TWI824523B - 單線圈多核電感電容振蕩器 - Google Patents

單線圈多核電感電容振蕩器 Download PDF

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Abstract

提供了一種單線圈多核電感電容(LC)振盪器。單線圈多核LC振盪器包括主線圈和至少一個模式抑制裝置。主線圈包括外導線和中心導線，其中，外導線耦接到第一核心電路和第二核心電路，以及，中心導線耦接在外導線的第一節點和第二節點之間。更具體地，由外導線形成的外環對應於單線圈多核LC振盪器的第一模式，以及，由外導線和中心導線形成的內環對應於單線圈多核LC振盪器的第二模式。其中，至少一個模式抑制裝置被配置為抑制第一模式和第二模式中的一者。

Description

單線圈多核電感電容振蕩器
本發明通常涉及電感電容(inductor-capacitor，LC)振盪器，以及更具體地，涉及一種單線圈多核(one-coil multi-core)LC振盪器。
對於LC振盪器，需要降低LC振盪器內部電感的等效電感，以減少LC振盪器的相位雜訊。通常，通過縮小電感器的尺寸來直接減小電感器的電感會導致電感器的品質因數劣化(quality factor degradation)/下降/降低。因此，很難通過縮小電感器的尺寸來減少相位雜訊。相關技術提供了一些不縮小電感器尺寸的方法來降低等效電感。然而，也有一些缺點。例如，如果需要降低3分貝(decibel，dB)的相位雜訊，則相關技術提出的架構的整體電路面積需要翻倍。
因此，需要針對LC振盪器提供一種新穎架構和相關的模式控制方法，以不會引入任何副作用或不太可能引入副作用的方式改善相位雜訊降低。
本發明的目的之一在於提供一種單線圈多核電感電容(LC)振盪器，其能夠在不大幅增加額外成本(例如電路面積)的情況下提高/改善(provide)相位噪聲降低(即能夠減少LC振蕩器的相位雜訊)。
第一方面，本發明提供一種單線圈多核電感電容(LC)振盪器，其中，該單線圈多核LC振盪器包括主線圈和至少一個模式抑制裝置，該主線圈包括：外導線，耦接該單線圈多核LC振盪器的第一核心電路和第二核心電路；以 及中心導線，耦接在該外導線的第一節點和第二節點之間；其中，該外導線形成的外環對應該單線圈多核LC振盪器的第一模式，而該外導線和該中心導線形成的內環對應該單線圈多核LC振盪器的第二模式；其中，該至少一個模式抑制裝置用於抑制該第一模式和該第二模式中的一者。
在一些實施例中，該至少一個模式抑制裝置包括：多個諧振電容器，用於耦接到該中心導線來抑制該第二模式，以使得該單線圈多核LC振盪器操作在該第一模式。
在一些實施例中，該多個諧振電容器中的每一個是可切換式電容器電路，其提供可切換的電容。
在一些實施例中，該至少一個模式抑制裝置包括：雙絞線圈，用於形成閉環來抑制該第二模式，以使得該單線圈多核LC振盪器操作在該第一模式，其中，該雙絞線圈被放置為與該主線圈同心。
在一些實施例中，該至少一個模式抑制裝置還包括：至少一個電容器，與該雙絞線圈串聯。
在一些實施例中，該至少一個電容器中的每一個是可切換式電容器電路，其提供可切換的電容。
在一些實施例中，該至少一個模式抑制裝置包括：互感線圈，用於形成閉環來抑制該第一模式，以使得該單線圈多核LC振盪器操作在該第二模式；其中，該互感線圈被放置為與該主線圈同心。
在一些實施例中，該互感線圈包括第一互感線圈和第二互感線圈，以及，該第一互感線圈和該第二互感線圈中的每一個被放置為與該主線圈同心。
在一些實施例中，該至少一個模式抑制裝置還包括：至少一個電容器，與該互感線圈串聯。
在一些實施例中，該至少一個電容器中的每一個是可切換式電容器 電路，其提供可切換的電容。
在一些實施例中，該外導線的第一段耦接在該第一核心電路和該第二核心電路之間，該外導線的第二段耦接在該第二核心電路和第三核心電路之間，該外導線的第三段耦接在該第三核心電路和第四核心電路之間，以及，該外導線的第四段耦接在該第四核心電路和該第一核心電路之間，其中，該外導線的第一段包括該第一節點，該外導線的第二段包括該第二節點，該外導線的第三段包括第三節點，該外導線的第四段包括第四節點；以及，該中心導線的第一段耦接在該外導線的第一節點和該中心導線的中心節點之間，該中心導線的第二段耦接在該外導線的該第二節點和該中心導線的該中心節點之間，該中心導線的第三段耦接在該外導線的該第三節點和該中心導線的該中心節點之間，以及，該中心導線的第四段耦接在該外導線的該第四節點和該中心導線的該中心節點之間。
在一些實施例中，該至少一個模式抑制裝置包括第一諧振電容器、第二諧振電容器、第三諧振電容器和第四諧振電容器，以及，該第一諧振電容器、該第二諧振電容器、該第三諧振電容器和該第四諧振電容器用於分別耦接至該中心導線的該第一段、該第二段、該第三段和該第四段來抑制該第二模式，以使得該單線圈多核LC振盪器操作在該第一模式。
在一些實施例中，該至少一個模式抑制裝置包括：互感線圈，用於抑制該第一模式，以使得該單線圈多核LC振盪器操作在該第二模式；其中，該互感線圈的第一段、該互感線圈的第二段、該互感線圈的第三段和該互感線圈的第四段的整體被放置為與該主線圈同心。
在一些實施例中，當該單線圈多核LC振盪器被設置為操作在該第二模式時，該互感線圈的該第一段的第一端口耦接到該互感線圈的該第四段的第二端口，該互感線圈的該第二段的第一端口耦接到該互感線圈的該第一段的第 二端口，該互感線圈的該第三段的第一端口耦接到該互感線圈的該第二段的第二端口，該互感線圈的該第四段的第一端口耦接到該互感線圈的該第三段的第二端口，該互感線圈的該第二段的第三端口耦接到該互感線圈的該第四段的第三端口，以及，該互感線圈的該第一段的第三端口耦接到該互感線圈的該第三段的第三端口。
在一些實施例中，該單線圈多核LC振蕩器位於多線圈多核LC振盪器中，以及，該多線圈多核LC振盪器包括：第一單線圈多核LC振盪器；第二單線圈多核LC振盪器；以及，開關電路，耦接在該第一單線圈多核LC振盪器和該第二單線圈多核LC振盪器之間，用於控制是否將該第一單線圈多核LC振盪器和該第二單線圈多核LC振盪器並聯；其中，該第一單線圈多核LC振盪器和該第二單線圈多核LC振盪器中的任意一個包括該單線圈多核LC振盪器。
第二方面，本發明提供了一種單線圈多核電感電容(LC)振盪器，其中，該單線圈多核LC振蕩器包括主線圈，該主線圈包括：外導線，耦接該單線圈多核LC振盪器的第一核心電路和第二核心電路；以及，中心導線，耦接在該外導線的第一節點和第二節點之間，其中，該中心導線包括至少一個彎曲段。
在一些實施例中，該至少一個彎曲段包括絞合導線，該絞合導線的第一段從該外導線的該第一節點以逆時針方向佈線到該絞合導線的中間段，以及，該絞合導線的第二段從該絞合導線的該中間段以順時針方向佈線到該外導線的該第二節點。
在一些實施例中，該至少一個彎曲段包括串聯連接的一個或多個環形導線。
在一些實施例中，該至少一個彎曲段包括蛇形導線。
第三方面，本發明提供一種單線圈多核電感電容(LC)振盪器，其中，該單線圈多核LC振蕩器包括主線圈，該主線圈包括：外導線，耦接該單線圈多 核LC振盪器的第一核心電路和第二核心電路；以及中心導線，耦接在該外導線的第一節點和第二節點之間；其中，該外導線的第一段耦接在該第一核心電路的第一端和該第二核心電路的第一端之間，該外導線的第二段耦接在該第一核心電路的第二端和該第二核心電路的第二端之間，以及，該外導線的該第一段和該第二段的電阻大於該中心導線的電阻。
第四方面，本發明提供一種單線圈多核電感電容(LC)振盪器，其中，該單線圈多核LC振蕩器包括主線圈，該主線圈包括外導線和中心導線，該外導線包括：第一子線圈，耦接在第一核心電路的第一端和第二核心電路的第一端之間；以及，第二子線圈，耦接在該第一核心電路的第二端和該第二核心電路的第二端之間；其中，該第一子線圈與第二子線圈同心；其中，該中心導線耦接在該外導線的第一節點和第二節點之間。
本發明內容是通過示例的方式提供的，並非旨在限定本發明。在下面的詳細描述中描述其它實施例和優點。本發明由申請專利範圍限定。
100A,100B,100C,100D,100E:單線圈多核電感電容(LC)振蕩器
W11,W12:外導線
W2:中心導線
CR1,CR2,CR3,CR4:諧振電容器
SHB1,SHB2,SHB3,SHB4,SLB1,SLB2,SLB3,SLB4,SLB5,SLB6:開關
N1,N2:節點
C1,C2,C3,C4:槽電容器
Gm1,Gm2,Gm3,Gm4:轉導裝置
M1,M2,M3,M4,M5,M6:金屬層
W21:絞合導線的第一段
W2C:絞合導線的中間段
W22:絞合導線的第二段
WR1,WR2:環形導線
WS:蛇形導線
WT11,WT12,WT13,WT14,WT15:第一子線圈的片段
