個均由被相移了的輸入信號各個部分產生之輸出信號，可以被合成來產生這一級電路的輸出信號，其中這個輸出信號是多個輸出信號的向量合成。這一級電路輸出信號的相移因而也是振盪器的工作頻率，可以通過調節多個輸出信號幅度中的至少一個，來被相應地調諧。
請參考圖1A所示，其描述了含有多級電路620的一個多相位輸出LC振盪器600之電路圖，每一級電路620包括一個LC諧振腔110和一個相位調諧單元610，後者擁有一對差分輸入端和一對差分輸出端，整個振盪器的多級電路被串聯起來形成一個環狀的結構，其中最後一級的輸出端被連接到第一級的輸入端。
每一個LC諧振腔110包含了兩個分別連接於一個共用電壓源Vdd和相位調諧單元610的兩個差分輸出端之間的基本LC振盪器。每一個基本的LC振盪器包含了並聯的電感101、102和電容103、104。
在工作時，環形振盪器600產生一個環繞回路連續傳播的開關瞬態，因而產生振盪。為了得到穩定的振盪，有兩個條件必須要滿足，第一：整個回路總共的電壓增益至少要為1，這樣在沿回路傳播時振盪信號才能不衰減或者漸漸消失。第二：整個回路總共的相位移動需要為零或者概括地說為2π*M，這裏M可以為任意的整數，這樣在沿回路傳播一圈後振盪信號才能和自身同步，從而讓自身保持穩定。
當所有級的電路620都基本上相同時，為了滿足增益條件和相位條件，每一級電路620需要提供至少為1的增益和(π+2π*M)/N的相移，這裏N代表了振盪器的級數，而這個額外的π是因為如圖1A所示的最後一級和第一級電路之間的交叉連接。
在各級電路620中，輸入的電壓信號首先由作為相位調諧單元610的跨導單元轉換成一個電流信號，然後在輸出端由LC諧振腔110轉換回電壓信號。當相移單元601提供的相移分量為零時，依照相位條件，每級電路620的輸出信號的總相移都由LC諧振腔來提供，因此，振盪器會工作在能使得LC諧振腔的相移為(π+2π*M)/N的某個頻率，因為這裏的M有多種選擇，所以有可能存在不止一個能滿足相位條件的頻率。最後的結果是，整個振盪器會被調整，然後工作在LC諧振腔110的阻抗為最大時的那個頻率，從而來優化振盪器的增益條件。
依照圖1A所示的4級振盪器的實施例，在每一級電路620中，因為在跨導510之前施加了一個額外的相移φ，每一級電路的相位條件就相對應地變為φ+θ=π/4+(π/2)*M。通過改變φ的值，由LC諧振腔110提供的相移θ的值就會被相應地改變，因而改變振盪頻率。該4級振盪器的信號相位如圖1B所示，當φ=-π/4時，LC諧振腔110不需要提供任何的相移使振盪器600工作在LC諧振腔的峰值頻率；另一方面，如果φ被減少到-π/2，振盪器的工作頻率也會被相應地減少到ωosc2，這也是單調頻率調諧範圍的邊界條件。
圖2A至圖2D描述具有圖1A中所示之可調相移的跨導單元各種具體實施例。具體地講，圖2A和2B詳細地展示了通過在跨導510之前配置可調電容701、702，和/或可調電阻703、704，來調諧相位延遲的實施例。
因為由無源元件造成的損耗會影響整個振盪器的增益條件，額外的有源元件(例如電晶體705、706)可以和可變電容與電阻配合起來使用，形成一作為相位調諧模組710的增益級電路，如圖2C所示。注意，在這個實施例中，可調電阻703和704會對振盪器貢獻雜訊，而且由RC濾波器提供的相移是負的。
在如圖2D所示的實施例，圖2C中的可調電阻可用可調電感707和708來替代，來使振盪器600工作在主LC諧振腔110的峰值頻率的周圍。另外，降低品質因數(de-Q)的電阻721和722可以並聯加入到諧振腔中。
圖3A提供了跨導單元的另一種實施例。在這個方案中，一個由固定相移模組830所提供的固定的相移β，被用來引入一個由跨導電晶體804和805產生的經過延遲的電流i1。如圖3A與圖3B所示，通過將經過延遲的電流i1與由跨導電晶體801和802所產生的沒有經過延遲的電流i0的合併，總電流it的延遲可以通過調諧直流電流l0和l1來控制，其中l0和l1被用來分別給電晶體對804和805，以及801和802施加偏壓。如圖3B所示，電流i0、i1和it都是輸出電流的向量表達，每一個電流可以通過幅度和相位來決定。在圖3B中，這些電流都用他們的向量表達來描述，其中，這些電流之間相對的相移可以通過相對應的向量之間夾角來決定。