WT21,WT22,WT23,WT24,WT25:第二子線圈的片段
CM1,CM2,CM3,CM4:互感電容器
10,70:單線圈雙核LC振盪器
S110,S120:步驟
LD:中心電感器
L11,L12,L21,L22,LD1,LD2:電感器
LHB1:第一單線圈單核LC振盪器的電感
LHB2:第二單線圈單核LC振盪器的電感
80,90:單線圈四核LC振盪器
WT31,WT32,WT33,WT34:外導線的片段
W41,W42,W43,W44:中心導線的片段
WT51,WT52,WT53,WT54:互感線圈的片段
NS1,NS2,NS3,NS4:端口
91,92:單線圈雙核LC振盪器
90SW:開關電路
附圖(其中，相同的數字表示相同的組件)示出了本發明實施例。包括的附圖用以提供對本公開實施例的進一步理解，以及，附圖被併入並構成本公開實施例的一部分。附圖示出了本公開實施例的實施方式，並且與說明書一起用於解釋本公開實施例的原理。可以理解的是，附圖不一定按比例繪製，因為可以示出一些部件與實際實施中的尺寸不成比例以清楚地說明本公開實施例的概念。
第1A圖是根據本發明一實施例示出的單線圈多核(one-coil multi-core)電感電容(LC)振盪器的示意圖。
第1B圖是根據本發明一實施例示出的單線圈多核LC振盪器的示意圖。
第1C圖是根據本發明一實施例示出的單線圈多核LC振盪器的示意圖。
第1D圖是根據本發明一實施例示出的單線圈多核LC振盪器的示意圖。
第1E圖是根據本發明一實施例示出的單線圈多核LC振盪器的示意圖。
第2A圖是根據本發明一實施例示出的具有諧振電容器(resonance capacitor)的單線圈多核LC振盪器的示意圖。
第2B圖是根據本發明實施例示出的具有雙絞線圈(twisted mutual coil)的單線圈多核LC振盪器的示意圖。
第2C圖是根據本發明實施例示出的具有雙絞線圈和互感電容器(twisted mutual coil and mutual capacitors)的單線圈多核LC振盪器的示意圖。
第3A圖是根據本發明實施例示出的具有互感線圈(mutual coil)的單線圈多核LC振盪器的示意圖。
第3B圖是根據本發明實施例示出的具有多個互感線圈的單線圈多核LC振盪器的示意圖。
第3C圖是根據本發明實施例示出的具有互感線圈和互感電容器的單線圈多核LC振盪器的示意圖。
第4圖是根據本發明實施例示出的單線圈雙核LC振盪器的示意圖。
第5圖是根據本發明實施例示出的用於控制多核LC振盪器的操作模式的方法的流程示意圖。
第6A圖是根據本發明實施例示出的第4圖所示的單線圈雙核LC振盪器被設置為操作在高頻帶模式下的操作模式的示意圖。
第6B圖是根據本發明實施例示出的第4圖所示的單線圈雙核LC振盪器被設置為操作在高頻帶模式下的禁止模式的示意圖。
第6C圖是根據本發明實施例示出的第4圖所示的單線圈雙核LC振盪器被設 置為操作在高頻帶模式下的等效電路的示意圖。
第7A圖是根據本發明實施例示出的第4圖所示的單線圈雙核LC振盪器被設置為操作在低頻帶模式下的操作模式的示意圖。
第7B圖是根據本發明實施例示出的第4圖所示的單線圈雙核LC振盪器被設置為操作在低頻帶模式下的禁止模式的示意圖。
第7C圖是根據本發明實施例示出的第4圖所示的單線圈雙核LC振盪器被設置為操作在低頻帶模式下的等效電路的示意圖。
第8圖是根據本發明實施例示出的單線圈雙核LC振盪器的示意圖。
第9圖是根據本發明實施例示出的單線圈四核LC振盪器的示意圖。
第10圖是根據本發明實施例示出的單線圈四核LC振盪器的示意圖。
第11圖是根據本發明實施例示出的雙線圈四核LC振盪器90的示意圖。
在下面的詳細描述中，為了說明的目的，闡述了許多具體細節，以便所屬技術領域中具有通常知識者能夠更透徹地理解本發明實施例。然而，顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下實施一個或複數個實施例，不同的實施例或不同實施例中披露的不同特徵可根據需求相結合，而並不應當僅限於附圖所列舉的實施例。
以下描述為本發明實施的較佳實施例。以下實施例僅用來例舉闡釋本發明的技術特徵，並非用來限制本發明的範疇。在通篇說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的組件。所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的組件。本說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區別組件的方式，而係以組件在功能上的差異來作為區別的基準。本發明的範圍應當參考后附的申請專利範圍來確定。在以下 描述和申請專利範圍當中所提及的術語“包含”和“包括”為開放式用語，故應解釋成“包含，但不限定於...”的意思。此外，術語“耦接”意指間接或直接的電氣連接。因此，若文中描述一個裝置耦接至另一裝置，則代表該裝置可直接電氣連接於該另一裝置，或者透過其它裝置或連接手段間接地電氣連接至該另一裝置。文中所用術語“基本”或“大致”係指在可接受的範圍內，所屬技術領域中具有通常知識者能夠解決所要解決的技術問題，基本達到所要達到的技術效果。舉例而言，“大致等於”係指在不影響結果正確性時，所屬技術領域中具有通常知識者能夠接受的與“完全等於”有一定誤差的方式。
本發明的目的之一在於提供一種單線圈多核電感電容(LC)振盪器，其能夠在不大幅增加額外成本(例如電路面積)的情況下提高/改善(provide)相位噪聲降低(即能夠減少LC振蕩器的相位雜訊)。第1A圖是根據本發明一實施例示出的單線圈多核(one-coil multi-core)電感電容(inductor-capacitor，LC)振盪器100A的示意圖。如第1A圖所示，單線圈多核LC振盪器100A包括主線圈(main coil)，在第1A圖中，主線圈由金屬層M1示出。主線圈可以包括外導線(outer wire，諸如外導線W11和W12)以及中心導線(central wire)W2。外導線W11和W12耦接至第一核心電路(core circuit)和第二核心電路，在第1A圖的示例中，第一核心電路包括轉導裝置(亦可互換地稱為“轉導器件”)Gm1和槽電容器(tank capacitor，亦可互換地稱為“槽電容”)C1，第二核心電路包括轉導裝置Gm2和槽電容器C2。特別地，外導線的第一段(例如，外導線W11)耦接在第一核心電路的第一端(例如，第1A圖所示的轉導裝置Gm1的左端)和第二核心電路的第一端(例如，第1A圖所示的轉導裝置Gm2的左端)之間，以及，外導線的第二段(例如，外導線W12)耦接在第一核心電路的第二端(例如，第1A圖所示的轉導裝置Gm1的右端)和第二核心電路的第二端(例如，第1A圖所示的轉導裝置Gm2的右端)之間。中心導線W2耦接在 外導線W11的節點N1和外導線W12的節點N2之間。可以理解地，中心導線W2和外導線W11、W12在耦接處可以是重疊的，如第1A圖所示，也就是說，節點N1和節點N2也可以是中心導線W2上的節點。在本實施例中，外導線的第一段和第二段的電阻(例如，外導線W11和W12中每一個的電阻)可以大於中心導線W2的電阻(resistance，亦可互換地描述為“電阻值”或“阻值”)，以及，主線圈允許單線圈多核LC振盪器100A操作在第一模式(例如，對應於相對低等效電感的高頻帶模式)和第二模式(例如，對應於相對高等效電感的低頻帶模式)這兩者中。
在一些實施例中，外導線的第一段和第二段中每一個的電阻(例如，外導線W11和W12中每一個的電阻)不必大於中心導線W2的電阻。更具體地，中心導線W2可以包括至少一個彎曲段(bended segment，亦可互換地描述為“彎曲部分”)。本文將在第1B圖、第1C圖和第1D圖的實施例中描述至少一個彎曲段的不同架構。在第1B圖、第1C圖和第1D圖的實施例中，外導線、第一核心電路和第二核心電路的實現與第1A圖的實施例類似。因此，為簡潔起見不再贅述。
需要說明的是，轉導裝置Gm1可以與轉導裝置Gm2相同，以及，槽電容器C1可以與槽電容器C2相同。此外，槽電容器C1和C2被配置為(或者可將“被配置為”或者描述為“用於”)控制單線圈多核LC振盪器100A的振盪頻率。更具體地，振盪頻率是由槽電容器C1和C2中每一個的電容(capacitance，或可互換地描述為“電容值”)和單線圈多核LC振盪器100A的等效電感(equivalent inductance)決定/確定的。第一核心電路(例如，其中的轉導裝置Gm1和槽電容器C1)和第二核心電路(例如，其中的轉導裝置Gm2和槽電容器C2)的詳細實現為本領域技術人員所熟知的，因此，為簡潔起見在此省略其相關描述。
第1B圖是根據本發明實施例示出的單線圈多核LC振盪器100B的示意圖。在第1B圖的實施例中，至少一個彎曲段可以包括具有第一段W21、中間 段W2C和第二段W22的絞合導線(twisted wire)。具體地，該絞合導線的第一段W21是從外導線W11的節點N1沿逆時針方向佈線到該絞合導線的中間段W2C的，該絞合導線的第二段W22是從該絞合導線的中間段W2C沿順時針方向佈線到外導線W12的節點N2的，其中，中間段W2C可以被實現在金屬層M3上。具體而言，第一段W21的第一端耦接至節點N1，中間段W2C的第一端耦接至第一段W21的第二端，第二段W22的第一端耦接至中間段W2C的第二端，以及，第二段W22的第二端耦接節點N2。與第1A圖的實施例所示的中心導線W2相比，第1B圖所示的中心導線(例如，以第一段W21、中間段W2C和第二段W22為整體的中心導線)的長度是增大的(increased)，因此，與第1A圖所示的中心導線W2相比，第1B圖所示的中心導線的等效電感是增大的。
第1C圖是根據本發明實施例示出的單線圈多核LC振盪器100C的示意圖。在第1C圖的實施例中，至少一個彎曲段可以包括串聯連接的一個或多個環形導線(ringed wires)，例如，串聯連接的環形導線WR1和WR2。環形導線WR1和WR2中的每一個可視為兩個並聯的電感器，因此，與第1A圖的實施例中所示的中心導線W2相比，第1C圖所示的包括環形導線WR1和WR2的中心導線的等效電感是減小的(reduced)。
第1D圖是根據本發明實施例示出的單線圈多核LC振盪器100D的示意圖。在第1D圖的實施例中，至少一個彎曲段包括蛇形(例如，S蛇形)導線WS。如第1D圖所示，第1D圖所示的中心導線(例如，S蛇形導線WS)的長度相較於第1A圖中所示的中心導線W2是增大的，因此，第1D圖所示的中心導線的等效電感與第1A圖中所示的中心導線的等效電感相比是增大的。
在一些實施例中，單線圈多核LC振盪器100E的外導線可以是利用第1E圖所示的多匝(multi-turn)架構來實現的，其中，第1E圖是根據本發明一實施例示出的單線圈多核LC振盪器100E的示意圖。如第1E圖所示，單線圈多核LC 振盪器100E的外導線包括第一子線圈(sub-coil)和第二子線圈。第一子線圈耦接在第一核心電路(例如，其中的轉導裝置Gm1)的第一端和第二核心電路(例如，其中的轉導裝置Gm2)的第一端之間。例如，第一子線圈可以包括片段(亦可互換地稱為“段”或“分段”)WT11、WT12、WT13、WT14和WT15，其中，片段WT11的第一端耦接到第一核心電路的第一端，片段WT12的第一端耦接至片段WT11的第二端，片段WT13的第一端耦接到片段WT12的第二端，片段WT14的第一端耦接到片段WT13的第二端，片段WT15的第一端耦接到片段WT14的第二端，以及，片段WT15的第二端耦接至第二核心電路的第一端。第二子線圈耦接在第一核心電路(例如，其中的轉導裝置Gm1)的第二端與第二核心電路(例如，其中的轉導裝置Gm2)的第二端之間。例如，第二子線圈可以包括片段(亦可互換地稱為“段”或“分段”)WT21、WT22、WT23、WT24和WT25，其中，片段WT21的第一端耦接到第一核心電路的第二端，片段WT22的第一端耦接到片段WT21的第二端，片段WT23的第一端耦接到片段WT22的第二端，片段WT24的第一端耦接到片段WT23的第二端，片段WT25的第一端耦接至片段WT24的第二端，以及，片段WT25的第二端耦接至第二核心電路的第二端。此外，第一子線圈與第二子線圈被設置為是同心的(concentric)，與第1A圖的實施例相比，第1E圖的實施例能夠增大外導線的等效電感，而不會大大增加額外的面積。
在第1E圖的實施例中，中心導線可以是耦接在外導線的節點N1和N2之間的直導線(straight wire)，但本發明並不限於此。例如，在一些實施例中，可以在第1E圖所示的主線圈中採用第1B圖、第1C圖和第1D圖所示任意實施例的中心導線的替代設計。
在第1A圖至第1E圖的實施例中，使用兩個轉導裝置來驅動單線圈多核LC振盪器的LC負載(例如，每個核心電路一個轉導裝置)，但本發明並不限於此。在一些實施例中，單線圈多核LC振盪器100A至100E中的任何一個均可以 利用單個(single)轉導裝置來驅動整個(whole)LC負載；例如，可以省略轉導裝置Gm1和Gm2中的一者。當轉導裝置的數量減少時，整體功耗降低。
為了更好地理解，下面的實施例將基於第1A圖所示的架構進行描述。在一些實施例中，中心導線W2的寬度可以遠小於外導線W11和W12中每一個的寬度，這使得中心導線W2具有遠高於外導線W11和W12中每一個的阻抗，以及，主線圈上的電流傾向於防止通過中心導線W2在節點N1和N2之間流動。在一些實施例中，中心導線W2不限於具有遠高於外導線W11和W12中每一個的阻抗，以及，允許分別對應於相對高等效電感(relative high equivalent inductance)和相對低等效電感(relative low equivalent inductance)的多種行為或操作模式在主線圈上共存。例如，中心導線W2的阻抗(例如，電阻)可以接近(close)/大致等於外導線W11和W12中每一個的阻抗(例如，電阻)。在另一示例中，中心導線W2的阻抗(例如，電阻)可以小於外導線W11和W12中每一個的阻抗。
除主線圈、第一核心電路和第二核心電路之外，單線圈多核LC振盪器100A還可以包括至少一個模式抑制裝置(mode suppression device)。具體地，由外導線形成的外環(outer loop)可以對應於單線圈多核LC振盪器100A的第一模式(例如，對應於相對低等效電感的高頻帶模式)，以及，由外導線和中心導線形成的內環(inner loop)可以對應於單線圈多核LC振盪器100A的第二模式(例如，對應於相對高等效電感的低頻帶模式)。更具體地，至少一個模式抑制裝置可以被配置為抑制(suppress)/壓制第一模式和第二模式中的一個，從而增大第一模式和第二模式中的另一個的品質因數(quality factor)。在第2A圖、第2B圖和第2C圖的實施例中，至少一個模式抑制裝置可以被配置為抑制低頻帶模式(low band mode)，以增大高頻帶模式(high band mode)的品質因數。在第3A圖、第3B圖和第3C圖的實施例中，至少一個模式抑制裝置可以被配置為抑制高頻帶模式，以增大低頻帶模式的品質因數。
在第2A圖的實施例中，至少一個模式抑制裝置可以包括諧振電容器(resonance capacitor，亦可互換地稱為諧振電容器)CR1和CR2，以及，諧振電容器CR1和CR2被配置為在開關SHB1和SHB2接通(turned on)時耦接到中心導線以抑制低頻帶模式，從而使得單線圈多核LC振盪器100A以高頻帶模式操作(例如，增大高頻帶模式的品質因數)。在一些實施例中，諧振電容器CR1和CR2中的每一個可以是提供可切換電容(switchable capacitance)的可切換式電容器電路(switchable capacitor circuit)，以使得單線圈多核LC振盪器100A適用於寬頻帶(wide-band)應用。可以理解地，圖中的諧振電容器CR1和CR2雖然被簡單示出為電容符號，但實際上其可以是包括開關和電容器的裝置(或電路)，以及，通過切換該裝置中的開關可以改變該裝置的電容值。應該注意的是，在第2A圖所示的示例中，主線圈耦接諧振電容器CR1和CR2的位置(例如，節點)僅用於說明目的，並不意味著對本發明的限制。例如，諧振電容器CR1和CR2可以對稱地(symmetrically)耦接到中心導線W2上的任何節點/位置。應當說明的是，在第2A圖的示例中，中心導線W2和主線圈的W11、W12在耦接處是重疊的，故第2A圖中示出的節點N1和N2相當於就是位於中心導線W2上。
在第2B圖的實施例中，至少一個模式抑制裝置包括由金屬層M5和M6示出的雙絞線圈(twisted mutual coil)。雙絞線圈被配置為在開關SHB3和SHB4接通時形成閉環(close loop)來抑制低頻帶模式，以使得單線圈多核LC振盪器100A操作在高頻帶模式(例如，增大高頻帶模式的品質因數)。具體地，雙絞線圈被放置成與主線圈同心(其可以位於主線圈的上方、下方或附近)，也就是說，雙絞線圈的中心位置和主線圈的中心位置相同或大致相同。在本實施例中，開關SHB3和SHB4中的每一個在雙絞線圈的閉環上與金屬層M5串聯，但本發明不限於此。