如圖3B所示，通過LC諧振腔的總電流it是所述被相移了的電流輸出i1和未被相移的電流輸出i0的向量合成。輸出電流it的相位可以通過調節電流i0和/或i1的幅度來調諧。因此，這可以通過改變電流源803和/或806的大小來完成。舉例來說，對於一個4級的調相調頻振盪器，為了得到最大單調的頻率調諧範圍，LC諧振腔的相移θ應該在-π/4和π/4之間任意可調，因此相移φ在0和-π/2之間須任意可調。結果，在跨導單元800中固定的相移β需要被大約設置為-π/2。因為跨導單元800不需要任何可調的無源元件，這種方案可以降低AM-to-PM的雜訊轉變，提供更好的相位雜訊性能，並且頻率調諧的範圍不受供電電壓的限制。
固定相移模組830有著和圖2C和2D中的相位調諧模組710和720相類似的結構。圖4A展示了固定相移模組830的一種實施例，其中，輸入電壓被施加到跨導電晶體905和906上，然後被轉換成電流信號，後者通過流入由固定電阻901和902以及固定電容903和904組成的差分RC濾波器。依照這種實施例，在單元800中這個施加到輸入信號中的初始的固定相移β實際上是一個相位延遲，其由RC濾波器的元件參數決定。
圖4B展示了固定相移模組830的另一種實施例，其中，900a中的RC濾波器被替換成含有固定電感911和912、固定電容903和904、以及降低品質因數的電阻913和914的一個LC諧振腔。這個LC諧振腔要使得調相調頻振盪器總是工作在主LC諧振腔的峰值頻率附近。依照這種實施例，這個由電路900b提供的固定相移β可以是正或是負，其由電感911、912和電容903、904的LC乘積是小於或者是大於圖1A中所示的101、102和103、104的LC乘積來決定。在實施例900a和900b中，尾部電流源907和917都是可調諧的，這樣可以使得800中經過延遲的電流i1的幅度更加可控，從而有助於此調相調頻振盪器的相位內插。
圖5A描述了具備同步和正交相位(I＆Q)的多相位輸出振盪器(PT Q-VCO)的另一種實施例，差分的調相單元1010a或1010b將輸入的電壓信號轉換成一個具有可控相移的電流信號，然後後者被注入到LC諧振腔110中去。包括調相單元和LC諧振腔的各級電路被連接成一個環形結構，其中包含了一個交叉連接1012。依照此兩級振盪器的實施例，每一級電路須提供一個π/2+π*M的相移。為了讓振盪器能對稱地工作在LC諧振腔110的峰值頻率的左右，並且有一個90度調諧範圍，LC諧振腔的相移θ在-π/4和π/4之間須任意可調，因此由調相單元1010a和1010b提供的相移φ需要在-π/4和-3π/4之間任意可調。
在圖5B中描述了調相單元1010a和1010b的實施例。依照這個方案，通過引入兩個固定的相移，比如β1=-π/4和β2=-π/2，總電流it的相移可以通過相位內插的方法從-π/4調諧到-3π/4。圖5C更進一步地描述了此相位內插的運算，其中，由電晶體1001和1002提供的電流i0，與電晶體1003和1004提供的電流i1合併在一起，來產生一個總電流it，其相移由β1、β2以及電流i0和i1的幅度來決定。
在此實施例中，固定相移β1和β2的值取決於調相調頻振盪器的級數，其中β2決定振盪器的相位調諧範圍，β1提供初始的相移量，以使得相位調諧的範圍能均勻地分佈在LC諧振腔110的峰值頻率兩旁。舉例來說，在此調相調頻正交壓控振盪器(Q-VCO)中，β2被設置為接近-π/2，其可以通過一個二階的LC諧振腔來實現，β1被設置為-π/4，因而電流it的相移可以從-π/4調節到-π3/4，一個90度的調諧範圍可以對稱地分佈在-π/2周圍。所以此調相調頻Q-VCO可以在具有最佳LC諧振腔品質因數的區域中工作。固定相移β1和β2的電路實現可以基本上和圖4A和4B中所描述的實現方式類似。