此外，至少一個模式抑制裝置還可以包括至少一個電容器，例如， 第2C圖所示的互感電容器(mutual capacitor，亦可互換地稱為互感電容)CM1及CM2，其中，互感電容器CM1和CM2與雙絞線圈串聯。互感電容器CM1和CM2被配置為給針對特定頻率(例如，振盪頻率)的低頻帶模式引入最大損耗(maximum loss)。基於由互感電容器CM1和CM2引入的頻率選擇性，第2C圖的實施例與第2B圖的實施例相比能夠進一步提高高頻帶模式的品質因數。在一些實施例中，互感電容器CM1和CM2中的每一個可以是提供可切換電容的可切換式電容器電路，以使得由互感電容器CM1和CM2引入的頻率選擇性適用於寬頻帶應用。
在第3A圖的實施例中，至少一個模式抑制裝置可以包括由金屬層M2示出的互感線圈(mutual coil)，其中，互感線圈可以是沿著外導線W11和W12放置的(其可以在外導線的上方、下方或附近)。例如，互感線圈被放置成與主線圈同心(即，互感線圈與主線圈同心)。互感線圈可配置為形成抑制高頻帶模式的閉環，以使得單線圈多核LC振盪器100A操作在低頻帶模式(例如，增大低頻帶模式的品質因數)。
在第3B圖的實施例中，至少一個模式抑制裝置可以包括多個互感線圈，例如，由金屬層M2示出的第一互感線圈和由金屬層M4示出的第二互感線圈，其中，第一互感線圈和第二互感線圈中的每一個是沿著外導線W11和W12放置的(其可以位於外導線的上方、下方或附近)。特別地，第一互感線圈和第二互感線圈中的每一個可以是第3A圖中所示的互感線圈的示例。與使用如第3A圖所示的單個互感線圈相比，利用如第3B圖所示的多個互感線圈可以進一步增強對高頻帶模式的抑制，從而提高低頻帶模式的品質因數。
在第3C圖的實施例中，至少一個模式抑制裝置還可以包括至少一個電容器，例如，互感電容器CM3和CM4，其中，互感電容器CM3和CM4中的每一個都與第3C圖所示的互感線圈串聯。類似於第2C圖所示的互感電容器CM1和 CM2，互感電容器CM3和CM4引入了頻率選擇性，這使得高頻帶模式的損耗在特定頻率(例如，振盪頻率)處最大化。在一些實施例中，互感電容器CM3和CM4中的每一個可以是可切換式電容器電路(其能夠提供可切換的電容)，以使得互感電容器CM3和CM4引入的頻率選擇性適用於寬頻帶應用。
上述實施例中提到的至少一個模式抑制裝置的不同實現方式基於第1A圖的架構進行說明，但本發明並不限於此。至少一個模式抑制裝置的這些實施方式也可以應用於第1B圖、第1C圖、第1D圖和第1E圖中的任意架構。
需要說明的是，前述實施例中所提及的多種模式抑制裝置可因不同用途而包含在單線圈多核LC振盪器中。在一些實施例中，由第2A圖至第2C圖的實施例提供的兩個或更多個模式抑制裝置可以被包含在單線圈多核LC振盪器中，其與僅使用一個模式抑制裝置相比可以增強抑制低頻帶模式的能力，因此，高頻帶模式的品質因數能夠被進一步增大。在一些實施例中，由第3A圖至3C的實施例提供的兩個或更多個模式抑制裝置可以被包含在單線圈多核LC振盪器中，其與僅使用一個模式抑制裝置相比可以增強抑制高頻帶模式的能力，因此，低頻帶模式的品質因數能夠進一步增大。在一些實施例中，第2A圖至第2C圖的實施例提供的至少一種模式抑制裝置及第3A圖至第3C圖的實施例提供的至少一種模式抑制裝置可以被包括在模式抑制裝置中，以使得該單線圈多核LC振盪器能夠選擇性地操作在高頻帶模式和低頻帶模式中，從而具有寬的調諧範圍。
第4圖是根據本發明實施例示出的單線圈雙核LC振盪器10的示意圖，其中，單線圈雙核LC振盪器10可以是第2A圖和第3A圖的實施例的疊加示例。在本實施例中，諧振電容器CR1和CR2由第一組開關控制，第一組開關可以包括開關SHB1和SHB2，互感線圈由第二組開關控制，第二組開關包括開關SLB1和SLB2。如以上實施例所描述的，根據與主線圈的尺寸/維度(dimension)或阻抗相關的設計，分別對應較高/相對高(relative high)等效電感和較低/相對低 (relative low)等效電感的多種行為或操作模式可以在主線圈上共存。特別地，單線圈雙核LC振盪器10可以通過響應於單線圈雙核LC振盪器10被設置為以第一模式(例如，對應於諸如LHB的相對低等效電感的高頻帶模式)或第二模式(例如，對應於諸如LLB的相對高等效電感的低頻帶模式)操作的情況選擇性地啟用/使能(enable)諧振電容器CR1和CR2或互感線圈來抑制主線圈上不想要的行為或模式，以防止第一模式和第二模式的等效電感的品質因數因模式共存而劣化。
第5圖是根據本發明實施例示出的用於控制多核LC振盪器(例如，第4圖所示的單線圈雙核LC振盪器10)的操作模式的方法的操作流程的示意圖。需要說明的是，第5圖所示的操作流程僅用於說明目的，並不意味著對本發明的限制。在一些實施例中，可以在第5圖所示的操作流程中添加、刪除或修改一個或多個步驟。此外，如果可以獲得相同的結果，則這些步驟不必按照第5圖所示的確切順序執行。
在步驟S110中，多核LC振盪器(例如，單線圈雙核LC振盪器10)利用第一組開關(例如，開關SHB1和SHB2)來控制多個諧振電容器(例如，諧振電容器CR1和CR2)是否耦接到主線圈(例如，第4圖所示的金屬層M1所示的部分)。如第4圖所示，開關SHB1耦接在節點N1和諧振電容器CR1之間，以及，開關SHB2耦接在節點N2和諧振電容器CR2之間。
在步驟S120中，多核LC振盪器(例如，單線圈雙核LC振盪器10)可以利用第二組開關(例如，開關SLB1和SLB2)來控制是否產生互感線圈(例如，第4圖所示的金屬層M2所示的部分)的閉合迴路。如第4圖所示，開關SLB1和SLB2中的每一個分別與互感線圈閉環上的金屬層M2串聯。
具體地說，當單線圈雙核LC振盪器10被設置為操作在第一模式(例如，高頻帶模式)中時，第一組開關(例如，開關SHB1和SHB2)是接通的(turned on，亦可稱為開啟/導通)，以使諧振電容器CR1和CR2耦接到主線圈(例如，分 別耦接到節點N1和N2)，而第二組開關(例如，開關SLB1和SLB2)是斷開的(turned off，亦可稱為關閉)，以防止產生互感線圈的閉環。當單線圈雙核LC振盪器10設定為操作在第二模式(例如，低頻帶模式)中時，第一組開關(例如，開關SHB1和SHB2)是斷開的，以防止諧振電容器CR1和CR2耦接到主線圈，而第二組開關(例如，開關SLB1和SLB2)是接通的，以產生互感線圈的閉環。需要說明的是，以上描述的對第一組開關和第二組開關的控制僅用於說明目的，並非對本發明的限制。例如，第一組開關不必在第二組開關接通時斷開，第二組開關不必在第一組開關接通時斷開。在一些實施例中，第一組開關和第二組開關可以一起接通或一起斷開。
第6A圖是根據本發明實施例示出的單線圈雙核LC振盪器10被設置為以高頻帶模式操作的操作模式(例如，想要和需要保持的行為或模式)的示意圖。由於第二組開關(例如，開關SLB1和SLB2)在單線圈雙核LC振盪器10被設置為以高頻帶模式操作時是斷開的以防止產生互感線圈的閉環，因此，互感線圈可視為禁用(disabled)，故為簡潔起見在第6A圖中省略。如第6A圖所示，第一核心電路的第一端(例如，其中的轉導裝置Gm1和槽電容器C1的左端)用作正極(為了更好地理解，將其標記為“+”)，以及，第一核心電路的第二端(例如，圖中所示的右端)用作負極(為了更好地理解，將其標記為“-”)。此外，第二核心電路的第一端(例如，其中的轉導裝置Gm2和槽電容器C2的左端)用作負極(為了更好地理解，將其標記為“-”)，以及，第二核心電路的第二端(例如，圖中所示的其右端)用作正極(為了更好地理解，將其標記為“+”)。也就是說，W11或W12被異相信號(out of phase signal)激勵。因此，節點N1和N2可以視為虛擬短路(virtual short)，以及，節點N1和N2之間沒有電流通過中心導線W2流動(為了更好地理解，將其標記為“Zero”)。此外，由於節點N1和N2視為虛擬短路，分別耦接節點N1和N2的諧振電容器CR1和CR2不會妨礙被設置為以高頻帶 模式操作的單線圈雙核LC振盪器10的操作模式的操作。
第6B圖是根據本發明實施例示出的單線圈雙核LC振盪器10被設置為操作在高頻帶模式下的禁止模式(例如，不希望的並且需要被抑制的行為或模式)的示意圖。由於第二組開關(例如，開關SLB1和SLB2)在單線圈雙核LC振盪器10被設置為操作在高頻帶模式下時是斷開的以防止產生互感線圈的閉環，因此，互感線圈可視為禁用，故為簡潔起見在第6B圖中省略。如第6B圖所示，第一核心電路的第一端作為正極(標記為“+”以便更好地理解)，以及，第一核心電路的第二端作為負極(標記為“-”以便更好地理解)。此外，第二核心電路的第一端用作正極(標記為“+”以便更好地理解)，第二核心電路的第二端用作負極(標記為“-”以便更好地理解)。由於節點N1和N2在單線圈雙核LC振盪器10被設置為以高頻帶模式操作的禁止模式下時沒有虛擬短路，因此，如果諧振電容器CR1和CR2被禁用，則電流從節點N1經由中心導線W2流到節點N2。在本實施例中，中心導線W2包括耦接在節點N1和節點N2之間的中心電感器(central inductor)LD，由於諧振電容器CR1和CR2在單線圈雙核LC振盪器10設置為以高頻帶模式操作時耦接到節點N1和N2，因此，網絡Zin包括諧振電容器CR1和CR2，以及，中心電感器LD使得節點N1和N2之間的中心導線的路徑具有遠高於外導線W11和W12的阻抗，從而抑制中心導線W2上的電流。因此，能夠抑制單線圈雙核LC振盪器10被設置為操作在高頻帶模式下的禁止模式。