圖6展示了用0.13微米CMOS技術製成的圖1A所示的4級振盪器(half-Q-VCO)和圖5A所示的2級振盪器(Q-VCO)之晶片影像，其中電路800和900b被集成到了振盪器電路中。在圖6中，HQ-VCO和Q-VCO分別佔用了0.36mm2和0.20mm2面積的晶片。當差分控制的偏壓電流從-0.9mA調節到0.9mA時，HQ-VCO可以連續地從48.6GHz調諧到52GHz，同時從0.8V的電源電壓中總計消耗32mW到48mW的功率。Q-VCO可以連續地從56GHz調諧到61.3GHz，同時從0.8V的電源電壓中總計消耗了30mW到37mW的功率。在3MHz偏移頻率時，HQ-VCO和Q-VCO的相位雜訊分別從-110.2dBc/Hz變化到-116.3dBc/Hz，從-104.8dBc/Hz變化到-110.1dBc/Hz。對於如圖6所示的兩個VCO電路，最低的相位雜訊都是在VCO工作在中心頻率時測量到的，此時諧振腔的品質因數是最大的。用測量到的在10MHz偏移頻率的-127.8dBc/Hz和-118.5dBc/Hz的相位雜訊來計算，所述的調相調頻的4級振盪器和2級振盪器分別在50GHz和60GHz的頻率上取得了-186.4dB和-180.5dB的品質因數(FoM)。
圖7展示了依照另外一個實施例的調相調頻LC振盪器1200。振盪器1200包含了連接成環形的從1210a到1210n的多級電路，其中每一級電路都有一對差分輸入端和一對差分輸出端。在環形中一級的輸出端連接到下一級的輸入端。從最後一級1210n的輸出端到第一級1210a的輸入端的連接被交叉，然而，其他的連接都是直的。從1210a到1210n的每一級都有一個相位調諧單元(1201a到1201n)，其在輸入和輸出信號之間施加一個可控的相移。每一級電路進一步地包含了一個可以響應於經過相移的輸入信號來產生相應的輸出信號的跨導單元(1202a到1202n)，以及一個將所注入的電流轉換成輸出電壓信號的LC諧振腔(1203a到1203n)。概括地說，在每個LC諧振腔的輸出節點處產生了兩個輸出信號，輸出信號的相位以每級360*1/2N度地從0度遞增到360(2N-1)/2N度，其中N代表了振盪器的級數。因為每一級所提供的相移是固定的，並且在實際應用中基本上等於180/N度，因此，通過調相單元來改變施加的相移，可以改變每一個LC諧振腔的相移，因而相應地改變整個環形振盪器的工作頻率。
圖8提供了應用調相調頻技術的LC振盪器的另一種實施例。和振盪器1200類似，振盪器1300還包含了環狀連接的多級電路，其中最後一級與第一級之間的連接被交叉。依照此實施例，每一級電路(例如，1310a)有多個相移單元(例如，1301a1至1301aN)，每個單元在輸入信號與輸出信號之間提供了一個固定的相移。每一級還包含了多個具有可調諧跨導的跨導單元(例如，1302a1至1302aN)，以及一個LC諧振腔，該LC諧振腔將來自跨導單元的輸出電流合併然後生成這級電路的輸出電壓。在每級電路中，具有不同的累積相移的輸入電壓被載入到不同的跨導單元上。通過控制每個跨導單元(例如，1302a1~1302aN)的跨導，然後合併所有注入到LC諧振腔的電流，可以控制輸出總電流的相位，因而可以調諧振盪器的工作頻率。
在此所有被引用的參考文獻(包括出版物、專利申請以及專利)以引文方式併入此文，如同每一個參考文獻都以引文方式被單獨和專門地指出併入並且在此被完整地陳述一樣。
在本發明的描述中(特別是在以下的申請專利範圍的敍述中)，除非在文中被明確地指出或明顯與上下文的意思相違背，所有辭彙“一”、“一個”、“此”、“這個”以及類似的字眼都指的是同時包含了單個和多個。除非被特別地說明，文中所有的辭彙“由構成”、“包含”、“包括”、“有”“擁有”和“具有”應當解釋為開放式術語(也就是說其代表的是“包括，但不限於”的意思)。除非被明確地指出，文中數值範圍的描述僅僅是為了作為一種簡便的方法，來單獨提出範圍之內的各個數值，並且每一個單獨的數值都可以併入說明書中，如同在此單獨陳述一樣。除非被明確地指出或明顯與上下文的意思相違背，文中所描述的所有方法或方案都可以按照其他任何恰當的順序來描述。除非被明確地要求，在此任意和所有的舉例，或者是舉例所運用的辭彙(像“比如說”)，僅僅是為了更好地闡明本發明，而不是為了對這項發明的範圍進行任何的限制。在此文的具體說明中，沒有任何的辭彙可以理解成對實現發明必不可少的任何未要求的元素。