第6C圖是根據本發明實施例示出的單線圈雙核LC振盪器10被設置為操作在高頻帶模式下的等效電路的示意圖。在高頻帶操作模式下，節點N1和N2可以被視為如第6A圖所示的虛擬短路。更具體地說，操作在高頻帶模式的單線圈雙核LC振盪器10可以被視為兩個並聯連接的單線圈單核LC振盪器，如第6C圖所示。對於這兩個單線圈單核LC振盪器的第一單線圈單核LC振盪器(如第6C圖的上半部分所示)來說，外導線W11連接在節點N1和第4圖所示的第一核心電 路之間的上段(upper segment)視為電感器L11，外導線W12耦接在節點N2和第4圖所示的第一核心電路之間的上段視為電感器L12，其中，第一單線圈單核LC振盪器的電感(例如，電感器L11和L12作為整體的電感)是LHB1。對於這兩個單線圈單核LC振盪器中的第二單線圈單核LC振盪器(如第6C圖的下半部分所示)來說，外導線W11耦接在節點N1和如第4圖所示的第二核心電路之間的下段(lower segment)可視為電感器L21，外導線W12耦接在節點N2和第4圖所示的第二核心電路之間的下段可視為電感器L22，其中，第二單線圈單核LC振盪器的電感(例如，電感器L21和L22作為整體的電感)是LHB2。假設外導線W11和W12作為整體的電感為L(即外導線W11和W12的總電感為L)，則電感LHB1和LHB2中的每一個都是(L/2)，以及，單線圈雙核LC振盪器10操作在高頻帶模式下的等效電感LHB是(L/4)。
第7A圖是根據本發明實施例示出的被設置為操作在低頻帶模式下的單線圈雙核LC振盪器10的操作模式(例如，想要和需要保持的行為或模式)的示意圖。由於第一組開關(例如，開關SHB1和SHB2)在單線圈雙核LC振盪器10被設置為操作在低頻帶模式下時是斷開的以防止諧振電容器CR1和CR2耦接到主線圈，因此，諧振電容器CR1和CR2可視為禁用，從而，為簡潔起見在第7A圖中省略。如第7A圖所示，第一核心電路的第一端(例如，圖中示出其左端)作為正極(為了便於理解，標記為“+”)，以及，第一核心電路的第二端作為負極(為了便於理解，標記為“-”)。此外，第二核心電路的第一端(例如，圖中示出其左端)作為正極(為了便於理解，標記為“+”)，以及，第二核心電路的第二端作為負極(為了便於理解，標記為“-”)。也就是說，W11或W12被同相信號(in phase signal)激勵。因此，分別來自第一核心電路和第二核心電路的正極的電流可以從節點N1經由中心導線W2流向節點N2。需要注意的是，上半部電流迴路(upper-half current loop)引入的磁場(例如，流經第一核心電路的正極、 節點N1、中心導線W2、節點N2和第一核心電路的負極的電流)和下半部電流迴路(lower-half current loop)引入的磁場(例如，流經第二核心電路的正極，節點N1，中心導線W2，節點N2和第二核心電路的負極的電流)具有相反的方向，以及，響應於上半部電流迴路和下半部電流迴路而在互感線圈上產生的感應電流(induced currents)被相互抵消。因此，單線圈雙核LC振盪器10被設置為操作在低頻帶模式下的操作模式的操作將不會受到互感線圈的阻礙。
第7B圖是根據本發明實施例示出的單線圈雙核LC振盪器10被設置為操作在低頻帶模式下的禁止模式(例如，不想要並且需要被抑制的行為或模式)的示意圖。由於第一組開關(例如，開關SHB1和SHB2)在單線圈雙核LC振盪器10被設置為操作在低頻帶模式下時是斷開的以防止諧振電容器CR1和CR2耦接到主線圈，因此，諧振電容器CR1和CR2可視為禁用，從而在第7B圖中省略。如第7B圖所示，第一核心電路的第一端作為正極(標記為“+”，以便更好地理解)，以及，第一核心電路的第二端作為負極(標記為“-”，以便更好地理解)。此外，第二核心電路的第一端作為負極(標記為“-”，以便更好地理解)，第二核心電路的第二端作為正極(標記為“+”，以便更好地理解)。因此，節點N1和N2可以充當虛擬短路，以及，沒有電流通過中心導線W2在節點N1和N2之間流動(為了更好地理解，將其標記為“Zero”)。此外，從第一核心電路的正極流向第二核心電路的負極的電流和從第二核心電路的正極流向第一核心電路的負極的電流在外導線W11和W12上形成外部電流迴路(outer current loop)。根據楞次定律(Lenz’s law)，響應於外部電流迴路在互感線圈上產生感應電流(induced current)，從而抑制(suppress)外部電流迴路的電流(例如，從第一核心電路的正極流向第二核心電路的負極的電流，或者，從第二核心電路的正極流向第一核心電路的負極的電流)。因此，被設置為以低頻帶模式操作的單線圈雙核LC振盪器10的禁止模式的操作能夠被抑制。
第7C圖是根據本發明實施例示出的被設置為操作在低頻帶模式下的單線圈雙核LC振盪器10的等效電路的示意圖。在低頻帶操作模式下，存在經由中心導線W2在節點N1和N2之間流動的電流，以及，中心導線W2上的電感器LD影響在低頻帶模式下操作的單線圈雙核LC振盪器10的等效電感LLB。更具體地說，操作在低頻帶模式下的單線圈雙核LC振盪器10可以被視為兩個並聯的單線圈單核LC振盪器，如第7C圖所示。對於這兩個單線圈單核LC振盪器中的第一單線圈單核LC振盪器(如第7C圖的上半部分所示)來說，第4圖所示的中心導線W2可以看作是電感器LD1(例如，中心電感器LD)，其中，第一核心電路及電感器L11、L12與第6C圖所示的類似，相關細節在此不再贅述。第一單線圈單核LC振盪器的電感(例如，電感器L11、LD1和L12作為整體的電感)是LLB1。對於這兩個單線圈單核LC振盪器中的第二單線圈單核LC振盪器(如第7C圖的下半部分所示)來說，第4圖所示的中心導線W2可以看作是電感器LD2(例如，中心電感器LD)，其中，第二核心電路及電感器L21、L22類似於第6C圖所示的，相關細節在此不再贅述。第二單線圈單核LC振盪器的電感(例如，電感器L21、LD1、L22作為整體的電感)是LLB1。例如，在第1A圖中，由於外導線W11和W12作為整體的電感為L以及中心導線W2的電感為L，因此，電感LLB1和LLB2的每一個大約分別為L，以及，單線圈雙核LC振盪器10的等效電感LLB為(L/2)。
需要注意的是，主線圈和互感線圈可以被實現在不同的金屬層上。在一些實施例中，主線圈和互感線圈可以在任何金屬層M1、M2等的法向量方向上重疊，這意味著互感線圈不會大大增加單線圈雙核LC振盪器10的整體電路面積，但本發明不限於此。
在第4圖的實施例中，中心導線W2可以是從外導線W11的節點N1到外導線W12的節點N2佈線的直導線。更具體地說，第4圖的實施例可以使高頻帶模式的調諧範圍(tuning range)和低頻帶模式的調諧範圍基本連續，而不會彼 此有很大的重疊，但本發明不限於此。例如，低頻帶模式的調諧範圍可以是6.6GHz到9.6GHz，高頻帶模式的調諧範圍可以是9.6GHz到14GHz。在一些實施例中，中心導線W2可以被實現為具有比由直導線實現的電感更高的電感或比由直導線實現的電感更低的電感。
在一實施例中，單線圈雙核LC振盪器10的主線圈的架構可以替換為第1B圖所示的架構。如在第1B圖的實施例中提到的，由於第1B圖所示架構的中心導線W2(例如，第一段W21、中間段W2C和第二段W22的整體)的長度與第1A圖所示的實施例相比是增大的，因此，中心電感器LD的電感(亦可描述為“電感值”)是相應增大的，這使得低頻帶模式的調諧範圍偏移至更低的頻段(lower frequency band)。更具體地說，採用第1B圖所示的架構能夠使得高頻帶模式的調諧範圍和低頻帶模式的調諧範圍相互分離開，但本發明不限於此。例如，低頻帶模式的調諧範圍可以是3.6GHz到5.4GHz，而高頻帶模式的調諧範圍可以是9.6GHz到14GHz。請注意，採用第1D圖所示的架構能夠實現類似的效果，相關細節在此不再贅述。
在一實施例中，單線圈雙核LC振盪器10的主線圈的架構可以替換為第1C圖所示的架構。如在第1C圖的實施例中提到的，與第1A圖的實施例中所示的中心導線W2相比，包括環形導線WR1和WR2的中心導線的等效電感是減小的。因此，與利用第1A圖所示的架構相比，第1C圖所示的中心導線W2(例如，環形導線WR1和WR2的整體)能夠使得單線圈雙核LC振盪器10的低頻帶模式的調諧範圍轉移到更高的頻帶(higher frequency band)。更具體地說，第1C圖的實施例能夠使得單線圈雙核LC振盪器10的高頻帶模式的調諧範圍和低頻帶模式的調諧範圍相互重疊，但本發明不限於此。例如，單線圈雙核LC振盪器10的低頻帶模式的調諧範圍可以是10GHz到13GHz，而單線圈雙核LC振盪器10的高頻帶模式的調諧範圍可以是11GHz到14GHz。
第8圖是根據本發明實施例示出的單線圈雙核LC振盪器70的示意圖。單線圈雙核LC振盪器70可以是第2A圖、第2B圖和第3B圖的實施例的疊加示例，其中，為簡潔起見，第8圖中省略了先前實施例中描述的組件的部分符號。如第8圖所示，單線圈雙核LC振盪器70可以包括如第3B圖實施例提及的由金屬層M2示出的第一互感線圈和由金屬層M4示出的第二互感線圈。第一互感線圈和第二互感線圈沿著外導線W11和W12放置(其可位於外導線的上方、下方或附近)。第一互感線圈和第二互感線圈中的每一個由第二組開關(例如，第二組開關的開關SLB1、SLB2、SLB3和SLB4)控制。此外，如第2B圖實施例中提及的，單線圈雙核LC振盪器70還可以包括沿著外導線W11和W12放置的絞合線圈(其可以位於外導線之上、之下或附近)，如金屬層M5和M6所示，其中，該絞合線圈由第一組開關(例如，第一組開關的開關SHB3和SHB4)控制。更具體地，開關SHB3和SHB4被配置為控制是否產生絞合線圈的閉環。例如，開關SHB3和SHB4中的每一個都與絞合線圈閉環上的金屬層M5串聯連接。
具體地說，當單線圈雙核LC振盪器70被設置為以高頻帶模式操作時，第一組開關(例如，開關SHB3和SHB4)被接通以產生絞合線圈的閉環(即使得絞合線圈形成閉環)；當單線圈雙核LC振盪器70被設置為操作在低頻帶模式時，第一組開關(例如，開關SHB3和SHB4)被斷開以防止產生絞合線圈的閉環。需要注意的是，當單線圈雙核LC振盪器70被設置為以高頻帶模式操作時，能夠在絞合線圈的閉環上產生互電流(例如，基於楞次定律響應於上半部電流環和下半部電流環產生的感應電流)。需要說明的是，一旦在絞合線圈的閉環上產生互電流，則當在絞合線圈的第一部分(例如，第8圖所示的上半部分)上流過的互電流為順時針方向時，在絞合線圈的第二部分(例如，第8圖所示的下半部分)上流動的互電流為逆時針方向；而當在絞合線圈的第一部分(例如，第8圖所示的上半部分)上流動的互電流為逆時針方向時，則在絞合線圈的第二部分(例 如，第8圖所示的下半部分)上流動的互電流為順時針方向。因此，借助於絞合線圈，從第一核心電路到第二核心電路的電流或從第二核心電路到第一核心電路的電流(例如，單線圈雙核LC振盪器70被設置在高頻帶模式的禁止模式)能夠被進一步抑制。
需要說明的是，單線圈雙核LC振盪器70的主線圈的實現方式不限於第8圖所示的實施例。例如，單線圈雙核LC振盪器70的主線圈可以是根據第1A圖至第1E圖中任一實施例所示的架構來實現的。此外，本實施例所描述的對第一組開關和第二組開關的控制僅用於說明目的，並不用於限製本發明。例如，第一組開關不必在第二組開關接通時斷開，以及，第二組開關不必在第一組開關接通時斷開。在一些實施例中，第一組開關和第二組開關可以一起接通或一起斷開。
本發明的另一目的在於提供一種單線圈多核LC振盪器，能夠在不降低品質因數的情況下使多核LC振盪器的等效電感是可切換的。第4圖的實施例中說明的概念可適用於單線圈四核LC振盪器，其能夠進一步降低等效電感，從而在不降低品質因數的情況下提高/改善相位雜訊降低。第9圖是根據本發明實施例示出的單線圈四核LC振盪器80的示意圖。如第9圖所示，單線圈四核(one-coil quad-core)LC振盪器80可以包括四個核心電路，其中，四個核心電路中的每一個均可以包括轉導裝置(例如，Gm1、Gm2、Gm3或Gm4)和槽電容器(例如，C1、C2、C3或C4)。本實施例的四個核心電路的具體實現與先前實施例中的第一核心電路和第二核心電路中的每一個的實現方式類似，相關細節在此不再贅述。此外，單線圈四核LC振盪器80還可以包括由金屬層M1表示的主線圈，由金屬層M2表示的互感線圈(例如，片段W51、W52、W53和W54的整體)，以及，諧振電容器CR1、CR2、CR3、CR4。單線圈四核LC振盪器80的主線圈可以包括耦接到四個核心電路(例如，轉導裝置Gm1、Gm2、Gm3 和Gm4以及槽電容器C1、C2、C3、C4)的外導線(例如，第9圖所示的片段W31、W32、W33和W34的整體)和耦接在外導線的節點N1、N2、N3和N4之間的中心導線(例如，第9圖所示的片段W41、W42、W43和W44的整體)。
具體而言，外導線的片段W31耦接在第一核心電路和第二核心電路之間，外導線的片段W32耦接在第二核心電路和第三核心電路之間，外導線的片段W33耦接在第三核心電路和第四核心電路之間，以及，外導線的片段W34耦接在第四核心電路和第一核心電路之間，其中，外導線的片段W31包括節點N1，外導線的片段W32包括節點N2，外導線的片段W33包括節點N3，以及，外導線的片段W34包括節點N4。中心導線的片段W41耦接在外導線的節點N1和中心導線的中心節點之間，中心導線的片段W42耦接在外導線的節點N2和中心導線的中心節點之間，中心導線的片段W43耦接在外導線的節點N3和中心導線的中心節點之間，以及，中心導線的片段W44耦接在外導線的節點N4和中心導線的中心節點之間。互感線圈的片段W51沿外導線的片段W31和中心導線的片段W41放置，互感線圈的片段W52沿外導線的片段W32和中心導線的片段W42放置，互感線圈的片段W53沿著外導線的片段W33和中心導線的片段W43放置，以及，互感線圈的片段W54沿著外導線的片段W34和中心導線的片段W44放置。在第9圖的實施例中，片段W51、片段W52、片段W53和片段W54組成的互感線圈與主線圈同心。
諧振電容器CR1、CR2、CR3和CR4由第一組開關(例如，開關SHB1、SHB2、SHB3和SHB4)控制(第一組開關響應於單線圈四核LC振盪器80被設置為操作在高頻帶模式下而接通，以及，響應於單線圈四核LC振盪器80被設置為操作在低頻帶模式下而斷開)。互感線圈由第二組開關(例如，開關SLB1、SLB2、SLB3、SLB4、SLB5和SLB6)控制(第二組開關響應於單線圈四核LC振盪器80被設置為操作在低頻帶模式下而被接通，以及，響應於單線圈四核LC振盪器80 被設置為操作在高頻帶模式下而被斷開)。具體而言，開關SHB1耦接在節點N1與諧振電容器CR1之間，開關SHB2耦接在節點N2和諧振電容器CR2之間，開關SHB3耦接在節點N3和諧振電容器CR3之間，以及，開關SHB4耦接在節點N4和諧振電容器CR4之間。此外，開關SLB1耦接在互感線圈的片段W51的第一端與互感線圈的片段W54的第二端之間，開關SLB2耦接在互感線圈的片段W52的第一端和互感線圈的片段W51的第二端之間，開關SLB3耦接在互感線圈的片段W53的第一端和互感線圈的片段W52的第二端之間，開關SLB4耦接在互感線圈的片段W54的第一端和互感線圈的的片段W53的第二端之間，開關SLB5耦接在互感線圈的片段W52的第三端和互感線圈的片段W54的第三端之間，以及，開關SLB6耦接在互感線圈的片段W51的第三端和互感線圈的片段W53的第三端之間。
對於被設置為以高頻帶模式和低頻帶模式中的任何一者操作的單線圈四核LC振盪器80來說，存在關於四個核心電路中每一個的不同電極極性定義的多種模式(其包括一種想要的操作模式和多種不想要的禁止模式)共存在單線圈四核LC振盪器80的主線圈上。由於品質因數自阻尼(self-damping)，一些禁止模式可能會相互抵消或抑制，因此這些禁止模式不會對操作模式產生很大影響，而剩餘的禁止模式能夠借助諧振電容器{CR1、CR2、CR3、CR4}或互感線圈進行抑制。
在本實施例中，單線圈四核LC振盪器80可視為四個並聯的單核LC振盪器(分別對應四個核心電路)。為了更好地說明，假設整個外導線(例如，段W31、W32、W33和W34的整體)的電感為L。當單線圈四核LC振盪器80被設置為操作在高頻帶模式下時，第一組開關(例如，開關SHB1、SHB2、SHB3和SHB4)接通，第二組開關(例如，開關SLB1、SLB2、SLB3、SLB4、SLB5和SLB6)斷開。對於對應第一核心電路的單核LC振盪器，由於節點N1和N4是虛擬短路， 因此，對應第一核心電路的單核LC振盪器的等效電感為(L/4)，其是由外導線的片段W31的一半和片段W34的一半提供的，分別對應第二核心電路、第三核心電路、第四核心電路的其餘單核LC振盪器以此類推。由於分別對應四個核心電路中每一個的四個單核LC振盪器的等效電感為(L/4)，因此，被設置為操作在高頻帶模式下的單線圈四核LC振盪器80的整體等效電感為(L/16)。