在此，描述了本發明較佳之實施例，其中包括發明者所知道的實現本發明的最佳方案。在閱讀以上描述之後，對於所述領域的技術人員，這些較佳實施例的各種變型將變得顯然。發明者希望所述領域的技術人員可以適當地使用這些變型，並且發明者想要本發明在實際應用中實現而不局限於文中的描述。相應地，正如適用的法律所允許的那樣，本發明包括在以下附加的申請專利範圍中陳述主題的所有變型和實質等效的內容。此外，除非被明確地指出或明顯與上下文的意思相違背，在所有可能的變化之中的，以上所描述的基本要素的各種組合都在本發明的範圍之內。
101、102．．．電感
103、104．．．電容
110．．．LC諧振腔
510．．．跨導
600．．．多相位輸出LC振盪器
601．．．相移單元
610．．．相位調諧單元
620．．．每一級電路
700a．．．作為可調相移的跨導單元的相位調諧單元
700b．．．作為可調相移的跨導單元的相位調諧單元
700c．．．包含可調相移的跨導單元的一級電路
700d．．．包含可調相移的跨導單元的一級電路
701、702．．．可調電容
703、704．．．可調電阻
705、706．．．電晶體
707、708．．．可調電感
710、720．．．相位調諧模組
721、722．．．降低品質因數的電阻
800．．．跨導單元
801、802．．．跨導電晶體
803、806．．．電流源
804、805．．．跨導電晶體
830．．．固定相移模組
900a．．．固定相移電路
900b．．．固定相移電路
901、902．．．固定電阻
903、904．．．固定電容
905、906．．．跨導電晶體
907、917．．．尾部電流源
911、912．．．固定電感
913、914．．．降低品質因數的電阻
1000a．．．4相位輸出LC振盪電路
1000b．．．具有可調相移的跨導電路
1001、1002．．．電晶體
1003、1004．．．電晶體
1005．．．電流源
1006．．．電流源
1010a、1010b．．．PT單元
1012．．．交叉連接
1020．．．相移β1
1030．．．相移β2
1200．．．調相調頻LC振盪器
1201a、1201n．．．相位調諧單元
1202a、1202n．．．跨導單元
1203a、1203n．．．LC諧振腔
1210a、1210n．．．多級電路
1300．．．調相調頻LC振盪器
1301a1、1301aN．．．相移單元
1302a1、1302aN．．．具有可調諧跨導的跨導單元
圖1A係為一個依照本發明的示例性實施例之8相位輸出LC振盪器的電路圖。
圖1B係為圖1A中所描述的LC振盪器中的LC諧振腔的頻率響應。
圖2A、2B、2C和2D係為本發明所運用的具有可調相移的跨導電路之各種實現方法。
圖3A係為利用相位內插來產生可變相移的跨導電路的另一種實現方法。
圖3B係為圖3A中所描述的注入到LC諧振腔中電流的向量圖。
圖4A和4B分別描述了本發明所運用的具有固定相移的增益級之實現方法。
圖5A係為另一個依照本發明的示例性實施例的4相位輸出LC振盪器電路圖。
圖5B係為一個依照圖5A實現方法的具有可調相移之跨導電路圖。
圖5C闡釋了注入到圖5B中所描述的LC諧振腔中電流的向量圖。
圖6分別展示了具備50GHz、8相位輸出的和60GHz、4相位輸出的兩個調相調頻LC振盪器原型的晶片圖像。
圖7係為一個依照本發明另一個實施例的多相位LC振盪器電路圖。
圖8係為一個依照本發明再一個實施例的多相位LC振盪器電路圖。
圖9係依照本發明各種實施例調節多相位輸出環形振盪器頻率的方法的流程圖。

Claims (15)

  1. 一種用於調諧多相位輸出LC振盪器頻率的方法，該多相位輸出LC振盪器包括有串連成環狀結構的多級電路，且每一級電路從前一級電路的輸出信號中產生這一級電路的輸出信號，這種方法包括：給這一級電路的輸入信號的至少一部分施加一個相移；利用這一級電路的輸入信號中的被相移了的部分和未被相移的部分分別產生第一輸出信號和第二輸出信號；把第一輸出信號和第二輸出信號結合起來形成這一級的輸出信號；並且通過改變第一輸出信號和第二輸出信號中的至少一個來調節這一級電路的輸出信號的相位以調諧該振盪器的振盪頻率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，相移是通過一個相位延遲電路來施加的。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，所述相位延遲電路至少包含了串聯連接的一個電阻器和一個電容器，並且所述電阻器和所述電容器中的至少一個是可調諧的，以便給這一級電路的輸入信號中施加所述相移。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，通過改變第一輸出信號和第二輸出信號的幅度和相位中的至少一個，來調諧這一級電路的輸出信號的相位。