當單線圈四核LC振盪器80被設置為操作在低頻帶模式下時，第一組開關(例如，開關SHB1、SHB2、SHB3和SHB4)是斷開的，第二組開關(例如，開關SLB1、SLB2、SLB3、SLB4、SLB5和SLB6)是接通的。對於對應第一核心電路的單核LC振盪器來說，由於節點N1和N4不是虛擬短路的，這意味著片段W41和W44上的電感會起作用，所以對應第一核心電路的單核LC振盪器的等效電感為(L/2)，其是由外導線的片段W31的一半、片段W34的一半、中心導線的片段W41和中心導線的片段W44提供的，其中，分別對應第二、第三、第四核心電路的其它單核LC振盪器以此類推。由於四個核心電路分別對應的四個單核LC振盪器中的每一個的等效電感為(L/2)，因此，被設置為操作在低頻帶模式下的單線圈四核LC振盪器80的整體等效電感為(L/8)。
需要說明的是，單線圈四核LC振盪器80的主線圈不限於第9圖所示的結構。例如，單線圈四核LC振盪器80的中心導線的片段W41、W42、W43和W44中的任何一個段可以根據第1B圖的實施例所示的絞合導線的架構來實現。在另一示例中，單線圈四核LC振盪器80的中心導線的片段W41、W42、W43和W44中的任何一個可以根據如第1C圖的實施例中所示的串聯連接的環形導線的架構來實現。在另一示例中，單線圈四核LC振盪器80的中心導線的片段W41、W42、W43和W44中的任何一個可以根據如第1D圖的實施例所示的S蛇形導線的架構來實現。此外，本實施例描述的第一組開關(例如，開關SHB1、SHB2、SHB3和SHB4)和第二組開關(例如，開關SLB1、SLB2、SLB3、SLB4、SLB5和SLB6) 的控制僅用於說明目的，並不意味著對本發明的限制。例如，第一組開關不必在第二組開關接通時關閉，第二組開關不必在第一組開關接通時關閉。在一些實施例中，第一組開關和第二組開關可以一起接通或一起關閉。
在第9圖的實施例中，使用四個轉導裝置(例如，每個核心電路一個轉導裝置)來驅動單線圈四核LC振盪器80的LC負載，但本發明不限於此。在一些實施例中，單線圈四核LC振盪器80可以利用單個轉導裝置來驅動整個LC負載；例如，轉導裝置Gm1、Gm2、Gm3和Gm4之一者(例如Gm1)用於驅動整個(whole)LC負載，而其餘的(例如，Gm2、Gm3和Gm4)可以省略。在一些實施例中，單線圈四核LC振盪器80可以利用兩個轉導裝置來驅動整個LC負載；例如，轉導裝置Gm1、Gm2、Gm3和Gm4中的任意兩個(例如Gm1和Gm3)用於驅動整個LC負載，其餘的(例如Gm2和Gm4)可以省略。應當指出的是，轉導裝置的佈局優選是對稱的。例如，保留轉導裝置Gm1和Gm3，而省略轉導裝置Gm2和Gm4。在一些實施例中，轉導裝置的佈局不是必需為對稱的。例如，保留轉導裝置Gm1和Gm2，而省略轉導裝置Gm3和Gm4。在一些實施例中，單線圈四核LC振盪器80可以利用三個轉導裝置來驅動整個LC負載；例如，轉導裝置Gm1、Gm2、Gm3和Gm4中的任意三個(例如Gm1、Gm2和Gm3)用於驅動整個LC負載，其餘的(例如Gm4)可以省略。
此外，憑藉雙絞線圈抑制低頻帶模式的技術(如第2B圖的實施例)也適用於單線圈四核LC振盪器80。如第10圖所示，單線圈四核LC振盪器80還可以包括由金屬層M5和M6示出的雙絞線圈。應當說明的是，中心導線的片段W41、W42、W43和W44將主線圈分成四個部分。這四個部分中的每一個可以對應於主線圈的內環。雙絞線圈的第一段(例如，雙絞線圈的上部四分之一)按逆時針方向佈線，雙絞線圈的第二段(例如，雙絞線圈的左部四分之一)按順時針方向佈線，雙絞線圈的第三段(例如，雙絞線圈的下部四分之一)按逆時 針方向佈線，以及，雙絞線圈的第四段(例如，雙絞線圈的右部四分之一)按順時針方向佈線，其均被放置成與主線圈同心(其可以在主線圈之上、之下或附近)。本實施例的雙絞線圈所達到的效果與第2B圖的實施例類似，為簡潔起見在此不再贅述。
第11圖是根據本發明實施例示出的雙線圈四核LC振盪器90的示意圖。如第11圖所示，雙線圈四核LC振盪器90包括第一單線圈多核LC振盪器(例如，單線圈雙核LC振盪器91)、第二單線圈多核LC振盪器(例如，單線圈雙核LC振盪器92)，以及，耦接在第一單線圈多核LC振盪器(例如，單線圈雙核LC振盪器91)核和第二單線圈多核LC振盪器(例如，單線圈雙核LC振盪器92)核之間的開關電路90SW。例如，開關電路90SW可以通過端口NS1和NS2耦接到單線圈雙核LC振盪器91，以及，開關電路90SW可以通過端口NS3和NS4耦接到單線圈雙核LC振盪器92。在一些實施例中，開關電路90SW可包括耦接在端口NS1與NS4之間的第一開關，以及，還可以包括耦接在端口NS2與NS3之間的第二開關，但本發明並不限於此。
在本實施例中，單線圈雙核LC振盪器91和單線圈雙核LC振盪器92中的任何一個(例如，每一個)可以是第4圖所示的單線圈雙核LC振盪器10的示例。根據前面的描述，當雙線圈四核LC振盪器90被設置為以高頻帶模式操作時，單線圈雙核LC振盪器91和單線圈雙核LC振盪器92的等效電感為(L/4)，以及，當雙線圈四核LC振盪器90被設置為以低頻帶模式操作時，單線圈雙核LC振盪器91和單線圈雙核LC振盪器92的等效電感為(L/2)。根據相位噪聲降低的需要，可以接通開關電路90SW(例如，第一開關和第二開關)，以使得單線圈雙核LC振盪器91和單線圈雙核LC振盪器92為並聯連接，其中，當雙線圈四核LC振盪器90以高頻帶模式操作時，雙線圈四核LC振盪器90的等效電感為(L/8)，以及，當雙線圈四核LC振盪器90被設置為操作在低頻帶模式下時，雙線圈四核LC振盪器90的 等效電感為(L/4)。根據省電的需求，可斷開/關閉(turn off)開關電路90SW(例如，第一開關和第二開關)，以使得單線圈雙核LC振盪器91和單線圈雙核LC振盪器92是斷開連接的，以及，單線圈雙核LC振盪器92被禁用(例如，斷電)，其中，當雙線圈四核LC振盪器90設置為操作在高頻帶模式下時，雙線圈四核LC振盪器90的等效電感為(L/4)，以及，當雙線圈四核LC振盪器90被設置為以低頻帶模式操作時，雙線圈四核LC振盪器90的等效電感為(L/2)。
在第11圖的實施例中，使用四個轉導裝置來驅動雙線圈四核LC振盪器90的LC負載(例如，每個核心電路一個轉導裝置)，但本發明不限於此。在一些實施例中，單線圈四核LC振盪器90可以利用單個轉導裝置來驅動整個LC負載；例如，轉導裝置Gm1、Gm2、Gm3和Gm4之一者(例如Gm1)用於驅動整個LC負載，其餘的(例如，Gm2、Gm3和Gm4)可以省略。在一些實施例中，單線圈四核LC振盪器90可以利用兩個轉導裝置來驅動整個LC負載；例如，轉導裝置Gm1、Gm2、Gm3和Gm4中的任意兩個(例如Gm1和Gm3)用於驅動整個LC負載，其餘的(例如Gm2和Gm4)可以省略。應當指出的是，轉導裝置的佈局優選是對稱的。例如，保留轉導裝置Gm1和Gm3，而省略轉導裝置Gm2和Gm4。在一些實施例中，轉導裝置的佈局不是必須為對稱的。例如，保留轉導裝置Gm1和Gm2，而省略轉導裝置Gm3和Gm4。在一些實施例中，單線圈四核LC振盪器90可以利用三個轉導裝置來驅動整個LC負載；例如，轉導裝置Gm1、Gm2、Gm3和Gm4中的任意三個(例如Gm1、Gm2和Gm3)用於驅動整個LC負載，其餘的(例如Gm4)可以省略。
上述實施例利用多個金屬層來表示各個線圈(coil)、導線(wire)或段(segment)。然而，這僅是為了說明的目的，並不意味著對本發明的限制。附圖中以不同金屬層表示的組件只是為了更好地理解這些組件的佈線/線路以及更好地識別不同的組件，其中，這些組件不是必須由不同的金屬層來實現。只要 整體電學行為基本相同，這些組件可以實現在相同的金屬層或不同的金屬層上，這些替代設計應屬於本發明的範圍。
綜上所述，本發明實施例提供的多核LC振盪器可以藉助多核架構降低/減少其等效電感，從而在不大幅增加總體成本(例如電路面積)的情況下降低相位噪聲。為了克服現有技術的電感比(inductance ratio)瓶頸，還提供了各種類型的主線圈。此外，諧振電容器和互感線圈可以分別用在高頻帶模式和低頻帶模式中，以抑制(一個或多個)共存的禁止模式。因此，多核LC振盪器的調諧範圍可以在沒有模式模糊(mode ambiguity)的情況下進行切換，從而有效地擴展了整體(overall)調諧範圍。此外，本發明實施例將不會大幅增加整體成本(例如電路面積)。因此，本發明能夠以不會引入任何副作用或以不太可能引入副作用的方式改善相位噪聲降低並增大整體調諧範圍。