  5. 一種用於調諧多相位輸出LC振盪器的頻率的方法，其中，該多相位輸出LC振盪器包括有串連成環狀結構的多級電路，並且每一級電路從前一級電路的輸出信號中產生這 一級電路的輸出信號，這種方法包括：給這一級電路的輸入信號的至少一部分中施加至少一個相移；把多個輸出信號結合起來形成這一級電路的輸出信號，其中所述多個輸出信號包括從被施加了至少一個相移的這一級電路的輸入信號的至少一部分生成的至少一個輸出信號；並且通過改變所述多個輸出信號中的至少一個來調節這一級電路的輸出信號的相位以調諧該振盪器的振盪頻率；其中這一級電路的輸出信號是所述多個輸出信號的向量合成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其進一步包括通過改變至少施加給這一級電路輸入信號中的相移，來調諧這一級電路輸出信號的相移。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其進一步包括通過改變所述多個輸出信號的幅度中的至少一個，來調諧這一級電路輸出信號的相移。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中所述多個輸出信號中的每一個都通過各自的由一個可變電流源進行偏置的一對差分電晶體來產生，該方法進一步包括通過調整各自的可變電流源的大小來調諧多個輸出信號幅度中的至少一個。
  9. 一種可調諧的多相位輸出環形振盪器，其包括串連成環狀結構的多級電路，每一級電路從前一級電路的輸出信號中產生這一級電路的輸出信號，其中該可調諧的多相位輸出 環形振盪器的每一級包括：多個跨導單元，每一個跨導單元都從這一級電路的輸入信號的至少一部分產生一個輸出信號；至少一個相移模組，其用來給這一級電路的輸入信號的至少一部分中施加至少一個相移；一個振盪器單元，其用來從這一級的多個跨導單元產生的多個輸出信號的結合中產生這一級電路的輸出信號；以及用來改變所述多個輸出信號中的至少一個以調諧這一級電路輸出信號的相位以調諧該環形振盪器的振盪頻率的裝置；其中，這一級電路的輸出信號是所述多個輸出信號的向量合成。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之振盪器，其中，用來改變所述多個輸出信號中的至少一個以調諧這一級電路的輸出信號的相位的裝置包括用於改變所述至少一個相移模組所施加的至少一個相移的裝置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之振盪器，其中用於改變至少一個相移的裝置包括可調電阻器、可調電容器和可調電感器中的至少一個。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之振盪器，其中，用於改變所述多個輸出信號中的至少一個以調諧這一級電路的輸出信號的相位的裝置包括用於改變所述多個輸出信號幅度中的至少一個的裝置。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之振盪器，其中，每一個跨導單元包括由一個電流源進行偏置的一對差分電晶 體，並且所述電流源中的至少一個是可變的。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之振盪器，其中，用於改變所述多個輸出信號幅度中的至少一個的裝置包括這至少一個可變電流源。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之振盪器，其中，所述振盪器單元包括並聯連接的至少一個電感器和至少一個電容器。
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