在申請專利範圍中使用諸如“第一”，“第二”，“第三”等序數術語來修改申請專利要素，其本身並不表示一個申請專利要素相對於另一個申請專利要素的任何優先權、優先級或順序，或執行方法動作的時間順序，但僅用作標記，以使用序數詞來區分具有相同名稱的一個申請專利要素與具有相同名稱的另一個元素要素。
雖然已經對本發明實施例及其優點進行了詳細說明，但應當理解的係，在不脫離本發明的精神以及申請專利範圍所定義的範圍內，可以對本發明進行各種改變、替換和變更，例如，可以通過結合不同實施例的若干部分來得出新的實施例。所描述的實施例在所有方面僅用於說明的目的而並非用於限制本發明。本發明的保護範圍當視所附的申請專利範圍所界定者為准。所屬技術領域中具有通常知識者皆在不脫離本發明之精神以及範圍內做些許更動與潤飾。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
W11,W12:外導線
W2:中心導線
CR1,CR2:諧振電容器
SHB1,SHB2:開關
N1,N2:節點
C1,C2:槽電容器
Gm1,Gm2:轉導裝置
M1:金屬層

Claims (21)

  1. 一種單線圈多核電感電容(LC)振盪器，其中，該單線圈多核LC振盪器包括主線圈和至少一個模式抑制裝置，該主線圈包括：外導線，耦接該單線圈多核LC振盪器的第一核心電路和第二核心電路；以及中心導線，耦接在該外導線的第一節點和第二節點之間；其中，該外導線形成的外環對應該單線圈多核LC振盪器的第一模式，而該外導線和該中心導線形成的內環對應該單線圈多核LC振盪器的第二模式；其中，該至少一個模式抑制裝置用於抑制該第一模式和該第二模式中的一者。
  2. 如請求項1所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個模式抑制裝置包括：多個諧振電容器，用於耦接到該中心導線來抑制該第二模式，以使得該單線圈多核LC振盪器操作在該第一模式。
  3. 如請求項2所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該多個諧振電容器中的每一個是可切換式電容器電路，其提供可切換的電容。
  4. 如請求項1所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個模式抑制裝置包括：雙絞線圈，用於形成閉環來抑制該第二模式，以使得該單線圈多核LC振盪器操作在該第一模式，其中，該雙絞線圈被放置為與該主線圈同心。
  5. 如請求項4所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個模式抑制裝置還包括：至少一個電容器，與該雙絞線圈串聯。
  6. 如請求項5所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個電容器中的每一個是可切換式電容器電路，其提供可切換的電容。
  7. 如請求項1所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個模式抑制裝置包括：互感線圈，用於形成閉環來抑制該第一模式，以使得該單線圈多核LC振盪器操作在該第二模式；其中，該互感線圈被放置為與該主線圈同心。
  8. 如請求項7所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該互感線圈包括第一互感線圈和第二互感線圈，以及，該第一互感線圈和該第二互感線圈中的每一個被放置為與該主線圈同心。
  9. 如請求項7所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個模式抑制裝置還包括：至少一個電容器，與該互感線圈串聯。
  10. 如請求項9所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個電容器中的每一個是可切換式電容器電路，其提供可切換的電容。
  11. 如請求項1所述之單線圈多核LC振盪器，其中：該外導線的第一段耦接在該第一核心電路和該第二核心電路之間，該外導線的第二段耦接在該第二核心電路和第三核心電路之間，該外導線的第三段耦接在該第三核心電路和第四核心電路之間，以及，該外導線的第四段耦接在該第四核心電路和該第一核心電路之間，其中，該外導線的第一段包括該第一節點，該外導線的第二段包括該第二節點，該外導線的第三段包括第三節點，該外導線的第四段包括第四節點；以及，該中心導線的第一段耦接在該外導線的第一節點和該中心導線的中心節點之間，該中心導線的第二段耦接在該外導線的該第二節點和該中心導線的該中心節點之間，該中心導線的第三段耦接在該外導線的該第三節點和該中心導線的該中心節點之間，以及，該中心導線的第四段耦接在該外導線的該第四節點和該中心導線的該中心節點之間。
  12. 如請求項11所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個模式抑制裝置包括第一諧振電容器、第二諧振電容器、第三諧振電容器和第四諧振電容器，以及，該第一諧振電容器、該第二諧振電容器、該第三諧振電容器和該第四諧振電容器用於分別耦接至該中心導線的該第一段、該第二段、該第三段和該第四段來抑制該第二模式，以使得該單線圈多核LC振盪器操作在該第一模式。
  13. 如請求項11所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個模式抑制裝置包括： 互感線圈，用於抑制該第一模式，以使得該單線圈多核LC振盪器操作在該第二模式；其中，該互感線圈的第一段、該互感線圈的第二段、該互感線圈的第三段和該互感線圈的第四段的整體被放置為與該主線圈同心。
  14. 如請求項13所述之單線圈多核LC振盪器，其中，當該單線圈多核LC振盪器被設置為操作在該第二模式時，該互感線圈的該第一段的第一端口耦接到該互感線圈的該第四段的第二端口，該互感線圈的該第二段的第一端口耦接到該互感線圈的該第一段的第二端口，該互感線圈的該第三段的第一端口耦接到該互感線圈的該第二段的第二端口，該互感線圈的該第四段的第一端口耦接到該互感線圈的該第三段的第二端口，該互感線圈的該第二段的第三端口耦接到該互感線圈的該第四段的第三端口，以及，該互感線圈的該第一段的第三端口耦接到該互感線圈的該第三段的第三端口。
  15. 如請求項1所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該單線圈多核LC振蕩器位於多線圈多核LC振盪器中，以及，該多線圈多核LC振盪器包括：第一單線圈多核LC振盪器；第二單線圈多核LC振盪器；以及，開關電路，耦接在該第一單線圈多核LC振盪器和該第二單線圈多核LC振盪器之間，用於控制是否將該第一單線圈多核LC振盪器和該第二單線圈多核LC振盪器並聯；其中，該第一單線圈多核LC振盪器和該第二單線圈多核LC振盪器中的任意一個包括該單線圈多核LC振盪器。
  16. 如請求項1所述之單線圈多核LC振盪器，其中：該中心導線包括至少一個彎曲段。
  17. 如請求項16所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個彎曲段包括絞合導線，該絞合導線的第一段從該外導線的該第一節點以逆時針方向佈線到該絞合導線的中間段，以及，該絞合導線的第二段從該絞合導線的該中間段以順時針方向佈線到該外導線的該第二節點。
  18. 如請求項16所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個彎曲段包括串聯連接的一個或多個環形導線。
  19. 如請求項16所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該至少一個彎曲段包括蛇形導線。
  20. 如請求項1所述之單線圈多核LC振盪器，其中：該外導線的第一段耦接在該第一核心電路的第一端和該第二核心電路的第一端之間，該外導線的第二段耦接在該第一核心電路的第二端和該第二核心電路的第二端之間，以及，該外導線的該第一段和該第二段的電阻大於該中心導線的電阻。
  21. 如請求項1所述之單線圈多核LC振盪器，其中，該外導線包括：第一子線圈，耦接在第一核心電路的第一端和第二核心電路的第一端之間；以及，第二子線圈，耦接在該第一核心電路的第二端和該第二核心電路的第二端 之間；其中，該第一子線圈與第二子線圈同心；其中，該中心導線耦接在該外導線的第一節點和第二節點之間。
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